STP系统互联互通技术研究与实践

2017-06-28上海铁路局电务处

上海铁道增刊 2017年1期

王军上海铁路局电务处

STP系统互联互通技术研究与实践

王军上海铁路局电务处

根据现场实际需求，提出了 STP（Shunting Train Protection）系统在运用中出现的问题，根据实践，探索出实现STP系统互联互通所需的基本技术条件和实现方法，并据此进行了实践，为STP系统互联互通技术规范的制定及实施进行了尝试。

无线调车机车信号；互联互通；数据；无线通信；协议

1 引言

近年来，无线调车机车信号和监控系统（STP系统）在全路大量安装使用，为铁路调车安全提供了有效的安全保障。目前不同型号的STP系统虽然在功能上都满足总公司相关技术规范的要求，但在设备安装、数据组织、无线通信等技术细节上存在差异，不同型号的设备不能互联互通使用，给机车运用和设备的维护管理带来诸多问题。研究互联互通技术条件、实现STP系统互联互通，是提高STP运用和维护管理的必由之路。

2 STP系统简介

STP是调车安全防护的辅助设备，由地面设备和车载设备组成。地面和车载设备采用无线通信方式传送信息，将获取的集中联锁车站调车作业相关信号、道岔、轨道电路区段信息进行处理，通过列车运行监控装置（LKJ），实现对调车机车信号显示和车列速度监控。

地面设备主要由地面主机、调车终端、电务维护终端、交换机、UPS、地面天馈线、点式应答定位器组成。

车载设备由车载主机、LKJ2000主机、LKJ2000显示器、应答定位器接收模块、应答定位器接收天线、车载天馈线组成。

3 STP互联互通基本技术条件和实现方法

满足《无线调车机车信号和监控系统暂行技术规范》（铁总运[2014]182号）要求。

STP互联互通的基本技术条件及实现方法主要有以下项目。

3.1 点式应答定位器处理方式和编码规则

点式应答定位器是STP实现注册、定位、注销、特殊控制等功能的重要信息来源，不同的STP车载设备应采用相同的处理方式，报文编码规则须统一。

点式应答定位器信息单向传送给STP系统，未经过地面点式应答定位器时，查询主机与车载主机200 ms通信一次用于车载主机检测设备正常的数据，其它时间均处于接收状态。经过点式应答定位器时，查询主机分三次向车载主机发送三组过点数据报文。

点式应答定位器编码规则见表1。

表1 点式应答定位器编码规则

3.2 站场数据存取方式和数据格式

3.2.1 站场数据存取方式

站场数据主要是站场描述信息，包括信号机、道岔、区段等元素的码位、连接关系、进路组成等，格式定义和内容意义上须保持一致。

目前STP站场数据的存取方式主要有两种，一是站场数据存储在STP地面主机，车载设备不存储站场数据，地面主机通过无线通信的方式发送具体进路组成数据，包括信号机的编号及状态，道岔区段、无岔区段的编号及长度，一度停车点信息，站界信息等。二是站场数据存储在车载主机，地面主机发送进路号信息，包括信号机，道岔区段、无岔区段的编号，道岔区段、无岔区段的长度，信号机、道岔、无岔区段的连接关系，基本进路的编号以及构成该基本进路的元素的编号。地面发送机车当前的基本进路号和前方开放的基本进路号，由车载主机根据进路号及自身存储的站场数据查找其代表的具体进路信息，确定进路，从而执行后续控制。

地面存储方式车地通信量大，但车载数据维护工作少，站场变化不影响车载设备；车载存储方式车地通信量少，站场变更时车载数据维护量大。

目前绝大多数STP系统采用车载存储数据方式，为减少投资和改造工作量，互联互通的站场数据格式应采用车载数据存储方式。

3.2.2 车载数据格式

文件头格式

站代号=0场代号=0默认辆数=0单节车列长度=0接风管条件=0虚拟信号机总数=0电台频率=0车头方向=0[多字节应答器]多字节应答器总数=0[无岔区段]无岔区段总数=0[道岔区段]道岔区段总数=0[道岔对象]道岔对象总数=0[进路]进路总数=0。

多字节应答器数据格式见表2。

表2 多字节应答器数据格式

信号机数据格式见表3。

表3 信号机数据格式

无岔区段数据格式见表4。

表4 无岔区段数据格式

道岔区段数据格式见表5。

表5 道岔区段数据格式

道岔对象数据格式见表6。

表6 道岔对象数据格式

进路数据格式见表7。

表7 进路数据格式见

3.2.3 地面主机数据

实现互联互通的STP地面数据在形式和内容上保持不变，与车载数据保持一致。

3.3 无线通信方式和通信协议

STP系统地面设备和车载设备通过无线通信的方式传送信息。目前STP系统采用400 M电台实现无线通信功能。

3.3.1 无线通信方式

（1）地面设备。

地面设备定时发送站场广播信息，各子站的控制命令采用轮询工作方式，轮询中间会插播发送调车单指令，发送完调车单指令后，等待接收该机车的回执信息后继续轮询，调车单指令回执不正确则在周期空闲时重发。

其他插播发送信息的周期应夹在两轮询周期中间，插播发送时间要比轮询周期短。

地面设备接收到有机车入网指令时，分配一个注册号后，就可以开始向该机车发送控制命令。

数据帧中的差错校验采用CRC方式，校验结果置于CRC和CRC2中，生成多项式为：G(X)=X16+X12+X5+1,校验发送的全部数据,低字节在前。

地面设备确认追踪的机车已出清本站时，将该调车号取消，不再发送命令,自动退网。

在有5个子站时,要求地面设备发送一次站场广播信息及轮询命令，分别接收5台机车回执信息（含收不到的情况）的执行时间小于2 s（19200 bps电台）。

（2）车载设备。

机车进入站场后，车载设备向地面发送请求入网指令，等待接收地面的站场广播信息及轮询控制指令。如无接收轮询指令，则重新请求入网，有接收轮询指令后就不再请求。发送请求入网指令的时机为机车进入站场后车载设备侦听空中数据，接收到已入网的最后一台机车车载设备的控制回执信息后，发送请求入网指令。

车载设备接收地面设备的轮询指令后,向地面设备回送回执信息。

车载设备接收地面设备的调车单指令后,立即将回执信息回发给地面设备。

车载设备发送入网指令是在被轮询的所有机车车载设备回执信息发送完成之后，地面设备下一次轮询指令发送之前，插空发送。

6s收不到轮询信息，视为通信故障。

3.3.2 通信协议

站场广播信息协议见表8。

表8 站场广播信息协议

通信协议还包括控制信息、调车作业单信息、控制命令的回执信息、回执控制数据1、回执控制数据2、调车作业单回执信息、申请入网请求信息、申请退网请求信息。

3.4 车载设备接口

车载设备接口的统一定义是实现设备互换的基本要求，根据STP系统车载设备的安装布线和各型号STP系统车载设备的接口方案，互联互通车载设备设定监控CAN、级连CAN、机车电台天线、查询应答器RS485、电源等5组接口，连接器型号和连接器针脚定义统一。

3.4.1 监控CAN接口

连接器型号：YP28ZJ23U（14芯针式）。

连接器针脚定义见表9。

表9 监控CAN接口连接器针脚定义

3.4.2 级连CAN接口

连接器型号：YP28ZJ23U（14芯针式）。

连接器针脚定义见表10。

表10 级连CAN接口连接器针脚定义

3.4.3 机车电台天线接口

连接器型号：N型（同轴），馈线型号：7D-FB。

3.4.4 查询应答器RS485接口连接器型号：YP21ZJ8U（4芯针式）。

连接器针脚定义：1-485+，2-485-，3-屏蔽地。

3.4.5 电源接口连接器型号：YP21ZJ3U（3芯针式）

。连接器针脚定义：1-110V/75V+，2-110V/75V-。

3.5 车载主机板件面板指示灯及标识

面板指示灯采用在面板上预留φ4的指示灯安装孔，电路板上设计φ3的指示灯；预留一定数量的指示灯位置。

电源板电源指示灯采用红色稳定显示。

CPU板电源指示灯采用红色稳定显示；运行灯采用绿色闪烁显示，闪烁频率为1 Hz，CPU板故障时运行灯为稳定常亮或常灭显示；CANA和CANB指示灯及其他数据通信灯均采用绿色闪烁显示；故障灯采用红色常亮或闪烁显示。

通信板电源指示灯采用红色稳定显示；运行灯采用绿色闪烁显示，闪烁频率为1Hz，通信板故障时运行灯为稳定常亮或常灭显示；电台TX、电台RX和RS485指示灯及其他数据通信灯均采用绿色闪烁显示，闪烁频率根据接收数据状态实时闪烁显示；故障灯采用红色常亮或闪烁显示。

电台板电源指示灯采用红色稳定显示；TX、RX和DCD指示灯及其他数据通信灯均采用绿色闪烁显示，闪烁频率根据接收数据状态实时闪烁显示；故障灯采用红色常亮。

3.6 车载设备显示及操作界面

按照铁路总公司《列车运行监控装置（LKJ）调车监控人机界面及运行记录暂行技术要求》（铁总运[2014]340号）执行，信号、限速、时速、距离、日期、时间、站场平面图、调车作业单、提示信息等按规范规定的显示区域显示，统一像元的设定，提示信息、声响警示及语音提示内容统一；功能操作一致，输入操作基本一致。

3.7 运行记录及记录文件分析软件

STP系统通过电务维护终端实时记录调车作业过程中的重要信息，包括站场状态、设备及网络状态、故障、相关采集数据、人工录入数据等。

电务维护终端具有历史数据查询和回放功能。

电务维护终端记录数据存储时间不少于30天。

车载设备向LKJ发送信息，由LKJ记录前方信号机及其状态、距离、限速等信息，并具备转储及分析功能。

记录文件分析软件应与LKJ运用记录分析软件兼容。

3.8 车载设备互换

目前各型号的车载主机一般采用4U或6U机箱，外形尺寸不一致，要求外形尺寸的统一实现设备互换，硬件改动工作量巨大，为便于互联互通工作设备改造的实施，采用增加安装尺寸相同的车载主机底座的方式，实现设备互换。车载主机安装底座示意图见图1。

图1 车载主机安装底座示意图

车载主机底座规格为：

230 mm（长）×90 mm（宽）×26 mm（高）。

4 实践

巢湖西站和裕溪口站及驻站调车机车DF7-5418、DF7-5279分别安装STPKA型和STP-TD型STP系统，按照STP系统互联互通基本技术条件进行了改造，经过软件开发和调试、仿真试验、现场验证、联调联试、运行试验等工作，系统运行稳定，实现了既定的目标，机车在安装不同型号地面设备的另一站运行，STP系统各项功能和技术条件满足总公司《无线调车机车信号和监控系统暂行技术规范》（铁总运 [2014]182号）的要求。