信号与通信论文范文
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第1篇
关键词屏蔽门,列车自动防护,接口控制
屏蔽门(Platformscreendoors,简称PSD)系统是现代化轨道交通工程的必备设施,它沿轨道交通站台边缘设置,将轨道区与站台候车区隔离,具有节能、环保和安全等功能。安装屏蔽门系统后,不仅可以防止乘客跌落轨道而发生危险,确保乘客安全,减少人为引起的停车延误,提高列车准点率,而且可以减少站台区与轨道区之间冷热气流的交换,从而降低环控系统的运营能耗,节约运营成本。
信号系统与屏蔽门系统相结合是屏蔽门系统工程的重要环节。此外,要更好地确保乘客的安全以及奠定无人驾驶的技术基础,就必须实现屏蔽门与列车车门的连动,并确保屏蔽门系统与信号系统的列车自动防护(ATP)之间建立联锁关系。根据世界各城市轨道交通工程的成功先例,屏蔽门普遍由信号系统进行控制。广州于2004年10月开始对正在运营的地铁1号线加装屏蔽门系统。该项工程预计总投资金额为1.484亿元人民币,是目前我国最大的一项轨道交通屏蔽门系统工程。本文主要对广州地铁2号线及1号线加装屏蔽门系统工程中的西门子信号系统与屏蔽门系统的接口进行分析。
1屏蔽门系统所需信号系统的条件及功能
(1)信号系统与屏蔽门系统的接口仅考虑线路上的列车的正向运行,但要满足屏蔽门对停车精度的要求。只有停车精度要求被满足,信号系统才允许自动或人工向列车和站台屏蔽门系统发送开门命令。目前,用于广州地铁2号线的LZB700M型中,ATP和ATO(列车自动运行)系统是由德国西门子公司提供的,其列车定点停车的精度ATO系统为±0.3m,成功率99.99%,ATP系统为±0.5m,已满足屏蔽门对停车精度的要求。广州地铁1号线同样采用LZB700M型ATP、ATO,目前列车停车的精度ATO系统为±0.5m,成功率99.5%,ATP系统为±1m。由此可见,要安装屏蔽门首先必须改善列车的停车状况,停车精度至少要达到ATO系统为±0.4m,成功率99.5%,ATP系统为±0.5m的要求;并要保证在列车停车精度为±400mm情况下,列车乘客门净开度≥1200mm(屏蔽门门开宽度为2000mm)。
(2)只有屏蔽门关闭的情况下列车才能运行。ATP轨旁单元通过故障安全型继电器输入接点接收当前屏蔽门的状态(PSD开门或PSD关门)。如果屏蔽门是开门状态,ATP轨旁单元会设置一个安全停车点,不让任何列车驶入相应的车站站台。
(3)PSD的状态通过ATP报文传输给列车。当列车接近运营停车点,且屏蔽门的状态由“PSD关闭”变化为“PSD开门”时,ATP轨旁单元会产生紧急制动让列车停车。
(4)确保当列车停在停车窗位置范围内时才连通列车到轨旁的通信通道。当列车在站台范围内移动时,ATP通过不激活“PTI(positivetrainidentification,有车标志)释放”切断PTI通道。如果列车停到指定的ATP停车窗位置时,则通过ATP激活“PTI释放”让PTI通道连通。当列车车门打开时,这些报文会通过PTI通道传输到轨旁单元,屏蔽门会随之而打开。
(5)屏蔽门控制系统向信号系统提供全部门“关闭及锁定”和“互锁解除”信息,接口采用安全型干接点双断硬线连接,接口分界点在屏蔽门控制设备外的线端子排。
(6)列车在ATP停车窗范围内停稳后,ATP车载单元会发出打开列车车门的信号。当列车车门打开,ATP车载单元一个持续的故障安全输出则会切断列车的牵引系统。这是为了防止列车在车门开启的情况下人为地启动列车。
(7)PTIMUX(PTItracksideunit)根据接收来的2个不同的PSD编码(对应PSD开门的编码)驱动2个继电器输出,它们是表示“PSD开门”命令的接口。为了产生一个持续的控制信号,ATO需不断发送“PSD开门”命令,直到屏蔽门被请求关闭为止。
(8)如果列车车门关闭(人工或自动),屏蔽门也随之关闭,这些报文会通过PTI通道传输到轨旁单元。目前广州1、2号线列车只有人工关闭车门功能。
(9)ATP车载单元在关闭车门的同时,输出关闭屏蔽门命令。只有收到列车车门关闭好,且通过ATP报文接收到屏蔽门的“关闭及锁定状态”信息后,列车牵引系统才被释放,ATP才允许启动列车。
(10)开左门或开右门应与站台的位置和列车运行方向相符合。如在换乘站(如公园前站),屏蔽门的开关要根据有利于乘客导向的原则来进行设计:先开下客侧的屏蔽门,后开上客侧的屏蔽门。
(11)屏蔽门系统发生故障,或屏蔽门实际已关闭但因故不能有效地把“关闭及锁定状态”信号传送给ATP系统时,司机只有按“PSD互锁解除”按钮,屏蔽门系统才能给ATP系统送出“互锁解除”的信号,用以切断屏蔽门系统和信号系统间的联锁关系,ATP才允许启动列车。且司机必须在每次发车前都按下“PSD互锁解除”按钮,直到故障修复为止。
(12)屏蔽门系统应为每侧站台提供一组接口与信号系统连接,因此,岛式站台和侧式站台有两组接口,一岛两侧式站台有四组接口(如公园前站)。
(13)由于广州地铁1、2号线的列车编组方式相同,在信号系统中没有考虑采用不同的列车编组来开启对应的屏蔽门。
2信号系统与屏蔽门系统的接口控制
2.1接口信号描述
信号系统与屏蔽门控制系统之间使用信号控制电缆连接,使用继电、双断、安全型干接点等方式的接口电路。两系统接口信号的描述见表1。
2.2ATP子系统对PSD打开状态时的保护联锁设计
屏蔽门的状态通过ATP报文传输给列车。ATP子系统在屏蔽门不同的打开情况下监督列车的移动,并最终控制列车导向安全。其出现的情况有图1中给出的5种。
图1中:情况1和2若PSD打开,轨旁ATP会生成一个安全停车点让列车不能进入相应车站的站台。在情况1中,当列车制动距离小于列车与安全停车点的接近距离时,列车实施正常制动让列车在停车点前停车。而在情况2中,当列车制动距离大于列车与安全停车点的接近距离时,列车则要被实施紧急制动。在情况3中,列车在站台区域移动,同时收到“PSD关闭”改变为“PSD开门”的信息时,车载ATP单元会产生一个紧急制动。同样,在情况4中,车载ATP单元也会产生一个紧急制动,这是因为列车尾部还在站台区域内。在情况5中,列车已出清站台区域时PSD打开,这时列车不会产生紧急制动。通过上述的5种情况,确保在PSD打开的情况下禁止列车在站台区段移动,防止危及乘客的安全。
2.3接口硬线连接的安全设计
简单的故障会导致屏蔽门错误地开、关门,这是必须要防止的。现说明接口故障的安全设计。
2.3.1PTIMUX和PSD控制器之间的继电器盒
PTIMUX和PSD控制器之间采用继电器进行隔离,防止电气干扰影响信号系统。同时为提高安全性,接口电路采用4线双切线路。一个正常的PSD命令是由4个PTIMUX输出继电器组合确定的,可以避免“PSD开门”和“PSD关门”两个信号同时出现的错误。这些继电器会安装在PTIMUX上,通过复合的接点关系防止“PSD开门”和“PSD关门”命令的错误输出。其原理见图2。继电器盒的继电器输出状态与逻辑结果见表2。
通过其继电器控制电路逻辑结果分析,16种继电器可能的动作组合中,只有2种组合会产生正确的输出(PSD开门和PSD关门)。这样的设计也是为了防止继电器失误而产生错误的输出命令。
2.3.2报文容错
车载ATO通过PTI信标到PTI-MUX的整个传输通道的报文都有CRC(循环冗余码校验)进行校验。另外,列车停在停车窗位置范围时,整个PTI传输通道才连通,以确保其它情况下没有任何的报文接收,影响到PSD的功能。
2.4两侧都有屏蔽门的设计
该情况是列车可以打开左侧、右侧或者同时都要打开两侧车门的情况。
这里使用了6个继电器,其功能分别是:允许开门,允许关门,两侧门都开,开左门,开右门,关闭所有门。通过这6个继电器的接点组合控制PSD的命令输出:①开右侧屏蔽门,允许开门和开右门的继电器吸起;②开左侧屏蔽门,允许开门和开左门的继电器吸起;③开两侧屏蔽门,允许开门和两侧门都开的继电器吸起;④关闭屏蔽门,允许关门和关闭所有门的继电器吸起。继电器的输出状态和逻辑结果见表3。
如表3所述,只有上述的情况会产生命令输出,其它的组合是无效的。通过其继电器的互锁关系,确保不会因继电器错误动作产生有效的屏蔽门控制命令。如在公园前站这个需要两侧开门的换乘站,在设计上要考虑屏蔽门对乘客的导向作用,两侧屏蔽门要先开下客门再开上客门,而关门时要先关下客门再关上客门。这就需要在车载软件中设置两侧车门的开关延时时间。同样两侧屏蔽门开关的时间也应作对应的设置。
2.5车门与屏蔽门的同步
屏蔽门和列车车门的开门时间,会在小于1s内同步启动。屏蔽门和列车门关闭的时间应大致相同。同步要求的延误,主要是因为启动指令要从信号系统的车载设备传送到信号系统的地面设备,传送过程中会产生延误。关门同步实现起来比较容易。列车车门及屏蔽门收到关门命令也不是立即关闭的,而是都有一个延时时间。根据实际情况各自确定一个关门的延时时间即可。
3结语
屏蔽门系统与信号系统的结合提高了屏蔽门的自动性和安全性,在保证列车和乘客安全,实现快速、高密度、有序运行等功能的同时,为乘客提供了一个舒适安全的乘车环境。通过了解信号系统与屏蔽门系统之间的控制与监督,就能更深入了解屏蔽门系统的运作过程。
参考文献
1孙增田.广州地铁屏蔽门系统的方案比选.地铁与轻轨,2002(6):28
第2篇
在教学手段上，我们制作了与教材配套的《信号与系统多媒体课件》，改变了传统黑板式的单一教学方式，采用黑板和课件相结合的教学方式。通过制作多媒体课件，代替了原来大量的板书，节省了教师和学生的时间，使教师可以集中精力传授教学内容；课件利用MATLAB、FLASH等多种软件，将图、文、声、像等媒体表现方式有机结合，通过生动形象的演示可加强学生对教学内容的理解；但同时结合黑板可完成一些公式和例题的推导，可加深学生对基本概念和基本分析方法的理解和掌握。总之，通过多种教学表现形式，教师可以根据教学实际情况灵活调整教学内容，促进教和学之间的交流。在教学方法上，删除一些复杂的理论推导，取而代之的是应用MATLAB软件帮助学生完成数值计算、信号与系统分析的可视化建模及仿真调试，加强学生对教学内容的理解，培养学生主动获取知识和独立解决问题的能力，为后续专业课学习和使用MATLAB进行信号处理领域的各种分析应用打下坚实的基础。
2实验教育改革
2.1基于软硬件结合的“双平台实验教学”实验教学作为理论教学的主要补充，在整个教学环节中具有重要地位。我们“信号与系统”课程采用基于软硬件结合的双平台教学，开设24个学时实验，其中保留了原来的8学时硬件电路实验，增加了16学时MATLAB软件实验，对于实验内容的取舍和编排二者尽可能取长补短。硬件电路实验中对于仪器的操作、硬件电路的调试等充分锻炼了学生的动手能力；对于MATLAB软件实验，我们编写了与理论教材配套的实验教材，与理论教学同步，实验教材全面系统的介绍应用MATLAB对信号与系统进行分析与实现的具体方法，并提供程序实例、基本实验内容和扩展实验内容。在实验过程中，学生根据程序实例独立完成信号与系统分析的可视化建模及仿真调试等实验内容，培养学生主动获取知识和独立解决问题的能力。通过软硬件结合的实验，让学生的动手能力与理论水平同时提高，也更有利于激发学生的学习兴趣。
2.2开放性实验教学
我们的硬件电路实验全部采用开放性实验的教学方式。以学生预习﹑自选时间和自主做实验为主，教师讲解示范为辅。为此，我们进一步完善了实验指导书，并且将示波器等重点仪器的使用方法印成卡片，每个实验位置放一份。学生做好预习才能准许进实验室，老师不讲解只辅导答疑和检查结果，学生基本都能完成实验内容。如果有学生完成规定的实验内容，则可以充分利用开放实验进行学习，这期间学生可以在老师的指导下，对相关课外内容进行学习，例如电子制作或进行其它科研项目等。通过推出一系列的实验自主学习模式后，近年来，我们指导的学生在全国大学生电子制作竞赛中获得了较好的成绩，学生动手能力和创新能力有较大提高。
3信号与系统课程网站建设
随着网络技术的飞速发展，为构建主动学习环境提供了充分条件，课程网站建设将传统的以教师为中心的被动学习模式转变为以学生为中心的主动学习模式，可以激发学生主动探索、主动发现和解决问题，有利于培养创新型人才。我们信号与系统课程网站的建设参考国家精品课程网站的建设思路，采用模块化的设计思想。网站共分为课程介绍、课程特色、师资队伍、课程资源、实践教学、仿真园地、互动交流（BBS）七大板块。课程资源板块为学生提供了丰富的学习资源，包括课程的教学大纲、授课计划表、电子教案、补充习题、学习指导、教学录像等部分，学生用自己的学号、姓名注册通过管理员审核后，可以下载课程资源，给学生的课前预习和课后复习带来了极大的方便。实践教学板块包括实验大纲、实验项目、实验指导书等部分，通过实践教学板块，学生可充分的利用教学资源掌握试验内容，同时也为信号与系统课程的教学改革中开放性实验教学提供了有力的保证。仿真园地板块结合教学内容，利用MATLAB对关键知识点进行建模仿真,并给出了MATLAB仿真的源代码，这样可以将信号与系统课程中较难掌握和理解的内容形象生动地展现出来，提高了教学效率，增强了直观教学和教学效果,从而使学生对所学知识的理解更加透彻。学生在学习中遇到的问题可以通过讨论版（BBS）提出，寻求老师或者同学们的帮助，实现师生互动交流。
4结束语
第3篇
“非电量检测与信号处理系统的研制”项目是2012年本教学团队结题的院级自然科研项目。该项目以服务《信号与系统》课程教学为基本目标。经过研制开发，达到了预期设计要求，尤其是在航空传感器数字信号处理等具有挑战性和较高技术含量的领域做了大量深入的研究，取得了较好的成果。航空非电量的电测法就是将各种航空非电量(如温度、压力、加速度、姿态角、高度、位移、应变、流量、液位等)变换为电量，而后进行测量的方法。非电量检测与信号处理系统是严格按照航空非电量检测相关技术规范研制开发的，其特性具体体现在以下几个方面。(1)实用性:本项目平台是很好的开放式平台，有利于《信号与系统》课程改革;(2)可操作性:由于人机交互在上位机进行，可操作性极强。经过多次上课使用证明，系统整体稳定可靠，数据采集准确，数据分析算法先进，具有较强的实用价值;(3)升级特性:在基本硬件保持不变的情况下，本系统具有较为简单、方便、快捷的升级特性。另外，增加新的传感器硬件模块也比较容易。非电量检测与信号处理系统的功能展示生动、形象、直观，集创新性、知识性、趣味性于一体，在教学展示中易于激发学生的创新意识和学习主动性、积极性。另外，由于非电量检测与信号处理系统集成了许多先进和实用技术，所以，本系统的成功研制为今后进一步的科学研究积累了宝贵的经验，同时，也为教学工作及学生科技活动积累了丰富的素材。本系统的上位机由主控计算机及信号处理单元构成，下位机则是由各个传感器为核心的功能模块所组成。主控计算机是分布式控制系统的上位机，由一台高性能PC承担，主要用于人机交互、系统管理、控制决策、任务调度、运动规划、信号处理等。测量部分由多种航空传感器组成(参见图1)。以该系统作为教学实验的平台载体来真实地反映《信号与系统》理论在航空测控系统中的应用，取得了良好的上课效果。无论是卷积、傅立叶变换、拉普拉斯变换还是z变换等，学生都能在该设备上编程验证。这种可编程的硬件平台比MATLAB仿真更为直观和有效。
二、以学期项目为载体全面提升学生综合素质指标
然而，光是靠上述研制成果讲授《信号与系统》课程还不够。原因是学生的动手能力还停留在使用该设备进行理论验证的阶段，还为达到设计的阶段。为此，研究团队在本专业开发了一系列学期项目，并在每学期实施一门学期项目的教学。从一开学就布置学期项目的项目任务，学期结束才需要学生提交项目作品。学生在整个一学期当中，把《信号与系统》充分结合《模拟电子技术》《高频电路》《数字电子技术》《单片机技术与应用》《Protel》《C语言程序设计》《电子测量与仪器》《传感器与仪表》《误差分析与数据处理》等课程，有足够的时间去思考项目的方案、精心设计硬件和软件，经历较为复杂的调试阶段后，最终做出达到性能指标的作品，并撰写项目报告，上台用PPT演讲自己的作品。《信号与系统》课程从系统设计上起到统领全局的作用，而其它课程用于项目的具体制作和调试。本教研团队总共安排了4个学期项目，其中学期项目3是《飞行数据采集》、学期项目4是《航空测控系统设计》。这2个学期项目面向航空电子行业，以具体项目为驱动，需要学生把《信号与系统》课程中的内容结合航空电子工程进行设计、制作、装配、调试、测试、检修等工作。以学期项目作为《信号与系统》课程的载体，实现了以学生为主体的教学。学生在强大的兴趣驱动下保持主动学习和研究的动力。很多课程的知识点在作品中得以体现。为了工程实现，不少学生还自学了课程中的建议选学的内容。因此，《信号与系统》课程得到学以致用。学期项目的逐学期实施，也就同时在为电子设计竞赛、技能大赛锻炼和选拔人才。学生在平时就打下了良好的基础，有利于他们参赛并获奖。最终目的是培养出企业所需要的综合素质全面的人才。本专业2012级的学生有18人进入了开放实验室，参加了大学生电子设计竞赛，并取得了不错的成绩。在2014年大学生电子设计竞赛中有3个参赛组获得一等奖，3个参赛组获得二等奖。学生现今正在单位参加顶岗实习，他们的主要工作是产品设计。个别动手能力突出的优秀学生直接当上了项目经理。
三、以导师制实现因材施教
学生群体的基础差距很大，且学习习惯、学习能力差别也很大。在面向航空的以学期项目为载体的《信号与系统》的整个教学过程中，如果还进行整齐划一的无差别教学，将使得基础较差的同学无法跟上课程进度，而理解力强的同学又发挥不出自己的才能。本教研团队尝试了以开放实验室为基地，实施导师制教学。导师并非一定要本校或者企业专家担当。“三人行，必有我师”。我们实施的是学生教学生的导师制。在本专业高年级的学生中选拔最优秀的10名学生给低年级学生当导师。这10名高年级学生全部参加过电子设计竞赛并获奖，全部都是老师的科研项目团队成员，拥有较为丰富的实践经验。选他们当导师，还同时锻炼了他们的表达与沟通能力、组织与协调能力、领导能力。一个班级分为10个小组，每个小组就有1名高年级学生当导师。每个小组中最优秀的学生当组长。导师与学生之间交流渠道完全畅通。由于导师也是学生，因此导师天生与学生容易沟通。导师与学生之间除了上课交流、辅导课交流以外，还有全天候的QQ交流。这种导师制大大减轻了本专业的师资人数不足的负担，而同时打造了一支科研能力很强的学生队伍。同时，教室上课只占用少量时间，大量时间花在课后的设计和制作，改变了传统教学以教师为主体的局面。以此类推，每一届学生中都要选拔10名左右的学生给下一届学生当导师。因此，面向航空电子业、以学期项目为载体的整个《信号与系统》教学过程都有学生导师指导。
四、考核方式的改进
良好的考核方式将有力促进学生的学习，更客观地评估学习效果。在面向航空的以学期项目为载体的《信号与系统》的考核方式设计中，本团队进行了较大的改革，除了对项目成果本身进行结果考核外，加强了对学习全过程的考核。在过程考核中纳入了综合素质指标。把综合素质指标融入项目教学的全过程，以学生为主体实施教学与评价。(1)项目布置阶段(含方案设计):考核学生的专业知识、职业技能、基本素养;(2)作品制作阶段:考核学生的专业知识、职业技能、资讯能力、敬业合群、诚实守信、学习能力、创新能力、安全环保意识、外语能力、抗压能力;(3)撰写报告阶段:考核学生的书面表达沟通能力、资讯能力;(4)提交报告:考核执行力;(5)答辩阶段:考核口头表达沟通能力、抗压能力。所有的综合素质指标的分数将生成一个雷达图。该图反映了学生的综合素质。有利于学生找到自己的能力素质上的不足，从而调整努力的方向。同时也有利于企业选择录用新员工。考核方式的革新可避免原有结果考核的一次期末考试就定胜负所带来的缺点。新的考核方式要求学生平时都要努力，才能最终完成《信号与系统》课程的学习，避免了学生平时不上进而最终积重难返之后果。此外，综合素质指标考核有利于老师对学生平时的学习状况的跟踪，以便让学生导师有针对性地加强辅导和交流，让差生获得必要的帮助，跟上所在项目小组的进度。
五、结论
