信號與通信論文范文

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第1篇

關鍵詞屏蔽門,列車自動防護,接口控制

屏蔽門(Platformscreendoors,簡稱PSD)系統是現代化軌道交通工程的必備設施,它沿軌道交通站臺邊緣設置,將軌道區與站臺候車區隔離,具有節能、環保和安全等功能。安裝屏蔽門系統后,不僅可以防止乘客跌落軌道而發生危險,確保乘客安全,減少人為引起的停車延誤,提高列車準點率,而且可以減少站臺區與軌道區之間冷熱氣流的交換,從而降低環控系統的運營能耗,節約運營成本。

信號系統與屏蔽門系統相結合是屏蔽門系統工程的重要環節。此外,要更好地確保乘客的安全以及奠定無人駕駛的技術基礎,就必須實現屏蔽門與列車車門的連動,并確保屏蔽門系統與信號系統的列車自動防護(ATP)之間建立聯鎖關系。根據世界各城市軌道交通工程的成功先例,屏蔽門普遍由信號系統進行控制。廣州于2004年10月開始對正在運營的地鐵1號線加裝屏蔽門系統。該項工程預計總投資金額為1.484億元人民幣,是目前我國最大的一項軌道交通屏蔽門系統工程。本文主要對廣州地鐵2號線及1號線加裝屏蔽門系統工程中的西門子信號系統與屏蔽門系統的接口進行分析。

1屏蔽門系統所需信號系統的條件及功能

(1)信號系統與屏蔽門系統的接口僅考慮線路上的列車的正向運行,但要滿足屏蔽門對停車精度的要求。只有停車精度要求被滿足,信號系統才允許自動或人工向列車和站臺屏蔽門系統發送開門命令。目前,用于廣州地鐵2號線的LZB700M型中,ATP和ATO(列車自動運行)系統是由德國西門子公司提供的,其列車定點停車的精度ATO系統為±0.3m,成功率99.99%,ATP系統為±0.5m,已滿足屏蔽門對停車精度的要求。廣州地鐵1號線同樣采用LZB700M型ATP、ATO,目前列車停車的精度ATO系統為±0.5m,成功率99.5%,ATP系統為±1m。由此可見,要安裝屏蔽門首先必須改善列車的停車狀況,停車精度至少要達到ATO系統為±0.4m,成功率99.5%,ATP系統為±0.5m的要求;并要保證在列車停車精度為±400mm情況下,列車乘客門凈開度≥1200mm(屏蔽門門開寬度為2000mm)。

(2)只有屏蔽門關閉的情況下列車才能運行。ATP軌旁單元通過故障安全型繼電器輸入接點接收當前屏蔽門的狀態(PSD開門或PSD關門)。如果屏蔽門是開門狀態,ATP軌旁單元會設置一個安全停車點,不讓任何列車駛入相應的車站站臺。

(3)PSD的狀態通過ATP報文傳輸給列車。當列車接近運營停車點,且屏蔽門的狀態由“PSD關閉”變化為“PSD開門”時,ATP軌旁單元會產生緊急制動讓列車停車。

(4)確保當列車停在停車窗位置范圍內時才連通列車到軌旁的通信通道。當列車在站臺范圍內移動時,ATP通過不激活“PTI(positivetrainidentification,有車標志)釋放”切斷PTI通道。如果列車停到指定的ATP停車窗位置時,則通過ATP激活“PTI釋放”讓PTI通道連通。當列車車門打開時,這些報文會通過PTI通道傳輸到軌旁單元,屏蔽門會隨之而打開。

(5)屏蔽門控制系統向信號系統提供全部門“關閉及鎖定”和“互鎖解除”信息,接口采用安全型干接點雙斷硬線連接,接口分界點在屏蔽門控制設備外的線端子排。

(6)列車在ATP停車窗范圍內停穩后,ATP車載單元會發出打開列車車門的信號。當列車車門打開,ATP車載單元一個持續的故障安全輸出則會切斷列車的牽引系統。這是為了防止列車在車門開啟的情況下人為地啟動列車。

(7)PTIMUX(PTItracksideunit)根據接收來的2個不同的PSD編碼(對應PSD開門的編碼)驅動2個繼電器輸出,它們是表示“PSD開門”命令的接口。為了產生一個持續的控制信號,ATO需不斷發送“PSD開門”命令,直到屏蔽門被請求關閉為止。

(8)如果列車車門關閉(人工或自動),屏蔽門也隨之關閉,這些報文會通過PTI通道傳輸到軌旁單元。目前廣州1、2號線列車只有人工關閉車門功能。

(9)ATP車載單元在關閉車門的同時,輸出關閉屏蔽門命令。只有收到列車車門關閉好,且通過ATP報文接收到屏蔽門的“關閉及鎖定狀態”信息后,列車牽引系統才被釋放,ATP才允許啟動列車。

(10)開左門或開右門應與站臺的位置和列車運行方向相符合。如在換乘站(如公園前站),屏蔽門的開關要根據有利于乘客導向的原則來進行設計:先開下客側的屏蔽門,后開上客側的屏蔽門。

(11)屏蔽門系統發生故障,或屏蔽門實際已關閉但因故不能有效地把“關閉及鎖定狀態”信號傳送給ATP系統時,司機只有按“PSD互鎖解除”按鈕,屏蔽門系統才能給ATP系統送出“互鎖解除”的信號,用以切斷屏蔽門系統和信號系統間的聯鎖關系,ATP才允許啟動列車。且司機必須在每次發車前都按下“PSD互鎖解除”按鈕,直到故障修復為止。

(12)屏蔽門系統應為每側站臺提供一組接口與信號系統連接,因此,島式站臺和側式站臺有兩組接口,一島兩側式站臺有四組接口(如公園前站)。

(13)由于廣州地鐵1、2號線的列車編組方式相同,在信號系統中沒有考慮采用不同的列車編組來開啟對應的屏蔽門。

2信號系統與屏蔽門系統的接口控制

2.1接口信號描述

信號系統與屏蔽門控制系統之間使用信號控制電纜連接,使用繼電、雙斷、安全型干接點等方式的接口電路。兩系統接口信號的描述見表1。

2.2ATP子系統對PSD打開狀態時的保護聯鎖設計

屏蔽門的狀態通過ATP報文傳輸給列車。ATP子系統在屏蔽門不同的打開情況下監督列車的移動,并最終控制列車導向安全。其出現的情況有圖1中給出的5種。

圖1中:情況1和2若PSD打開,軌旁ATP會生成一個安全停車點讓列車不能進入相應車站的站臺。在情況1中,當列車制動距離小于列車與安全停車點的接近距離時,列車實施正常制動讓列車在停車點前停車。而在情況2中,當列車制動距離大于列車與安全停車點的接近距離時,列車則要被實施緊急制動。在情況3中,列車在站臺區域移動,同時收到“PSD關閉”改變為“PSD開門”的信息時,車載ATP單元會產生一個緊急制動。同樣,在情況4中,車載ATP單元也會產生一個緊急制動,這是因為列車尾部還在站臺區域內。在情況5中,列車已出清站臺區域時PSD打開,這時列車不會產生緊急制動。通過上述的5種情況,確保在PSD打開的情況下禁止列車在站臺區段移動,防止危及乘客的安全。

2.3接口硬線連接的安全設計

簡單的故障會導致屏蔽門錯誤地開、關門,這是必須要防止的。現說明接口故障的安全設計。

2.3.1PTIMUX和PSD控制器之間的繼電器盒

PTIMUX和PSD控制器之間采用繼電器進行隔離,防止電氣干擾影響信號系統。同時為提高安全性,接口電路采用4線雙切線路。一個正常的PSD命令是由4個PTIMUX輸出繼電器組合確定的,可以避免“PSD開門”和“PSD關門”兩個信號同時出現的錯誤。這些繼電器會安裝在PTIMUX上,通過復合的接點關系防止“PSD開門”和“PSD關門”命令的錯誤輸出。其原理見圖2。繼電器盒的繼電器輸出狀態與邏輯結果見表2。

通過其繼電器控制電路邏輯結果分析,16種繼電器可能的動作組合中,只有2種組合會產生正確的輸出(PSD開門和PSD關門)。這樣的設計也是為了防止繼電器失誤而產生錯誤的輸出命令。

2.3.2報文容錯

車載ATO通過PTI信標到PTI-MUX的整個傳輸通道的報文都有CRC(循環冗余碼校驗)進行校驗。另外,列車停在停車窗位置范圍時,整個PTI傳輸通道才連通,以確保其它情況下沒有任何的報文接收,影響到PSD的功能。

2.4兩側都有屏蔽門的設計

該情況是列車可以打開左側、右側或者同時都要打開兩側車門的情況。

這里使用了6個繼電器,其功能分別是:允許開門,允許關門,兩側門都開,開左門,開右門,關閉所有門。通過這6個繼電器的接點組合控制PSD的命令輸出:①開右側屏蔽門,允許開門和開右門的繼電器吸起;②開左側屏蔽門,允許開門和開左門的繼電器吸起;③開兩側屏蔽門,允許開門和兩側門都開的繼電器吸起;④關閉屏蔽門,允許關門和關閉所有門的繼電器吸起。繼電器的輸出狀態和邏輯結果見表3。

如表3所述,只有上述的情況會產生命令輸出,其它的組合是無效的。通過其繼電器的互鎖關系,確保不會因繼電器錯誤動作產生有效的屏蔽門控制命令。如在公園前站這個需要兩側開門的換乘站,在設計上要考慮屏蔽門對乘客的導向作用,兩側屏蔽門要先開下客門再開上客門,而關門時要先關下客門再關上客門。這就需要在車載軟件中設置兩側車門的開關延時時間。同樣兩側屏蔽門開關的時間也應作對應的設置。

2.5車門與屏蔽門的同步

屏蔽門和列車車門的開門時間,會在小于1s內同步啟動。屏蔽門和列車門關閉的時間應大致相同。同步要求的延誤,主要是因為啟動指令要從信號系統的車載設備傳送到信號系統的地面設備,傳送過程中會產生延誤。關門同步實現起來比較容易。列車車門及屏蔽門收到關門命令也不是立即關閉的,而是都有一個延時時間。根據實際情況各自確定一個關門的延時時間即可。

3結語

屏蔽門系統與信號系統的結合提高了屏蔽門的自動性和安全性,在保證列車和乘客安全,實現快速、高密度、有序運行等功能的同時,為乘客提供了一個舒適安全的乘車環境。通過了解信號系統與屏蔽門系統之間的控制與監督,就能更深入了解屏蔽門系統的運作過程。

參考文獻

1孫增田.廣州地鐵屏蔽門系統的方案比選.地鐵與輕軌,2002(6):28

第2篇

在教學手段上，我們制作了與教材配套的《信號與系統多媒體課件》，改變了傳統黑板式的單一教學方式，采用黑板和課件相結合的教學方式。通過制作多媒體課件，代替了原來大量的板書，節省了教師和學生的時間，使教師可以集中精力傳授教學內容；課件利用MATLAB、FLASH等多種軟件，將圖、文、聲、像等媒體表現方式有機結合，通過生動形象的演示可加強學生對教學內容的理解；但同時結合黑板可完成一些公式和例題的推導，可加深學生對基本概念和基本分析方法的理解和掌握。總之，通過多種教學表現形式，教師可以根據教學實際情況靈活調整教學內容，促進教和學之間的交流。在教學方法上，刪除一些復雜的理論推導，取而代之的是應用MATLAB軟件幫助學生完成數值計算、信號與系統分析的可視化建模及仿真調試，加強學生對教學內容的理解，培養學生主動獲取知識和獨立解決問題的能力，為后續專業課學習和使用MATLAB進行信號處理領域的各種分析應用打下堅實的基礎。

2實驗教育改革

2.1基于軟硬件結合的“雙平臺實驗教學”實驗教學作為理論教學的主要補充，在整個教學環節中具有重要地位。我們“信號與系統”課程采用基于軟硬件結合的雙平臺教學，開設24個學時實驗，其中保留了原來的8學時硬件電路實驗，增加了16學時MATLAB軟件實驗，對于實驗內容的取舍和編排二者盡可能取長補短。硬件電路實驗中對于儀器的操作、硬件電路的調試等充分鍛煉了學生的動手能力；對于MATLAB軟件實驗，我們編寫了與理論教材配套的實驗教材，與理論教學同步，實驗教材全面系統的介紹應用MATLAB對信號與系統進行分析與實現的具體方法，并提供程序實例、基本實驗內容和擴展實驗內容。在實驗過程中，學生根據程序實例獨立完成信號與系統分析的可視化建模及仿真調試等實驗內容，培養學生主動獲取知識和獨立解決問題的能力。通過軟硬件結合的實驗，讓學生的動手能力與理論水平同時提高，也更有利于激發學生的學習興趣。

2.2開放性實驗教學

我們的硬件電路實驗全部采用開放性實驗的教學方式。以學生預習﹑自選時間和自主做實驗為主，教師講解示范為輔。為此，我們進一步完善了實驗指導書，并且將示波器等重點儀器的使用方法印成卡片，每個實驗位置放一份。學生做好預習才能準許進實驗室，老師不講解只輔導答疑和檢查結果，學生基本都能完成實驗內容。如果有學生完成規定的實驗內容，則可以充分利用開放實驗進行學習，這期間學生可以在老師的指導下，對相關課外內容進行學習，例如電子制作或進行其它科研項目等。通過推出一系列的實驗自主學習模式后，近年來，我們指導的學生在全國大學生電子制作競賽中獲得了較好的成績，學生動手能力和創新能力有較大提高。

3信號與系統課程網站建設

隨著網絡技術的飛速發展，為構建主動學習環境提供了充分條件，課程網站建設將傳統的以教師為中心的被動學習模式轉變為以學生為中心的主動學習模式，可以激發學生主動探索、主動發現和解決問題，有利于培養創新型人才。我們信號與系統課程網站的建設參考國家精品課程網站的建設思路，采用模塊化的設計思想。網站共分為課程介紹、課程特色、師資隊伍、課程資源、實踐教學、仿真園地、互動交流（BBS）七大板塊。課程資源板塊為學生提供了豐富的學習資源，包括課程的教學大綱、授課計劃表、電子教案、補充習題、學習指導、教學錄像等部分，學生用自己的學號、姓名注冊通過管理員審核后，可以下載課程資源，給學生的課前預習和課后復習帶來了極大的方便。實踐教學板塊包括實驗大綱、實驗項目、實驗指導書等部分，通過實踐教學板塊，學生可充分的利用教學資源掌握試驗內容，同時也為信號與系統課程的教學改革中開放性實驗教學提供了有力的保證。仿真園地板塊結合教學內容，利用MATLAB對關鍵知識點進行建模仿真,并給出了MATLAB仿真的源代碼，這樣可以將信號與系統課程中較難掌握和理解的內容形象生動地展現出來，提高了教學效率，增強了直觀教學和教學效果,從而使學生對所學知識的理解更加透徹。學生在學習中遇到的問題可以通過討論版（BBS）提出，尋求老師或者同學們的幫助，實現師生互動交流。

4結束語

第3篇

“非電量檢測與信號處理系統的研制”項目是2012年本教學團隊結題的院級自然科研項目。該項目以服務《信號與系統》課程教學為基本目標。經過研制開發，達到了預期設計要求，尤其是在航空傳感器數字信號處理等具有挑戰性和較高技術含量的領域做了大量深入的研究，取得了較好的成果。航空非電量的電測法就是將各種航空非電量(如溫度、壓力、加速度、姿態角、高度、位移、應變、流量、液位等)變換為電量，而后進行測量的方法。非電量檢測與信號處理系統是嚴格按照航空非電量檢測相關技術規范研制開發的，其特性具體體現在以下幾個方面。(1)實用性:本項目平臺是很好的開放式平臺，有利于《信號與系統》課程改革;(2)可操作性:由于人機交互在上位機進行，可操作性極強。經過多次上課使用證明，系統整體穩定可靠，數據采集準確，數據分析算法先進，具有較強的實用價值;(3)升級特性:在基本硬件保持不變的情況下，本系統具有較為簡單、方便、快捷的升級特性。另外，增加新的傳感器硬件模塊也比較容易。非電量檢測與信號處理系統的功能展示生動、形象、直觀，集創新性、知識性、趣味性于一體，在教學展示中易于激發學生的創新意識和學習主動性、積極性。另外，由于非電量檢測與信號處理系統集成了許多先進和實用技術，所以，本系統的成功研制為今后進一步的科學研究積累了寶貴的經驗，同時，也為教學工作及學生科技活動積累了豐富的素材。本系統的上位機由主控計算機及信號處理單元構成，下位機則是由各個傳感器為核心的功能模塊所組成。主控計算機是分布式控制系統的上位機，由一臺高性能PC承擔，主要用于人機交互、系統管理、控制決策、任務調度、運動規劃、信號處理等。測量部分由多種航空傳感器組成(參見圖1)。以該系統作為教學實驗的平臺載體來真實地反映《信號與系統》理論在航空測控系統中的應用，取得了良好的上課效果。無論是卷積、傅立葉變換、拉普拉斯變換還是z變換等，學生都能在該設備上編程驗證。這種可編程的硬件平臺比MATLAB仿真更為直觀和有效。

二、以學期項目為載體全面提升學生綜合素質指標

然而，光是靠上述研制成果講授《信號與系統》課程還不夠。原因是學生的動手能力還停留在使用該設備進行理論驗證的階段，還為達到設計的階段。為此，研究團隊在本專業開發了一系列學期項目，并在每學期實施一門學期項目的教學。從一開學就布置學期項目的項目任務，學期結束才需要學生提交項目作品。學生在整個一學期當中，把《信號與系統》充分結合《模擬電子技術》《高頻電路》《數字電子技術》《單片機技術與應用》《Protel》《C語言程序設計》《電子測量與儀器》《傳感器與儀表》《誤差分析與數據處理》等課程，有足夠的時間去思考項目的方案、精心設計硬件和軟件，經歷較為復雜的調試階段后，最終做出達到性能指標的作品，并撰寫項目報告，上臺用PPT演講自己的作品。《信號與系統》課程從系統設計上起到統領全局的作用，而其它課程用于項目的具體制作和調試。本教研團隊總共安排了4個學期項目，其中學期項目3是《飛行數據采集》、學期項目4是《航空測控系統設計》。這2個學期項目面向航空電子行業，以具體項目為驅動，需要學生把《信號與系統》課程中的內容結合航空電子工程進行設計、制作、裝配、調試、測試、檢修等工作。以學期項目作為《信號與系統》課程的載體，實現了以學生為主體的教學。學生在強大的興趣驅動下保持主動學習和研究的動力。很多課程的知識點在作品中得以體現。為了工程實現，不少學生還自學了課程中的建議選學的內容。因此，《信號與系統》課程得到學以致用。學期項目的逐學期實施，也就同時在為電子設計競賽、技能大賽鍛煉和選拔人才。學生在平時就打下了良好的基礎，有利于他們參賽并獲獎。最終目的是培養出企業所需要的綜合素質全面的人才。本專業2012級的學生有18人進入了開放實驗室，參加了大學生電子設計競賽，并取得了不錯的成績。在2014年大學生電子設計競賽中有3個參賽組獲得一等獎，3個參賽組獲得二等獎。學生現今正在單位參加頂崗實習，他們的主要工作是產品設計。個別動手能力突出的優秀學生直接當上了項目經理。

三、以導師制實現因材施教

學生群體的基礎差距很大，且學習習慣、學習能力差別也很大。在面向航空的以學期項目為載體的《信號與系統》的整個教學過程中，如果還進行整齊劃一的無差別教學，將使得基礎較差的同學無法跟上課程進度，而理解力強的同學又發揮不出自己的才能。本教研團隊嘗試了以開放實驗室為基地，實施導師制教學。導師并非一定要本校或者企業專家擔當。“三人行，必有我師”。我們實施的是學生教學生的導師制。在本專業高年級的學生中選拔最優秀的10名學生給低年級學生當導師。這10名高年級學生全部參加過電子設計競賽并獲獎，全部都是老師的科研項目團隊成員，擁有較為豐富的實踐經驗。選他們當導師，還同時鍛煉了他們的表達與溝通能力、組織與協調能力、領導能力。一個班級分為10個小組，每個小組就有1名高年級學生當導師。每個小組中最優秀的學生當組長。導師與學生之間交流渠道完全暢通。由于導師也是學生，因此導師天生與學生容易溝通。導師與學生之間除了上課交流、輔導課交流以外，還有全天候的QQ交流。這種導師制大大減輕了本專業的師資人數不足的負擔，而同時打造了一支科研能力很強的學生隊伍。同時，教室上課只占用少量時間，大量時間花在課后的設計和制作，改變了傳統教學以教師為主體的局面。以此類推，每一屆學生中都要選拔10名左右的學生給下一屆學生當導師。因此，面向航空電子業、以學期項目為載體的整個《信號與系統》教學過程都有學生導師指導。

四、考核方式的改進

良好的考核方式將有力促進學生的學習，更客觀地評估學習效果。在面向航空的以學期項目為載體的《信號與系統》的考核方式設計中，本團隊進行了較大的改革，除了對項目成果本身進行結果考核外，加強了對學習全過程的考核。在過程考核中納入了綜合素質指標。把綜合素質指標融入項目教學的全過程，以學生為主體實施教學與評價。(1)項目布置階段(含方案設計):考核學生的專業知識、職業技能、基本素養;(2)作品制作階段:考核學生的專業知識、職業技能、資訊能力、敬業合群、誠實守信、學習能力、創新能力、安全環保意識、外語能力、抗壓能力;(3)撰寫報告階段:考核學生的書面表達溝通能力、資訊能力;(4)提交報告:考核執行力;(5)答辯階段:考核口頭表達溝通能力、抗壓能力。所有的綜合素質指標的分數將生成一個雷達圖。該圖反映了學生的綜合素質。有利于學生找到自己的能力素質上的不足，從而調整努力的方向。同時也有利于企業選擇錄用新員工。考核方式的革新可避免原有結果考核的一次期末考試就定勝負所帶來的缺點。新的考核方式要求學生平時都要努力，才能最終完成《信號與系統》課程的學習，避免了學生平時不上進而最終積重難返之后果。此外，綜合素質指標考核有利于老師對學生平時的學習狀況的跟蹤，以便讓學生導師有針對性地加強輔導和交流，讓差生獲得必要的幫助，跟上所在項目小組的進度。

五、結論