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摘要：本文针对目前CBTC（基于通信的列车控制系统）系统中ZC（区域控制中心）子系统散热器存在的问题，提出了可监控散热器解决方案，并详细介绍了可监控散热器设计方案及工作流程。具体是散热器通过收到CBTC系统中ZC子系统的控制输出来控制散热器上电或断电，由散热器中的MCU去控制风扇运转或停止，同时将监测到的散热器运用情况输出给ZC子系统。该可监控散热器已通过多条地铁线路的试用考验，其性能稳定可靠，经过进一步优化后可推广运用。
关键词：CBTC；ZC；散热器；可监控；MCU
目前，在城市轨道交通列车控制系统中，主要有点式通信级列车运行控制系统和连续式通信级列车运行控制系统（CBTC）。而CBTC制式以其允许行车间隔较短，运输效率较高等优势正成为现代城市轨道交通列车运行控制系统中的主流。其中轨旁ZC系统担负将移动授权报文发送至其控制区域管理的每列车的作用，其稳定运用将对整个CBTC系统稳定运用起到关键的作用。由于ZC系统内部有多个供电源和多种电路板卡，运行时必然产生大量热量，这些热量若不及时散发到系统外，就会导致系统运行环境温度升高，影响系统的可靠性。因此，需要一种高效的散热器来进行系统散热，以保证ZC系统运行稳定。本文作者通过对现有方案存在问题的分析，给出用于ZC系统的可监控散热器的设计方案，并详细阐述了散热器的设计方案及工作流程。
1 现有ZC系统散热器方案分析
1.1 ZC系统概述
在CBTC系统中，ATP系统负责对列车安全进行防护。ATP系统由车载ATP子系统和地面ZC子系统组成。ATP系统设备结构如图1所示（蓝色为车载ATP，黄色为地面ZC部分）。区域控制中心（ZC）是CBTC互联互通系统的地面核心设备，其通过与CI、ATS、车载ATP、相邻ZC、维护等设备接口，并根据所控列车的状态、其控制范围内的列车走行位置、联锁进路信息、临时限速命令等信息，实时生成列车行车许可命令，并通过无线通信系统传输给ATP车载子系统，保证其管辖内的所有列车的运行安全，并实现移动闭塞。
1.2 现有ZC系统散热器方案及存在的问题
目前，ZC系统散热是利用系统机柜的前门网孔将冷空气吸入机柜，通过机柜后部的风扇再将机柜中的热量带出机柜，形成一个前进后出的有效散热通道，达到降低系统机柜温度的作用。 这种散热器的方案在运用效果上是比较实用的，但存在无法对散热器进行有效监控等问题。例如：1）当ZC系统故障时不能控制切断散热器供电电路，造成ZC停用散热器还在运转；2）当散热器不正常工作时ZC系统无法获知散热器的运用情况而继续工作，造成系统机柜内温度过热，影响系统运行，甚至损坏系统。
2 用于ZC系统的可监控散热器设计方案
2.1 散热器的设计方案
用于ZC系统的可监控散热器由控制部分和执行部分组成。图2为ZC系统可监控散热器的工作原理框图。
1）控制部分
该部分是基于MCU的嵌入式控制电路板，接收ZC控制输出信号，控制散热器模块上电或断电，控制风扇运转或停止，监测模块的工作温度，同时将监测到的模块运用情况输出给ZC系统；
2）执行部分
由三个带反馈的风扇组成，启动后风扇将机柜中的热量带出机柜，形成一个前进后出的有效散热通道，达到降低机柜温度的作用，同时将自身的工作情况反馈给控制部分。
2.2 方案的具体实施
用于ZC的可监控散热器（以下简称散热器）不属于安全功能，因此只使用一个微处理器实现控制功能。用三个带反馈长寿命风扇实现降低机柜温度的作用。
ZC系统机柜上电，ZC系统中的各子系统进行自检并将自检信息传送给ZC系统。当各子系统自检有未通过的情况，ZC进行报警并控制输出低电平使散热器无法供电即无法工作。当各子系统自检全部通过时ZC系统控制输出高电平使散热器可以供电即开始工作。此时散热器控制部分的MCU发出指令给风扇运转和停止控制电路，使控制执行部分开始工作。当执行部分的三个带反馈的风扇开始工作后，将其运用情况通过风扇运用情况反馈电路以方波的形式反馈给散热器控制部分，散热器控制部分通过对方波频率和占空比的监测确定风扇是否正常工作，同时散热器控制部分通过温度传感器得到散热器的整体温度，MCU结合风扇的运用情况和散热器的整体温度对ZC进行逻辑输出。当散热器温度在事先设定的温度阈值下，同时执行部分运用正常，模块控制部分对ZC逻辑输出高电平，告知ZC散热器工作一切正常，此时整个ZC系统正常工作，散热器继续运转实现降低机柜温度的作用。当散热器温度超过事先设定的温度阈值或散热器执行部分运用不正常这两个条件有一个发生时，散热器控制部分对ZC逻辑输出低电平，告知ZC散热器工作异常，此时ZC对外报警并控制输出低电平切断散热器的供电。
3 结束语
本文指出了现阶段用于城轨CBTC系統中ZC系统散热器存在的不足，并根据不足方面给出了解决方案。方案中采用反馈风扇和基于MCU的嵌入式平台相结合的设计，达到了ZC系统对散热器的监控目的。目前该散热器处于试验阶段并在现场进行实际运用的检验。通过现场反馈，其性能稳定可靠，进一步优化后开展推广运用。
参考文献：
[1]晏鑫.城市轨道交通车载ATC系统与车辆接口研究. 铁路运营技术，2015（4）.
[2]华成英，童诗白.模拟电子技术基础 （第四版）.北京：中国高等教育出版社.2006
[3]陈锋华，刘岭等. 基于通信的列车控制（CBTC）系统.铁路通信信号工程技术.2005，1：33-36.
[4] Gordon W J， Hall C A .Construction of curvilinear coordinate systems and applications to mesh generation. International Journal for Numerical Methods in Engineering，1973，7（03）：466-477.
[5]宋沛东.CBTC ZC子系统开发简介. 铁路通信信号工程技术.2005，112）：23-27.
关键词：CBTC；ZC；散热器；可监控；MCU
目前，在城市轨道交通列车控制系统中，主要有点式通信级列车运行控制系统和连续式通信级列车运行控制系统（CBTC）。而CBTC制式以其允许行车间隔较短，运输效率较高等优势正成为现代城市轨道交通列车运行控制系统中的主流。其中轨旁ZC系统担负将移动授权报文发送至其控制区域管理的每列车的作用，其稳定运用将对整个CBTC系统稳定运用起到关键的作用。由于ZC系统内部有多个供电源和多种电路板卡，运行时必然产生大量热量，这些热量若不及时散发到系统外，就会导致系统运行环境温度升高，影响系统的可靠性。因此，需要一种高效的散热器来进行系统散热，以保证ZC系统运行稳定。本文作者通过对现有方案存在问题的分析，给出用于ZC系统的可监控散热器的设计方案，并详细阐述了散热器的设计方案及工作流程。
1 现有ZC系统散热器方案分析
1.1 ZC系统概述
在CBTC系统中，ATP系统负责对列车安全进行防护。ATP系统由车载ATP子系统和地面ZC子系统组成。ATP系统设备结构如图1所示（蓝色为车载ATP，黄色为地面ZC部分）。区域控制中心（ZC）是CBTC互联互通系统的地面核心设备，其通过与CI、ATS、车载ATP、相邻ZC、维护等设备接口，并根据所控列车的状态、其控制范围内的列车走行位置、联锁进路信息、临时限速命令等信息，实时生成列车行车许可命令，并通过无线通信系统传输给ATP车载子系统，保证其管辖内的所有列车的运行安全，并实现移动闭塞。
1.2 现有ZC系统散热器方案及存在的问题
目前，ZC系统散热是利用系统机柜的前门网孔将冷空气吸入机柜，通过机柜后部的风扇再将机柜中的热量带出机柜，形成一个前进后出的有效散热通道，达到降低系统机柜温度的作用。 这种散热器的方案在运用效果上是比较实用的，但存在无法对散热器进行有效监控等问题。例如：1）当ZC系统故障时不能控制切断散热器供电电路，造成ZC停用散热器还在运转；2）当散热器不正常工作时ZC系统无法获知散热器的运用情况而继续工作，造成系统机柜内温度过热，影响系统运行，甚至损坏系统。
2 用于ZC系统的可监控散热器设计方案
2.1 散热器的设计方案
用于ZC系统的可监控散热器由控制部分和执行部分组成。图2为ZC系统可监控散热器的工作原理框图。
1）控制部分
该部分是基于MCU的嵌入式控制电路板，接收ZC控制输出信号，控制散热器模块上电或断电，控制风扇运转或停止，监测模块的工作温度，同时将监测到的模块运用情况输出给ZC系统；
2）执行部分
由三个带反馈的风扇组成，启动后风扇将机柜中的热量带出机柜，形成一个前进后出的有效散热通道，达到降低机柜温度的作用，同时将自身的工作情况反馈给控制部分。
2.2 方案的具体实施
用于ZC的可监控散热器（以下简称散热器）不属于安全功能，因此只使用一个微处理器实现控制功能。用三个带反馈长寿命风扇实现降低机柜温度的作用。
ZC系统机柜上电，ZC系统中的各子系统进行自检并将自检信息传送给ZC系统。当各子系统自检有未通过的情况，ZC进行报警并控制输出低电平使散热器无法供电即无法工作。当各子系统自检全部通过时ZC系统控制输出高电平使散热器可以供电即开始工作。此时散热器控制部分的MCU发出指令给风扇运转和停止控制电路，使控制执行部分开始工作。当执行部分的三个带反馈的风扇开始工作后，将其运用情况通过风扇运用情况反馈电路以方波的形式反馈给散热器控制部分，散热器控制部分通过对方波频率和占空比的监测确定风扇是否正常工作，同时散热器控制部分通过温度传感器得到散热器的整体温度，MCU结合风扇的运用情况和散热器的整体温度对ZC进行逻辑输出。当散热器温度在事先设定的温度阈值下，同时执行部分运用正常，模块控制部分对ZC逻辑输出高电平，告知ZC散热器工作一切正常，此时整个ZC系统正常工作，散热器继续运转实现降低机柜温度的作用。当散热器温度超过事先设定的温度阈值或散热器执行部分运用不正常这两个条件有一个发生时，散热器控制部分对ZC逻辑输出低电平，告知ZC散热器工作异常，此时ZC对外报警并控制输出低电平切断散热器的供电。
3 结束语
本文指出了现阶段用于城轨CBTC系統中ZC系统散热器存在的不足，并根据不足方面给出了解决方案。方案中采用反馈风扇和基于MCU的嵌入式平台相结合的设计，达到了ZC系统对散热器的监控目的。目前该散热器处于试验阶段并在现场进行实际运用的检验。通过现场反馈，其性能稳定可靠，进一步优化后开展推广运用。
参考文献：
[1]晏鑫.城市轨道交通车载ATC系统与车辆接口研究. 铁路运营技术，2015（4）.
[2]华成英，童诗白.模拟电子技术基础 （第四版）.北京：中国高等教育出版社.2006
[3]陈锋华，刘岭等. 基于通信的列车控制（CBTC）系统.铁路通信信号工程技术.2005，1：33-36.
[4] Gordon W J， Hall C A .Construction of curvilinear coordinate systems and applications to mesh generation. International Journal for Numerical Methods in Engineering，1973，7（03）：466-477.
[5]宋沛东.CBTC ZC子系统开发简介. 铁路通信信号工程技术.2005，112）：23-27.