ZPW-2000R型

ZPW-2000R型（共3篇）

ZPW-2000R型 篇1

摘要：介绍ZPW-2000R无绝缘移频轨道电路仿真模型, 仿真方法及解决问题。

关键词：ZPW-2000R型轨道电路仿真,接收通道,优化解决

1 概述

ZPW-2000R系列移频自动闭塞是铁道部定型的一种闭塞制式。它具有抗干扰性能强、无机械绝缘、工作稳定可靠等优点。ZPW-2000R型移频轨道电路传输性能仿真是以网络分析技术为基础, 使用计算机仿真方式, 采用特定的参数进行的, 并形成了一定的计算机仿真能力。通过仿真输出电容数量和布局、轨道电路长度、发送功率等关联参数, 满足轨道电路可靠传输、调整、分路等工作状态的需要。

2 仿真

2.1 模型

调整状态轨道电路仿真模型图。

上图中:FS为发送器和功放器、JS为接收器;VJ为接收器主接入电压;VL为衰耗滤波器主滤入电压;V1、Ⅰ1、Z1为衰耗滤波器电缆入电压、电流和负载阻抗;V2、Ⅰ2、Z2 (V3、Ⅰ3、Z3) 为接收端电缆设备侧 (电缆轨道侧) 电压、电流和负载阻抗;V4、Ⅰ4、Z4 (V5、Ⅰ5、Z5) 为接收端匹配单元 (调谐单元) 轨面电压、电流和负载阻抗;V6、Ⅰ6、Z6 (V7、Ⅰ7、Z7) 为发送端调谐单元 (匹配单元) 轨面电压、电流和负载阻抗;V8、Ⅰ8、Z8 (V9、Ⅰ9、Z9) 为发送端电缆轨道侧 (设备侧) 电压、电流和负载阻抗;V10、Ⅰ10、Z10为发送端功放器电压、电流和负载阻抗;Zt1为单个衰耗器电阻;Zt为钢包铜引接线阻抗;BA为带钢包铜引接线的调谐单元;SVA为带钢包铜引接线的空心线圈;BP为带钢包铜引接线的匹配单元的轨道侧视入阻抗;Zc为邻区段轨道特性阻抗;Ztj为接收端调谐区视入阻抗;Ztf为发送端调谐区视入阻抗。

2.2 四端网络传输通用公式

通道设备传输通用公式如下:

上图中:Vi为输入电压、Ⅰi为输入电流;Vo为输出电压;Ⅰo为输出电流;a、b、c、d为四端网络系数, 与特定通道设备相对应。

2.3 接收通道

(1) 衰耗滤波器仿真

在衰耗滤波器的输入端为由若干个电阻构成的衰耗器, 衰耗滤波器的输出端为滤波器。接收器的主接入信号通过衰耗器的分压作用, 即可调整接收器门限电路的输入电平。当接收器的主接入信号电平确定后, 即可得到衰耗滤波器主滤入工作电压 (不同载频情况下, 衰耗滤波器主滤入与接收器主接入工作电压比是固定值) 。已知接收器门限电路工作电平VJ, 由于衰耗滤波器主滤入与接收器主接入工作电压比是固定值, 从而得到衰耗滤波器主滤入电压。仿真时可以先假定一种衰耗器封线Zt1, 由于使用双套衰耗器并接, 仿真时使用Zt1的一半, 衰耗器输入端电压为Vi=VJ (Zt1+ZL) /ZL;输入变压器的变比1:0.5, 始端的输入阻抗Z1, 输入变压器的始端电压是衰耗器输入端电压的两倍V1=2Vi, 输入变压器的始端电流为I1=V1/Z1。

(2) 防雷单元仿真

防雷单元是由防雷变压器及防雷器组成。令防雷单元的四端网络系数为a、b、c、d, 由于接收端防雷单元四端网络, 其信号是属于正向传输, 而且是对称四端网络, 故匹配单元入口端电压V2和电流Ⅰ2可由公式一求得。

(3) 匹配单元仿真

匹配单元是由匹配变压器、电感线圈L及电容C1C2所组成, 令匹配单元的四端网络系数为a、b、c、d, 由于接收端匹配单元四端网络, 其信号是属于正向传输, 而且是非对称四端网络, 故匹配单元入口端电压Vbp4和Ibp4可由公式一求得。

2.4 主轨道电路

将轨道电路按补偿电容间距为基本单元进行分析, 则该基本单元由三个四端网络构成。其中与钢轨并联的补偿电容阻抗为一个四端网络, 在电容两侧半个补偿间距的轨道电路各为一个四端网络。接收端轨道有一个基本单元也是由三个四端网络构成。其中与钢轨并联的补偿电容阻抗为一个四端网络, 在电容一侧为50m间距的轨道电路为一个四端网络, 在电容另一侧为半个补偿间距的轨道电路为另一个四端网络。发送端轨道有一个基本单元也是由三个四端网络构成。其中与钢轨并联的补偿电容阻抗为一个四端网络, 在电容一侧为半个补偿间距的轨道电路为一个四端网络, 在电容一侧为50m间距的轨道电路为另一个四端网络。

2.5 发送通道

(1) 匹配单元仿真

令发送端匹配单元四端网络系数为a'、b'、c'及d', 故匹配单元入口端电压V8和电流I8可由公式 (1) 求得 (式中:a=d', b=b', c=c', d=a') 。

(2) 防雷单元仿真

令发送端防雷单元四端网络系数为a'、b'、c'及d', 故发送端功放器输出端电压V10和电流I10可由公式 (1) 求得 (式中:a=d', b=b', c=c', d=a')

2.6 调谐区轨道电路

发送端电气节各基本单元的联接电路和接收端电气节相同, 故发送端电气结节的阻抗Ztxqf为0BA和SVA阻抗值以及相应长度钢轨阻抗的串、并联。根据发送端各单元设备的连接情况, 发送端电气接头节的阻抗Ztxqf与轨道电路输入阻抗Z6是并接关系。

3 传输优化解决问题

ZPW-2000R型移频轨道电路传输性能仿真对解决如下问题提供了直接或间接的帮助: (1) 确定调谐区设备采用五点布局的调谐区设计方案, 加大了调谐区信号, 应用DSP数字信号处理技术, 对接收的主轨道和调谐区信号进行高精度的幅度运算, 来实现调谐区所有点死区检查, 满足死区长度不大于5m, 解决调谐区不能检查问题, 提高系统安全性能。 (2) 通过轨道电路仿真计算, 将原有26m调谐区加大到30m, 提高调谐区极阻抗值, 减小电气绝缘节对主轨道信号的损耗, 信号在轨道电路中传得更远, 从而改善轨道电路传输性能, 使轨道电路传输长度得到加长。 (3) 提出轨道电容均补偿方案, 把原7.5km电缆长度加大到10km, 满足现有条件下轨道电路传输正常电缆长度的要求。改变原来采用单一电容的补偿方式, 采用小电容, 细补偿的补偿方式, 加大传输距离, 改善轨道电路的传输能力。

结束语

以上设计基于UM71系统基础上进行进一步的技术创新, 目前无绝缘移频自动闭塞系统运用情况良好。

参考文献

[1]铁路光 (电) 缆传输工程设计规范[M].北京:中国铁道出版社.

[2]铁路信号专业信息化的研发实践[M].北京:铁道通信信号.

[3]ZPW-94B型18信息有绝缘移频自动闭塞系统实用培训教材.

ZPW-2000R型 篇2

关键词：C8051F060,SJA1000,CPLD芯片,CAN总线,RS232接口

1 概述

该设备是使用在ZPW-2000R型无绝缘移频自动闭塞系统上, 用于实时采集系统内的接收器, 发送器, 功放器等器材的电压、电流、频率及工作状态等数据, 进行计算处理后与微机监测上位机进行数据通信, 从而可以监测到所有设备及系统是否工作在正常状态, 便于现场操作人员及服务工程师判断系统是否正常工作和判断哪个器材有故障。

2 硬件原理介绍

2.1 电路的原理

如图1所示, 模拟数据量 (电压、电流) 经模拟输入电路隔离降压后, 与直流偏压叠加送至CPU内的高采样率、16位分辨率A/D转换器进行模数转换, 转换的结果由CPU进行计算处理后存储到外部扩展的数据存储器中;开关量、低频及地址编码数据量经过数字量采集电路光电隔离后送至数字量采集器CPLD中, 再由CPU读取各采集结果, 经计算处理后存储到内部的数据存储器中;CPU不断的刷新数据存储器RAM中的内容, 并把每一时刻采到的数据通过CAN总线或者RS232通信接口传送到微机监测上位机中, 并进行显示及存储到硬盘中, 以便现场人员操作及维护系统使用;另一方面点亮数据采集器面板上相应的采集指示灯及通信指示灯。

2.2 硬件电路的介绍

2.2.1 硬件电路的组成

硬件电路由主板电路和母版电路组成, 其中母板电路包括模拟量输入电路、数字量采集电路、CAN总线接口电路、RS232接口电路、电源供电电路等。

2.2.2 主板电路

主板包括CPU、CAN控制器、外部扩展的RAM、CPLD芯片等的组成。其中CPU采用Cygnal公司的C8051F060芯片, 完成所有数据的计算处理及控制;CPLD采用ALTERA公司的EPM3256ATI-144C5芯片, 完成频率、开关量、地址编码的采集、片选等控制逻辑及指示灯的驱动;外部的RAM采用IS61LV5128-10TI芯片, 用于动态的存储采集处理过的数据, CAN控制器采用SJA1000芯片, 用于CAN通信使用。所有的芯片都采用工业级。

2.2.3 母板电路

(1) 模拟量输入电路。模拟量输入电路包括输入阻抗调整电阻、隔离变压器、降压调整电阻、隔直电容、保护元件瞬态二极管、直流偏压调整电阻、及滤波电容组成。使输入采集的大电压降压、隔离、滤波后与直流偏压一起输入到CPU的A/D采集器中。

(2) 数字量采集电路。数字量输入经光电耦合后, 在光耦集电极输出对应的频率脉冲, 送至主板对应的输入端。电路包括光电耦合器 (型号TLP281-4) 、上拉电阻等器件。

(3) CAN总线接口电路。CAN控制器的发送端和接收端通过高速光耦与CAN收发器相连, 以实现CAN总线上各节点间的电气隔离。CAN控制器的CANH和CANL引脚各通过一个5.1Ω电阻与CAN总线相连, 电阻可起到一定的限流作用, 保护CAN收发器免受过流的冲击。CAN收发器与CAN总线接口部分的电容、瞬态二极管等元件可滤除CAN总线上高频干扰、可以抗瞬变干扰, 起到一定的保护作用。

(4) RS232接口电路。RS232接口电路包括光电耦合电路及RS232电平转换电路两部分。RS232接口用于出厂时测试时使用。光耦型号为6N137, RS232收发器型号为MAX232CPE。

(5) 电源电路。该设备采用DC48V供电, 电源经开关、二极管 (防止接反) 、电容 (滤波) 、熔断电阻至电源滤波器 (防电磁干扰) , 经滤波器滤波后送到两个电源块 (型号ZUS64805) , 电源块输入电压范围36~72V, 输出电压范围4.9~5.1V。其中一个电源块为输入接口电路及通信接口电路供电, 另一个电源块为内部执行电路及指示灯电路供电。主板电路供电由5V输入, 3.3V输出的稳压片 (TC2117-33VEB) 提供, 输入电压范围4.75~5.25V, 输出电压范围3.28~3.32V。

2.3 芯片介绍

2.3.1 C8051F060介绍

C8051F060是完全集成的混合信号片上系统型MCU, 具有59个数字I/O引脚, 片内集成了两个16位、1Msps的ADC。下面列出了一些主要特性: (1) 两个1Msps、16位分辨率逐次逼近寄存器型的ADC, 可利用DMA控制器直接访问内部或外部RAM; (2) 控制器局域网 (CAN2.0B) 控制器, 具有32个消息对象, 每个消息对象有其自己的标识掩码; (3) 10位、200ksps的ADC, 带8通道模拟多路开关; (4) 两个12位DAC, 具有可编程数据更新方式; (5) 64KB可在系统编程的FLASH存储器; (6) 4K字节的片内RAM; (7) 可寻址64KB地址空间的外部数据存储器接口; (8) 硬件实现的SPI、SMBus/I2C和两个UART串行接口。

2.3.2 SJA1000介绍

SJA1000是PHILIPS公司早期CAN控制器PCA82C200的替代品, 功能更强, 具有如下特点: (1) 具有扩展的接收缓冲器, 64字节的FIFO结构; (2) 支持CAN2.B; (3) 支持11位和29位标识码; (4) 位速率可达100Mbit/s; (5) 支持peli CAN模式及其扩展功能; (6) 24MHz的时钟频率。

3 软件的实现

本设备软件采用模块化结构设计并使用ASM汇编语言编制。首先软件对各串行接口器件进行初始化, 设置中断定时器, 模拟量的采集采用中断程序模块, 然后分别调用地址编码采集模块、开关量采集模块、频率采集模块、如外部由模拟量、开关量、频率量信号输入时, 则调用相应的算法程序将对应的变量处理后送到内部和外部RAM中保存。同时程序在不断的调用CAN总线接收程序, 若接收到上位机发送数据命令的请求后, 则根据协议中的帧号来调用CAN总线发送数据程序进行数据发送, 从而实现数据通信。下面给出了程序流程图, 如图2所示。

结束语

本设备是应用于ZPW-2000R型移频自动闭塞系统上的设备, 已经在现场使用了4年多的时间, 设备运行良好。当整个系统某一部分出现故障时, 现场的工作人员可根据数据的显示来判断是系统的哪一部分发生了故障, 提高了工作效率, 为整个系统的安全运行提供了可靠的保障。

参考文献

[1]何立民.MS-51系列单片机应用系统设计[M].北京:北京航空航天大学出版社, 1999.

[2]潘琢金.C8051F060混合信号ISP FLASH微控制器数据手册[Z].2004, 12.

ZPW-2000R型 篇3

1 原因分析

ZPW-2000型自动闭塞设备, 3JG闭塞分区的编码通道是以进站信号机的DJF和LXJF的并联接点连通, 构成正方向编码的独立回路, 用来控制站内接车状态及区间通过信号机的显示及地面机车信号的信息。但通过现场施工分析, 发生进站信号机红灯转移的主要原因有: (1) 进站信号机红灯断丝;区间监督继电器故障。 (2) 站内联锁电源停电, 区间电源已转接, DJF不励磁, LXJF此时处于落下状态。由于3JG闭塞分区正方向编码通道由这二台继电器构成, 当出现上述原因时, 造成通道断路, 而使区间预告通过信号机点红灯, 列车被迫停在区间中, 不能驶入进站外方停车, 存在安全隐患。

2 改进措施

对于原因 (1) , 可以通过加强巡视, 确保信号设备处于良好运行状态, 可以有效抑制故障的发生。原因 (2) 需要通过修改DJF励滋电源, 从而使DJF不论在站内联锁处于停电或信联闭停用时, 都处于吸起状态, 保持3JG编码通道畅通, 才能确保区间自动闭塞设备不受站内施工或维修的影响而能正常工作。

2.1 电路组成

3JG编码通道电路DJF和LXJF的并联接点, 如图1:这里的DJF是进站信号机的DJ复示继电器, 在微机联锁或6502电路中, DJF吸起是由站内的KZ、KF电源提供;探讨的关键也在于此。在联锁电路中, 进站信号机开放是要检查灯丝是否断丝, 如灯丝断丝则进站信号机不开放, 要确保DJF在站内停电的情况下仍要可靠吸起, 是本次电路改进的关键。DJF的作用是检查站内联锁设备正常运行, 进站信号机灯丝完好无损的情况下, 区间自动闭塞设备可靠工作, 防止发生红灯转移现象。LXJF的作用是在进站信号机已经开放的情况下, 进站灯丝突然断丝, 为避免发生红灯前移而设的应急备用通道。

2.2 电路原理

3JG编码通道电路如图2所示, 发送器通过进站信号机的开放与关闭状态, 通过进站组合的继电器接点进行编码, 然后由功放器、发送通道向接收器发码, 接收器收到发送器发来的信息后, 区

间预告通过信号机按照进站信号机发来的信息来显示灯光。

2.2.1 站内电源转换电路原理

目前全路普速铁路中, 要求自动闭塞区段进站信号机要有两路不同信号电源来保证处于良好运用状态, 第一路电源是站内信号电源即XJZ、XJF, 另一路就是区间信号电源QJZ、QJF。在正常情况下, 进站信号机电源是由XJZ、XJF来供电, 而当站内进行信联闭停用等停电作业时, XJZ、XJF电源也同时停电, 这时要维持进站信号机处于点红灯状态, 即确保DJ吸起, 就要通过电源转换电路, 利用区间信号电源QJZ、QJF来供电才能完成, 如图3。

正常情况下, 站内信号电源XJZ、XJF使进站红灯监督继电器HDJ励滋, 通过其第3组、第4组前接点接通进站信号机点灯电路;当站内电源XJZ、XJF停电后, HDJ落下, 进站信号机点灯电路通过其第3、4组后接点接通, 由电路看出, 此时进站信号机是由区间信号电源即QJZ、QJF供电, 从而完成由站内电源向区间电源的转换过程。确保进站信号机在站内停电的情况下, 仍然点红灯, 也就满足进站信号机DJ吸起, 为DJF吸起创造了先决条件。

2.2.2 灯丝复示继电器DJF励滋电路

下面重点讨论DJF励滋电路, 也是本次要讨论的核心。前面已述站内联锁电路中, DJF励滋电路通过DJ的前接点由站内电源KZ、KF提供后吸起, 微机联锁和6502联锁电路图中有显示, 这里不在赘述。而在3JG编码电路的DJF是通过站内的DJF前接点, 由区间控制电源QKZ、QKF来供电, 即这个继电器又属于站内DJF的复示继电器, 虽然此时这个电源是由区间电源屏来提供, 与站内电源没有关系, 但3JG编码通道电路的DJF是否可靠吸起, 则取决于站内DJF是否一直处于励滋状态。由上所述, 站内的DJF在站内电源屏停电时, KZ、KF无电, 虽然进站信号机的DJ在吸 ( (转转下下页页) ) 起状态, 也是不能吸起的, 这就为行车安全留下隐患。

2.3 改进措施

根据以上分析, 问题的关键还是继电器控制电源上, 如何作到在站内停电时, 仍然保持站内DJF处于吸起状态。站内联锁电路DJF如图4。要对此电路加以改进, 使其满足前述的技术要求即可解决问题。

2.3.1 改进设想

在该励滋电路中, 加进去区间控制电源QKZ、QKF后, 如何保证即能在站内停电的情况下, 使其吸起, 又要在区间停电的情况下, 使其吸起。我们知道, 站内联锁电源屏是要求二路动力电源的, 使站内电源屏工作的外电源是通过电源屏内的交流接触器吸起来完成的;而由一路转换为二路的条件也是通过二个独立的交流接触器互切来实现的。当一、二路电源都没电时, 电源屏内的二个交流接触器都处于落下状态, 这时, 站内信号设备处于信联闭停用状态, 进站信号机此时由区间信号电源QJZ、QJF供电, 使其点红灯, 防止进站信号机灭灯而发生红灯前移, 不至于列车停在区间预告信号机前方。

根据这个设想, 利用电源屏的二个交流接触器接点来构成DJF的励滋电路是可行的。

2.3.2 改进措施

在站内DJF励滋电路基础上, DJ第一组中接点增加一组电源屏内二路交流接触器的接点, 该二个交流接触器采用的是互切电路, 即一路在吸起状态, 另一路在落下状态, 二组接点串联一起后接区间控制电源QKZ, 另外将DJF线圈1-4分开, 采用分线圈电路, 1-2线圈接区间控制电源电路, 3-4线圈接站内控制电源电路, 线圈2接QKF。经过这样修改后, 在正常情况下, DJF通过站内控制电源KZ、KF吸起, 因为此时站内电源屏处于正常运行, 其中有一路交流接触器吸起, 一路落下, 断开QKZ电源;而在站内停电的时候, 站内电源屏二路交流接触器均处于落下, DJF通过线圈1-2, 由区间控制电源QKZ、QKF供电而保持励滋。由于各电源屏厂家的内部电路有所差异, 这里不显示交流接触器互切电路, 目前全路要求有二路电源的地区, 站内及区间电源屏均具备转换功能。因此, 可以轻易利用电源屏内的互换电路来实现这一功能。

3 效果

电路经过上述改进之后, 无论发生站内停电或KZ、KF故障的情况下, DJF始终保持吸起状态, 都不会发生进站信号机红灯转移到区间预告信号机上。

4 结论

4.1 对于ZPW-2000型自动闭塞改造工程中, 要加强图纸审核, 深入研究电路的内涵, 不能一味的迷信于传统电路, 要有创新思维。

4.2 在施工调试中, 要全面系统的进行, 不要片面、局部的根据电路特点去试验, 这样有可能造成试验不彻底, 存在安全隐患。

4.3 针对前述电路而言, 一般常规试验, 只是断开进站信号机的点灯电源XJZ、XJF, 试验信号机电源XJZ、XJF是否转接区间信号电源QJZ、QJF, 从而忽略了系统电路的完整性而埋下安全隐患;如果从实战出发, 将站内一、二路电源关断, 就可检验出该电路的缺陷。