鐵路信號zpw-2000設備接收器自動檢測裝置的製作方法

2023-10-05 23:26:29

專利名稱：鐵路信號zpw-2000設備接收器自動檢測裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種基於虛擬儀器的自動檢測裝置，用於對鐵路信號 ZPW-2000系列無絕緣移頻自動閉塞設備(以下簡稱ZPW-2000)的接收器進行 自動檢測和相應的數據處理。
背景技術：
信號設備是保障鐵路運輸的安全和效率的基礎設施，正越來越廣泛地採用以 微處理器和電子器件為核心的技術，相應地對設備的維護和管理提出了更高層 次的要求，主要表現為檢測的項目明顯增多、檢測精度提高；同時，隨著從設 備故障修向狀態修的轉變，檢測任務量顯著增加。中國鐵路區間信號控制主要 採用ZPW-2000系列設備，是新建線路和舊線改造的主流設備。
ZPW-2000設備接收器完成列車速度信息的接收和解碼，安全等級和可靠性 要求非常高。接收信號的調製方式採用FSK(頻移鍵控)，有4個載頻1700Hz、 2000Hz、 2300Hz、 2600Hz，每個載頻分為兩種類型；低頻(調製頻率)有18 個，從10.3他以1.1112等間隔增加至29112。檢測項目主要包括靈敏度(吸起、 落下門限)、吸起和落下延時等，這裡簡要說明接收器檢測的複雜性和精度要求。 ZPW-2000頻率組合有8x18=144種，每個頻率的靈敏度檢測範圍從160mV至 210mV，步長為O.lmV，即檢測數據最多可達500組；且檢測時還需要設置條 件，即選擇接收器相應端子進行連接。
目前現場應用中，ZPW-2000設備接收器的檢測平臺是針對具體產品而設計 的，利用信號發生器等獨立的儀器組合搭建，通過手動檢測來完成，檢測數據
手工填表。主要缺陷是(1)由獨立儀器構成，投入費用較高，檢測平臺體積 龐大。(2)手動檢測連接繁瑣，效率較低，易帶來人為誤差。(3)檢測數據需 手工抄錄，數據管理未實現電子化，不利於數據的檢索共享。

實用新型內容
本實用新型主要解決的技術問題是在對ZPW-2000設備接收器技術指標進 行檢測時，原有檢測採用人工連接、測量、讀數、記錄數據，勞動強度大、檢 測效率低、易出錯、紙質數據難於管理。因此，主要應解決如何有效提高檢測 效率，同時保證檢測精度，還應提高檢測數據的信息化、降低勞動強度、兼顧 裝置成本。
為此，基於美國NI公司接口卡和LabVIEW軟體環境組成虛擬檢測平臺，界 面友好，基本實現自動化，還可通過網絡實現遠程檢測；檢測接口電路(接口 板)採用工業標準的模塊化結構，易於擴展；自動生成檢測數據報表，採用 Microsoft Excel格式，便於數據管理和共享。
本實用新型的技術方案
鐵路信號ZPW-2000接收器自動檢測裝置，該裝置包括工業控制機、虛擬 儀器採集卡、1/0卡、信號發生器卡、接口板電路。接口板電路包括繼電器陣列 和信號調理電路；1/0卡的輸出端子分別與繼電器線圈連接，分別控制第一至第 二十六個繼電器接點的通斷；第一至第二十六個繼電器接點分別與接收器的端 子連接
第一至第四個繼電器接點的一端分別接主機載頻選擇端子，第五和第六個 繼電器接點的一端分別接主機載頻類型選擇端子；
第七和第八個繼電器接點的一端均接FSK信號輸入端，另一端分別接主機 主軌道輸入端和主機小軌道輸入端；
第二十三個繼電器接點的一端接主機小軌道條件端；第二十四個繼電器接
點的一端接並機小軌道條件端；
第二十五個繼電器接點的一端接主機小軌道類型正向端或反向端；第二十 六個繼電器接點的一端接並機小軌道類型正向端或反向端；
第十五至第十八個繼電器接點的一端分別接並機載頻選擇端子，第十九和 第二十個繼電器接點的一端分別接並機載頻類型選擇端子；
第一至第六個、第十五至二十個、第二十三至第二十六個繼電器接點的另 一端均接+24電源；
第二十一和第二十二繼電器接點的一端均接FSK信號輸入端，另一端分別 接並機主軌道輸入端和並機小軌道輸入端； FSK信號輸入端與輸入公共地連接；
軌道繼電器線圈的一端經第九和第十一個繼電器接點接主機主軌道輸出或 接主機小軌道輸出；該端或經第九和第十二個繼電器接點接並機主軌道輸出或 並機小軌道輸出；
軌道繼電器線圈的另一端經第十和第十三個繼電器接點接主機主軌道回線 或接主機小軌道回線；該端或經第十和第十四個繼電器接點接並機主軌道回線 或接並機小軌道回線；
調理電路中運算放大器的反相輸入端經電阻與軌道繼電器線圈的一端連 接，經反饋電阻與其輸出端連接；調理電路的正相輸入端接地；調理電路輸出 與採集卡連接。
本實用新型的有益效果是操作界面採用虛擬儀器面板，操作簡便；不同 的檢測項目採用繼電器陣列自動切換，無需人工幹預，從而顯著縮短了測量和 記錄時間，時間可減少50%以上；避免了人為誤差；降低了勞動強度；自動完 成數據存儲，便於檢索和信息管理，並可遠程檢測。

圖l是ZPW-2000設備工作原理圖。
圖2是檢測裝置的結構原理圖。
圖3是ZPW-2000接收器接口板的電路框圖。
圖4是ZPW-2000接收器接口板電路原理圖。
圖4中電路右側為接收器的接線端子，其含義為"+24"和"024"為電 源輸入端；1700-Z、 2000-Z、 2300-Z、 2600-Z為主機載頻選擇端子，l-Z、 2-Z 為主機載頻類型選擇端子;ZIN-Z為主機主軌道輸入，XIN-Z為主機小軌道輸入， GIN為輸入公共地；XGJ-Z為主機小軌道條件，XGJ-B為並機小軌道條件；X-l-Z 和X-2-Z為主機小軌道類型；X-l-B和X-2-B為並機小軌道類型；1700-B、2000-B、 2300-B、2600-B為並機載頻選擇端子，l-B、2-B為並機載頻類型選擇端子;ZIN-B 為並機主軌道輸入，XIN-B為並機小軌道輸入；G-Z為主機主軌道輸出，XG-Z 為主機小軌道輸出，GH-Z為主機主軌道回線，XGH-Z為主機小軌道回線；G-B 為並機主軌道輸出，XG-B為並機小軌道輸出，GH-B為並機主軌道回線，XGH-B 為並機小軌道回線。繼電器接點K1 K4 (K15 K18)為主(並)機載頻選擇， 繼電器接點K5、 K6 (K19、 K20)為主(並)機載頻類型選擇，繼電器接點K7、 K8 (K21、 K22)分別為主(並)機主軌道和小軌道輸入；繼電器接點K9~K14 (單刀雙擲型)為接收器的輸出選擇，包括主(並)機的主軌道、小軌道共4 種輸出；繼電器接點K23和K24為主軌道測試時小軌道條件，繼電器接點K25 和K26 (單刀雙擲型)為小軌道類型選擇。
電路左側端子中，+FSK和-FSK為FSK信號發生器輸入。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型進一步說明
在圖1中，ZPW-2000發送器輸出的信號經過多個環節構成的傳輸通道後， 由衰耗器調整接收電平；進入接收器輸入，若信號滿足頻率和幅度的指標要求，說明書第4/7頁
則輸出模擬電壓來動作軌道繼電器。接收器為通用，可適合各種載頻，而且採 用雙機並用工作模式，需處理主軌道和小軌道的輸入信號，因此，檢測時需連 接相應的端子作為條件除載頻和載頻類型外，還需要選擇主機或並機工作模 式、主軌道信號輸入或小軌道信號輸入。
在圖2中，工業控制機(包括顯示器)安裝LabVIEW軟體平臺，操作界面 (即檢測面板)在顯示器上顯示。採用NI公司的PCI總線採集卡(也稱多功能 卡)和i/o卡(也稱數字i/o卡)，採集卡功能主要是對輸入模擬信號進行採樣
和模數轉換(ADC); I/O卡用來輸出開關量信號，控制接口板上的繼電器導通 或斷開。採樣數據由軟體處理，按照判據確定其是否合格，在面板顯示並存儲。 ZPW-2000接收器接口板電路與被測設備連接；FSK信號發生器板輸出檢測 所需的FSK信號。由電源和總線板(背板)統一提供工作電源。各板的物理尺 寸採用4U工業標準，便於擴展和在機櫃安裝。接口板主要包括繼電器陣列和信 號調理電路，信號發生器板的核心器件是直接數字合成器(DDS)和微控制器 (MCU)，微控制器從RS-232串行口接收有關信號頻率和幅度的命令，然後控 制DDS輸出相應的信號。
圖3所示為ZPW-2000接收器接口板的電路框圖。按照檢測項目要求，I/O 卡輸出多路開關信號，與繼電器線圈J1 J26連接，控制相應的接點K1 K26導 通或斷開，即在主(並)機載頻及類型選擇端子、主(小)軌道選擇端子、以 及檢測條件等端子中進行選通；然後，接口板電路將FSK信號送至接收器；接 收器輸出的模擬電壓經接口板繼電器接點選通後，由信號調理電路進行電壓轉 換，送至採集卡處理。
鐵路信號ZPW-2000接收器自動檢測裝置，見圖2、 3、 4。該裝置包括工 業控制機、虛擬儀器採集卡、1/0卡、FSK信號發生器板、接口板電路。
接口板電路包括繼電器陣列和信號調理電路；I/O卡的輸出端子與各繼電器
線圈J W26分別連接，分別控制繼電器接點K1 K26的通斷;繼電器接點K1~K26
分別與接收器的端子連接
繼電器接點K1 K4的一端分別接主機載頻選擇端子1700-Z、 2000-Z、 2300-Z、 2600-Z,繼電器接點K5、 K6的一端分別接主機載頻類型選擇端子l-Z、
2-Z;
繼電器接點K7、 K8的一端均接FSK信號輸入端+FSK，另一端分別接主機 主軌道輸入端ZIN-Z和主機小軌道輸入端XIN-Z;
繼電器接點K23的一端接主機小軌道條件端XGJ-Z;繼電器接點K24的一 端接並機小軌道條件端XGJ-B;
繼電器接點K25的一端接主機小軌道類型正向端X-l-Z或反向端X-2-Z; 繼電器接點K26的一端接並機小軌道類型正向端X-l-B或反向端X-2-B;
繼電器接點K15-K18的一端分別接並機載頻選擇端子1700-B、 2000-B、 2300-B、 2600-B,繼電器接點K19、 K20的一端分別接並機載頻類型選擇端子 l-B、 2-B;
繼電器接點K1 K6、 K15 K20、 K23 K26的另一端均接+24電源； 繼電器接點K21、 K22的一端均接FSK信號輸入端+FSK，另一端分別接並 機主軌道輸入端ZIN-B和並機小軌道輸入端XIN-B; FSK信號輸入端-FSK與輸入公共地GIN連接；
軌道繼電器線圈的一端經繼電器接點K9和Kll接主機主軌道輸出G-Z或 接主機小軌道輸出XG-Z;該端或經繼電器接點K9和繼電器接點K12接並機主 軌道輸出G-B或並機小軌道輸出XG-B;
軌道繼電器線圈的另一端經繼電器接點K10和K13接主機主軌道回線 GH-Z或接主機小軌道回線XGH-Z;該端或經繼電器接點K10和K14接並機主 軌道回線GH-B或接並機小軌道回線XGH-B; K9-K14為單刀雙擲型接點。
信號調理電路為典型的運算放大器電路，由反相輸入電阻Rl和反饋電阻 R2決定電壓的放大比例。調理電路中運算放大器的反相輸入端經電阻Rl與軌 道繼電器線圈連接，經反饋電阻R2與其輸出端連接；調理電路的正相輸入端接 地；調理電路輸出與採集卡輸入端連接。
工業控制機採用研華公司產品。根據被測設備工作頻率、精度要求、連接 端子數量，採集卡和I/0卡採用高性價比的PCI總線，採集卡選用NI 6220多功能 採集卡，具有8個差分或16個單端輸入通道，ADC解析度為16bits，採樣率達250 kS/s; 1/O卡選用NI6503數字I/O卡，具有24路TTL電平兼容的輸入和輸出通道。
1/0卡輸出和繼電器參數匹配，繼電器技術指標為動作時間《10ms、接點 接觸電阻《50mQ、絕緣電阻1000MQ、電流通流量5A、可靠性即動作次數2xl07 次；電壓調理電路採用帶有高精度電阻的比例運算放大器方式實現，電阻精度 為±0.1%，將接收器輸出的24V直流電壓(即軌道繼電器電壓)轉換為5V量 程，送入採集卡。
FSK信號發生器板上DDS晶片AD7008 (美國AD公司產品)，頻率精度為 0.01Hz，輸出電壓精度O.lmV。微控制器採用AT89C51 (美國Atmel公司產品)。
下面簡要說明檢測裝置的工作流程。應用軟體基於LabVIEW環境運行，操 作界面在顯示器上顯示。軟體的流程嚴格符合相關的操作規範，檢測前需按要 求輸入檢測員等參數，檢測過程中還對有關檢測條件進行判斷。1/0卡輸出開關 量信號是軟體操作命令中的高低電平序列，用來控制接口板中的繼電器陣列， 以選通某種組合。採集卡對採集到的模擬電壓信號，在顯示器上動態顯示時域 波形。數據處理後，根據預先設定的合格判據，給出判定結論並顯示，檢測結 束後將數據以Microsoft Excel格式存儲。
權利要求1.鐵路信號ZPW-2000設備接收器自動檢測裝置，其特徵在於該裝置由工業控制機、FSK信號發生器板、接口板電路和採集卡、I/O卡構成，其接口板電路包括繼電器陣列和信號調理電路；I/O卡的輸出端子與各繼電器線圈(J1～J26)分別連接，分別控制繼電器接點(K1～K26)的通斷；繼電器接點K1～K26分別與以下接收器的端子連接繼電器接點(K1～K4)的一端分別接主機載頻選擇端子(1700-Z、2000-Z、2300-Z、2600-Z)，繼電器接點(K5、K6)的一端分別接主機載頻類型選擇端子(1-Z、2-Z)；繼電器接點(K7、K8)的一端均接FSK信號輸入端(+FSK)，另一端分別接主機主軌道輸入端(ZIN-Z)和主機小軌道輸入端(XIN-Z)；繼電器接點(K23)的一端接主機小軌道條件端(XGJ-Z)；繼電器接點(K24)的一端接並機小軌道條件端(XGJ-B)；繼電器接點(K25)的一端接主機小軌道類型正向端(X-1-Z)或反向端(X-2-Z)；繼電器接點(K26)的一端接並機小軌道類型正向端(X-1-B)或反向端(X-2-B)；繼電器接點(K15～K18)的一端分別接並機載頻選擇端子(1700-B、2000-B、2300-B、2600-B)，繼電器接點(K19、K20)的一端分別接並機載頻類型選擇端子(1-B、2-B)；繼電器接點(K1～K6、K15～K20、K23～K26)的另一端均接+24電源；繼電器接點(K21、K22)的一端均接FSK信號輸入端(+FSK)，另一端分別接並機主軌道輸入端(ZIN-B)和並機小軌道輸入端(XIN-B)；FSK信號輸入端(-FSK)與輸入公共地(GIN)連接；軌道繼電器線圈的一端經繼電器接點(K9)和(K11)接主機主軌道輸出(G-Z)或接主機小軌道輸出(XG-Z)；該端或經繼電器接點(K9)和繼電器接點(K12)接並機主軌道輸出(G-B)或並機小軌道輸出(XG-B)；軌道繼電器線圈的另一端經繼電器接點(K10)和(K13)接主機主軌道回線(GH-Z)或接主機小軌道回線(XGH-Z)；該端或經繼電器接點(K10)和(K14)接並機主軌道回線(GH-B)或接並機小軌道回線(XGH-B)；調理電路中運算放大器的反相輸入端經電阻(R1)與軌道繼電器線圈連接，經反饋電阻(R2)與其輸出端連接；調理電路的正相輸入端接地；調理電路輸出與採集卡連接。
專利摘要本實用新型鐵路信號ZPW-2000設備接收器自動檢測裝置，用於對鐵路信號ZPW-2000系列無絕緣移頻自動閉塞設備的接收器進行自動檢測和相應的數據處理。該裝置由工業控制機、虛擬儀器採集卡、I/O卡、FSK信號發生器板和接口板構成，接口板電路主要包括繼電器陣列和信號調理電路。基於NI公司PCI接口卡和LabVIEW軟體環境組成虛擬檢測平臺，操作界面友好，基本實現自動化，可通過網絡實現遠程操作；檢測接口電路採用符合工業標準的模塊化結構；動態顯示檢測過程中的時域波形，自動生成檢測結果的數據報表(MicrosoftExcel格式)，便於數據管理、提高檢測效率、保證檢測精度、有利於檢測數據的信息化。
文檔編號B61L23/00GK201000477SQ20062016764
公開日2008年1月2日 申請日期2006年12月26日 優先權日2006年12月26日
發明者劉利平, 楊世武, 陳建懌, 黃贊武 申請人:北京交通大學