CN101486349A - 双机热备型自动过分相装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双机热备型自动过分相装置，包括信号处理器、信号接收器和信号指示板；所述信号处理器内设有电路连接座板和两个主控电路板，电路连接座板与两个主控电路板分别电路连接，信号处理器的前端设有两个显示及操作面板，两个显示及操作面板分别与两个主控电路板电路连接；信号处理器的后端设有对外连接插座，对外连接插座连接信号接收器；信号指示板为两个，并分别安装于两个司机台，两个信号指示板并联后与信号处理器连接。本双机热备型自动过分相装置，适用于电气化铁路的高速动车组和电力机车自动控制领域，真正实现了高速动车组和电力机车可靠、安全的自动过分相，保障高速电气化铁路的运营安全。

Description

双机热备型自动过分相装置

技术领域

本发明涉及电气化铁路的高速动车组和电力机车自动控制领域，具体涉及一种双机热备型自动过分相装置。

背景技术

高速重载是中国铁路的发展方向。随着列车运行速度的提高和电气化铁路运营里程的不断延长，对机车车辆安全运行标准的要求也越来越高，因此电力机车安全、准确、可靠地通过分相区间也越来越引起大家的关注。为此，从六大干线提速安全示范线的建设开始，铁道部将电力机车车载式自动过分相系统列为电力机车安全技术装备。其主要功能是当电力机车通过分相区时，系统根据当时机车速度、位置自动平滑降牵引电流、断辅助机组和分断主断路器，通过分相区后，自动闭合主断路器、闭合辅助机组和控制牵引电流平滑上升，从而实现电力机车通过分相区时操作的自动化，大大的减轻了乘务员的工作强度。

现有GFX系列车载式自动过分相系统缺乏必要的冗余和状态监测，同时由于采用线圈式感应信号接收器，通过近几年的推广应用，暴露出了一些严重缺陷：

1、GFX系列自动过分相系统采用的是以PLC为核心的单机系统，运行的可靠性得不到保障，在接口电路板或PLC故障后自动过分相系统即失效，此时机车过分相只能完全依赖乘务员手动操作，若是系统在机车运行途中失效，很容易造成乘务员来不急手动操作过分相而出现行车事故，存在很大的安全隐患。为此，很多机务段都将其作为过分相的一个辅助保障设备，仍然采取手动操作过分相为主的控制模式，无法完全依赖其实现自动过分相的控制。

2、GFX系列自动过分相系统由于110V机车控制信号采用机械式继电器控制输出，输出电路设计不合理，导致其电气寿命大大降低，输出触点故障率较高，容易造成过完分相区后过分相信号仍未关断，造成动车组主断路器无法合上，影响行车，容易造成行车事故。

3、GFX系列自动过分相系统车感器采用线圈感应式，对钢轨回流、合金组合道岔剩磁等干扰源较为敏感，误动较多。

4、由于线圈式磁性定位器必须依靠高速切割地感器磁力线产生感应信号，因此在机车低速通过分相区时无法正常接收地感器信号，在列车运行速度<10km/h时不能保障自动过分相，导致系统在低速时仍需依靠乘务员手动过分相。

5、没有运行记录，系统工作情况无法准确监控分析。

发明内容

本发明为了克服以上现有技术存在的不足，提供了一种提高设备工作质量、确保运输行车安全、并可节省大量的改造资金的双机热备型自动过分相装置。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：本双机热备型自动过分相装置，其特征在于：包括信号处理器、信号接收器和信号指示板；所述信号处理器内设有电路连接座板和两个主控电路板，电路连接座板与两个主控电路板分别电路连接，信号处理器的前端设有两个显示及操作面板，两个显示及操作面板分别与两个主控电路板电路连接；信号处理器的后端设有对外连接插座，对外连接插座连接信号接收器；信号指示板为两个，并分别安装于两个司机台，两个信号指示板并联后与信号处理器连接。

所述信号接收器为四个，对外连接插座设有四个插座，四个插座分别连接四个信号接收器。

所述对外连接插座设有一个高压插座和一个接地端，高压插座连接电力机车或动车组的车上微机控制系统。

所述信号接收器为基于巨磁电阻效应的巨磁阻传感器，工作电压为DC5～24V，其带有四条输出连接线：VCC线、GND线、信号输出线和屏蔽线。

所述每个信号指示板上各设有一个正常指示灯和一个蜂鸣器。

所述两个显示及操作面板为相同的，各设有电源开关、试验按钮、RS232插座和包括十二个指示灯的指示灯阵列。

所述信号处理器为双层结构，外有机箱外壳，内有机箱内套箱，电路连接座板设于机箱内套箱后端，两个主控电路板设于机箱内套箱内部。

所述两个主控电路板为相同的，各包括CUBLOC模块、输出电路、输入电路、RS232接口和数据存储模块；电源和后备电源对两个主控电路板供电；两个CUBLOC模块之间通过双机系统进行状态互检；

CUBLOC模块分别与输出电路、输入电路、RS232接口和数据存储模块连接；

输出电路包括面板显示电路、MOSFET继电器阵列和自检电路；

输入电路包括实时监测电路、定位信号整流电路和机车状态采集电路；

MOSFET继电器阵列与实时监测电路连接。

自检电路与定位信号整流电路、机车状态采集电路连接。

所述两个主控电路板还各包括日历时钟芯片，日历时钟芯片与CUBLOC模块连接。

所述电源对信号接收器供电。

信号处理器主要功能为：

(1)、采集信号接收器接收的定位信号、机车运行方向、重联等机车运行状态，处理相应的信息；

(2)、实时监测各控制信号、输入输出电路状态和备机工作状态，并在线进行自检；

(3)、发出相关的控制指令(预告断信号、强迫断信号、恢复信号)、诊断故障信息、输出显示信息等；

(4)、实时记录工作状态，并提供RS232接口将数据上传到计算机。

信号指示板的功能：

信号指示板由一个正常指示灯和一个接收到预告信号指示的蜂鸣器组成，分别采用DC110VLED指示灯和DC110V蜂鸣器。

信号指示板安装在机车的I、II端司机室的司机台上，其主要功能是显示整个装置运行的状况。当装置接收到信号时能及时、准确的发出灯光及蜂鸣声以提醒司机。

当机车通过埋设在地面的地面磁性定位器时，信号接收器接收到地面定位信号，信号处理器接收到信号接收器接收的信号，向车上微机控制系统发出过分相区的预告信号，蜂鸣器用于指示接收到预告信号的状况。

本发明的工作原理为：

采用CUBLOC模块为控制核心，通过对CUBLOC模块编程实现装置各项信号采集和控制功能，并实时记录装置运行情况，程序流程图如图8所示。CUBLOC模块同时支持BASIC和LADDER LOGIC编程模式，通过单片多重任务处理功能对BASIC和LADDER LOGIC进行操作。通过共享内存数据，将BASIC和LADDER LOGIC二者有效的结合起来，确保了控制功能部分的高效性和数据记录及检测分析的全面性。

主控电路板输入电路的定位信号整流电路如图9所示，信号接收器接收到信号，通过定位信号整流电路整流后先采用运放进行阀值判断，然后再通过滤波单片机进行数字滤波，最后有效信号通过光电耦合器进行电气隔离后输入到CUBLOC模块。

机车状态采集电路的信息也通过光电耦合器输入到CUBLOC模块。

CUBLOC模块控制MOSFET继电器阵列输出相应的DC110V控制信号，控制机车或动车组进行自动过分相。

本发明的工作过程为：

预先根据要求在每个分相区前后分别埋设两个地面磁性定位器。机车或动车组通过分相区时，自动过分相装置通过信号接收器接收地面磁性定位器的定位信号确定机车与分相点的相对位置，地面磁性定位器和信号接收器分别采用斜对称埋设和备份接收，以保证自动过分相的安全和可靠。机车过分相信号的接收、处理，由地面磁性定位器、信号接收器和信号处理器共同完成。机车或动车组过分相的控制，由车上微机控制系统及机车控制回路完成。

假如a、b、c、d点为地面磁性定位器埋设点，机车运行至a点，信号处理器接收到信号接收器感应的预告地面定位信号，信号处理器再结合列车运行工况进行分析后，向车上微机控制系统发出过分相预告信号，车上微机控制系统根据此时机车运行速度，平滑的切断动力系统；同时，司机室蜂鸣器响1s，提醒司机过分相区。当a信号失效时，机车运行至b点，信号处理器接收到信号接收器感应的强迫地面定位信号，信号处理器向车上微机控制系统发出过分相强迫断信号，车上微机控制系统立即封锁电机电流，切断动力系统。在正常接收到a信号并执行自动过分相动作时b信号(强迫断模式)不起作用。机车通过无电区后经过c点时，信号处理器接收到信号接收器感应的合闸地面定位信号，通过预告信号通道向车上微机控制系统送出合‘主断’信号，司机室蜂鸣器响1s，提醒司机已通过分相区。车上微机控制系统发出合‘主断’给控制电路，并恢复辅助机组工作。预备好后，车上微机控制系统控制电机电流缓慢恢复到过分相前工况，恢复动力系统工作。单机车牵引时，在正常接收c信号时d信号不起作用；机车重联牵引时则选择d信号为合闸信号，以确保重联机车合闸时已全部通过无电区。

本发明相对于现有技术具有如下的优点：本双机热备型自动过分相装置，适用于电气化铁路的高速动车组和电力机车自动控制领域，真正实现了高速动车组和电力机车可靠、安全的自动过分相，保障高速电气化铁路的运营安全。采用了免维护的地面定位方式，实现精确控制电力机车通过分相区。

1、装置采用了以CUBLOC模块为核心的高可靠双机热备方式，装置两套系统相互独立运行，同时在线，并实时监测本机和备机的控制电路运行状态，及时给出状态及故障指示，提高了机车的工作性能及安全系数，实现行车过程的全自动化控制，实现我国铁路现有技术水平下高速、重载运输人机控制自动化。本机和备机的任何一个故障后，另一个都能单独正常运行，控制动车组或电力机车自动过分相，确保行车安全。

2、信号接收器采用了基于巨磁电阻效应的巨磁阻传感器，通过生产时设定的磁场强度阀值，判断所接受到的信号是否为过分相地面定位信号，准确接收地面定位磁性号，并滤除干扰信号。在国内首次实现动车组和电力机车0～350km/h全部速度范围内的分相区地面定位信号的准确接收。

3、输出电路采用了MOSFET继电器阵列，通过光电隔离技术实现了核心控制模块CUBLOC模块与输出间交流5KV的耐压，并实现了输出电路无机械触点，确保控制电路的可靠性和长时间无故障运行。

4、在定位信号整流电路中采用独立的滤波单片机，通过软件滤波进一步确保定位信号的准确性。

5、在满足磁场信号接收的同时预留了射频信号输入接口。

6、机车状态采集电路采用光电隔离，保障了装置的电气安全。

7、装置实时记录定位信号输入及控制信号输出，并可将数据通过RS232接口传送到地面的PC机，为列车的运行监控分析提供数据。

8、装置在上电启动和每次过分相动作完毕后进行全面的系统自检，在线分析输入输出回路及各信号接收器状态。采用双机热备技术，提高列车运行安全系数，当该装置其中一套机组不能正常工作时会及时给出故障警报，机组人员可关断故障装置电源，保留备用机组继续维持安全行车，当双套机组同时显示故障，确认装置失效后，可关断电源切除装置，不影响动车组和电力机车的手动操作。

9、符合铁道部机车零部件的通用性和互换性的技术要求，在现有机车上更换原有设备，除更新4个信号接收器需调整电源接线外，信号处理器外部接口电路不需做任何改造，直接装车后经性能试验合格便可交付使用，减少停时，提高运输效率，并可节省大量的改造资金。

附图说明

图1是本发明一种双机热备型自动过分相装置的结构示意图。

图2是图1的信号处理器的结构示意图。

图3是图2的对外连接插座的结构示意图。

图4是图1的信号接收器的前视图。

图5是图1的信号接收器的俯视图。

图6是图2的两个显示及操作面板的前视图。

图7是图2的主控电路板的电路框图。

图8是本发明一种双机热备型自动过分相装置的主程序流程图。

图9是图7的主控电路板输入电路的定位信号整流电路的电路图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示的一种双机热备型自动过分相装置，包括信号处理器、信号接收器和信号指示板。

如图2所示，信号处理器内设有电路连接座板1和两个主控电路板2、3，电路连接座板1与两个主控电路板2、3分别电路连接，信号处理器的前端设有两个显示及操作面板4、5，两个显示及操作面板4、5分别与两个主控电路板2、3电路连接；信号处理器的后端设有对外连接插座6，对外连接插座6连接信号接收器；信号指示板为两个，并分别安装于两个司机台，两个信号指示板并联后与信号处理器连接。每个信号指示板上各设有一个正常指示灯和一个蜂鸣器。

信号接收器为四个，如图3所示，对外连接插座6设有四个插座7，四个插座7分别连接四个信号接收器。

对外连接插座6设有一个高压插座8和一个接地端9，高压插座8连接电力机车或动车组的车上微机控制系统。

如图4和图5所示，信号接收器为基于巨磁电阻效应的巨磁阻传感器，工作电压为DC5～24V，其带有四条输出连接线：VCC线、GND线、信号输出线和屏蔽线。

如图6所示，两个显示及操作面板4、5为相同的，各设有电源开关10、试验按钮11、RS232插座12和包括十二个指示灯的指示灯阵列。

如图2所示，信号处理器为双层结构，外有机箱外壳13，内有机箱内套箱14，电路连接座板1设于机箱内套箱14后端，两个主控电路板2、3设于机箱内套箱14内部。

如图7所示，两个主控电路板2、3为相同的，各包括CUBLOC模块、输出电路、输入电路、RS232接口和数据存储模块；电源和后备电源对两个主控电路板供电；两个CUBLOC模块之间通过双机系统进行状态互检；

CUBLOC模块分别与输出电路、输入电路、RS232接口和数据存储模块连接；

输出电路包括面板显示电路、MOSFET继电器阵列和自检电路；

输入电路包括实时监测电路、定位信号整流电路和机车状态采集电路；

MOSFET继电器阵列与实时监测电路连接。

自检电路与定位信号整流电路、机车状态采集电路连接。

两个主控电路板还各包括日历时钟芯片，日历时钟芯片与CUBLOC模块连接。

电源对信号接收器供电。

信号处理器主要功能为：

(1)、采集信号接收器接收的定位信号、机车运行方向、重联等机车运行状态，处理相应的信息；

(2)、实时监测各控制信号、输入输出电路状态和备机工作状态，并在线进行自检；

(3)、发出相关的控制指令(预告断信号、强迫断信号、恢复信号)、诊断故障信息、输出显示信息等；

(4)、实时记录工作状态，并提供RS232接口将数据上传到计算机。

信号指示板的功能：

信号指示板由一个正常指示灯和一个接收到预告信号指示的蜂鸣器组成，分别采用DC110VLED指示灯和DC110V蜂鸣器。

信号指示板安装在机车的I、II端司机室的司机台上，其主要功能是显示整个装置运行的状况。当装置接收到信号时能及时、准确的发出灯光及蜂鸣声以提醒司机。

当机车通过埋设在地面的地面磁性定位器时，信号接收器接收到地面信号，信号处理器接收到信号接收器接收的信号，向车上微机控制系统发出过分相区的预告信号，蜂鸣器用于指示接收到预告信号的状况。

本装置的工作原理为：

采用CUBLOC模块为控制核心，通过对CUBLOC模块编程实现装置各项信号采集和控制功能，并实时记录装置运行情况，程序流程图如图8所示。CUBLOC模块同时支持BASIC和LADDER LOGIC编程模式，通过单片多重任务处理功能对BASIC和LADDER LOGIC进行操作。通过共享内存数据，将BASIC和LADDER LOGIC二者有效的结合起来，确保了控制功能部分的高效性和数据记录及检测分析的全面性。

主控电路板输入电路的定位信号整流电路如图9所示，信号接收器接收到信号，通过定位信号整流电路整流后先采用运放进行阀值判断，然后再通过滤波单片机进行数字滤波，最后有效信号通过光电耦合器进行电气隔离后输入到CUBLOC模块。

机车状态采集电路的信息也通过光电耦合器输入到CUBLOC模块。

CUBLOC模块控制MOSFET继电器阵列输出相应的DC110V控制信号，控制机车或动车组进行自动过分相。

本装置的工作过程为：

预先根据要求在每个分相区前后分别埋设两个地面磁性定位器。机车或动车组通过分相区时，自动过分相装置通过信号接收器接收地面磁性定位器的定位信号确定机车与分相点的相对位置，地面磁性定位器和信号接收器分别采用斜对称埋设和备份接收，以保证自动过分相的安全和可靠。机车过分相信号的接收、处理，由地面磁性定位器、信号接收器和信号处理器共同完成。机车或动车组过分相的控制，由车上微机控制系统及机车控制回路完成。

假如a、b、c、d点为地面磁性定位器埋设点，机车运行至a点，信号处理器接收到信号接收器感应的预告地面定位信号，信号处理器再结合列车运行工况进行分析后，向车上微机控制系统发出过分相预告信号，车上微机控制系统根据此时机车运行速度，平滑的切断动力系统；同时，司机室蜂鸣器响1s，提醒司机过分相区。当a信号失效时，机车运行至b点，信号处理器接收到信号接收器感应的强迫地面定位信号，信号处理器向车上微机控制系统发出过分相强迫断信号，车上微机控制系统立即封锁电机电流，切断动力系统。在正常接收到a信号并执行自动过分相动作时b信号(强迫断模式)不起作用。机车通过无电区后经过c点时，信号处理器接收到信号接收器感应的合闸地面定位信号，通过预告信号通道向车上微机控制系统送出合‘主断’信号，司机室蜂鸣器响1s，提醒司机已通过分相区。车上微机控制系统发出合‘主断’给控制电路，并恢复辅助机组工作。预备好后，车上微机控制系统控制电机电流缓慢恢复到过分相前工况，恢复动力系统工作。单机车牵引时，在正常接收c信号时d信号不起作用；机车重联牵引时则选择d信号为合闸信号，以确保重联机车合闸时已全部通过无电区。

上述具体实施方式为本发明的优选实施例，并不能对本发明的权利要求进行限定，其他的任何未背离本发明的技术方案而所做的改变或其它等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1、双机热备型自动过分相装置，其特征在于：包括信号处理器、信号接收器和信号指示板；所述信号处理器内设有电路连接座板和两个主控电路板，电路连接座板与两个主控电路板分别电路连接，信号处理器的前端设有两个显示及操作面板，两个显示及操作面板分别与两个主控电路板电路连接；信号处理器的后端设有对外连接插座，对外连接插座连接信号接收器；信号指示板为两个，并分别安装于两个司机台，两个信号指示板并联后与信号处理器连接。

2、根据权利要求1所述的双机热备型自动过分相装置，其特征在于：所述信号接收器为四个，对外连接插座设有四个插座，四个插座分别连接四个信号接收器。

3、根据权利要求2所述的双机热备型自动过分相装置，其特征在于：所述对外连接插座设有一个高压插座和一个接地端，高压插座连接电力机车或动车组的车上微机控制系统。

4、根据权利要求1所述的双机热备型自动过分相装置，其特征在于：所述信号接收器为基于巨磁电阻效应的巨磁阻传感器，工作电压为DC5～24V，其带有四条输出连接线：VCC线、GND线、信号输出线和屏蔽线。

5、根据权利要求1所述的双机热备型自动过分相装置，其特征在于：所述每个信号指示板上各设有一个正常指示灯和一个蜂鸣器。

6、根据权利要求1所述的双机热备型自动过分相装置，其特征在于：所述两个显示及操作面板为相同的，各设有电源开关、试验按钮、RS232插座和包括十二个指示灯的指示灯阵列。

7、根据权利要求1所述的双机热备型自动过分相装置，其特征在于：所述信号处理器为双层结构，外有机箱外壳，内有机箱内套箱，电路连接座板设于机箱内套箱后端，两个主控电路板设于机箱内套箱内部。

8、根据权利要求1所述的双机热备型自动过分相装置，其特征在于：所述两个主控电路板为相同的，各包括CUBLOC模块、输出电路、输入电路、RS232接口和数据存储模块；电源和后备电源对两个主控电路板供电；两个CUBLOC模块之间通过双机系统进行状态互检；

CUBLOC模块分别与输出电路、输入电路、RS232接口和数据存储模块连接；

输出电路包括面板显示电路、MOSFET继电器阵列和自检电路；

输入电路包括实时监测电路、定位信号整流电路和机车状态采集电路；

MOSFET继电器阵列与实时监测电路连接。

自检电路与定位信号整流电路、机车状态采集电路连接。

9、根据权利要求8所述的双机热备型自动过分相装置，其特征在于：所述两个主控电路板还各包括日历时钟芯片，日历时钟芯片与CUBLOC模块连接。

10、根据权利要求8所述的双机热备型自动过分相装置，其特征在于：所述电源对信号接收器供电。

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