CN104464451A - 铁路机车信号点灯演示系统 - Google Patents

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吴昕慧
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Abstract

一种铁路机车信号点灯演示系统，包括模拟列车、N个轨道模拟区段、以及安装在N个轨道模拟区段内的信号灯控制单元和地面信号机；所述信号灯控制单元结构相同，包括移频信号发送器，移频信号接收器和继电器组，移频信号发送器和移频信号接收器分别安装在轨道模拟区段的两端，移频信号接收器与继电器组电路连接，继电器组的接点开关与地面信号机电路连接，所述模拟列车安装车载移频接收器和机车信号机。该铁路机车信号点灯演示系统采用移频信号发生器向轨面发送信息，而用移频信号接收器来解调该信息，对地面信号机进行点灯控制，模拟列车从轨面接收移频信息并自动解调出相应的低频信息，进而控制机车信号点灯与列车运行速度，能够真实仿真铁路现场。

Description

铁路机车信号点灯演示系统
技术领域
本发明涉及铁路列控技术，特别是一种用于轨道信号发送与接收、机车信号点灯与列车速度模拟控制的铁路机车信号点灯演示系统。
背景技术
随着我国铁路的飞速发展，所有的普铁线路的机车上均已安装机车信号，机车信号在列车运行安全上有一定的贡献，因此铁路院校学生必须学好机车信号，为了使铁路专业学生能够深刻的理解机车列控技术和信号技术知识，教师需要带学生到现场实习，但由于铁路现场的限制（只能观看），实习效果不能满足教学的需要，而铁路院校还没有一套完整的机车信号系统，而现有的铁路实训系统主要满足铁道运输、铁道机车专业学生，不适合信号设备维护的信号专业，达不到较好的教学效果。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种可模拟多列列车模拟追踪的铁路机车信号点灯演示系统，以满足铁路院校学生实验实训的需求。
本发明采取的技术方案是：一种铁路机车信号点灯演示系统，包括模拟列车、N个轨道模拟区段、以及安装在N个轨道模拟区段内的信号灯控制单元和地面信号机；
所述信号灯控制单元结构相同，包括移频信号发送器，移频信号接收器和继电器组，所述移频信号发送器和移频信号接收器分别安装在轨道模拟区段的两端，移频信号接收器与继电器组电路连接，继电器组的接点开关与地面信号机电路连接；
所述移频信号发送器用于：向轨面发送与铁路现场一致的移频信息；
所述移频信号接收器用于：一是接收移频信号发送器发送的移频信息并可靠解调、以控制继电器组的动作；二是控制相邻的下一轨道模拟区段的移频信号发送器发码；
所述继电器组用于：在移频信号接收器的控制下接通或断开地面信号机的信号灯；
所述信号灯控制单元设有用于模拟轨道模拟区段是否被占用的占用模拟开关；
所述模拟列车安装车载移频接收器和机车信号机；
所述车载移频接收器用于：通过接收线圈接收轨面移频信息并可靠解调、以控制机车信号机点灯；上述N的数值为2～10之间的任意整数。
其进一步的技术方案是：所述车载移频接收器包括移频信号解调器以及由运算放大器、电阻R1和R2构成的小信号放大电路；所述小信号放大电路用于：将接收线圈接收到的轨面移频信号放大处理，送入移频信号解调器；
所述移频信号解调器用于：对经过小信号放大电路放大处理的调制信号进行计算、并根据频率所对应的意义控制机车信号机点灯，同时控制模拟列车的运行速度。
由于采取上述技术方案，本发明之铁路机车信号点灯演示系统具有如下有益效果：
本发明之铁路机车信号点灯演示系统采用移频信号发送器向轨面发送信息，而用移频信号接收器来解调该信息，对地面信号机进行点灯控制，模拟列车从轨面接收移频信息并自动解调出相应的低频信息，进而控制机车信号点灯与列车运行速度，能够真实仿真铁路现场：
（1）相关信息参数与现场保持一致，实现真实的移频信息发送与接收功能；
（2）能够实现地面信号机的显示随列车运行而变化，能够实现机车信号点灯控制；
（3）能够实现模拟列车速度自动控制；
（4）能够在课堂上教学演示、测量等，实现铁路院校关于列控地面与列控车载设备的教学演示，实现高铁列控设备的讲练演结合。
下面结合附图和实施例对本发明之铁路机车信号点灯演示系统的技术特征作进一步的说明。
附图说明
图1：本发明之铁路机车信号点灯演示系统结构框图；
图2：本发明之铁路机车信号点灯演示系统电路连接图；
图3：本发明之车载移频接收器和机车信号机电路图；
图中：
0G、1G、2G、3G、4G—轨道模拟区段（分别为第一、第二、第三、第四轨道模拟区段）；
00—四区段发码控制器，1、2、3、4—区段信号灯控制单元，5—模拟列车，51—车载移频接收器， 511—移频信号解调器，512—小信号放大电路，52—机车信号机；
101、201、301、401—移频信号发送器，102、201、302、402—移频信号接收器，103、203、303、403—继电器组；
K0、K1、K2、K3—区段占用模拟开关， L0、L1、L2、L3—接收线圈， C0、C1、C2、C3—信号主机车与轨面接口，T1、T2、T3、T4—地面信号灯。
具体实施方式
实施例一
一种铁路机车信号点灯演示系统，包括模拟列车、4个轨道模拟区段、以及安装在4个轨道模拟区段内的4个信号灯控制单元和4组地面信号机；
所述信号灯控制单元结构相同，包括移频信号发送器，移频信号接收器和继电器组，所述移频信号发送器和移频信号接收器分别安装在轨道模拟区段的两端，移频信号接收器与继电器组电路连接，继电器组的接点开关与地面信号机电路连接，
所述移频信号发送器用于：向轨面发送与铁路现场一致的移频信息；
所述移频信号接收器用于：一是接收移频信号发送器发送的移频信息并可靠解调、以控制继电器组的动作；二是控制相邻的下一轨道模拟区段的移频信号发送器发码；
所述继电器组用于：在移频信号接收器的控制下接通或断开地面信号机的信号灯；
所述信号灯控制单元设有用于模拟轨道模拟区段是否被占用的占用模拟开关；
所述模拟列车5安装车载移频接收器51和机车信号机52；
所述车载移频接收器用于：通过接收线圈接收轨面移频信息并可靠解调、以控制机车信号机点灯。
所述车载移频接收器51包括移频信号解调器511以及由运算放大器、电阻R1和R2构成的小信号放大电路512；
所述小信号放大电路用于：将接收线圈接收到的轨面移频信号放大处理，送入移频信号解调器，
所述移频信号解调器用于：对经过小信号放大电路放大处理的调制信号进行计算、并根据频率所对应的意义控制机车信号机点灯，同时控制模拟列车的运行速度。
实施例二：区间运行模拟演示
闭合G0开关，选择区间运行演示功能：0G-4G无车时，信号机T1-T4均点绿灯，机车信号主机与任一区段接口，机车信号机均点绿灯。
闭合K4模拟4G区段有车占用，而本区段的移频信号接收器控制地面信号机T4点红灯，3G移频信号发送器向3G区段发送26.8Hz调制的移频信号，而3G区段的移频信号接收器控制地面信号机T3点黄灯,2G移频信号发送器向2G区段发送16.9Hz调制的移频信号，而2G区段的移频信号接收器控制地面信号机T2点绿黄灯,1G移频信号发送器向1G区段发送13.6Hz调制的移频信号，而1G区段的移频信号接收器控制地面信号机T1点绿灯；0G移频信号发送器向0G区段发送11.4Hz调制的移频信号。
此时模拟列车从0G依次经过1G-3G，机车信号机点灯情况变化为：
在0G区段，机车信号主机与该区段C0轨道接口，接收到11.4Hz调制信号，机车信号机点一个绿灯；
机车信号主机与1G区段C1轨道接口，接收到13.6Hz调制信号，机车信号机点一个半绿半黄的灯；
机车信号主机与2G区段2C轨道接口，接收到16.9Hz调制信号，机车信号机点一个黄灯；
机车信号主机与3G区段3C轨道接口，接收到26.8Hz调制信号，机车信号机点一个半红半黄灯。
实施例三：站内接车－正线接车模拟演示
闭合G1开关，选择正线接车演示功能：
此时，T4为进站信号机，当T4开放黄灯，表示列车经道岔1/3定位进入站内停车，原理与区间运行类似。
实施例四：站内接车－侧线接车（普通道岔）模拟演示
闭合G2开关，选择侧线接车演示功能：（所经道岔为普通道岔）
此时T4为进站信号机，当T4开放双黄灯，表示列车经道岔1/3反位进入站内停车。
T4开放双黄灯，4G移频信号发送器向3G区段发送18Hz调制的移频信号，而3G区段的移频信号接收器控制地面信号机T3点黄灯,2G移频信号发送器向2G区段发送14.7Hz调制的移频信号，而2G区段的移频信号接收器控制地面信号机T2点绿黄灯,1G移频信号发送器向1G区段发送13.6Hz调制的移频信号，而1G区段的移频信号接收器控制地面信号机T1点绿灯；0G移频信号发送器向0G区段发送11.4Hz调制的移频信号。
此时模拟列车从0G依次经过1G-3G，机车信号机点灯情况变化为：
在0G区段，机车信号主机与该区段C0轨道接口，接收到11.4Hz调制信号，机车信号机点一个绿灯；
机车信号主机与1G区段C1轨道接口，接收到13.6Hz调制信号，机车信号机点一个半绿半黄的灯；
机车信号主机与2G区段C2轨道接口，接收到14.7Hz调制信号，机车信号机点一个带2的黄灯；
机车信号主机与3G区段3C轨道接口，接收到18Hz调制信号，机车信号机点一个双半黄灯。
实施例五：站内接车－侧线接车（提速道岔）模拟演示
闭合G3开关, 选择侧线接车演示功能：（所经道岔为提速道岔）
T4为进站信号机，当T4开放两黄灯，其中一个黄灯为闪光，表示列车经提速道岔1/3反位进入站内停车。
T4开放黄闪黄灯，3G移频信号发送器向3G区段发送19.1Hz调制的移频信号，而3G区段的移频信号接收器控制地面信号机T3点黄灯,2移频信号G发送器向2G区段发送20.2Hz调制的移频信号，而2G区段的移频信号接收器控制地面信号机T2点绿黄灯,1G移频信号发送器向1G区段发送13.6Hz调制的移频信号，而1G区段移频信号的接收器控制地面信号机T1点绿灯；0G移频信号发送器向0G区段发送11.4Hz调制的移频信号。
此时模拟列车从0G依次经过1G-3G，机车信号机点灯情况变化为：
在0G区段，机车信号主机与该区段C0轨道接口，接收到11.4Hz调制信号，机车信号机点一个绿灯；
机车信号主机与1G区段C1轨道接口，接收到13.6Hz调制信号，机车信号机点一个半绿半黄的灯；
机车信号主机与2G区段C2轨道接口，接收到20.2Hz调制信号，机车信号机点一个带2的黄色闪光灯；
机车信号主机与3G区段3C轨道接口，接收到19.1Hz调制信号，机车信号机点一个双半黄闪光灯。
实施例六：站内接车－引导接车模拟演示
闭合G4开关, 选择引导接车演示功能：
T4为进站信号机，当T4开放一个红灯和一个白灯，表示列车引导进站。
T4开放红白灯，3G移频信号发送器向3G区段发送24.6Hz调制的移频信号，而3G区段的移频信号接收器控制地面信号机T3点黄灯,2G移频信号发送器向2G区段发送16.9Hz调制的移频信号，而2G区段的移频信号接收器控制地面信号机T2点绿黄灯,1G移频信号发送器向1G区段发送13.6Hz调制的移频信号，而1G区段的移频信号接收器控制地面信号机T1点绿灯；0G移频信号发送器向0G区段发送11.4Hz调制的移频信号。
此时模拟列车从0G依次经过1G-3G，机车信号机点灯情况变化为：
在0G区段，机车信号主机与该区段C0轨道接口，接收到11.4Hz调制信号，机车信号机点一个绿灯；
机车信号主机与1G区段C1轨道接口，接收到13.6Hz调制信号，机车信号机点一个半绿半黄的灯；
机车信号主机与2G区段C2轨道接口，接收到13.6Hz调制信号，机车信号机点一个黄灯；
机车信号主机与3G区段3C轨道接口，接收到24.6Hz调制信号，机车信号机点一个半红半黄闪光灯。
工作原理：
利用移频信号发生器产生与铁路现场参数一致的移频信号送向轨道，而在该区段的另一端的移频信号接收器进行接收，根据处理结果控制地面信号机点灯，并控制另一区段移频信号发送器发码，移频信号发送器4送出的移频信息被移频信号接收器3接收，移频信号接收器3通过解调处理，判断该移频的低频信息，由内部CPU的I/O口输出对应驱动电平，完成对三个继电器（绿灯继电器LJ，红灯继电器HJ，黄灯继电器UJ）的驱动，再由三个继电器控制地面信号机点灯，当低频信息为26.8Hz时，CPU驱动I/O口输出电平010，使HJ吸起，此时HJ的第1组前接点接通H灯，红灯点亮；如果低频为16.9Hz时，CPU驱动I/O口输出电平001，使UJ吸起，此时UJ的第1组前接点接通U灯，黄灯点亮；如果低频为13.6Hz时，CPU驱动I/O口输出电平101，使LJ与UJ吸起，此时LJ和UJ的第1组前接点分别接通L灯与U灯，绿黄灯点亮；如果低频为11.4Hz时，CPU驱动I/O口输出电平100，使LJ起，此时LJ的第1组前接点接通L灯，绿灯点亮。
同时，移频信号接收器3还需完成对前一区段移频信号发送器3的发码进行控制，当低频信息为26.8Hz时，CPU驱动I/O口（P1.3\P1.4\P1.5\P1.6）输出电平0001，该电平被移频信号发送器3内CPU识别，移频信号发送器3向2G区段送低频为16.9Hz的移频；如果移频信号接收器3收到的低频信息为16.9Hz时，CPU驱动I/O口（P1.3\P1.4\P1.5\P1.6）输出电平0010，该电平被移频信号发送器3内CPU识别，移频信号发送器3向2G区段送低频为13.6Hz的移频；如果移频信号接收器3收到的低频信息为13.6Hz时，CPU驱动I/O口（P1.3\P1.4\P1.5\P1.6）输出电平0011，该电平被移频信号发送器3内CPU识别，移频信号发送器3向2G区段送低频为11.4Hz的移频；如果移频信号接收器3收到的低频信息为11.4Hz时，CPU驱动I/O口（P1.3\P1.4\P1.5\P1.6）输出电平0011，该电平被移频信号发送器3内CPU识别，移频信号发送器3向2G区段送低频为11.4Hz的移频。
每个区段设一个短路开关，如图2所示K3，通过开关的通和断模拟列车占用某区段，此时，利用电磁感应（相当于一个变压器）原理，机车信号主机的接收线圈拾取占用区段内信号进行放大解调，解调出的低频信息来控制机车信号点灯。当该区段无车时，K3开关断开，机车信号接收线圈3-4输出发送器送出的信号，送入机车信号主机进行处理并控制机车信号机点灯。
模拟列车获取轨面信号的原理：
区段被占用时，对应区段的区段占用模拟开关K闭合，小电阻R被接入电路，轨道信号被送入由运算放大器、电阻R1和R2构成小信号放大电路502；小信号放大电路对小电阻R两端信号进行放大，然后送入移频信号解调器501，移频信号解调器中的CPU计算出调制信号大小，根据其频率所代表的意义控制机车信号点灯，同时控制模拟列车5沿模拟轨道运行速度。
小电阻R有两个作用：一是接入电路后，使图1接收器两端电压降低，低于某个电压值时，判定为区段占用；二是有一定的电阻值，R的两端就有小电压，可以被列车上的接收器所接收。机车信号机的信号灯由LED构成，共8个灯位，由上至下依次为L灯，LU灯，U灯，U2灯，HU灯，UU灯，H灯及B灯。

Claims (2)

1.一种铁路机车信号点灯演示系统，其特征在于：包括模拟列车、N个轨道模拟区段、以及安装在N个轨道模拟区段内的信号灯控制单元和地面信号机；
所述信号灯控制单元结构相同，包括移频信号发送器，移频信号接收器和继电器组，所述移频信号发送器和移频信号接收器分别安装在轨道模拟区段的两端，移频信号接收器与继电器组电路连接，继电器组的接点开关与地面信号机电路连接；
所述移频信号发送器用于：向轨面发送与铁路现场一致的移频信息；
所述移频信号接收器用于：一是接收移频信号发送器发送的移频信息并可靠解调、以控制继电器组的动作；二是控制相邻的下一轨道模拟区段的移频信号发送器发码；
所述继电器组用于：在移频信号接收器的控制下接通或断开地面信号机的信号灯；
所述信号灯控制单元设有用于模拟轨道模拟区段是否被占用的占用模拟开关；
所述模拟列车（5）安装车载移频接收器（51）和机车信号机（52）；
所述车载移频接收器用于：通过接收线圈接收轨面移频信息并可靠解调、以控制机车信号机点灯；上述N的数值为2～10之间的任意整数。
2.根据权利要求1所述的铁路机车信号点灯演示系统，其特征在于：
所述车载移频接收器（51）包括移频信号解调器（511）以及由运算放大器、电阻R1和R2构成的小信号放大电路（512）；
所述小信号放大电路用于：将接收线圈接收到的轨面移频信号放大处理，送入移频信号解调器，
所述移频信号解调器用于：对经过小信号放大电路放大处理的调制信号进行计算、并根据频率所对应的意义控制机车信号机点灯，同时控制模拟列车的运行速度。
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