CN104527725A - 基于测距传感器解决站内轨道电路区段分路不良的系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于测距传感器解决站内轨道电路区段分路不良的系统，包括至少两个测距传感器，用于实时检测轨道电路区段内枕木到列车底部的距离值并输出；控制板用于接收所述至少两个测距传感器输出的距离值，根据所述距离值判断列车是否占用该轨道电路区段，若是，所述控制板输出控制信号到电控开关使电控开关动作导通分路线，若否，所述控制板输出控制信号到电控开关使电控开关动作断开分路线；分路线，位于轨道电路区段左右两端外侧，其串联电控开关后两端部分别连接所述轨道电路区段内的钢轨，用于在所述电控开关动作时导通或断开连接两条钢轨。本发明采用与现有主流方案不同的技术方案，可靠性、安全性高，成本低，简单易实施。

Description

基于测距传感器解决站内轨道电路区段分路不良的系统

本申请要求2014年05月23日提交的申请号为201410223003.1的专利的中国优先权。

技术领域

本发明涉及铁路轨道电路分路不良检测领域，特别涉及一种基于测距传感器解决站内轨道电路区段分路不良的系统。

背景技术

信号是铁路列车行进的“眼睛”，是保证行车安全、实现集中统一指挥、提高运输效率的重要手段。随着铁路的发展，信号闭塞也从半自动闭塞发展到全自动闭塞，行车的区间或区段都已经缩短了，同时经过了6次提速，每个区间或区段上只能有一列车运行，因此，行车的安全性就更显突出了。判断区间或区段是否有车占用，目前是采用轨道电路来实现的，轨道电路利用钢轨作为传输通道，配上发送设备和接收设备以及钢轨绝缘而组成，当闭塞区间内无列车行驶时，电流会从电源经由轨道流经继电器，并使其激磁带动接点，接通绿灯之电路(信号机立即显示平安通行)。当有列车驶入闭塞区间时，电流改行经列车车轴，形成分路电流，该状态称之为分路良好，电流不会流经继电器，继电器因失去电流而失磁，接通红灯之电路(信号机立即显示险阻禁行)。轨道区间或区段属于室外设备，经过风吹、日晒、雨淋、矿渣及其它物品的腐蚀，某些不经常走车的区段钢轨表面就会氧化生锈，根据走车的多少，腐蚀的程度也不同，这种情况下机车车辆通过时不能有效分路，从而形成分路不良现象，信号机仍显示绿灯，造成区段无车的假象，当分路不良发生时，现有轨道电路的轨道继电器不能可靠的落下形成红光带，会造成“丢车”现象，行车指挥人员也不知道机车车辆运行或是停留的位置，也就有可能安排另一辆机车进入同一条轨道电路，最终造成行车事故。 轨道区段分路不良是导致事故发生的主要原因，事件发生均是在调车过程，机车运行至分路不良区段时红光带消失，车站值班员臆测机车已出清，再次扳动道岔，致使挤岔或两车相撞等严重事故发生。所以研发铁路轨道区段的实时监测系统，预防轨道电路分路不良已成为站内轨道电路亟待解决的重大安全技术问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供一种安全、可靠、成本低的基于测距传感器解决站内轨道电路区段分路不良的系统。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种基于测距传感器解决站内轨道电路区段分路不良的系统，包括：至少两个测距传感器，用于实时检测轨道电路区段内枕木到列车底部的距离值并输出；控制板，用于接收所述至少两个测距传感器输出的距离值，根据所述距离值判断列车是否占用该轨道电路区段，若是，则所述控制板输出控制信号到电控开关使电控开关动作导通分路线，若否，则所述控制板输出控制信号到电控开关使电控开关动作断开分路线；分路线，位于轨道电路区段左右两端外侧，其串联电控开关后两端部分别连接所述轨道电路区段内的钢轨，当轨道电路区段左端来车时，所述控制板控制导通左侧分路线连接的两条钢轨，右侧分路线不导通；当轨道电路区段右端来车时，所述控制板控制导通右侧分路线连接的两条钢轨，左侧分路线不导通。

本发明辅助现有轨道电路完成轨道占用判断，其针对轨道分路不良的问题，利用当列车占用站内轨道电路区段时列车底部到枕木盒的距离是有限的这一个原理，由测距传感器对轨道电路区段内枕木盒到列车底部距离进行实时监控，通过控制板的处理而得到轨道占用的情况，再依据占用情况通过电控开关控制分路线的方法导接钢轨线路，实现有效分路，达到类似列车车轴形成分路的效果。分路线是自定义的一种导线，其作用相当于列车进入轨道分路区段时列车的车轴，通过分路线将两条钢轨连接在一起，由电控开关来控制分路线是否导通两条钢轨，当分路线连通两条钢轨后，现有轨道电路系统中的轨道继电器动作，色灯显示为红灯，表明该轨道电路区段被占用。

优选的，所述控制板根据所述距离值判断列车是否占用该轨道电路区段具体为：若所述距离值在预定阈值范围内，则列车占用该轨道电路区段，若否，则列车未占用该轨道电路区段。

优选的，所述至少两个测距传感器安装于轨道电路区段铁轨内的枕木盒处，且不超出铁轨钢轨平面。

进一步的，所述至少两个测距传感器安装于轨道电路区段铁轨内的枕木盒处具体为：分别在所述轨道电路区段的首端和尾端连续的3个枕木盒处铺设测距传感器，所述测距传感器分别与所述控制板电连接。

优选的，在所述轨道电路区段的首端和尾端之间的中间区段每隔4m铺设一个测距传感器。

优选的，所述测距传感器为反射式红外测距传感器、雷达测距传感器、超声波测距传感器、激光测距传感器、磁测距传感器或光纤测距传感器。

优选的，所述电控开关为继电器，所述分路线通过继电器连接在两条钢轨之间，所述继电器与所述控制板电连接。

进一步的，所述分路线通过3个并联的继电器连接在两条钢轨之间，所述3个并联的继电器分别与所述控制板电连接。

优选的，该系统还包括调度中心，当控制板判断该轨道电路区段被占用时，向所述调度中心发送占用信息，所述调度中心显示所述占用信息使站内工作人员清晰了解到当前轨道的运行情况。所述调度中心还用于将所述占用信息进行存储，以供站内工作人员进行查询。

所述电控开关为常闭开关，当设备故障时，电控开关为闭合状态，实现故障导向安全。

与现有技术相比，本发明的有益效果： 本发明基于测距传感器解决站内轨道区段分路不良的系统采用与现有主流方案不同的技术方案，可靠性、安全性高，成本低，简单易实施。本发明适应轨道电路发展需求，在解决轨道分路不良道路上又向前迈进了一小步。

附图说明：

图1是本发明实施例中的系统结构示意图；

图2是本发明实施例中的测距传感器具体布置情况示意图；

图3是本发明实施例中的测距传感器测距的原理示意图；

图4是本发明实施例中的测距传感器内部电路框图；

图5是现有轨道电路原理示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

由于在不常走车的轨道电路区段，由于轮-轨的接触表面或是覆盖了粉尘或是轨面严重生锈，阻碍了现有轨道电路正常工作时形成闭合回路即导致轨道电路分路不良，即使机车车辆通过轨道区段时，该区段的轨道继电器也不能可靠落下，控制台不显示红光带。本发明辅助现有轨道电路（参看图5）完成轨道占用判断，其针对轨道分路不良的问题，利用当列车占用站内轨道电路区段时列车底部到枕木的距离是有限的这一个原理，由测距传感器对轨道电路区段内枕木到列车底部距离进行实时监控，通过控制板的处理而得到轨道占用的情况，再依据占用情况通过电控开关控制分路线的方法导接钢轨线路，实现有效分路，达到类似列车车轴形成分路的效果。分路线是一种导线，其作用相当于列车进入轨道分路区段时列车的车轴，通过分路线将两条钢轨导通连接在一起，由电控开关来控制分路线是否导通两条钢轨。下面结合附图具体说明本发明。

如图1-3所示的基于测距传感器解决站内轨道电路区段分路不良的系统，包括至少两个测距传感器1、控制板2和分路线6。所述至少两个测距传感器1用于实时检测轨道电路区段内枕木3到列车底部的距离值并输出。控制板2用于接收所述至少两个测距传感器1输出的距离值，根据所述距离值判断列车是否占用该轨道电路区段，若是，则所述控制板2输出控制信号到电控开关4使电控开关4动作导通分路线6，若否，则所述控制板2输出控制信号到电控开关4使电控开关4动作断开分路线6。所述分路线6位于轨道电路区段左右两端外侧，其串联电控开关4后两端部分别连接所述轨道电路区段内的钢轨5，当轨道电路区段左端来车时，所述控制板2控制导通左侧分路线6连接的两条钢轨，右侧分路线6不导通；当轨道电路区段右端来车时，所述控制板2控制导通右侧分路线6连接的两条钢轨，左侧分路线6不导通。本发明中，当列车占用轨道区段时，分路线6导通两条钢轨，相当于被轮轴分路，起到辅助现有轨道电路占用判断的作用，导通后，现有轨道电路形成闭合回路，轨道电路中的轨道继电器（图未示）落下，轨道电路处于分路状态，表示轨道电路被占用，那么就不能往该区段开进列车，保证安全。

具体的，在本实施例中，所述至少两个测距传感器1安装于轨道电路区段铁轨5内的枕木盒处，且不超出铁轨钢轨平面（两个枕木3之间的地方叫枕木盒），保证测距传感器1的可靠运行，不会碰到列车底部。参看图2，分别在所述轨道电路区段的首端和尾端（即左右两端）连续的3个枕木盒处铺设测距传感器1，每个测距传感器1分别与所述控制板2电连接。在区段的首端和尾端分别铺设三个测距传感器1，用于判断列车是否进去轨道区段，设计三个测距传感器目的是利用三取二冗余的方法，提高占用判断的可靠性。在所述轨道电路区段的首端和尾端之间的中间区段每隔4m铺设一个测距传感器1。通常列车单节车厢长度大约为12.5米，在轨道的中间区段每隔4m铺设一个测距传感器，保证列车进入轨道区段后，单节车厢至少能够遮挡住三个测距传感器，即使其中有一个测距传感器坏掉，也可以利用三取二冗余的方法判断列车占用本区段，可靠性好。本发明优选实施例中所述测距传感器1采用反射式红外测距传感器，当然也可以是其他任何测距传感器，如雷达测距传感器、超声波测距传感器、激光测距传感器、磁测距传感器或光纤测距传感器等。参看图4，反射式红外测距传感器是集红外线发射电路与红外接收电路为一体，内部由震荡回路、接收及信号放大整形电路等所组成，能够以非接触形式检测前方一定范围内的物体，发射电路的发光管发出的光线为调制红外线，由于光的传输距离与发射光的功率有关系，当功率越高，传输的距离就越远，因此采用调至红外线以获得峰值较高的光脉冲功率，并且可以减少环境光线和电气噪声的影响，检测可靠性高。但是光信号还是很弱的，经过光电变化产生的电信号脉冲幅值也就在几mV到几十mV之间，所以设计放大器，只有经过放大才能对信号处理。经过放大的脉冲信号经解调器检波电路变为直流信号，然后再通过一个电压比较器电路转换变成高低电平。为了提高测量的准确性，所述反射式红外测距传感器的接收管上方设有滤镜，只有反射式红外测距传感器的发射管发出的特定光线才可透过滤镜，其余干扰光线无法被透过接收。

本发明实施例中，所述控制板2采用单片机或其他处理器芯片实现，控制板2可安装于轨道铁轨5侧面，其接收测距传感器1输出的信号，并发出控制命令控制分路线6的导通，测距传感器1的信号通过光电隔离电路（图未示）传输给控制板2，目的是为了使输入输出间互相隔离，电信号传输具有单向性等特点，从而获得良好的电绝缘能力和抗干扰能力，同时控制板2发送控制命令也是通过光电隔离电路（连接在控制板和电控开关之间，图未示），目的为了防止外部高压电路与低压控制电路有电的连接而引起的干扰。控制板2具体判断列车是否占用该轨道电路区段是：若所述距离值在预定阈值范围内，则列车占用该轨道电路区段，若否，则列车未占用该轨道电路区段。当列车占用站内轨道区段时，通常检测到的所述距离值D为0.3米到1.2米范围（参看图3），当站内轨道区段空闲时，距离是无限远，由此可以来判断轨道占用情况。

本发明实施例中所述电控开关4优选继电器，所述分路线6通过继电器连接在两条钢轨5之间，所述继电器与所述控制板2电连接，继电器与所述控制板2之间可以设置光电隔离电路，增强抗干扰能力。进一步的，所述分路线6通过3个并联的继电器连接在两条钢轨之间（图未示），所述3个并联的继电器分别与所述控制板2电连接。在站场环境下，存在震动、冲击等情况都有可能造成继电器不能可靠吸合，所以采用继电器并联使用，提高电路接通的可靠性。三个继电器可形成三条通路，增加连接的可靠性，即使其中一个失效，也可保证正常工作。将三只继电器并联使用，使触电失效率降低，尤其是在列车占用判断这个重要环节，假若选用的继电器的可靠度只有90%，当三个并联后可靠度为99.9%。

分路线6位于轨道电路一个区段左右两端外侧，每个区段的两端外侧附近分别设有至少两个分路线6连接在两条钢轨5之间，可保证该系统的可靠工作。分路线6均串接继电器，本实施例中采用LJQX-62F继电器，分路线6的通断是通过继电器LJQX-62F控制的，继电器由光电耦合器TLP281-4驱动控制（图未示）。光电耦合器TLP281-4左侧接控制板单片机的输出电压信号，通过单片机输出低电平电压信号来控制光电耦合器的导通与关断，进而控制继电器一次侧线圈的导通，由继电器二次侧来控制分路线的导通与关断导接两条钢轨，辅助实现轨道电路的占用判断功能。为了保证工作可靠性，提高抗干扰能力，控制板与继电器（通常为大电流继电器）之间可设置小电流继电器AJW7212，由小电流继电器控制大电流继电器工作。

由于分路线6在一个区段的左右两端设置，控制继电器导通分路线6时，要根据列车行驶方向信息导通迎着列车行驶方向那一端距离列车较近的分路线。因此需要判断列车行驶方向。当列车经过第一个测距传感器时利用定时器对列车行驶固定距离所需要的时间进行计时，由此计算列车行驶的速度信息。利用理论上列车经过多个测距传感器过程中所形成的高低电平进行十六进制编码，与实际所采集的高低电平编码信息进行比较，从而判断列车的行驶方向，当列车从左侧驶入，正常情况下将会依次产生以下编码序列：E0、60、20、00，当控制板依次检测到这样的编码序列即判定为列车从区段左侧驶入，而当依次检测到E0、C0、80、00时判定列车从区段右侧驶入。

当判断为左侧来车时，若判断列车占用本区段，通过主控板2控制左侧常开继电器节点闭合、右侧继电器节点仍然断开，从而使迎着列车方向的分路线接通，另一侧分路线断开；而当右侧来车时，通过主控板控制2右侧常开继电器节点闭合、左侧继电器节点仍然断开，从而使迎着列车方向的分路线接通，另一侧分路线断开。分路线作用相当于列车进入轨道分路区段时列车的车轴，通过分路线、继电器将两条钢轨连接在一起，由继电器来控制分路线是否导通两条钢轨，当分路线连通两条钢轨后，现有轨道电路的轨道继电器动作，色灯显示为红灯，表示区段被占用。这样设置分路线，是考虑到电码化信息的实现：当左侧来车时，通过占用判断，接通左侧分路线，这样左侧形成闭合回路，色灯显示红光带，轨道电路区段被占用，电码化载波会通过闭合回路被列车接收端采集，传到列车上被解码后显示前方色灯显示信息，方便提示列车工作人员控制列车慢行等，以保证列车安全进入轨道区段。

优选的，可在分路线6中串行接入一个手动开关（图未示），当故障时，人工判断故障点排除故障，断开手动开关就可以使所设计的解决分路不良系统失去作用。

优选的，该系统还包括调度中心7，当控制板2判断该轨道电路区段被占用时，向所述调度中心7发送占用信息，所述调度中心7显示所述占用信息使站内工作人员清晰了解到当前轨道的运行情况。进一步的，所述调度中心7还用于将所述占用信息进行存储，以供站内工作人员进行查询。所述控制板2优选通过GPRS模块与调度中心7通信，GPRS模块可以集成在控制板上，也可以单独设置，为了减少供电电压纹波，控制板还设有稳压集成电路，确保其上的处理器芯片及GPRS模块供电稳定可靠。当然也可以采用3G等其他通信方式与调度中心通信。调度中心7可以由一台或多台具有存储功能的通讯计算机构成。

在本发明的另一实施例中，所述电控开关选用常闭开关继电器，当轨道电路区段空闲时，电控开关（常闭开关继电器）为吸起状态，分路线断开，轨道电路区段占用时，电控开关为落下状态，分路线导通；当设备故障该辅助系统失效的情况下，所述电控开关由于选用常闭开关继电器，当故障时，分路线是导通的，原有轨道电路正常工作一直亮红灯，此时系统故障该区段是不能开进列车的，因此，不会出现意外，相当安全，从而实现“故障导向安全”。本发明中利用分路线分路和列车轮对分路是并行的，安全可靠性高。

现阶段国内处理轨道分路不良的主流处理方案为计轴、3V化、高压脉冲轨道电路、钢轨喷涂等。因此，对于大多数采用现有设备的线路，仍然采用轨道电路检测轨道占用状态和传递铁路信息。本发明基于测距传感器解决站内轨道区段分路不良的系统正是适应轨道电路发展需求，采用与现有主流方案不同的技术方案，可靠性、安全性高，在解决轨道分路不良道路上又向前迈进了一小步。

本发明人借鉴前人经验，把轨道电路和传感器设备相结合，采用单片机或其他通用处理器构成主控板设计轨道区段分路不良系统，基于测距传感器监测设备解决轨道分路不良的方案是在不改变原来轨道电路的基础上的一套辅助方案，当轨道电路分路不良时，通过测距传感器监测列车的占用与否，控制分路线导接两条钢轨，辅助实现列车的占用判断。本发明在现有的轨道电路状态基础上增加传感器设备，在压不死区段安装传感器设备，对经由传感器的列车进行占用识别，再由主控板进行判断处理，行车指挥人员可通过轨道电路监测系统查看，方便行车指挥人员进行调度安排。本发明辅助轨道电路完成占用判断，提高了轨道电路的灵活性、可扩展性，同其他整治方案相比较大幅度地降低了成本，为以后轨道电路分路不良设备的应用提供了新的思路。

上面结合附图对本发明的具体实施方式进行了详细说明，但本发明并不限制于上述实施方式，在不脱离本申请的权利要求的精神和范围情况下，本领域的技术人员可以作出各种修改或改型。

Claims (10)

1.一种基于测距传感器解决站内轨道电路区段分路不良的系统，其特征在于，包括：

至少两个测距传感器，用于实时检测轨道电路区段内枕木到列车底部的距离值并输出；

控制板，用于接收所述至少两个测距传感器输出的距离值，根据所述距离值判断列车是否占用该轨道电路区段，若是，则所述控制板输出控制信号到电控开关使电控开关动作导通分路线，若否，则所述控制板输出控制信号到电控开关使电控开关动作断开分路线；

分路线，位于轨道电路区段左右两端外侧，其串联电控开关后两端部分别连接所述轨道电路区段内的钢轨，当轨道电路区段左端来车时，所述控制板控制导通左侧分路线连接的两条钢轨，右侧分路线不导通；当轨道电路区段右端来车时，所述控制板控制导通右侧分路线连接的两条钢轨，左侧分路线不导通。

2.根据权利要求1所述的基于测距传感器解决站内轨道电路区段分路不良的系统，其特征在于，所述控制板根据所述距离值判断列车是否占用该轨道电路区段具体为：若所述距离值在预定阈值范围内，则列车占用该轨道电路区段，若否，则列车未占用该轨道电路区段。

3.根据权利要求1所述的基于测距传感器解决站内轨道电路区段分路不良的系统，其特征在于，所述至少两个测距传感器安装于轨道电路区段铁轨内的枕木盒处，且不超出铁轨钢轨平面。

4.根据权利要求3所述的基于测距传感器解决站内轨道电路区段分路不良的系统，其特征在于，所述至少两个测距传感器安装于轨道电路区段铁轨内的枕木盒处具体为：分别在所述轨道电路区段的首端和尾端的连续的3个枕木盒处铺设测距传感器，所述测距传感器分别与所述控制板电连接。

5.根据权利要求4所述的基于测距传感器解决站内轨道电路区段分路不良的系统，其特征在于，在所述轨道电路区段的首端和尾端之间的中间区段每隔4m铺设一个测距传感器。

6.根据权利要求1至5任一项所述的基于测距传感器解决站内轨道电路区段分路不良的系统，其特征在于，所述测距传感器为反射式红外测距传感器、雷达测距传感器、超声波测距传感器、激光测距传感器、磁测距传感器或光纤测距传感器。

7.根据权利要求1至5任一项所述的基于测距传感器解决站内轨道电路区段分路不良的系统，其特征在于，所述电控开关为继电器，所述分路线通过继电器连接在两条钢轨之间，所述继电器与所述控制板电连接。

8.根据权利要求7所述的基于测距传感器解决站内轨道电路区段分路不良的系统，其特征在于，所述分路线通过3个并联的继电器连接在两条钢轨之间，所述3个并联的继电器分别与所述控制板电连接。

9.根据权利要求1至5任一项所述的基于测距传感器解决站内轨道电路区段分路不良的系统，其特征在于，还包括调度中心，当控制板判断该轨道电路区段被占用时，向所述调度中心发送占用信息，所述调度中心显示所述占用信息使站内工作人员清晰了解到当前轨道的运行情况；所述调度中心还用于将所述占用信息进行存储，以供站内工作人员进行查询。

10.根据权利要求1至5任一项所述的基于测距传感器解决站内轨道电路区段分路不良的系统，其特征在于，所述电控开关为常闭开关，当设备故障时，电控开关为闭合状态，实现故障导向安全。