CN107967850B - 一种铁路相敏轨道电路实训平台 - Google Patents

Abstract

一种铁路相敏轨道电路实训平台,该平台采用一体化结构设计，包括上位机、故障设置单元、微型电源屏、组合电路和室外设备，室外设备包括轨道变压器和钢轨；上位机用于实训操作，组合电路用于模拟对室外设备的控制，故障设置单元用于故障设置或修复，微型电源屏用于提供轨道电源、局部电源和实训平台内部电路的工作电源。该实训平台建立了2个区段轨道电路，与现场保持一致，可实施对铁路现场故障真实模拟，具有电压手动调节与自动稳压功能，可方便的进行微电子与继电式两种相敏轨道电路自由切换，实现对两种相敏轨道电路故障模拟，故障的设置与修复均在上位机上完成，教学效率高，可满足铁路高职院校关于相敏轨道电路的实验实训实践教学的需要。

Description

一种铁路相敏轨道电路实训平台

技术领域

本发明涉及一种铁路教学培训设备，特别涉及一种适用于高等职业院校、铁路企事业现场人员轨道交通企业进行技术培训的铁路相敏轨道电路实训平

背景技术

随着我国高速铁路、城市轨道交通的进一步发展，相敏轨道电路在轨道交通中广泛应用，相敏轨道电路主要为铁路现场提供列车占用检查及钢轨完整性检查功能，在国铁上主要应用25Hz轨道电路，采用25Hz主要是为了避开机车牵引50Hz电流干扰，而在城市轨道交通中，由于绝大部分地铁轨道电路采用直流电进行机车牵引，不存在牵引电流干扰，故采用50Hz或25Hz。

由于相敏轨道电路的重要性，高职院校学生必须牢固掌握相敏轨道电路的原理、常见故障及故障处理方法，而铁路用相敏轨道电路已定型，或使用继电式相敏轨道电路，或使用微电子式相敏轨道电路，且不允许非故障情况下操作，因此只能理论性的介绍，不能够满足实际教学需求。

现有铁路设备对教学、培训存在以下不足：

1．故障模拟时，总是人为剪断线路，频繁插拔继电器，教学效率低，甚至导致设备损坏；

2．对学校而言，人才培养要与企业对接，一套设备不能针对两种相敏轨道电路；

3．铁路现场人员遵守三不动原则，不能操作工作中的设备，技能提升受限；

4．铁路现场电源屏输出电压固定，无法模拟过压与欠压情况。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铁路相敏轨道电路实训平台，以克服已有技术所存在的上述不足。

本发明采取的技术方案是：

一种铁路相敏轨道电路实训平台,该平台采用一体化结构设计，包括上位机、故障设置单元、微型电源屏、组合电路和室外设备，所述室外设备包括轨道变压器和钢轨；

所述上位机与故障设置单和电连接，组合电路同时与故障设置单元和室外设备电连接，微型电源屏与组合电路电连接；

所述组合电路用于模拟对室外轨道区段的控制，包括继电式相敏轨道电路组合和微电子式相敏轨道电路组合，所述继电式相敏轨道电路组合和微电子式相敏轨道电路组合均为2组，分别连接2个轨道区段的室外设备，当有车占用其中一区段时，该区段组合电路的指示继电器落下，列车出清该区段时，该区段组合电路的指示继电器吸起；

所述故障设置单元受上位机控制，用于完成组合电路故障点的设置或修复，故障设置单元包括主板和N块故障板，故障板的数量N与故障点的设置数量对应；

故障板是故障设置或修复的执行部分，主板是故障设置单元的核心，主板通过接收上位机命令来驱动故障板中的故障继电器吸起或落下，实现故障点的设置或修复；

所述微型电源屏包括系统供电板、交直流板、轨道电源板和局部电源板；

所述系统供电板包括电源电路Ⅰ、CPU1电路和CPU2电路；

电源电路Ⅰ包括ACDC24模块、ACDC12模块和DC24-05模块；

ACDC24模块用于把220V市供交流电变换为24V直流电，为组合电路中的指示继电器、微电子接收器和报警盒提供工作电源；

ACDC12模块用于把220V市供交流电变换为12V直流电，为交直流板、轨道电源板和局部电源板提供工作电源；

DC24-05模块用于把12V直流电变换为5V直流电为系统供电板之CPU1电路和CPU2电路提供工作电源；

CPU1电路一是用于对轨道电源板送来的轨道电压信号VGC和局部电源板送来的局部电压信号VJC进行模数转换和检测；二是用于判断所检测电压值是否满足要求，如果不满足，则通过I/O通信口向CPU2电路输出偏低或偏高的信息；

三是用于显示轨道电源与局部电源电压；

CPU2电路一是用于完成四路高电平为5V 的SPWM波输送给轨道电源板和局部电源板中的驱动电路，驱动电路输出高电平为12V的SPWM波，输送给逆变电路；

二是根据CPU1电路输送的轨道电源和局部电源电压偏低或偏高的信息，通过调节SPWM波的占空比实现电压的调节：电压值偏低则降低SPWM波的占空比从而提高轨道电源的输出幅度，电压值偏高则升高SPWM波的占空比从而降低轨道电源的输出幅度；

三是对轨道电源与局部电源的相位差进行显示；

所述交直流板包括交直流变换电路、电源变换电路Ⅰ、延时控制电路和延时继电器；

交直流变换电路用于将250V交流电经整流和滤波限流后变换为350V直流电；

电源变换电路Ⅰ用于将来自系统供电板的12V直流电变换为5V直流电，为延时控制电路提供工作电源；

延时控制电路用于控制延时继电器延时吸起，从而使交直流变换电路中的电容充电限流电阻短路，以保证交直流变换电路输出电压功率稳定；

所述轨道电源板与局部电源板结构相同、包括电源变换电路Ⅱ、逆变电路、驱动电路、电压检测电路和过流检测电路；

电源变换电路Ⅱ用于将来自系统供电板的12V直流电转为5V直流电，为逆变电路、驱动电路、电压检测电路以及过流检测和短路保护电路提供工作电源；

逆变电路用于将交直流变换电路送来的350V直流电转变为频率为25HZ的220V或110V交流电，220V交流电用于轨道电源，110V交流电用作局部电源；

驱动电路用于控制逆变电路输出携带有25Hz交流电的高压脉冲，通过滤波后产生频率25HZ交流电源；

电压检测电路用于检测负载即轨道变压器两端电压，并自动稳压；

过流检测电路用于检测逆变电路输出的电流的大小，使如果过大则输出高电平使驱动电路停止工作，逆变电路截止切断电源，实现对逆变电路的保护；

所述轨道电源板与局部电源板输出电压不同，轨道电源板输出25HZ/220V交流电作为轨道电源，局部电源板输出25HZ/110V交流电作为局部电源。

其进一步的技术方案是：

所述系统供电板之CPU2电路包括CPU2芯片、相位差显示数码管、下载口接线、数字编码旋钮和外部条件输出；所述CPU1电路包括单片机CPU8-16、数码管SMG和数码管SMG1：

所述相位差显示数码管的1脚接地，5脚接5V直流电，2、3、4脚分别接CPU2芯片的1、2、3脚；下载口接线的2脚接地，1脚接5V直流电，3、4脚分别接CPU2芯片的13、14脚；数字编码旋钮的5脚接地，4脚接5V直流电，3脚接CPU2芯片的17脚，1脚接CPU2芯片的15脚，2脚接CPU2芯片的16脚；外部条件输出的1脚接地，2、3、4、5脚分别接CPU2芯片的28、27、26、25脚；

CPU2芯片的24脚、23脚、22脚和20脚分别接驱动电路的输入端、向其输入高电平为5V的SPWM波，CPU2芯片的4、5、6、7脚分别接CPU1电路之单片机CPU8-16的四个I/O通信接口即3、2、13和15脚以实现数据通信；

单片机CPU8-16的10脚和12脚分别接轨道电源板和局部电源板之电压检测电路的输出端，其I/O通信接口15脚和13脚分别接CPU2电路的CPU2芯片之6脚和7脚；

单片机CPU8-16一是用于对轨道电源板送来的轨道电压信号VGC和局部电源板送来的局部电压信号VJC进行模数转换和检测；二是用于判断所检测电压值是否满足要求，如果不满足，则通过I/O通信口15脚和13脚向CPU2电路输出偏低或偏高的信息；

数码管SMG和数码管SMG1分别用于显示轨道电源与局部电源电压。

更进一步：

所述逆变电路包括局部上端MOS管、局部下端MOS管、轨道上端MOS管、轨道下端MOS管、电感线圈L3、电感线圈L4，电阻R56、电阻R57、电阻R58、电阻R59、电阻R60、电阻R61、电阻R62、电阻R63、二极管D18、二极管D19、二极管D20和二极管D21；

电阻R56、电阻R57、电阻R60和电阻R61为限流电阻，二极管D18、二极管D19、二极管D20和二极管D21为续流二极管，电阻R58、电阻R59、电阻R62和电阻R63为回路电阻，电阻R65为检测电阻，其输出端向过流检测电路输出反馈电流信号IFB；

SPWM波Ⅰ和 SPWM波Ⅱ是来自驱动电路第一路开关驱动芯片的具有相同频率、相位相反的高电平为12V的SPWM波，SPWM波Ⅲ和SPWM波Ⅳ是来自驱动电路第二路开关驱动芯片的具有相同频率、相位相反的SPWM波，SPWM波Ⅱ和SPWM波Ⅲ与SPWM波Ⅰ和SPWM波Ⅳ频率相同、相位相反；

直流电DC350来自交直流变换电路。

进一步：

所述驱动电路由两路完全相同的开关驱动电路构成，其核心器件为开关驱动芯片，第一路开关驱动芯片的12、14脚分别接CPU2芯片的24脚和23脚，输入两路高电平为5V的SPWM波，分别从1脚和8脚输出两路高电平为12V的SPWM波Ⅰ和SPWM波Ⅱ，送给逆变电路的局部下端MOS管和局部上端MOS管，控制其导通或截止，从而输出携带有25Hz交流电的高压脉冲；

第二路开关驱动芯片的12、14脚分别接CPU2芯片的22脚和20脚，输入两路高电平为5V的SPWM波，分别从1脚和8脚输出两路高电平为12V的SPWM波Ⅲ和SPWM波Ⅳ，送给逆变电路的轨道下端MOS管和轨道上端MOS管，控制其导通或截止，从而输出携带有25Hz交流电的高压脉冲；

5V电源来自电源变换电路，12V电源来自系统供电板。

进一步：

所述电压检测电路包括电压互感器和半波整流电路，电压互感器的输入端1脚和2脚接当前负载即轨道变压器两端电压，电压互感器的输出端5脚和4脚接半波整流电路，半波整流电路将经整流的直流电送回系统供应板之CPU1电路检测。

进一步：

所述过流检测电路包括电压比较器、可控基准电源、CPU3芯片以及放大电路，所述放大电路由运算放大器、电阻R73、电阻R74和电容C38构成；

5V直流电通过电阻R71接可控基准电源的1脚，可控基准电源的1脚接电压比较器的2脚输入高精度电压源，运算放大器的3脚通过电阻R75接逆变电路中的检测电阻R65输出端，以输入反馈电流信号，运算放大器的输出端7脚接电压比较器的3脚，电压比较器的7脚接CPU3芯片的7脚；

可控基准电源用于输出2.5V直流电作为比较值，放大电路用于放大逆变电路输入的反馈电流信号，CPU3芯片用于比较结果的运算处理；

CPU3芯片的8脚接驱动电路之第一开关驱动芯片和第二开关驱动芯片的13脚，用于电流过大时输出高电平使其截至。

进一步：

所述故障设置单元主板包括电源电路Ⅱ、CPU芯片、故障指示电路和串口通信电路；

所述电源电路Ⅱ用于把市电转换为5V直流电，为CPU芯片、故障指示电路和串口通信电路提供工作电源；

所述CPU芯片主要用于完成通信与驱动，通过从串口通信接收到的数据，根据处理结果输出驱动信号驱动对应的故障板之故障继电器吸起或落下；

所述串口通信电路用于将自上位机接收到的命令传给CPU芯片；

所述故障指示电路分别连接在CPU芯片的34、33、32和31脚，用于显示通信时存在的故障，以便分析；

所述故障板包括第一驱动芯片、第二驱动芯片、串口转并口芯片Ⅰ和串口转并口芯片Ⅱ以及故障继电器电路；所述第一驱动芯片和第二驱动芯片采用ULN2803芯片，所述串口转并口芯片Ⅰ和串口转并口芯片Ⅱ采用74HC595芯片，两块74HC595芯片级连：

串口转并口芯片Ⅰ和串口转并口芯片Ⅱ的10脚连接后接电源VCC5；

串口转并口芯片Ⅰ和串口转并口芯片Ⅱ的11脚连接CPU芯片的输出I/O口5脚，中间串接电阻R21限流；

串口转并口芯片Ⅰ和串口转并口芯片Ⅱ的12脚连接CPU芯片的输出I/O口6脚，中间串接电阻R22限流；

串口转并口芯片Ⅰ和串口转并口芯片Ⅱ的14脚连接CPU芯片的输出I/O口7脚，中间串接电阻R23限流；

串口转并口芯片Ⅰ的输出口15脚、1脚、2脚、3脚、4脚、5脚、6脚和7脚分别接第一驱动芯片的8脚、7脚、6脚、5脚、4脚、3脚、2脚和1脚，串口转并口芯片Ⅱ的输出口15脚、1脚、2脚、3脚、4脚、5脚、6脚和7脚分别接第二驱动芯片的8脚、7脚、6脚、5脚、4脚、3脚、2脚和1脚；

所述故障继电器电路包括故障继电器JDQ和并接在故障继电器1脚与2脚之间的防反压二极管，故障继电器2脚输入端串接发光二极管和限流电阻，故障继电器的3、4脚连接故障点的断开点两端；

16组故障继电器电路之防反压二极管包括二极管D1～二极管D16，用于吸收继电器落下时线圈产生的电动势，限流电阻包括电阻R1～电阻R16，发光二极管包括二极管D101～二极管D116，发光二极管为继电器状态指示灯，故障继电器吸起时亮；

主板之CPU芯片采用STC15W4K芯片，STC15W4K芯片将8位串行数据送入串口转并口芯片Ⅰ的14脚，从串口转并口芯片Ⅰ的输出口15脚、1脚、2脚、3脚、4脚、5脚、6脚和7脚并列输出8位数据进入第一驱动芯片，STC15W4K芯片将8位串行数据送入串口转并口芯片Ⅱ的14脚，从串口转并口芯片Ⅱ的输出口15脚、1脚、2脚、3脚、4脚、5脚、6脚和7脚并列输出8位数据进入第二驱动芯片，数据经过驱动芯片后，输出具有带载能力的信号直接驱动故障继电器电路的故障继电器，每块故障板可完成16个故障点的设置，分别驱动16组故障继电器电路的故障继电器。

进一步：

所述2组继电式相敏轨道电路组合结构相同，每组包括送电端和受电端，送端包括熔断器RD1、熔断器RD2、熔断器DLQ1、熔断器DLQ2、轨道变压器BG25Ⅰ、轨道电阻，受电端包括中继变压器BG25Ⅱ、防护盒、防雷器和区段指示继电器即二元二位继电器；

送电端之轨道变压器输入端通过熔断器连接微型电源屏的25HZ、220V轨道电源，输出端经轨道电阻连接钢轨，受电端之中继变压器输入端连接钢轨，中继变压器输出端连接二元二位继电器的输入端子3和4，微型电源屏的25HZ、110V局部电源接二元二位继电器的输入端子1和2；

所述防护盒和防雷器并联在二元二位继电器输入端子3和4之间，二元二位继电器的输入端子1和2之间并联电容C；

第一区段之继电式相敏轨道电路组合设21个故障点，第三区段设21个故障点；

所述2组微电子式相敏轨道电路组合结构相同，每组包括送电端和受电端，送端包括熔断器RD1、熔断器RD2、熔断器DLQ1、熔断器DLQ2、轨道变压器BG25Ⅰ、轨道电阻，受电端包括中继变压器BG25Ⅱ、防护盒、防雷器、接收器Ⅰ和接收器Ⅱ、变压器盒、报警盒、电容C和区段指示继电器即轨道继电器；

送电端之轨道变压器输入端通过熔断器连接微型电源屏的25HZ、220V轨道电源，输出端经轨道电阻连接钢轨；

受电端之中继变压器BG25Ⅱ输入端连接钢轨，中继变压器输出端连接变压器盒的输入端子71和81，变压器盒输出两路电源，一路连接接收器Ⅰ的输入端子73和83，另一路连接接收器Ⅱ的输入端子73和83，来自微型电源屏的微型电源屏的25HZ、110V局部电源连接接收器Ⅰ和接收器Ⅱ的输入端子51、61端，来自微型电源屏的24V直流电连接接收器Ⅰ和接收器Ⅱ的端子72和82；接收器Ⅰ和接收器Ⅱ的端子32并联后接轨道继电器电磁线圈的端子1，接收器Ⅰ和接收器Ⅱ的端子42并联后接轨道继电器电磁线圈端子4，接收器Ⅰ和接收器Ⅱ的端子31和41分别连接报警器；

防护盒和防雷器并联在变压器盒的输入端子71和81之间；

第一区段之微电子式相敏轨道电路组合设76个故障点，第三区段设75个故障点。

进一步：

所述继电式相敏轨道电路组合送电端之熔断器RD1和熔断器RD2与熔断器DLQ1和熔断器DLQ2之间通过母插F1和公插F2连接：

即熔断器RD1和熔断器RD2的一端接220V轨道电源，另一端接在公插F2的端子 F-2-1和公插F2 的端子F-2-2上；熔断器DLQ1和熔断器DLQ2的一端接轨道变压器的输入端，另一端接在母插F1的端子F-1-1和端子F-1-2上；

继电式相敏轨道电路组合受电端之中继变压器BG25Ⅱ的两输出端与防雷器Z两端点通过母插F1和公插F2连接：

即中继变压器BG25Ⅱ的两输出端接在母插F1 的端子F-1-3和F-1-4上，防雷器Z两端接在公插F2的端子F-2-3和F-2-4上；

继电式相敏轨道电路组合受电端之二元二位继电器两输入端1和和输入端2与局部电源的输入端JJZ和输入端JJF通过母插F1和公插F2连接：

即局部电源的输入端JJZ和输入端JJF分别接在母插F1的端子01-17和01-18上，二元二位继电器的输入端1和输入端2接在公插F2的端子03-17和03-18上；

所述微电子式相敏轨道电路组合送电端之熔断器RD1、熔断器RD2与熔断器DLQ1、熔断器DLQ2通过母插F1和公插F3连接：

即熔断器RD1和熔断器RD2的一端分别接轨道电源输入端GJZ和输入端GJF，另一端接在公插F3的端子F-3-1和端子F-3-2上；

熔断器DLQ1和熔断器DLQ2的一端接轨道变压器的输入端，另一端接在母插F1的端子F-1-1和端子F-1-2上；

所述微电子式相敏轨道电路受电端之中继变压器BG25Ⅱ的两输出端与防雷器Z两端点通过母插F1和公插F3连接：

即中继变压器BG25Ⅱ的两输出端分别接在母插F1的端子F-1-5和F-1-6上，防雷器Z两端点分别接在公插F3 的端子F-3-5和F-3-6上；

微电子式相敏轨道电路组合受电端之接收器Ⅰ和接收器Ⅱ的51脚和61脚与局部电源的输入端JJZ和输入端JJF通过母插F1和公插F3连接：

即局部电源的输入端JJZ和输入端JJF分别接在母插F1的端子03-6-1和03-8-1上，接收器Ⅰ和接收器Ⅱ的51脚和61脚分别接在公插F3的端子03-6-3和03-8-3上；

所述接收器Ⅰ和接收器Ⅱ的72脚和82脚与24V直流电源的正输入端KZ和负输入端KF通过母插F1和公插F3连接：

即24V直流电源的正输入端KZ和负输入端KF分别接在母插F1的端子03-1-1和03-3-1上，接收器Ⅰ和接收器Ⅱ的72脚和82脚分别接在公插F3的端子03-1-3和03-3-3上；

使用继电式相敏轨道电路组合时，将公插F2插进母插F1上；使用微电子式相敏轨道电路组合时，将公插F3插进母插F1上；将插在母插F1上的F2与F3交换，即可实现继电式与微电子两种相敏轨道电路的切换。

由于采取上述技术方案，本发明之一种铁路相敏轨道电路实训平台具有以下有益效果：

1．该实训平台采用计算机实现故障点的设置，故障的设置与修复均在上位机上完成，不必再采用对设备的插拔频繁操作，既避免了对现场设备的损坏，又极大的提高了教学效率，满足铁路高职院校关于相敏轨道电路的实验实训实践教学的需要：

2．实训平台建立了2区段轨道电路，2个完整组合，与现场保持一致，可在完成25HZ相敏轨道电路的基本功能（列车占用检查、钢轨完整性检查及故障报警）的基础上，实施对铁路现场故障真实模拟，上位机可实现练习与考核（技能比武）相结合，具有电压手动调节与自动稳压功能，上位机能够对微电子与继电式两种相轨道电路进行故障模拟，真正达到训练目的，因而可为轨道交通企业企业职工进行技能培训、技能比武提供更好的服务；

3．该实训平台能够提供轨道电源和局部电源两种电源，能够进行轨道电源电压、局部电源电压、频率和相位差的调整、能够进行轨道电源与局部电源的调整，实时 显示轨道电源、局部电源电压、频率及相位差，方便查看，提高教学效果；

4．该实训平台之微电子与继电式两种相敏轨道电路与轨道电源、局部电源以及外部设备之间通过公插和母插连接，可方便的实现微电子与继电式两种相敏轨道电路的自由切换；一套设备即可针对两种相敏轨道电路进行教学、培训，既节约成本，又提高了教学、培训效率； 5．该实训平台具有短路保护、过压过流保护功能，安全可靠；所述微电子式相敏轨道电路采用两套接收器JXW-25B并联，实现设备冗余，可保证系统可靠运行，同时每套设报警器，当接收器JXW-25B输入故障或内部故障时，通过31、41端输出驱动报警器进行报警。

附图说明

图1为本发明之铁路相敏轨道电路实训平台原理框图；

图2为故障板电路连接图；

图3-图5为16组故障继电器电路连接图；

图6为故障设置模块之主板芯片电路图；

图7为故障设置模块之电源电路Ⅱ电路连接图；

图8为故障设置模块之串口通信电路连接图；

图9为交直流板之交直流变换电路连接图；

图10为交直流板之延时控制电路连接图；

图11为交直流板之电源变换电路Ⅰ连接图；

图12为系统供应板之电源电路（ACDC24模块、ACDC12模块、DC24-05模块）电路连接图；

图13为系统供应板之CPU1电路连接图；

图14为系统供应板之CPU2电路连接图；

图15为轨道电源板及局部电源板之逆变电路连接图；

图16为轨道电源板及局部电源板之电源变换电路Ⅱ连接图；

图17为轨道电源板及局部电源板之驱动电路连接图；

图18为轨道电源板及局部电源板之电压检测电路连接图；

图19为轨道电源板及局部电源板之过流检测电路连接图；

图20为轨道电源板及局部电源板之CPU电路连接图；

图21为组合电路之继电式相敏轨道电路组合（第一区段）电路连接图；

图22为组合电路之继电式相敏轨道电路组合（第三区段）电路连接图；

图23为组合电路之微电子式相敏轨道电路组合（第一区段）电路连接图；

图24为组合电路之微电子式相敏轨道电路组合（第三区段）电路连接图；

图中：

（一）组成结构代号：

101—上位机， 102—故障设置单元，1021—故障指示电路，103—微型电源屏，104—组合电路，105—室外设备；

（二）元器件代号：

RX—轨道电阻，HF4—防护盒，ZA—防雷器，HBJ—变压器盒，HB—报警盒，

Q5—轨道上端MOS管，Q6—轨道下端MOS管，Q7—局部上端MOS管，Q8—局部下端MOS管；

RGJ—二元二位继电器（第一区段为1DGRGJ，第三区段为3DGRGJ），GJ—轨道继电器（第一区段为1DGGJ，第三区段为3DGGJ），JDQ1～JDQ16—故障继电器；

R0 —轨道变压器负载，LCTV—电压互感器；

PHC—相位差显示数码管、JTG—下载口接线、FOR—数字编码旋钮，XZK—外部条件输出；

LM393—电压比较器，TL431—可控基准电源，LM358—运算放大器；

JXW-25B-1—接收器Ⅰ，JXW-25B-2—接收器Ⅱ，NE555—定时器；

STC15W4K—主板CPU芯片，

STC15W—CPU3芯片，STC-CPU1—CPU2芯片，CPU8-16—单片机；

IR2113S—开关驱动芯片，ULN2803-1—第一路驱动芯片，ULN2803-2—第二驱动芯片；

U1—串口转并口芯片Ⅰ，U2—串口转并口芯片Ⅱ；

AMS117—电源芯片, BRIGE—整流芯片, MAX232—串口通信芯片, LCTV—电压互感器；

（三）图中字母符号含义：

HZX—频率选择，IFB —反馈电流信号，KST —检测电阻输出端，

LO1—SPWM波Ⅰ、HO1—SPWM波Ⅱ、LO2—SPWM波Ⅲ、HO2—SPWM波Ⅳ，VS1、VS2—逆变电路电压波形；

X1～X119—故障点，G01-1～ G16-1、G01-2～ G16-2—故障点两端接点，DJ0～DJ15—故障输入信号；

ZXJ—局部下端MOS管对应端，ZSJ—局部上端MOS管对应端，ZXG—轨道下端MOS管对应端，ZSG—轨道上端MOS管对应端；

Z、J—交直流变换电路之电容充电限流电阻两端接点。

实施方式

一种铁路相敏轨道电路实训平台,该平台采用一体化结构设计，包括上位机101、故障设置单元102、微型电源屏103、组合电路104和室外设备105，所述室外设备包括轨道变压器和钢轨；

所述上位机与故障设置单和电连接，组合电路同时与故障设置单元和室外设备电连接，微型电源屏与组合电路电连接；

所述组合电路用于模拟对室外轨道区段的控制，包括继电式相敏轨道电路组合和微电子式相敏轨道电路组合，所述继电式相敏轨道电路组合和微电子式相敏轨道电路组合均为2组，分别连接2个轨道区段的室外设备，当有车占用其中一区段时，该区段组合电路的指示继电器落下，列车出清该区段时，该区段组合电路的指示继电器吸起；

对于继电式相敏轨道电路组合，该区段组合电路的指示继电器是二元二位继电器JDQ，对于微电子式相敏轨道电路组合，该区段组合电路的指示继电器是轨道继电器GJ；

所述故障设置单元受上位机控制，用于完成组合电路故障点的设置或修复，故障设置单元包括主板和N块故障板，故障板的数量N与故障点的设置数量对应；

故障板是故障设置或修复的执行部分，主板是故障设置单元的核心，主板通过接收上位机命令来驱动故障板中的故障继电器吸起或落下，实现故障点的设置或修复；

所述微型电源屏包括系统供电板、交直流板、轨道电源板和局部电源板；

所述系统供电板包括电源电路Ⅰ、CPU1电路和CPU2电路；

电源电路Ⅰ包括ACDC24模块、ACDC12模块和DC24-05模块；

ACDC24模块用于把220V市供交流电变换为24V直流电，为组合电路中的指示继电器、微电子接收器和报警盒提供工作电源；

ACDC12模块用于把220V市供交流电变换为12V直流电，为交直流板、轨道电源板和局部电源板提供工作电源；

DC24-05模块用于把12V直流电变换为5V直流电为系统供电板之CPU1电路和CPU2电路提供工作电源；

CPU1电路一是用于对轨道电源板送来的轨道电压信号VGC和局部电源板送来的局部电压信号VJC进行模数转换和检测；二是用于判断所检测电压值是否满足要求，如果不满足，则通过I/O通信口向CPU2电路输出偏低或偏高的信息；

三是用于显示轨道电源与局部电源电压；

CPU2电路一是用于完成四路高电平为5V 的SPWM波输送给轨道电源板和局部电源板中的驱动电路，驱动电路输出高电平为12V的SPWM波，输送给逆变电路；

二是根据CPU1电路输送的轨道电源和局部电源电压偏低或偏高的信息，通过调节SPWM波的占空比实现电压的调节：电压值偏低则降低SPWM波的占空比从而提高轨道电源的输出幅度，电压值偏高则升高SPWM波的占空比从而降低轨道电源的输出幅度；

三是对轨道电源与局部电源的相位差进行显示；

所述交直流板包括交直流变换电路、电源变换电路Ⅰ、延时控制电路和延时继电器；

交直流变换电路用于将250V交流电经整流和滤波限流后变换为350V直流电；

电源变换电路Ⅰ用于将来自系统供电板的12V直流电变换为5V直流电，为延时控制电路提供工作电源；

延时控制电路用于控制延时继电器延时吸起，从而使交直流变换电路中的电容充电限流电阻短路，以保证交直流变换电路输出电压功率稳定；

所述电源变换电路Ⅰ采用电源芯片AMS1117芯片，所述交直流变换电路插有整流芯片BRIGE，延时控制电路采用定时器NE555、三极管Q1和二极管D17，三极管Q1的基极接定时器NE555的输出端，三极管Q1的集电极I接二极管D17正端和延时继电器的5脚，延时继电器的1脚和3脚分别接交直流变换电路的电容充电限流电阻R43和电阻R44的两端（参见附图9/10）；

所述轨道电源板与局部电源板结构相同、包括电源变换电路Ⅱ、逆变电路、驱动电路、电压检测电路和过流检测电路；

电源变换电路Ⅱ用于将来自系统供电板的12V直流电转为5V直流电，为逆变电路、驱动电路、电压检测电路以及过流检测和短路保护电路提供工作电源；

逆变电路用于将交直流变换电路送来的350V直流电转变为频率为25HZ的220V或110V交流电，220V交流电用于轨道电源，110V交流电用作局部电源；

驱动电路用于控制逆变电路输出携带有25Hz交流电的高压脉冲，通过滤波后产生频率25HZ交流电源；

电压检测电路用于检测负载即轨道变压器两端电压，并自动稳压；

过流检测电路用于检测逆变电路输出的电流的大小，使如果过大则输出高电平使驱动电路停止工作，逆变电路截止切断电源，实现对逆变电路的保护；

所述轨道电源板与局部电源板输出电压不同，轨道电源板输出25HZ/220V交流电作为轨道电源，局部电源板输出25HZ/110V交流电作为局部电源。

所述系统供电板之CPU2电路包括CPU2芯片、相位差显示数码管PHC、下载口接线JTG、数字编码旋钮FOR和外部条件输出XZK；所述CPU1电路包括单片机CPU8-16、数码管SMG和数码管SMG1：

所述相位差显示数码管PHC的1脚接地，5脚接5V直流电，2、3、4脚分别接CPU2芯片的1、2、3脚；下载口接线JTG的2脚接地，1脚接5V直流电，3、4脚分别接CPU2芯片的13、14脚；数字编码旋钮FOR的5脚接地，4脚接5V直流电，3脚接CPU2芯片的17脚，1脚接CPU2芯片的15脚，2脚接CPU2芯片的16脚；外部条件输出XZK的1脚接地，2、3、4、5脚分别接CPU2芯片的28、27、26、25脚；

CPU2芯片的24脚、23脚、22脚和20脚分别接驱动电路的输入端、向其输入高电平为5V的SPWM波，CPU2芯片的4、5、6、7脚分别接CPU1电路之单片机CPU8-16的四个I/O通信接口即3、2、13和15脚以实现数据通信；

单片机CPU8-16的10脚和12脚分别接轨道电源板和局部电源板之电压检测电路的输出端，其I/O通信接口15脚和13脚分别接CPU2电路的CPU2芯片之6脚和7脚；

单片机CPU8-16一是用于对轨道电源板送来的轨道电压信号VGC和局部电源板送来的局部电压信号VJC进行模数转换和检测；二是用于判断所检测电压值是否满足要求，如果不满足，则通过I/O通信口15脚和13脚向CPU2电路输出偏低或偏高的信息；如轨道电源标准为220V±3%，如果经CPU8-16运算后，判断实际轨道电源低于标准220V，CPU8-16通过四个I/O口31、32、13、15脚与CPU2的四个I/O口4、5、6、7通信，如输出0000表示低，此时CPU2电路接收到0000时即可知道轨道电源电压不在标准电源范围内，通过内部程序来降低SPWM波的占空比，从而提高轨道电源的输出幅度；

数码管SMG和数码管SMG1分别用于显示轨道电源与局部电源电压。

当数字编码旋钮FOR的3脚为低电平时，轨道电源与局部电源的电压为自动调节模式，系统上电后，通过CPU2内部处理，使轨道电源的电压会自动稳至220V，局部电源的电压自动稳压至110V；

当数字编码旋钮FOR的3脚为高电平时，输出电源电压为手动调节模式，需要调节轨道电源的电压时，需要使外部条件输出XZK的2脚变低，此时通过旋转数字编码旋钮FOR进行手动调节，通过CPU2的24脚和23脚向逆变电路的轨道下端MOS管和轨道上端MOS管输出占空比发生变化，从而调节轨道电源的电压；

需要调节局部电源的电压时，需要使外部条件输出XZK的3脚变低，此时通过旋转数字编码旋钮FOR进行手动调节，通过CPU2的22脚和20脚向逆变电路的局部上端MOS管和局部下端MOS管输出占空比发生变化，从而调节局部电源的电压；

当需要调节相位差时，需要使外部条件输出XZK的4脚变低，此时通过旋转数字编码旋钮FOR进行手动调节轨道电源与局部电源的相位差；外部条件输出XZK的5脚备用。

所述逆变电路包括局部上端MOS管Q7、局部下端MOS管Q8、轨道上端MOS管Q5、轨道下端MOS管Q6、电感线圈L3、电感线圈L4，电阻R56、电阻R57、电阻R58、电阻R59、电阻R60、电阻R61、电阻R62、电阻R63、二极管D18、二极管D19、二极管D20和二极管D21；

电阻R56、电阻R57、电阻R60和电阻R61为限流电阻，二极管D18、二极管D19、二极管D20和二极管D21为续流二极管，电阻R58、电阻R59、电阻R62和电阻R63为回路电阻，电阻R65为检测电阻，其输出端KTS向过流检测电路输出反馈电流信号IFB；

SPWM波ⅠLO1和 SPWM波ⅡHO1是来自驱动电路第一路开关驱动芯片的具有相同频率、相位相反的高电平为12V的SPWM波，SPWM波ⅢLO2 和SPWM波ⅣHO2是来自驱动电路第二路开关驱动芯片的具有相同频率、相位相反的SPWM波，SPWM波ⅡHO1和SPWM波ⅢLO2与SPWM波ⅠLO1和SPWM波ⅣHO2频率相同、相位相反；

直流电DC350来自交直流变换电路。

工作原理

SPWM波ⅡHO1和SPWM波ⅢLO2与SPWM波ⅠLO1和SPWM波ⅣHO2频率相同、相位相反；

当SPWM波ⅡHO1与SPWM波ⅢLO2为高电平时，SPWM波ⅣHO2与SPWM波ⅠLO1为低电平，此时局部上端MOS管Q7与轨道下端MOS管Q6导通，直流电350V流过的路径为DC350-Q7-L4-R0-L3-Q6-KTS-GND，此时R65的上端为0，下端为正，反之，当SPWM波ⅣHO2与SPWM波ⅠLO1为高电平时，SPWM波ⅡHO1与SPWM波ⅢLO2为低电平，此时轨道上端MOS管Q5与局部下端MOS管Q8导通，直流电350V流过的路径为DC350-Q5-L3-R0-L4-Q8-KTS-GND，此时R65的上端为正，下端为0，不断循环下去，R65两端电压由驱动板输入的SPWM波的占空比来控制，VS2与VS1此时的电压波形为正负350V的SPWM波，经过L3-C3-L4滤波电路后，其输出电源的频率25HZ。

所述驱动电路由两路完全相同的开关驱动电路构成，其核心器件为开关驱动芯片IR2113S，第一路开关驱动芯片的12、14脚分别接CPU2芯片的24脚和23脚，输入两路高电平为5V的SPWM波，分别从1脚和8脚输出两路高电平为12V的SPWM波ⅠLO1和SPWM波ⅡHO1，送给逆变电路的局部下端MOS管Q8和局部上端MOS管Q7，控制其导通或截止，从而输出携带有25Hz交流电的高压脉冲；

第二路开关驱动芯片的12、14脚分别接CPU2芯片的22脚和20脚，输入两路高电平为5V的SPWM波，分别从1脚和8脚输出两路高电平为12V的SPWM波ⅢLO2 和SPWM波ⅣHO2，送给逆变电路的轨道下端MOS管Q6和轨道上端MOS管Q5，控制其导通或截止，从而输出携带有25Hz交流电的高压脉冲；

5V电源来自电源变换电路，12V电源来自系统供电板。

所述电压检测电路包括电压互感器LCTV和半波整流电路，电压互感器的输入端1脚和2脚接当前负载即轨道变压器两端电压，电压互感器的输出端5脚和4脚接半波整流电路，半波整流电路将经整流的直流电送回系统供应板之CPU1电路检测。

所述过流检测电路包括电压比较器LM393、可控基准电源TL431、CPU3芯片以及放大电路，所述放大电路由运算放大器LM358、电阻R73、电阻R74和电容C38构成；

5V直流电通过电阻R71接可控基准电源TL431的1脚，可控基准电源TL431的1脚接电压比较器LM393的2脚输入高精度电压源，运算放大器LM358的3脚通过电阻R75接逆变电路中的检测电阻R65输出端KTS，以输入反馈电流信号IFB，运算放大器LM358的输出端7脚接电压比较器LM393的3脚，电压比较器LM393的7脚接CPU3芯片的7脚；

可控基准电源TL431用于输出2.5V直流电作为比较值，放大电路用于放大逆变电路输入的反馈电流信号，CPU3芯片用于比较结果的运算处理；

CPU3芯片的8脚接驱动电路之第一开关驱动芯片和第二开关驱动芯片的13脚，用于电流过大时输出高电平使其截至。

工作原理

可控基准电源TL431向电压比较器LM393输入2.5V直流电，反馈电流信号从逆变电路中的反馈电阻R65(端点KTS)上输出，经过运算放大器LM358放大信号后送电压比较器LM393，放大后的信号与可控基准电源TL431输进的2.5V进行比较，比较结果送至CPU3芯片的INT0端口（7脚），通过CPU3芯片运算处理，如果电流过大，则CPU3芯片的8脚输出高电平，该高电平送给两个开关驱动芯片IR2113S的13脚，此时，开关驱动芯片IR2113S停止工作，逆变电路截至，从而保护整个逆变电路。

所述故障设置单元主板包括电源电路Ⅱ、CPU芯片、故障指示电路1021和串口通信电路；

所述电源电路Ⅱ用于把市电转换为5V直流电，为CPU芯片、故障指示电路和串口通信电路提供工作电源；

所述CPU芯片主要用于完成通信与驱动，通过从串口通信接收到的数据，根据处理结果输出驱动信号驱动对应的故障板之故障继电器吸起或落下；

所述串口通信电路用于将自上位机接收到的命令传给CPU芯片；

所述故障指示电路分别连接在CPU芯片的34、33、32和31脚，用于显示通信时存在的故障，以便分析；

所述故障板包括第一驱动芯片、第二驱动芯片、串口转并口芯片ⅠU1和串口转并口芯片ⅡU2以及故障继电器电路；所述第一驱动芯片和第二驱动芯片采用ULN2803芯片，所述串口转并口芯片Ⅰ和串口转并口芯片Ⅱ采用74HC595芯片，两块74HC595芯片级连：

串口转并口芯片Ⅰ和串口转并口芯片Ⅱ的10脚连接后接电源VCC5；

串口转并口芯片Ⅰ和串口转并口芯片Ⅱ的11脚连接CPU芯片的输出I/O口5脚，中间串接电阻R21限流；

串口转并口芯片Ⅰ和串口转并口芯片Ⅱ的12脚连接CPU芯片的输出I/O口6脚，中间串接电阻R22限流；

串口转并口芯片Ⅰ和串口转并口芯片Ⅱ的14脚连接CPU芯片的输出I/O口7脚，中间串接电阻R23限流；

串口转并口芯片Ⅰ的输出口15脚、1脚、2脚、3脚、4脚、5脚、6脚和7脚分别接第一驱动芯片ULN2803-1的8脚、7脚、6脚、5脚、4脚、3脚、2脚和1脚，串口转并口芯片Ⅱ的输出口15脚、1脚、2脚、3脚、4脚、5脚、6脚和7脚分别接第二驱动芯片ULN2803-2的8脚、7脚、6脚、5脚、4脚、3脚、2脚和1脚；

所述故障继电器电路包括故障继电器JDQ和并接在故障继电器1脚与2脚之间的防反压二极管，故障继电器2脚输入端串接发光二极管和限流电阻，故障继电器的3、4脚连接故障点的断开点两端；

16组故障继电器电路之防反压二极管包括二极管D1～二极管D16，用于吸收继电器落下时线圈产生的电动势，限流电阻包括电阻R1～电阻R16，发光二极管包括二极管D101～二极管D116，发光二极管为继电器状态指示灯，故障继电器吸起时亮；

主板之CPU芯片采用STC15W4K芯片，STC15W4K芯片将8位串行数据送入串口转并口芯片Ⅰ的14脚，从串口转并口芯片Ⅰ的输出口15脚、1脚、2脚、3脚、4脚、5脚、6脚和7脚并列输出8位数据进入第一驱动芯片，STC15W4K芯片将8位串行数据送入串口转并口芯片Ⅱ的14脚，从串口转并口芯片U2的输出口15脚、1脚、2脚、3脚、4脚、5脚、6脚和7脚并列输出8位数据进入第二驱动芯片，数据经过驱动芯片后，输出具有带载能力的信号直接驱动故障继电器电路的故障继电器，每块故障板可完成16个故障点的设置，分别驱动16组故障继电器电路的故障继电器。

所述2组继电式相敏轨道电路组合结构相同，每组包括送电端和受电端，送端包括熔断器RD1、熔断器RD2、熔断器DLQ1、熔断器DLQ2、轨道变压器BG25Ⅰ、轨道电阻RX，受电端包括中继变压器BG25Ⅱ、防护盒HF4、防雷器Z、区段指示继电器即二元二位继电器RGJ；

送电端之轨道变压器输入端通过熔断器连接微型电源屏的25HZ、220V轨道电源，输出端经轨道电阻RX连接钢轨，受电端之中继变压器输入端连接钢轨，中继变压器输出端连接二元二位继电器的输入端子3和4，微型电源屏的25HZ、110V局部电源接二元二位继电器的输入端子1和2；

所述防护盒和防雷器并联在二元二位继电器输入端子3和4之间，二元二位继电器的输入端子1和2之间并联电容C；

第一区段之继电式相敏轨道电路组合设21个故障点X1-X21，第三区段设21个故障点X22-X42。

工作原理：

所述轨道变压器BG25Ⅰ为降压变压器，用于把来自微型电源屏的220V轨道电源变为1V左右，送至轨面，再经中继变压器BG25Ⅱ把轨面电压升至16V以上，最后送到二元二位继电器RGJ的3、4端子，来自微型电源屏的110V局部电源送至二元二位继电器RGJ的1、2端，只要两种电源电压频率一致（25HZ）、局部电源相位超前轨道电源90度，二元二位继电器RGJ即可吸起，表示该区段无车，当RGJ的3、4两端电压不满足条件时，二元二位继电器RGJ会落下，表示该区段有车。

所述2组微电子式相敏轨道电路组合结构相同，每组包括送电端和受电端，送端包括熔断器RD1、熔断器RD2、熔断器DLQ1、熔断器DLQ2、轨道变压器BG25Ⅰ、轨道电阻RX，受电端包括中继变压器BG25Ⅱ、防护盒HF4、防雷器Z、接收器ⅠJXW-25B-1和接收器ⅡJXW-25B-2、变压器盒HBJ、报警盒HB、电容C以及区段指示继电器即轨道继电器GJ；

送电端之轨道变压器输入端通过熔断器连接微型电源屏的25HZ、220V轨道电源，输出端经轨道电阻RX连接钢轨；

受电端之中继变压器BG25Ⅱ输入端连接钢轨，中继变压器输出端连接变压器盒HBJ的输入端子71和81，变压器盒输出两路电源，一路连接接收器ⅠJXW-25B-1的输入端子73和83，另一路连接接收器ⅡJXW-25B-2的输入端子73和83，来自微型电源屏的微型电源屏的25HZ、110V局部电源连接接收器Ⅰ和接收器Ⅱ的输入端子51、61端，来自微型电源屏的24V直流电连接接收器Ⅰ和接收器Ⅱ的端子72和82；接收器Ⅰ和接收器Ⅱ的端子32并联后接轨道继电器GJ电磁线圈的端子1，接收器Ⅰ和接收器Ⅱ的端子42并联后接轨道继电器GJ电磁线圈端子4，接收器Ⅰ和接收器Ⅱ的端子31和41分别连接报警器；

防护盒和防雷器并联在变压器盒HBJ的输入端子71和81之间；

第一区段之微电子式相敏轨道电路组合设76个故障点X43-X80，第三区段设75个故障点X81-X119。

工作原理

轨道变压器为降压变压器，把来自微型电源屏的220V轨道电源变为1V左右，送至轨面，再经中继变压器BG25把轨面电压升至16V以上，最后送到变压器盒HBJ的71、81端子，经过变换输出两路电源，73与83送给接收器Ⅰ，52、62送给接收器Ⅱ，来自微型电源屏的110V局部电源JJZ/JJF送至接收器Ⅰ的51、61端、接收器Ⅱ的51、61端，来自微型电源屏的24V直流（KZ、KF）送至接收器Ⅰ的72、82端、接收器Ⅱ的72、82端，只要两种电源电压满足要求、频率一致（25HZ）、局部电源相位超前轨道电源90度，接收器Ⅰ即可驱动轨道继电器GJ（区段1为1DGGJ，区段3为3DGGJ）吸起，表示该区段无车，当接收器Ⅰ和接收器Ⅱ的73、83两端电压不满足条件时，接收器会驱动轨道继电器GJ（区段1为1DGGJ，区段3为3DGGJ）落下，表示该区段有车。

所述继电式相敏轨道电路组合送电端之熔断器RD1、熔断器RD2与熔断器DLQ1、熔断器DLQ2通过母插F1和公插F2连接：

即熔断器RD1和熔断器RD2的一端接220V轨道电源，另一端接在公插F2的端子 F-2-1和公插F2 的端子F-2-2上；熔断器DLQ1和熔断器DLQ2的一端接轨道变压器的输入端，另一端接在母插F1的端子F-1-1和端子F-1-2上；

继电式相敏轨道电路组合受电端之中继变压器BG25Ⅱ的两输出端与防雷器Z两端点通过母插F1和公插F2连接：

即中继变压器BG25Ⅱ的两输出端接在母插F1 的端子F-1-3和F-1-4上，防雷器Z两端接在公插F2的端子F-2-3和F-2-4上；

继电式相敏轨道电路组合受电端之二元二位继电器RGJ两输入端1和和输入端2与局部电源的输入端JJZ和输入端JJF通过母插F1和公插F2连接：

即局部电源的输入端JJZ和输入端JJF分别接在母插F1的端子01-17和01-18上，二元二位继电器RGJ的输入端1和输入端2接在公插F2的端子03-17和03-18上；

所述微电子式相敏轨道电路组合送电端之熔断器RD1、熔断器RD2与熔断器DLQ1、熔断器DLQ2通过母插F1和公插F3连接：

即熔断器RD1和熔断器RD2的一端分别接轨道电源输入端GJZ和输入端GJF，另一端接在公插F3的端子F-3-1和端子F-3-2上；

熔断器DLQ1和熔断器DLQ2的一端接轨道变压器的输入端，另一端接在母插F1的端子F-1-1和端子F-1-2上；

所述微电子式相敏轨道电路受电端之中继变压器BG25Ⅱ的两输出端与防雷器Z两端点通过母插F1和公插F3连接：

即中继变压器BG25Ⅱ的两输出端分别接在母插F1的端子F-1-5和F-1-6上，防雷器Z两端点分别接在公插F3 的端子F-3-5和F-3-6上；

微电子式相敏轨道电路组合受电端之接收器ⅠJXW-25B-1和接收器ⅡJXW-25B-2的51脚和61脚与局部电源的输入端JJZ和输入端JJF通过母插F1和公插F3连接：

即局部电源的输入端JJZ和输入端JJF分别接在母插F1的端子03-6-1和03-8-1上，接收器Ⅰ和接收器Ⅱ的51脚和61脚分别接在公插F3的端子03-6-3和03-8-3上；

所述接收器Ⅰ和接收器Ⅱ的72脚和82脚与24V直流电源的正输入端KZ和负输入端KF通过母插F1和公插F3连接：

即24V直流电源的正输入端KZ和负输入端KF分别接在母插F1的端子03-1-1和03-3-1上，接收器Ⅰ和接收器Ⅱ的72脚和82脚分别接在公插F3的端子03-1-3和03-3-3上；

使用继电式相敏轨道电路组合时，将公插F2插进母插F1上；使用微电子式相敏轨道电路组合时，将公插F3插进母插F1上；将插在母插F1上的F2与F3交换，即可实现继电式与微电子两种相敏轨道电路的切换。

Claims (9)

1.一种铁路相敏轨道电路实训平台,其特征在于：该平台采用一体化结构设计，包括上位机（101）、故障设置单元（102）、微型电源屏（103）、组合电路（104）和室外设备（105），所述室外设备包括轨道变压器和钢轨；

所述上位机与故障设置单和电连接，组合电路同时与故障设置单元和室外设备电连接，微型电源屏与组合电路电连接；

所述组合电路用于模拟对室外轨道区段的控制，包括继电式相敏轨道电路组合和微电子式相敏轨道电路组合，所述继电式相敏轨道电路组合和微电子式相敏轨道电路组合均为2组，分别连接2个轨道区段的室外设备，当有车占用其中一区段时，该区段组合电路的指示继电器落下，列车出清该区段时，该区段组合电路的指示继电器吸起；

所述故障设置单元受上位机控制，用于完成组合电路故障点的设置或修复，故障设置单元包括主板和N块故障板，故障板的数量N与故障点的设置数量对应；

故障板是故障设置或修复的执行部分，主板是故障设置单元的核心，主板通过接收上位机命令来驱动故障板中的故障继电器吸起或落下，实现故障点的设置或修复；

所述微型电源屏包括系统供电板、交直流板、轨道电源板和局部电源板；

所述系统供电板包括电源电路Ⅰ、CPU1电路和CPU2电路；

电源电路Ⅰ包括ACDC24模块、ACDC12模块和DC24-05模块；

ACDC24模块用于把220V市供交流电变换为24V直流电，为组合电路中的指示继电器、微电子接收器和报警盒提供工作电源；

ACDC12模块用于把220V市供交流电变换为12V直流电，为交直流板、轨道电源板和局部电源板提供工作电源；

DC24-05模块用于把12V直流电变换为5V直流电为系统供电板之CPU1电路和CPU2电路提供工作电源；

CPU1电路一是用于对轨道电源板送来的轨道电压信号VGC和局部电源板送来的局部电压信号VJC进行模数转换和检测；二是用于判断所检测电压值是否满足要求，如果不满足，则通过I/O通信口向CPU2电路输出偏低或偏高的信息；

三是用于显示轨道电源与局部电源电压；

CPU2电路一是用于完成四路高电平为5V 的SPWM波输送给轨道电源板和局部电源板中的驱动电路，驱动电路输出高电平为12V的SPWM波，输送给逆变电路；

二是根据CPU1电路输送的轨道电源和局部电源电压偏低或偏高的信息，通过调节SPWM波的占空比实现电压的调节：电压值偏低则降低SPWM波的占空比从而提高轨道电源的输出幅度，电压值偏高则升高SPWM波的占空比从而降低轨道电源的输出幅度；

三是对轨道电源与局部电源的相位差进行显示；

所述交直流板包括交直流变换电路、电源变换电路Ⅰ、延时控制电路和延时继电器；

交直流变换电路用于将250V交流电经整流和滤波限流后变换为350V直流电；

电源变换电路Ⅰ用于将来自系统供电板的12V直流电变换为5V直流电，为延时控制电路提供工作电源；

延时控制电路用于控制延时继电器延时吸起，从而使交直流变换电路中的电容充电限流电阻短路，以保证交直流变换电路输出电压功率稳定；

所述轨道电源板与局部电源板结构相同、包括电源变换电路Ⅱ、逆变电路、驱动电路、电压检测电路和过流检测电路；

电源变换电路Ⅱ用于将来自系统供电板的12V直流电转为5V直流电，为逆变电路、驱动电路、电压检测电路以及过流检测和短路保护电路提供工作电源；

逆变电路用于将交直流变换电路送来的350V直流电转变为频率为25HZ的220V或110V交流电，220V交流电用于轨道电源，110V交流电用作局部电源；

驱动电路用于控制逆变电路输出携带有25Hz交流电的高压脉冲，通过滤波后产生频率25HZ交流电源；

电压检测电路用于检测负载即轨道变压器两端电压，并自动稳压；

过流检测电路用于检测逆变电路输出的电流的大小，使如果过大则输出高电平使驱动电路停止工作，逆变电路截止切断电源，实现对逆变电路的保护；

所述轨道电源板与局部电源板输出电压不同，轨道电源板输出25HZ/220V交流电作为轨道电源，局部电源板输出25HZ/110V交流电作为局部电源。

2.根据权利要求1所述的一种铁路相敏轨道电路实训平台,其特征在于：所述系统供电板之CPU2电路包括CPU2芯片、相位差显示数码管（PHC）、下载口接线（JTG）、数字编码旋钮（FOR）和外部条件输出（XZK）；所述CPU1电路包括单片机CPU8-16、数码管SMG和数码管SMG1：

所述相位差显示数码管（PHC）的1脚接地，5脚接5V直流电，2、3、4脚分别接CPU2芯片的1、2、3脚；下载口接线（JTG）的2脚接地，1脚接5V直流电，3、4脚分别接CPU2芯片的13、14脚；数字编码旋钮（FOR）的5脚接地，4脚接5V直流电，3脚接CPU2芯片的17脚，1脚接CPU2芯片的15脚，2脚接CPU2芯片的16脚；外部条件输出（XZK）的1脚接地，2、3、4、5脚分别接CPU2芯片的28、27、26、25脚；

CPU2芯片的24脚、23脚、22脚和20脚分别接驱动电路的输入端、向其输入高电平为5V的SPWM波，CPU2芯片的4、5、6、7脚分别接CPU1电路之单片机CPU8-16的四个I/O通信接口即3、2、13和15脚以实现数据通信；

单片机CPU8-16的10脚和12脚分别接轨道电源板和局部电源板之电压检测电路的输出端，其I/O通信接口15脚和13脚分别接CPU2电路的CPU2芯片之6脚和7脚；

单片机CPU8-16一是用于对轨道电源板送来的轨道电压信号VGC和局部电源板送来的局部电压信号VJC进行模数转换和检测；二是用于判断所检测电压值是否满足要求，如果不满足，则通过I/O通信口15脚和13脚向CPU2电路输出偏低或偏高的信息；

数码管SMG和数码管SMG1分别用于显示轨道电源与局部电源电压。

3.根据权利要求2所述的一种铁路相敏轨道电路实训平台，其特征在于：所述逆变电路包括局部上端MOS管（Q7）、局部下端MOS管（Q8）、轨道上端MOS管（Q5）、轨道下端MOS管（Q6）、电感线圈L3、电感线圈L4，电阻R56、电阻R57、电阻R58、电阻R59、电阻R60、电阻R61、电阻R62、电阻R63、二极管D18、二极管D19、二极管D20和二极管D21；

电阻R56、电阻R57、电阻R60和电阻R61为限流电阻，二极管D18、二极管D19、二极管D20和二极管D21为续流二极管，电阻R58、电阻R59、电阻R62和电阻R63为回路电阻，电阻R65为检测电阻，其输出端（KTS）向过流检测电路输出反馈电流信号IFB；

SPWM波Ⅰ（LO1）和 SPWM波Ⅱ（HO1）是来自驱动电路第一路开关驱动芯片的具有相同频率、相位相反的高电平为12V的SPWM波，SPWM波Ⅲ（LO2）和SPWM波Ⅳ（HO2）是来自驱动电路第二路开关驱动芯片的具有相同频率、相位相反的SPWM波，SPWM波Ⅱ（HO1）和SPWM波Ⅲ（LO2）与SPWM波Ⅰ（LO1）和SPWM波Ⅳ（HO2）频率相同、相位相反；

直流电DC350来自交直流变换电路。

4.根据权利要求3所述的一种铁路相敏轨道电路实训平台,其特征在于：所述驱动电路由两路完全相同的开关驱动电路构成，其核心器件为开关驱动芯片（IR2113S），第一路开关驱动芯片的12、14脚分别接CPU2芯片的24脚和23脚，输入两路高电平为5V的SPWM波，分别从1脚和8脚输出两路高电平为12V的SPWM波Ⅰ（LO1）和SPWM波Ⅱ（HO1），送给逆变电路的局部下端MOS管（Q8）和局部上端MOS管（Q7），控制其导通或截止，从而输出携带有25Hz交流电的高压脉冲；

第二路开关驱动芯片的12、14脚分别接CPU2芯片的22脚和20脚，输入两路高电平为5V的SPWM波，分别从1脚和8脚输出两路高电平为12V的SPWM波Ⅲ（LO2）和SPWM波Ⅳ（HO2），送给逆变电路的轨道下端MOS管（Q6）和轨道上端MOS管（Q5），控制其导通或截止，从而输出携带有25Hz交流电的高压脉冲；

5V电源来自电源变换电路，12V电源来自系统供电板。

5.根据权利要求4所述的一种铁路相敏轨道电路实训平台，其特征在于：所述电压检测电路包括电压互感器（LCTV）和半波整流电路，电压互感器的输入端1脚和2脚接当前负载即轨道变压器两端电压，电压互感器的输出端5脚和4脚接半波整流电路，半波整流电路将经整流的直流电送回系统供应板之CPU1电路检测。

6.根据权利要求5所述的一种铁路相敏轨道电路实训平台,其特征在于：所述过流检测电路包括电压比较器（LM393）、可控基准电源（TL431）、CPU3芯片以及放大电路，所述放大电路由运算放大器（LM358）、电阻R73、电阻R74和电容C38构成；

5V直流电通过电阻R71接可控基准电源（TL431）的1脚，可控基准电源（TL431）的1脚接电压比较器（LM393）的2脚输入高精度电压源，运算放大器（LM358）的3脚通过电阻R75接逆变电路中的检测电阻R65输出端（KTS），以输入反馈电流信号（IFB），运算放大器（LM358）的输出端7脚接电压比较器（LM393）的3脚，电压比较器（LM393）的7脚接CPU3芯片的7脚；

可控基准电源（TL431）用于输出2.5V直流电作为比较值，放大电路用于放大逆变电路输入的反馈电流信号，CPU3芯片用于比较结果的运算处理；

CPU3芯片的8脚接驱动电路之第一开关驱动芯片和第二开关驱动芯片的13脚，用于电流过大时输出高电平使其截至。

7.根据权利要求6所述的一种铁路相敏轨道电路实训平台,其特征在于：所述故障设置单元主板包括电源电路Ⅱ、CPU芯片、故障指示电路（1021）和串口通信电路；

所述电源电路Ⅱ用于把市电转换为5V直流电，为CPU芯片、故障指示电路和串口通信电路提供工作电源；

所述CPU芯片主要用于完成通信与驱动，通过从串口通信接收到的数据，根据处理结果输出驱动信号驱动对应的故障板之故障继电器吸起或落下；

所述串口通信电路用于将自上位机接收到的命令传给CPU芯片；

所述故障指示电路分别连接在CPU芯片的34、33、32和31脚，用于显示通信时存在的故障，以便分析；

所述故障板包括第一驱动芯片、第二驱动芯片、串口转并口芯片Ⅰ（U1）和串口转并口芯片Ⅱ（U2）以及故障继电器电路；所述第一驱动芯片和第二驱动芯片采用ULN2803芯片，所述串口转并口芯片Ⅰ和串口转并口芯片Ⅱ采用74HC595芯片，两块74HC595芯片级连：

串口转并口芯片Ⅰ和串口转并口芯片Ⅱ的10脚连接后接电源VCC5；

串口转并口芯片Ⅰ和串口转并口芯片Ⅱ的11脚连接CPU芯片的输出I/O口5脚，中间串接电阻R21限流；

串口转并口芯片Ⅰ和串口转并口芯片Ⅱ的12脚连接CPU芯片的输出I/O口6脚，中间串接电阻R22限流；

串口转并口芯片Ⅰ和串口转并口芯片Ⅱ的14脚连接CPU芯片的输出I/O口7脚，中间串接电阻R23限流；

串口转并口芯片Ⅰ的输出口15脚、1脚、2脚、3脚、4脚、5脚、6脚和7脚分别接第一驱动芯片（ULN2803-1）的8脚、7脚、6脚、5脚、4脚、3脚、2脚和1脚，串口转并口芯片Ⅱ的输出口15脚、1脚、2脚、3脚、4脚、5脚、6脚和7脚分别接第二驱动芯片（ULN2803-2）的8脚、7脚、6脚、5脚、4脚、3脚、2脚和1脚；

所述故障继电器电路包括故障继电器JDQ和并接在故障继电器1脚与2脚之间的防反压二极管，故障继电器2脚输入端串接发光二极管和限流电阻，故障继电器的3、4脚连接故障点的断开点两端；

16组故障继电器电路之防反压二极管包括二极管D1～二极管D16，用于吸收继电器落下时线圈产生的电动势，限流电阻包括电阻R1～电阻R16，发光二极管包括二极管D101～二极管D116，发光二极管为继电器状态指示灯，故障继电器吸起时亮；

主板之CPU芯片采用STC15W4K芯片，STC15W4K芯片将8位串行数据送入串口转并口芯片Ⅰ的14脚，从串口转并口芯片Ⅰ的输出口15脚、1脚、2脚、3脚、4脚、5脚、6脚和7脚并列输出8位数据进入第一驱动芯片，STC15W4K芯片将8位串行数据送入串口转并口芯片Ⅱ的14脚，从串口转并口芯片Ⅱ的输出口15脚、1脚、2脚、3脚、4脚、5脚、6脚和7脚并列输出8位数据进入第二驱动芯片，数据经过驱动芯片后，输出具有带载能力的信号直接驱动故障继电器电路的故障继电器，每块故障板可完成16个故障点的设置，分别驱动16组故障继电器电路的故障继电器。

8. 根据权利要求7所述的一种铁路相敏轨道电路实训平台，其特征在于： 所述2组继电式相敏轨道电路组合结构相同，每组包括送电端和受电端，送端包括熔断器RD1、熔断器RD2、熔断器DLQ1、熔断器DLQ2、轨道变压器BG25Ⅰ、轨道电阻（RX），受电端包括中继变压器BG25Ⅱ、防护盒（HF4）、防雷器（ZA）和区段指示继电器即二元二位继电器（RGJ）；

送电端之轨道变压器输入端通过熔断器连接微型电源屏的25HZ、220V轨道电源，输出端经轨道电阻（RX）连接钢轨，受电端之中继变压器输入端连接钢轨，中继变压器输出端连接二元二位继电器的输入端子3和4，微型电源屏的25HZ、110V局部电源接二元二位继电器的输入端子1和2；

所述防护盒和防雷器并联在二元二位继电器输入端子3和4之间，二元二位继电器的输入端子1和2之间并联电容C；

第一区段之继电式相敏轨道电路组合设21个故障点（X1-X21），第三区段设21个故障点（X22-X42）；

所述2组微电子式相敏轨道电路组合结构相同，每组包括送电端和受电端，送端包括熔断器RD1、熔断器RD2、熔断器DLQ1、熔断器DLQ2、轨道变压器BG25Ⅰ、轨道电阻（RX），受电端包括中继变压器BG25Ⅱ、防护盒（HF4）、防雷器（ZA）、接收器Ⅰ（JXW-25B-1）和接收器Ⅱ（JXW-25B-2）、变压器盒（HBJ）、报警盒（HB）、电容C和区段指示继电器即轨道继电器（GJ）；

送电端之轨道变压器输入端通过熔断器连接微型电源屏的25HZ、220V轨道电源，输出端经轨道电阻（RX）连接钢轨；

受电端之中继变压器BG25Ⅱ输入端连接钢轨，中继变压器输出端连接变压器盒（HBJ）的输入端子71和81，变压器盒输出两路电源，一路连接接收器Ⅰ（JXW-25B-1）的输入端子73和83，另一路连接接收器Ⅱ（JXW-25B-2）的输入端子73和83，来自微型电源屏的微型电源屏的25HZ、110V局部电源连接接收器Ⅰ和接收器Ⅱ的输入端子51、61端，来自微型电源屏的24V直流电连接接收器Ⅰ和接收器Ⅱ的端子72和82；接收器Ⅰ和接收器Ⅱ的端子32并联后接轨道继电器（GJ）电磁线圈的端子1，接收器Ⅰ和接收器Ⅱ的端子42并联后接轨道继电器（GJ）电磁线圈端子4，接收器Ⅰ和接收器Ⅱ的端子31和41分别连接报警器；

防护盒和防雷器并联在变压器盒（HBJ）的输入端子71和81之间；

第一区段之微电子式相敏轨道电路组合设76个故障点（X43-X80），第三区段设75个故障点（X81-X119）。

9. 根据权利要求8所述的一种铁路相敏轨道电路实训平台，其特征在于： 所述继电式相敏轨道电路组合送电端之熔断器RD1和熔断器RD2与熔断器DLQ1和熔断器DLQ2之间通过母插F1和公插F2连接：

即熔断器RD1和熔断器RD2的一端接220V轨道电源，另一端接在公插F2的端子 F-2-1和公插F2 的端子F-2-2上；熔断器DLQ1和熔断器DLQ2的一端接轨道变压器的输入端，另一端接在母插F1的端子F-1-1和端子F-1-2上；

继电式相敏轨道电路组合受电端之中继变压器BG25Ⅱ的两输出端与防雷器Z两端点通过母插F1和公插F2连接：

即中继变压器BG25Ⅱ的两输出端接在母插F1 的端子F-1-3和F-1-4上，防雷器Z两端接在公插F2的端子F-2-3和F-2-4上；

继电式相敏轨道电路组合受电端之二元二位继电器（RGJ）两输入端1和和输入端2与局部电源的输入端JJZ和输入端JJF通过母插F1和公插F2连接：

即局部电源的输入端JJZ和输入端JJF分别接在母插F1的端子01-17和01-18上，二元二位继电器（RGJ）的输入端1和输入端2接在公插F2的端子03-17和03-18上；

所述微电子式相敏轨道电路组合送电端之熔断器RD1、熔断器RD2与熔断器DLQ1、熔断器DLQ2通过母插F1和公插F3连接：

即熔断器RD1和熔断器RD2的一端分别接轨道电源输入端GJZ和输入端GJF，另一端接在公插F3的端子F-3-1和端子F-3-2上；

熔断器DLQ1和熔断器DLQ2的一端接轨道变压器的输入端，另一端接在母插F1的端子F-1-1和端子F-1-2上；

所述微电子式相敏轨道电路受电端之中继变压器BG25Ⅱ的两输出端与防雷器Z两端点通过母插F1和公插F3连接：

即中继变压器BG25Ⅱ的两输出端分别接在母插F1的端子F-1-5和F-1-6上，防雷器Z两端点分别接在公插F3 的端子F-3-5和F-3-6上；

微电子式相敏轨道电路组合受电端之接收器Ⅰ（JXW-25B-1）和接收器Ⅱ（JXW-25B-2）的51脚和61脚与局部电源的输入端JJZ和输入端JJF通过母插F1和公插F3连接：

即局部电源的输入端JJZ和输入端JJF分别接在母插F1的端子03-6-1和03-8-1上，接收器Ⅰ和接收器Ⅱ的51脚和61脚分别接在公插F3的端子03-6-3和03-8-3上；

所述接收器Ⅰ和接收器Ⅱ的72脚和82脚与24V直流电源的正输入端KZ和负输入端KF通过母插F1和公插F3连接：

即24V直流电源的正输入端KZ和负输入端KF分别接在母插F1的端子03-1-1和03-3-1上，接收器Ⅰ和接收器Ⅱ的72脚和82脚分别接在公插F3的端子03-1-3和03-3-3上；

使用继电式相敏轨道电路组合时，将公插F2插进母插F1上；使用微电子式相敏轨道电路组合时，将公插F3插进母插F1上；将插在母插F1上的F2与F3交换，即可实现继电式与微电子两种相敏轨道电路的切换。