CN109587912A - 利用分析点灯电流特征的方法组成的主灯丝断丝报警系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用分析点灯电流特征的方法组成的主灯丝断丝报警系统，包括点灯电源，所述点灯电源通过电流采集电路和短路故障防护电路连接有点灯电路，所述点灯电路通过电缆连接有室外信号机。本发明能适应和替代所有站内、区间信号机的主灯丝断丝报警系统，不受信号机设置距离的限制。与既有的老系统相比提高了安全性、降低了故障率、故障定位准确，互不干扰，且不需要专设报警电缆。
Description
技术领域
本发明涉及铁路信号机的安全监控技术领域，具体来说，涉及一种利用分析点灯电流特征的方法组成的主灯丝断丝报警系统。
背景技术
现有的铁路信号为了安全可靠，其信号机的灯泡为双灯丝，正常点亮的为主灯丝，当主灯丝断丝后自动改点副灯丝，同时启动主灯丝断丝报警系统，以便及时更换灯泡，避免灭灯不安全状况的发生。
既有的铁路信号机主灯丝断丝报警系统特征是：在室外信号机处依靠专设的全咽喉区所有信号机共用的报警电缆向室内传递“主灯丝断丝”报警信息；
现有的系统分为两种形式：
第一种形式，见图2：室外每个灯位使用的是一个普通型“点灯单元”，其内部仅仅包含一个变压器和一个DSZH灯丝转换继电器。由于串联在主灯丝回路中的DSZH灯丝转换继电器励磁，切断了副灯丝电路，故只有主灯丝点亮；当主灯丝断丝后DSZH灯丝转换继电器失磁落下，通过其常闭接点自动点亮副灯丝。同时DSZH灯丝转换继电器的另一组常闭接点，将报警电缆短路，接通了室内的主灯丝断丝报警继电器的电路，发出主灯丝断丝报警。全咽喉区所有信号机共用一对报警电缆线，作为主灯丝断丝报警使用。
此形式最主要的问题是发生报警后故障定位问题，不能确定是哪架信号机的哪个灯位主灯丝断丝报警。只能一架一架信号机依次改变信号，直至改变到某架信号机时报警消失，即可判断是该架信号机报警。但当有两架信号机以上同时报警，要确认故障信号机的位置相就束手无策了。
第二种形式，见图3：室外每个灯位使用的是一个 “智能点灯单元”，其内部比普通型多了一套报警发码电路。也是全咽喉区所有信号机共用一对报警电缆线，作为主灯丝断丝报警使用。当互感器检测出副灯丝中有电流，则报警单元接通发码电路，通过共用的报警电缆向室内发出灯位码，以区别是哪架信号机的具体灯位。
此形式存在的问题较多，最主要的问题是：
1、当同时有多架信号机报警时，报警电缆上即成为乱码，无法正常使用。
2、经常发生误码，尤其是当咽喉区信号机数量较多时。
3、由于增加了不少电子电路，室外环境恶劣，使故障率居高不下。
4、室外没有其它电源，增加的电子设备只能使用点灯的电源，不符合安全原则的要求。
5、当一个灯位的发码电路故障，可能影响全咽喉其它信号机的正常报警功能。
6、此种形式当因为短路而造成的灭灯，此系统不但不能报警，连室内点灯电路中的DJ灯丝继电器都不能失磁落下，轻者烧毁设备，重者发生信号升级事故。
7、报警受信号机设置距离的限制。
据某电务段统计，全段43个站统计：某年共发生断丝故障318次，而准确报警次数仅仅为107次，准确率为33.6％。从以上数据可见，既有的主灯丝断丝报警系统迫切需要改进。
发明内容
针对相关技术中的上述技术问题，本发明提出一种利用分析点灯电流特征的方法组成的主灯丝断丝报警系统。
为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种利用分析点灯电流特征的方法组成的主灯丝断丝报警系统，包括点灯电源，所述点灯电源通过电流采集电路和短路故障防护电路连接有点灯电路，所述点灯电路通过电缆连接有室外信号机。
进一步的，所述点灯电源连接有电压采集电路，所述电流采集电路的直流输出信号和电压采集电路的直流输出信号均连接有单片机。
进一步的，所述电流采集电路的交流输出信号经过电流整形电路与所述单片机连接。
进一步的，所述电压采集电路的交流输出信号经过电压整形电路与所述单片机连接。
进一步的，所述的单片机连接有人机交互电路。
进一步的，所述点灯电路通过灯位采集电路与所述单片机连接。
进一步的，所述的单片机连接有主灯丝断丝报警继电器。
进一步的，所述的单片机连接有集中报警机，所述集中报警机连接有微机监测设备。
进一步的，所述的单片机连接有故障灯位显示灯。
进一步的，所述的单片机连接有外部电源重启电路。
本发明的有益效果：本发明能适应和替代所有站内、区间信号机的主灯丝断丝报警系统，不受信号机设置距离的限制。与既有的老系统相比提高了安全性、降低了故障率、故障定位准确，互不干扰，且不需要专设报警电缆。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明实施例所述的一种利用分析点灯电流特征的方法组成的主灯丝断丝报警系统的原理框图；
图2是背景技术中当前铁路广泛使用的主灯丝断丝报警系统的原理框图；
图3是背景技术中另一种主灯丝断丝报警系统的原理框图；
图4是灯位采集电路的电路图；
图5是电流采集电路的电路图；
图6是人机交互电路的电路原理图；
图7是外部电源重启电路的电路图；
图8是电压采集电路的电路图；
图9是电压整形电路与电流整形电路的电路原理图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1、4-9所示，根据本发明实施例所述的一种利用分析点灯电流特征的方法组成的主灯丝断丝报警系统，包括点灯电源，所述点灯电源通过电流采集电路和短路故障防护电路连接有点灯电路，所述点灯电路通过电缆连接有室外信号机。
在一具体实施例中，所述点灯电源连接有电压采集电路，所述电流采集电路的直流输出信号和电压采集电路的直流输出信号均连接有单片机。
在一具体实施例中，所述电流采集电路的交流输出信号经过电流整形电路与所述单片机连接。
在一具体实施例中，所述电压采集电路的交流输出信号经过电压整形电路与所述单片机连接。
在一具体实施例中，所述的单片机连接有人机交互电路。
在一具体实施例中，所述点灯电路通过灯位采集电路与所述单片机连接。
在一具体实施例中，所述的单片机连接有主灯丝断丝报警继电器。
在一具体实施例中，所述的单片机连接有集中报警机，所述集中报警机连接有微机监测设备。
在一具体实施例中，所述的单片机连接有故障灯位显示灯。
在一具体实施例中，所述的单片机连接有外部电源重启电路。
为了方便理解本发明的上述技术方案，以下通过具体使用方式上对本发明的上述技术方案进行详细说明。
根据本发明所述的一种利用分析点灯电流特征的方法组成的主灯丝断丝报警系统，点灯电源经过电流采集中互感器的初级线圈和短路故障防护电路后送入点灯电路，再经电缆输出给室外信号机点灯。其工作原理是利用点主灯丝时的负载和点副灯丝时的负载性质不同，点副灯丝时的负载是纯电阻的灯丝，而点主灯丝时的负载除了灯丝的纯电阻外还串联了一个感性的继电器线圈，因此主灯丝的电流除了幅值与副灯丝电流略有不同外，其电流相位还落后于电压相位，利用这些特点即可分辨出室外点亮的是主灯丝还是副灯丝。
发明内部与点灯电路的所有接口都有隔离措施，其中，所述的电流采集电路、电压采集电路与点灯电路的接口采用互感器隔离；灯位采集电路与点灯电路的接口采用光耦隔离；短路故障防护电路与点灯电路的接口采用继电器隔离。
其中，电流采集电路的直流输出和所述的电压采集电路的直流输出同时输入至CPU内进行幅值的分析，作为判断故障的依据之一，因为电流的幅值与当时的电压密切相关，因此测量的电流参数必须参考输入电压，并进行补偿后，才能作为分析的依据。
电流采集电路的交流输出和所述的电压采集电路的交流输出，分别经过各自的整形电路变为矩形波后输出至单片机。单片机通过测试过两者过零的时间差进行相位对比，再结合电流幅值的差异，综合判断是否故障及故障性质。
人机交互电路用于将主灯丝电流的参数、判定故障标准等信息存入单片机（缩写为CPU）内，以作为比较判断的依据。
灯位采集电路是采集“点灯电路”的灯位信息后，经光耦隔离后输入至所述的单片机内，以提供灯位信息。当单片机判断为故障需要报警或防护时提供故障灯位信息。
为防止连续的强干扰引起的死机，仅仅依靠看门狗是不能防止的。因此设有外部电源重启电路，一旦发现死机，立即执行外部电源重启。其原理如下：正常时电路检测到有CP时钟脉冲信号，压控振荡器不工作；当遇见强干扰死机时，电路检测不到时钟脉冲信号时启动压控振荡器，将电源变为振荡电源。当切断电源后，使单片机复原，再次供电时检测到有时钟信号时，停止振荡器工作，并使电源保持在供电状态。
集中报警机是可选配套设备，也可由CPU发出的报警信息直接输送到微机监测设备。
在具体工作时，当CPU判断电流为故障电流，再分析区分是主灯丝断丝故障还是短路故障并执行相应的程序：
进一步的，当判断为主灯丝断丝故障时，立即执行以下程序：1.向集中报警机发出报警，并通过集中报警机向微机监测设备输出相关信息；2. 依据从所述的“点灯电路”采集来的灯位信息，点亮相应灯位的故障灯位显示灯；3.接通既有的主灯丝断丝报警继电器(主灯丝断丝报警继电器简称为ZSBJ)，向连锁设备发出报警信息；
进一步的，当判断为短路故障时，立即执行以下程序：1.立即启动短路保护模块，切断电源的输出；2.向集中报警机发出报警，并通过集中报警机向微机监测设备输出相关信息；3. 依据从点灯电路采集来的灯位信息，点亮相应灯位的故障灯位显示灯；4接通既有的主灯丝断丝报警继电器，向连锁设备发出报警信息。
其中，分析点灯电流特征的方法具体包括检测电流幅值的方法和检测电压与电流的相位差的方法，其中：
检测电流幅值的方法步骤如下：
1、前期基础试验
A.电流的幅值除与负载大小有关外，还与当时的电压密切相关。故首先要测试信号机的输入伏安特性。测出其斜率：毫安/每伏。将此斜率作为测试电流值的修正系数。
B.在额定电压下分别测试主丝电流幅值和副丝电流幅值的差值 I副丝额定-I主丝额定。以此差值的60％再加上主丝的电流值为“主灯丝断丝报警”电流标准：
I报警 >60％×（I副丝额定-I主丝额定）+ I主丝额定
如果实测经修正后电流值大于I报警，则作为判断主灯丝断丝报警的依据之一。
2、单片机通过电流、电压采集电路的直流输出，测试当时的电压和电流值。
3、将测试时的电流值换算成在额定电压时的电流值：
修正后电流值I修正＝当时电流+（额定电压-当时电压）×修正系数。
4、经实测，短路电流都大于240mA，最大工作电流小于200mA。因此将大于240mA的电流作为短路故障。
5、只要满足240mA > I修正 > I报警，则判断为“主灯丝断丝报警”。
6、只要满足 I修正≥240mA则判断为短路故障。
其中，额定电流在调试时测得，并通过人机交互电路已输入单片机内。
检测电压与电流的相位差的方法步骤
检测电压与电流的相位差的方法包括如下步骤：
1、前期基础试验
采用示波器在额定电压时测试点主丝时电压和电流两者的过零点的时间差Tz，再测试点副丝时电压和电流两者的过零点的时间差Tf。（由于电源的频率为固定的50周，为了方便只需测试两者过零点的时间差即可。）
电压电流过零时间差Tc<（Tz－Tf）×40％ 作为“主灯丝断丝报警”的判断标准。
2、单片机通过电压整形电路的过零点开始计时，当检测到电流整形电路的过零点时，停止计时，计算此两者的时间差Tc。
主灯丝短路故障或者主灯丝断丝报警的判断标准如下：
1、经补偿后电流值大于240mA，判断为短路故障。
2、满足以下两条件之一的，判断为“主灯丝断丝报警”：
条件1：经补偿后电流值I修正，满足240mA > I修正 > I报警。
条件2：电压电流过零时间差Tc <（Tz－Tf）×40％。
“主灯丝断丝报警”判断依据是两个条件中只要符合一个，即可判断为“主灯丝断丝报警”。因为这两个条件不可能只满足一个。在铁路信号技术要求中要求“故障导向安全”，因此在程序中将此两条件作为“或”来处理，以防设备部分损坏，出现漏报警，互为盈余，以求安全。
综上所述，本发明能适应和替代所有站内、区间信号机的主灯丝断丝报警系统，不受信号机设置距离的限制。与既有的老系统相比提高了安全性、降低了故障率、故障定位准确，互不干扰，且不需要专设报警电缆。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.利用分析点灯电流特征的方法组成的主灯丝断丝报警系统，其特征在于，包括点灯电源，所述点灯电源通过电流采集电路和短路故障防护电路连接有点灯电路，所述点灯电路通过电缆连接有室外信号机。
2.根据权利要求1所述的一种利用分析点灯电流特征的方法组成的主灯丝断丝报警系统，其特征在于，所述点灯电源连接有电压采集电路，所述电流采集电路的直流输出信号和电压采集电路的直流输出信号均连接有单片机。
3.根据权利要求2所述的一种利用分析点灯电流特征的方法组成的主灯丝断丝报警系统，其特征在于，所述电流采集电路的交流输出信号经过电流整形电路与所述单片机连接。
4.根据权利要求3所述的一种利用分析点灯电流特征的方法组成的主灯丝断丝报警系统，其特征在于，所述电压采集电路的交流输出信号经过电压整形电路与所述单片机连接。
5.根据权利要求4所述的一种利用分析点灯电流特征的方法组成的主灯丝断丝报警系统，其特征在于，所述的单片机连接有人机交互电路。
6.根据权利要求5所述的一种利用分析点灯电流特征的方法组成的主灯丝断丝报警系统，其特征在于，所述点灯电路通过灯位采集电路与所述单片机连接。
7.根据权利要求6所述的一种利用分析点灯电流特征的方法组成的主灯丝断丝报警系统，其特征在于，所述的单片机连接有主灯丝断丝报警继电器。
8.根据权利要求7所述的一种利用分析点灯电流特征的方法组成的主灯丝断丝报警系统，其特征在于，所述的单片机连接有集中报警机，所述集中报警机连接有微机监测设备。
9.根据权利要求8所述的一种利用分析点灯电流特征的方法组成的主灯丝断丝报警系统，其特征在于，所述的单片机连接有故障灯位显示灯。
10.根据权利要求9所述的一种利用分析点灯电流特征的方法组成的主灯丝断丝报警系统，其特征在于，所述的单片机连接有外部电源重启电路。
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