CN110143220B - 一种安全型轨道信号发送器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种安全型轨道信号发送器，包括电源模块、频率配置电路、安全型二取二电路、固有式安全电路、配置信息隔离输入电路C、电源转换电路C、FSK信号产生电路以及信号功率放大电路；所述频率配置电路分别连接安全型二取二电路的输入端和配置信息隔离输入电路C，配置信息隔离输入电路C的输出端连接FSK信号产生电路的输入端，FSK信号产生电路的电源端依次经电源转换电路C和固有式安全电路与安全型二取二电路的输出端连接；FSK信号产生电路的输出端分别连接信号功率放大电路和安全型二取二电路输入端。本发明大大提高了信号发送的安全性，无需通过受控开关输出，在增加可靠性的基础上，降低了生产成本，简化了系统安装结构。

Description

一种安全型轨道信号发送器

技术领域

本发明涉及轨道电路技术领域，特别是一种轨道信号发送器。

背景技术

随着铁路建设的快速发展，轨道电路作为铁路信号基础安全设备已经在我国广泛应用。轨道电路是以一段铁路线路的钢轨为导体构成的电路，轨道信号发送器作为轨道电路的一部分，设置在区段铁路的一端，用于输出与铁路行车相关的信号，在区段铁路的另一端则设置轨道信号接收器，用于接收轨道信号发送器发送的铁路行车安全相关的信号，通过自动、连续监测，来判断该段线路是否被机车车辆占用以及是否出现断轨等情况，从而为行车安全提供保证。

中国专利201610334257X公开了一种轨道电路发送器，用于发送驱动新型号，主要包括控制器、安全与门电路、波形发生器、功率放大器、受控开关和回检电路，波形生成器按照控制器发送的波形生成命令生成特定波形信号，并输出至功率放大器，功率放大器对波形生成器生成的特定波形信号进行功率放大，输出功率放大信号，由回检电路采集功率放大信号，并发送给控制器，控制器提取信号参数并判断信号参数是否符合指标要求且所述发送器设备是否运行正常，若是，输出两路控制信号至安全与门电路，若否，不输出控制信号至安全与门电路，安全与门电路在接收到两路控制信号时，输出驱动信号至受控开关，控制受控开关接点导通，输出功率放大信号，安全与门电路在未接收到两路控制信号时，受控开关的接点断开，不输出功率放大信号，即在存在故障时,切断与铁路行车安全相关的信号的输出，保证不会被轨道电路接收器或车载设备接收到轨道电路发送器发送的错误的与铁路行车安全相关的信号，避免轨道电路接收器或车载设备进行错误的识别，保证铁路行车安全。

该专利技术中，承担安全切断功能的器件为受控开关，为避免该受控开关故障而始终发送信号，将安全与门电路的输出端连接到了波形发生器的电源端，在控制受控开关动作的同时控制波形发生器的通断电，从而保证轨道电路发送器工作的稳定性。但是，该技术仍然存在如下的问题：1)需要设置受控开关，增加设备成本；2)虽然设置了安全与门电路，但是安全与门电路的输入端都是接入控制器同时输出的两个控制信号，两个控制信号都由同一个控制器输出，必然相同，也就是说安全与门电路判断的始终是相同指令，无法正确判断经回检电路回传的功率放大器输出的第二波形信号是否符合标准要求，从而也就无法真正做到安全控制；3)无法实现根据工作要求实现多种频率的输出；4)仅能检测功率放大器输出的波形信号，无法检测发送器输出的电压信号。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种安全可靠性高、成本低、能够实现多种频率输出的轨道信号发送器。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。

一种安全型轨道信号发送器，包括电源模块、频率配置电路、安全型二取二电路、固有式安全电路、配置信息隔离输入电路C、电源转换电路C、FSK信号产生电路以及信号功率放大电路；

所述电源模块分别与安全型二取二电路、固有式安全电路以及信号功率放大电路连接，用于为其供电；

所述频率配置电路的第一输出端分别连接安全型二取二电路的第一输入端和第二输入端，频率配置电路的第二输出端经配置信息隔离输入电路C连接FSK信号产生电路的输入端，FSK信号产生电路的电源端依次经电源转换电路C和固有式安全电路与安全型二取二电路的输出端连接；FSK信号产生电路的第一输出端连接信号功率放大电路的输入端，信号功率放大电路的输出端连接信号端子排；FSK信号产生电路的第二输出端和第三输出端分别与安全型二取二电路的第三输入端和第四输入端连接。

上述一种安全型轨道信号发送器，所述信号功率放大电路的输出端还连接有用于分别独立检测输出功率和电压信号的回检电路A和回检电路B，回检电路A和回检电路B的输出端分别与安全型二取二电路的第五输入端和第六输入端连接。

上述一种安全型轨道信号发送器，所述安全型二取二电路包括数据交互模块以及并列设置、用于校验配置信息和输出信息是否吻合的第一通道和第二通道，第一通道和第二通道的电路结构相同，且第一通道和第二通道分别与数据交互模块互联。

上述一种安全型轨道信号发送器，所述第一通道包括数据处理模块A、配置信息隔离输入A、数字电源转换A、模拟电源转换A和AD及回检信号调理A，数据处理模块A的电源端经数字电源转换A连接电源模块的输出端，数据处理模块A分别与数据交互模块、配置信息隔离输入A、AD及回检信号调理A以及固有式安全电路互联；所述AD及回检信号调理A经模拟电源转换A连接电源模块的输出端。

上述一种安全型轨道信号发送器，所述固有式安全电路包括表决驱动电路，表决驱动电路的第一输入端连接第一通道中数据处理模块A的输出端，表决驱动电路的第一输出端连接数据处理模块A的第一信号采集端；表决驱动电路的第二输入端连接第二通道中的输出端，表决驱动电路的第二输出端连接第二通道的第一信号采集端；表决驱动电路的第三输出端连接电源转换模块C的受控端。

上述一种安全型轨道信号发送器，所述固有式安全电路还包括报警电路和报警继电器，报警电路的输入端分别与第一通道和第二通道的输出端连接，报警电路的输出端连接报警继电器的受控端，所述报警电路还经反馈支路分别与第一通道和第二通道的第二信号采集端连接。

上述一种安全型轨道信号发送器，所述FSK信号产生电路包括可编程逻辑控制器和低通滤波电路，可编程逻辑控制器的输出端经低通滤波电路连接信号功率放大电路的输入端。

上述一种安全型轨道信号发送器，所述信号功率放大电路包括输入变压器、输出变压器及配置放大电路，输入变压器的受控端连接FSK信号产生电路的输出端，配置放大电路串接在输入变压器和输出变压器之间，输出变压器的输出端连接信号端子排。

上述一种安全型轨道信号发送器，所述信号端子排包括FSK功出端子和向信号功率放大电路输入端输入电压选择值的电平档位选择端子。

由于采用了以上技术方案，本发明所取得技术进步如下。

本发明通过设置安全型二取二电路和固有式安全电路相配合，能够实现对频率配置电路设定的信号以及FSK信号产生电路产生的信号进行双通路的判断，然后通过对两通道信号的进行判断来确定是否输出动态的驱动信号，以驱动FSK信号产生电路产生正确的FSK信号，大大提高了信号发送的安全性；另外，本发明可直接输出FSK信号，无需通过受控开关输出，在增加可靠性的基础上，降低了生产成本，简化了系统安装结构。

本发明设置的频率配置电路和信号端子排上的电平档位选择端子，使得本发明能够根据实际使用需求设置相应的频率和电压，提高了通用性。信号功率放大电路中设置的回检电路不仅能够实现功率的检测，还能够实现电压的检测，进一步提高了发送器的安全可靠性。

附图说明

图1为本发明的电气原理框图；

图2为本发明所述固有式安全电路图；

图3为本发明所述电源模块的电路图；

图4为本发明所述频率配置电路的电路图；

图5为本发明所述安全型二取二电路与数据交互模块之间的顶层电路；

图6为本发明所述配置信息隔离输入A的电路图；

图7为本发明所述AD及回检信号调理A的电路图；

图8为本发明所述数据处理模块A的电路图；

图9为本发明所述配置信息隔离输入C的电路图；

图10为本发明所述FSK信号产生电路的电路图；

图11为本发明所述信号功率放大电路的电路图。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施例对本发明进行进一步详细说明。

一种安全型轨道信号发送器，其电气原理框图如图1所示，主要包括电源模块、频率配置电路、安全型二取二电路、固有式安全电路、配置信息隔离输入电路C、电源转换电路C、FSK信号产生电路以及信号功率放大电路；其中，频率配置电路的第一输出端分别连接安全型二取二电路的第一输入端和第二输入端，频率配置电路的第二输出端经配置信息隔离输入电路C连接FSK信号产生电路的输入端，FSK信号产生电路的电源端依次经电源转换电路C和固有式安全电路与安全型二取二电路的输出端连接；FSK信号产生电路的第一输出端连接信号功率放大电路的输入端，信号功率放大电路的输出端连接信号端子排；FSK信号产生电路的第二输出端和第三输出端分别与安全型二取二电路的第三输入端和第四输入端连接。

电源模块分别与安全型二取二电路、固有式安全电路以及信号功率放大电路连接，用于为其供电。本发明中，电源模块为+24V电源模块，其电路图如图3所示；电源模块同时还可将24V直流电转换为其他器件所需要的5V、3.3V等直流电压。

频率配置电路主要用于根据信号发送要求，进行输出频率的配置，其主要包括三部分内容，第一部分和第二部分分别用于向安全型二取二电路输入两路信号，第三部分用于经配置信息隔离输入电路C向FSK信号产生电路输入信号，其电路图如图4所示。

安全型二取二电路包括数据交互模块以及并列设置、用于校验配置信息和输出信息是否吻合的第一通道和第二通道，第一通道和第二通道的电路结构相同，且第一通道和第二通道分别与数据交互模块互联。安全型二取二电路与数据交互模块之间的顶层电路图如图5所示。

第一通道包括数据处理模块A、配置信息隔离输入A、数字电源转换A、模拟电源转换A和AD及回检信号调理A，数据处理模块A的电源端经数字电源转换A连接电源模块的输出端，数据处理模块A分别与数据交互模块、配置信息隔离输入A、AD及回检信号调理A以及固有式安全电路互联；所述AD及回检信号调理A经模拟电源转换A连接电源模块的输出端。

其中，配置信息隔离输入A用于实现第一通道对频率配置电路输出的配置信息进行动态读取，输入端与频率配置电路的第一部分输出相连接，输出端连接数据处理模块A；本发明中，配置信息隔离输入A的电路图如图6所示，通过光耦隔离电路实现电气隔离及电平转换功能。AD及回检信号调理A用于实现对FSK信号的幅度调理及模数转换，其电路图如图7所示。数据处理模块A采用DSP处理器，用于实现对采集的FSK信号进行信号处理，识别信号的幅度和频率，同时通过与配置信息隔离输入A读取的外部配置信息进行比对，判断幅度和频率是否正确，并发送给数据交换模块；其电路图如图8所示。数字电源转换A用于实现把电源模块输出端的电压值转换为第一通道的数字电路电源，为数据处理模块供电；模拟电源转换A用于实现把电源模块输出的电压值转换为第一通道的模拟电路电源，为AD及回检信号调理A供电。

第二通道的结构与第一通道的结构相同，包括数据处理模块B、配置信息隔离输入B、数字电源转换B、模拟电源转换B和AD及回检信号调理B，数据处理模块B的电源端经数字电源转换B连接电源模块的输出端，数据处理模块B分别与数据交互模块、配置信息隔离输入B、AD及回检信号调理A以及固有式安全电路互联；所述AD及回检信号调理B经模拟电源转换B连接电源模块的输出端。第二通道中各模块的电路结构与第一通道中的电路结构相同。

数据交互电路用于实现第一通道和第二通道的信息比较，得出最终结果，并返回数据处理模块A/B；两通道数据信息相同且正确，最终结果正确，反之最终结果错误；本发明中，数据交互电路的电路图如图5所示。最终结果正确后，输出动态驱动信号，驱动表决驱动电路动作，输出控制信号，使电源转换模块C为FSK信号产生电路供电，FSK信号产生电路便可产生稳定连续的FSK正弦波信号后输出；反之，电源转换模块C停止为FSK信号产生电路供电，FSK信号产生电路无法产生FSK正弦波信号后输出。

配置信息隔离输入C用于实现FSK信号产生电路对频率配置电路输出的配置信息进行动态读取，其电路如图9所示。

FSK信号产生电路用于产生FSK正弦波信号，主要包括可编程逻辑控制器和低通滤波电路，可编程逻辑控制器的输出端经低通滤波电路连接信号功率放大电路的输入端；FPGA输出FSK方波通过低通滤波后，转换为FSK正弦波输出。本发明中，FSK信号产生电路的电路图如图10所示。

信号功率放大电路包括输入变压器、输出变压器及配置放大电路，输入变压器的受控端连接FSK信号产生电路的输出端，配置放大电路串接在输入变压器和输出变压器之间，输出变压器的输出端连接信号端子排。信号功率放大电路用于对FSK信号产生电路产生的FSK正弦波信号进行功率和电压的放大处理并输出。本发明中，信号功率放大电路的电路图如图11所示。

本发明中，信号功率放大电路的输出端还连接有用于分别独立检测输出功率和电压信号的回检电路A和回检电路B，回检电路A和回检电路B的输出端分别与安全型二取二电路的AD及回检信号调理A输入端和AD及回检信号调理B输入端连接。回检电路A和回检电路B的电路结构相同，其中回检电路A的电路如图7所示。

固有式安全电路的如图2所示，包括表决驱动电路和报警电路。

其中，表决驱动电路的第一输入端连接第一通道中数据处理模块A的输出端，表决驱动电路的第一输出端连接第一通道中数据处理模块A的第一信号采集端；表决驱动电路的第二输入端连接第二通道中数据处理模块B的输出端，表决驱动电路的第二输出端连接第二通道中数据处理模块B的第一信号采集端；表决驱动电路的第三输出端连接电源转换模块C的受控端。

表决驱动电路根据数据处理模块A/B两路同时输出的动态驱动信号，转换为表决驱动的高压直流电压，发送给电源转换模块C，电源转换模块C输出低压数字电源给FSK信号产生电路，为其供电，从而使FSK信号产生电路持续输出FSK正弦波信号。

报警电路的输入端分别与第一通道和第二通道的输出端连接，报警电路的输出端连接报警继电器FBJ的受控端，报警电路还经反馈支路分别与第一通道和第二通道的第二信号采集端连接。第一通道和第二通道的数据处理模块分别对内部电路和外部电路进行周期性检测，正常时输出动态信号；反之关断驱动信号，并驱动报警电路发出报警。

本发明中表决驱动电路和报警电路的主芯片采用光耦隔离电路。

信号功率放大电路的输出端连接信号端子排，信号端子排主要包括FSK功出端子和电平档位选择端子。其中FSK功出端子用于输出经放大的FSK正弦波信号，电平档位选择端子则用于向信号功率放大电路的输入端输入选择的电压值。

本发明的正常工作条件为：直流电源供电，载频、低频配置正确，功出电平选择正确；具体工作原理如下所述。

本发明正常供电后，+24V电源输入至电源模块，经电源模块转换为两路数字电源和两路模拟电源，输出至安全型二取二电路和固有式安全电路。正常工作后，频率配置电路通过安全型二取二电路中的配置信息隔离输入A和配置信息隔离输入B进行隔离和电平转换，输出至相应的数据处理模块，两路DSP处理器检测载频和低频配置信息，正确后输出动态驱动信号驱动表决驱动电路，然后通过电源转换模块C产生直流电源电压，为FSK信号产生电路供电。

FSK信号产生电路正常工作后，检测载频和低频配置信息，正确后输出对应的FSK信号，FSK信号同时输出至两通道的AD及回检信号调理电路及信号功率放大电路。

AD及回检信号调理电路对FSK信号进行模数转换，输出至DSP处理器，DSP处理器对信号进行数字信号处理，计算载频、低频及电压，并进行核对正确后继续输出驱动信号，驱动表决驱动，通过电源转换模块C为FSK信号产生电路供电。当检测错误后，关断驱动信号，FSK信号产生电路停止工作，发送器停止输出FSK信号；同时，输出报警驱动信号，驱动报警电路，经报警电路产生直流电压信号，驱动外部报警器报警。

FSK信号输入至信号功率放大电路，实现电压和功率的放大，通过外部的电平档位选择端子确定输出不同的电压信号。

本发明采用二取二安全架构，可使设备在出现故障时，最大概率的停止工作，关断输出，防止出现由于故障产生错误信号，造成机车接收错误信息，而出现超速运行；或故障输出电压过高，造成轨道电路残压过高，出现丢车的危险情况；也防止出现由于电压过低，造成轨道电路调整时输入电压低，出现红轨的故障情况。当设备故障时，检测电路会触发报警电路产生报警，实现了故障的准确定位，同时还减少了故障的处理时间。

Claims (4)

1.一种安全型轨道信号发送器，其特征在于：包括电源模块、频率配置电路、安全型二取二电路、固有式安全电路、配置信息隔离输入电路C、电源转换电路C、FSK信号产生电路以及信号功率放大电路；

所述电源模块分别与安全型二取二电路、固有式安全电路以及信号功率放大电路连接，用于为其供电；

所述频率配置电路的第一输出端分别连接安全型二取二电路的第一输入端和第二输入端，频率配置电路的第二输出端经配置信息隔离输入电路C连接FSK信号产生电路的输入端，FSK信号产生电路的电源端依次经电源转换电路C和固有式安全电路与安全型二取二电路的输出端连接；FSK信号产生电路的第一输出端连接信号功率放大电路的输入端，信号功率放大电路的输出端连接信号端子排；FSK信号产生电路的第二输出端和第三输出端分别与安全型二取二电路的第三输入端和第四输入端连接；

所述信号功率放大电路的输出端还连接有用于分别独立检测输出功率和电压信号的回检电路A和回检电路B，回检电路A和回检电路B的输出端分别与安全型二取二电路的第五输入端和第六输入端连接；

所述安全型二取二电路包括数据交互模块以及并列设置、用于校验配置信息和输出信息是否吻合的第一通道和第二通道，第一通道和第二通道的电路结构相同，且第一通道和第二通道分别与数据交互模块互联；

所述第一通道包括数据处理模块A、配置信息隔离输入A、数字电源转换A、模拟电源转换A和AD及回检信号调理A，数据处理模块A的电源端经数字电源转换A连接电源模块的输出端，数据处理模块A分别与数据交互模块、配置信息隔离输入A、AD及回检信号调理A以及固有式安全电路互联；所述AD及回检信号调理A经模拟电源转换A连接电源模块的输出端；

第二通道包括数据处理模块B、配置信息隔离输入B、数字电源转换B、模拟电源转换B和AD及回检信号调理B，数据处理模块B的电源端经数字电源转换B连接电源模块的输出端，数据处理模块B分别与数据交互模块、配置信息隔离输入B、AD及回检信号调理A以及固有式安全电路互联；所述AD及回检信号调理B经模拟电源转换B连接电源模块的输出端；

所述固有式安全电路包括表决驱动电路，表决驱动电路的第一输入端连接第一通道中数据处理模块A的输出端，表决驱动电路的第一输出端连接数据处理模块A的第一信号采集端；表决驱动电路的第二输入端连接第二通道中的输出端，表决驱动电路的第二输出端连接第二通道的第一信号采集端；表决驱动电路的第三输出端连接电源转换模块C的受控端；

所述FSK信号产生电路包括可编程逻辑控制器和低通滤波电路，可编程逻辑控制器的输出端经低通滤波电路连接信号功率放大电路的输入端。

2.根据权利要求1所述的一种安全型轨道信号发送器，其特征在于：所述固有式安全电路还包括报警电路和报警继电器，报警电路的输入端分别与第一通道和第二通道的输出端连接，报警电路的输出端连接报警继电器的受控端，所述报警电路还经反馈支路分别与第一通道和第二通道的第二信号采集端连接。

3.根据权利要求1所述的一种安全型轨道信号发送器，其特征在于：所述信号功率放大电路包括输入变压器、输出变压器及配置放大电路，输入变压器的受控端连接FSK信号产生电路的输出端，配置放大电路串接在输入变压器和输出变压器之间，输出变压器的输出端连接信号端子排。

4.根据权利要求1所述的一种安全型轨道信号发送器，其特征在于：所述信号端子排包括FSK功出端子和向信号功率放大电路输入端输入电压选择值的电平档位选择端子。