CN110187213A - 轨道电路列车运行仿真装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种轨道电路列车运行仿真装置，包括信号源、轨道电路仿真组合和控制板卡；所述信号源，与所述轨道电路仿真组合相连，用于按照ZPW2000轨道电路的标准FSK信号提供真实电特性信息；所述控制板卡，与所述轨道电路仿真组合相连，用于控制所述轨道电路仿真组合动作，以模拟区段的轨道占用或者出清状态。本发明相对现有技术具有实质性特点和进步，具体的说，本发明通过轨道电路仿真组合的设置，提供区间连续的多个区段的过车场景仿真环境，解决了实验室无法实现现场真实过车环境模拟的问题，为铁路室外监测系统的PLC通信性能测试提供了数据基础。

Description

轨道电路列车运行仿真装置

技术领域

本发明涉及仿真装置领域，具体的说，涉及了一种轨道电路列车运行仿真装置。

背景技术

ZPW-2000区间轨道电路（以下简称“区间轨道电路”）是铁路信号的基础装备，ZPW2000轨道电路室外监测系统（简称“室外监测系统”）是针对区间轨道电路室外信号设备关键节点电特性的实时监测系统。其采用PLC（电力载波通信）技术实现室外采集分机与室内通信分机的通信和供电传输。铁路区间轨道电路呈现带状总线型分布，最长可达20km。同时高速列车按照最小3分钟的间隔时间追踪运行，最高速度可达350km/h。在该运行场景下，对室外监测系统的实时采集和通信性能都提出了极高的要求。所以需要针对性地测试室外监测系统的采集和PLC通信的适应能力，但这些测试如果利用现场列车运行的真实环境进行测试，存在较大的安全风险，也无法在一个车站或一段时间内实现全部列车运行场景的功能、性能测试，因此迫切需要在实验室当中，利用仿真设备来模拟现场的各种运行状态和同步的电气特性信号。

现有的仿真设备只能采取实验室固定化数据测试产品的采集功能，同时在现场实际安装产品后，进行部分运行场景的性能测试。且现场实际安装耗时长，无法改变真实列车的运行速度、发车间隔等参数，无法实现列车各类运行场景的全覆盖，不利于PLC通信性能的全面测试，且一旦发现问题需要改造将面临现场难以实施的诸多问题。因此，长久以来，我们一直在寻求一种理想的技术解决方案。

为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，从而提供一种轨道电路列车运行仿真装置。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种轨道电路列车运行仿真装置，包括信号源、轨道电路仿真组合和控制板卡；所述信号源，与所述轨道电路仿真组合相连，用于按照ZPW2000轨道电路的标准FSK信号提供真实电特性信息；所述控制板卡，与所述轨道电路仿真组合相连，用于控制所述轨道电路仿真组合动作，以模拟区段的轨道占用或者出清状态。

本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著进步，具体的说，本发明通过轨道电路仿真组合的设置，提供区间连续的多个区段的过车场景仿真环境，根据设定的运行场景，通过控制板卡控制各轨道状态模拟支路上的继电器和预叠加编码控制电路的投切，模拟区段的轨道占用或者出清状态，信号源产生的变化的zpw2000轨道内电路信号即可输出至轨道电路仿真组合提供的连续区段的输出环线上，作为铁路室外监测系统的PLC通信性能测试的数据基础，解决了在实验室无法实现现场真实过车环境模拟的问题。

附图说明

图1是本发明的电路原理图。

图2是本发明的安全驱动电路的电路原理图。

图3是本发明的控制板卡的输入控制程序流程图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

实施例1

如图1所示，一种轨道电路列车运行仿真装置，它包括信号源、轨道电路仿真组合和控制板卡；

所述信号源，与所述轨道电路仿真组合相连，用于按照ZPW2000轨道电路的标准FSK信号提供真实电特性信息；

所述控制板卡，与所述轨道电路仿真组合相连，用于控制所述轨道电路仿真组合动作，以模拟区段的轨道占用或者出清状态。

室外监测系统是采集ZPW2000轨道电路室外信号设备电特性信息的产品，由于PLC总线技术过去多用于电力抄表系统，与铁路信号的组网结构、通信实时性、通信带宽要求都不一致。因此其适应能力需要进行详细验证。使用本实施例装置进行测试时，所述轨道电路仿真组合提供的连续区段的输出环线上，会根据设定的运行场景，产生变化的ZPW2000轨道内电路信号，将室外监测系统的钢包铜引接线电流传感器卡在所述轨道电路仿真组合的输出环线上即可。

实施例2

本实施与实施例1的区别在于：所述轨道电路仿真组合包括若干并联连接的轨道状态模拟支路；所述轨道状态模拟支路的连接端接入所述信号源，控制端连接至所述控制板卡。所述轨道状态模拟支路包括继电器和预叠加编码控制电路，所述继电器的开关端接入所述信号源，所述继电器的控制端通过所述预叠加编码控制电路连接至所述控制板卡。

具体的，所述轨道状态模拟支路包括10个1700型重力安全型继电器和含有CJ(传输继电器)的预叠加编码控制电路，组合采用电流环线的方式提供ZPW2000轨道电路标准的FSK信号。所述信号源采用双通道信号发生器，可输出载频1.6~2.7khz、低频10.0~30.0hz的FSK信号，增加负载后，可实现仿真ZPW2000轨道电路信号在钢轨上的传输过程。

本实施例中的轨道电路仿真组合通过10个1700型重力安全继电器模拟了10个连续的ZPW2000区间轨道电路的状态，并且通过CJ的控制实现了2组不同载频的FSK信号的有序接入。信号源模拟ZPW2000轨道电路的信号，通过串联负载，实时输出两路FSK轨道电路信号，并且可选择修改代表车速信息的低频编码。

一般高铁两个车站之间的区间线路，大约每1km划分为一个轨道区段，每个轨道区段安装一套ZPW2000轨道电路实现该区段占用、空闲状态的检查。高铁列车按照运行图有序追踪运行，追踪间隔最小3分钟。高铁列车运行速度最高可达350km/h，如果需要站内停车，会在区间逐级降速。轨道区段的长度也并非固定1km，根据线路情况，可能在200m~1200m之间变化。因此，连续轨道区段的变化特征就和上述的列车运行速度、追踪间隔、区段长度有关。

本发明通过轨道电路仿真组合的设置，能够提供区间连续的多个区段的过车场景仿真环境，其中，真实过车场景包括：单列车按照不同的速度（5~360km/h）在区间运行；多列车按照不同的速度和列车间隔时间（3~10分钟）在区间追踪运行；列车在区间故障停车；列车按照正向反向两种方式在区间运行。

本实施例实现列车场景仿真的过程如下：

1）使用10个1700继电器分别代表两个车站之间的区间，该区间包含10个连续的区段，某一继电器持续吸起，代表对应的区段处于出清状态，某一继电器按照设定的规律在一段时间内反复吸起、落下时，代表对应的区段处于分路（占用）状态；

2）根据用户输入的运行场景，来调整这10个继电器的工作状态。其中继电器持续吸起、落下的时间反应了列车运行速度、区段长度的关系，列车运行越快，通过某一区段的时间越短。连续两组继电器的同时或先后持续吸起、落下关系，反应了列车从一个区段进入到下一个区段运行的过程及其时间。两组继电器吸起、落下的时间间隔综合反应了列车的追踪时间间隔；

3）信号源发出标准的FSK信号，其中心载频符合ZPW2000的8种标准频点（1700-1、1700-2、2000-1、2000-2、2300-1、2600-2），其调制的低频符合18种标准低频（10.3~29hz），另外也可以按照自定义发送非标频率。为了实现ZPW2000轨道电路相邻区段采用不相同载频的布置模式，本实施例设置双通道信号发生器，两个独立受控的信号源分别同时发出两种相异的信号；

4）信号源的输出信号按照并联的方式与负载、继电器节点形成闭合回路，其中，信号源1的信号与继电器J1、J3、J5、J7、J9结合，信号源2的信号与继电器J2、J4、J6、J8、J10结合。

5）继电器在出清状态（吸起）时，会在本区段的信号监测接口输出稳定的FSK信号，模拟轨道电路的稳态，继电器在占用状态（规律性地吸起、落下）时，会输出不稳定（时刻变化）的FSK信号，模拟轨道电路车初始压入、车临界出清以及稳定压入的不稳定变化过程。

对于列车运行场景的仿真，通过使用控制板来实现上述信息的输入控制、逻辑运算和控制输出。根据设定的运行场景，所述控制板卡控制各轨道状态模拟支路上的继电器和预叠加编码控制电路的投切，从而模拟区段的轨道占用或者出清状态；测试时，轨道电路仿真组合提供的连续区段的输出环线上，通过所述信号源会产生变化的zpw2000轨道内电路信号，将室外监测系统的钢包铜引接线电流传感器卡在这些输出环线上即可进行测试。本实施例装置中，控制板卡的输入控制可以通过部署在pc机上的人机交互界面实现，控制程序流程如图3所示。

轨道电路仿真组合中的基本实现原理如图1所示：控制板卡的安全驱动电路分别控制仿真组合中的10个继电器的线包，控制其吸起或落下。该型号继电器包括8组信号节点，每一组节点又分为上节点、中节点、下节点三个端子。信号源通过CJ（传输继电器）形成的传输控制网络，分别与奇数组、偶数组继电器连接，它们的连接采用了并联回路。每一个并联回路中还串入了不同大小的负载，以仿真不同区段的轨道电路信号的差异性。

控制板卡的输出电路采用了安全驱动电路，所述控制板卡包括DSP处理器，以及与所述DSP处理器相连的安全驱动电路；所述安全驱动电路控制连接所述轨道电路仿真组合。如图2所示，所述安全驱动电路包括光耦合器U201、第一电阻R201、第二电阻R204、二极管D201和继电器驱动芯片U204；所述光耦合器U201的第一引脚与接地端相连，所述光耦合器U201的第二引脚通过所述第一电阻R201连接至所述DSP处理器，所述光耦合器U201的第四引脚与第六引脚之间串联连接所述第二电阻R204，所述光耦合器U201的第五引脚连接至所述二极管D201的正极；所述二极管D201的正极和负极分别连接所述继电器驱动芯片U204的引脚，所述继电器驱动芯片U204的引脚还分别连接端子JP202和连接端子JP203。

通过所述安全驱动电路，所述控制板卡驱动并控制所述轨道电路仿真组合动作，实现列车追踪运行间隔、列车速度、轨道区段长度等现场真实过车场景的模拟。

该安全驱动电路采用了光电隔离器，实现了控制板卡与仿真组合的继电器线包之间的电气隔离，1700型重力安全继电器通过重力机械隔离的方式，实现了仿真组合控制侧与信号侧之前的电气隔离。确保了控制的可靠性。

使用本实施例装置进行室外监测产品的测试过程如下：

1）本实施例装置支持对室外监测系统的采集性能和通信性能进行测试，测试前，将室外监测系统的钢包铜引接线电流传感器卡在仿真组合的输出环线上；

2）测试采集性能时，在PC端人机交互界面上将区段状态设置为空闲，此时10个区段的轨道电路信号就是两个信号源输出的稳定信号，此时，可进行室外监测系统对10个区段信号的采集功能、性能测试；

3）测试通信性能时，在PC端人机交互界面上将区段状态设置为运行模式，并调整轨道区段长度、列车速度、列车追踪间隔等参数，完成设置后，轨道电路仿真组合将按要求的场景输出变化的信号，室外监测系统采集变化信号的能力和通信的实时性可得到测试，常用的运行场景如下表：

4）信号源的调整需要执行ZPW2000轨道电路的信号运用规范，比如仿真下行线路时，两路输出信号中，一路应选择1700载频，一路选择2300hz载频。仿真上行线路时，两路输出信号中，一路应选择2000hz载频，一路选择2600hz载频。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (8)

1.一种轨道电路列车运行仿真装置，其特征在于：包括信号源、轨道电路仿真组合和控制板卡；

所述信号源，与所述轨道电路仿真组合相连，用于按照ZPW2000轨道电路的标准FSK信号提供真实电特性信息；

所述控制板卡，与所述轨道电路仿真组合相连，用于控制所述轨道电路仿真组合动作，以模拟区段的轨道占用或者出清状态。

2.根据权利要求1所述的轨道电路列车运行仿真装置，其特征在于：所述轨道电路仿真组合包括若干并联连接的轨道状态模拟支路；所述轨道状态模拟支路的连接端接入所述信号源，控制端连接至所述控制板卡。

3.根据权利要求2所述的轨道电路列车运行仿真装置，其特征在于：所述轨道状态模拟支路包括继电器和预叠加编码控制电路，所述继电器的开关端接入所述信号源，所述继电器的控制端通过所述预叠加编码控制电路连接至所述控制板卡。

4.根据权利要求3所述的轨道电路列车运行仿真装置，其特征在于：所述继电器为1700型重力安全继电器。

5.根据权利要求4所述的轨道电路列车运行仿真装置，其特征在于，所述继电器的工作状态用于：

持续吸起，模拟对应的区段处于出清状态；

按照设定的规律在一段时间内反复吸起、落下，模拟对应的区段处于占用状态；

持续吸起、落下的时间，模拟列车运行速度与区段长度之间的关系；

连续两组继电器同时或先后持续吸起、落下，模拟列车从一个区段进入到下一个区段运行的过程及其时间；

两组继电器吸起、落下的时间间隔，模拟列车的追踪时间间隔。

6.根据权利要求1所述的轨道电路列车运行仿真装置，其特征在于：所述控制板卡包括DSP处理器，以及与所述DSP处理器相连的安全驱动电路；所述安全驱动电路控制连接所述轨道电路仿真组合。

7.根据权利要求6所述的轨道电路列车运行仿真装置，其特征在于：所述安全驱动电路包括光耦合器、第一电阻、第二电阻、二极管和继电器驱动芯片；

所述光耦合器的第一引脚与接地端相连，所述光耦合器的第二引脚通过所述第一电阻连接至所述DSP处理器，所述光耦合器的第四引脚与第六引脚之间串联连接所述第二电阻，所述光耦合器的第五引脚连接至所述二极管的正极；

所述二极管的正极和负极分别连接所述继电器驱动芯片的引脚，所述继电器驱动芯片的引脚还分别两个连接端子。

8.根据权利要求1所述的轨道电路列车运行仿真装置，其特征在于：所述信号源采用双通道信号发生器。