CN201016000Y - 铁路信号zpw-2000设备衰耗器自动检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型铁路信号ZPW－2000设备衰耗器自动检测装置，用于对铁路信号ZPW－2000系列无绝缘移频自动闭塞设备的衰耗器进行自动检测和相应的数据处理。装置由工业控制机、采集卡、数字I/O卡和接口板、信号发生器板构成，接口板采用符合工业标准的模块化结构，主要包括继电器阵列、基准电压和精密放大器电路。NI公司PCI采集卡、I/O卡与LabVIEW软件环境组成虚拟检测平台，操作界面友好，实现检测自动化，动态显示检测过程中的时域波形，自动生成检测结果的数据报表，还可通过网络实现远程操作。可显著提高检测效率、保证检测精度、有利于检测数据的信息化。

Description

铁路信号ZPW-2000设备衰耗器自动检测装置

技术领域

本实用新型涉及一种基于虚拟仪器的自动检测装置，用于对铁路信号ZPW-2000系列无绝缘移频自动闭塞设备(以下简称ZPW-2000)的衰耗器进行自动检测和相应的数据处理。

背景技术

信号设备是保障铁路运输的安全和效率的基础设施，先进技术的应用对设备的维护和管理提出了更高层次的要求，主要表现为检测的项目明显增多、检测精度提高；同时，随着从设备故障修向状态修的转变，检测任务量显著增加。中国铁路区间信号控制主要采用ZPW-2000系列设备，是新建线路和旧线改造的主流设备。

ZPW-2000设备的衰耗器完成信号的隔离和放大，可靠性要求很高。衰耗器主要由调整变压器和衰耗电阻组成，检测项目主要考察调整变压器匝比和衰耗电阻的阻值是否合格，这里简要说明衰耗器检测的复杂性和精度要求：调整变压器的检测有9项，需要12种端子连接，检测信号频率为2000Hz，电压误差范围为±1mV；衰耗电阻检测项目有12项，需要24种端子连接，要求衰耗电阻的误差不大于±0.5％。

目前现场应用中，ZPW-2000衰耗器的检测平台是针对具体产品而设计的，利用数字电压表和信号发生器等独立的测量仪器组合搭建，通过手动检测来完成，检测数据手工填表。主要缺陷是：(1)由独立仪器构成，投入费用较高，检测平台体积大。(2)手动检测连接繁琐，效率较低，易带来人为误差。(3)检测数据需手工抄录，数据管理未实现电子化，不利于数据的检索共享。

实用新型内容

本实用新型主要解决的技术问题是：在对ZPW-2000设备衰耗器的技术指标进行检测时，原有检测采用人工连接、测量、读数、记录数据，劳动强度大、检测效率低、易出错、纸质数据难于管理。因此，主要应解决如何有效提高检测效率，同时保证检测精度，还应提高检测数据的信息化、降低劳动强度、兼顾装置成本。

为此，基于美国NI公司接口卡和LabVIEW软件环境组成虚拟检测平台，界面友好，基本实现自动化，还可通过网络实现远程检测；检测接口电路(接口板)采用工业标准的模块化结构，易于扩展；自动生成检测数据报表，采用Microsoft Excel格式，便于数据管理和共享。

采用的技术方案是：

铁路信号ZPW-2000衰耗器自动检测装置，该装置包括：工业控制机、虚拟仪器采集卡、I/O卡、信号发生器板、接口板。接口板电路包括继电器阵列和基准电压和精密放大器电路；I/O卡的输出端子分别与继电器线圈连接，分别控制第一至第三十九个继电器接点的通断；第一至第三十九个继电器接点分别与衰耗器的端子连接：

第一至第十三个继电器接点的一端分别接调整变压器端子；第一至第三个继电器接点的另一端分别接调整变压器端子；第四至第七个继电器接点的另一端接信号调理电路的反相输入电阻；第八至第十三个继电器接点的另一端接采集卡；

信号调理电路中运算放大器的正相输入端经电阻接地，输出与采集卡连接。

第十四至第三十九个继电器接点的一端分别接衰耗电阻端子；第十四至第二十七个继电器接点的另一端接射极跟随电路的正相输入端；第二十八至第三十九个继电器接点的另一端分别接测量电阻电路的反相输入端；

基准电压源经限流电阻接射极跟随电路的正相输入端，射极跟随电路的反相输入端接输出端，并接采集卡；

第二十八个和第三十四个继电器接点接第一个精密放大器的反相输入端，经第一个精密电阻与模拟开关第一通道的一端连接，并与放大器输出端连接；第三十个和第三十六个继电器接点接第二个精密放大器的反相输入端，经精密电阻与模拟开关第二通道的一端连接，并与放大器输出端连接；第三十二个和第三十八个继电器接点接第三个精密放大器的反相输入端，经精密电阻与模拟开关第三通道的一端连接，并与放大器输出端连接；第二十九个和第三十五个继电器接点接第四个精密放大器的反相输入端，经精密电阻与模拟开关第四通道的一端连接，并与放大器输出端连接；第三十一个和第三十七个继电器接点接第五个精密放大器的反相输入端，经精密电阻与模拟开关第五通道的一端连接，并与放大器输出端连接；第三十三个和第三十九个继电器接点接第一个精密放大器的反相输入端，经精密电阻与模拟开关第六通道的一端连接，并与放大器输出端连接；各精密放大器的正相输入端经电阻接地；模拟开关的第一通道至第六通道的另一端均与采集卡连接。

本实用新型的有益效果是：操作界面采用虚拟仪器面板，操作简便；不同的检测项目采用继电器阵列自动切换，无需人工连接，从而显著缩短了测量和记录时间，时间可减少50％以上；避免了人为误差；降低了劳动强度；自动完成数据的存储，便于检索和信息管理，并可远程检测。

附图说明

图1是铁路信号ZPW-2000系列设备工作原理图。

图2是铁路信号ZPW-2000设备衰耗器自动检测装置原理图。

图3是ZPW-2000衰耗器接口板的电路框图。

图4是ZPW-2000衰耗器接口板电路原理图。

图4中：c1和c2为调整变压器输入端，a1～a10为调整变压器可调端子，a11～a23、c11～c23为衰耗电阻可调端子。cin+和cin-为信号发生器板的输出端。M1～M6为模拟开关的第一通道至第六通道。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进一步说明：

在图1中，ZPW-2000发送器输出的FSK(频移键控)信号经过多个环节构成的传输通道后，输入衰耗器，通过不同的调整变压器(以下简称变压器)端子和衰耗电阻端子的连接组合，完成信号隔离并调整接收电平；最后，信号进入接收器，完成分析处理。

在图2中，工业控制机(包括显示器)安装LabVIEW软件环境，操作界面(即检测面板)在显示器上显示。采用NI公司的PCI总线采集卡(也称多功能卡)和I/O卡(也称数字I/O卡)，采集卡主要对输入模拟信号进行采样和模数转换(ADC)；I/O卡用来输出开关量信号，控制接口板上的继电器接点导通或断开。采样数据由软件处理后，按照判据确定其是否合格，完成该项检测。

信号发生器板提供检测所需的标准音频信号，衰耗器接口板与被测设备连接，由电源和总线板(背板)统一提供工作电源，各板的物理尺寸采用4U工业标准，便于扩展和在机柜安装。接口板电路主要包括继电器阵列、基准电压源和精密放大器电路。信号发生器板的核心器件是直接数字合成器(DDS)和微控制器(MCU)，微控制器从RS-232串行口接收有关信号频率和幅度的命令，然后控制DDS输出相应的信号，其输出与接口板连接。

图3所示为ZPW-2000衰耗器接口板的框图。其工作流程是：按照检测项目要求，I/O卡输出与继电器线圈J1～J39连接，控制相应的接点K1～K39导通或断开，即在变压器端子或衰耗电阻端子中选通其中一种连接组合。信号发生器板输出作为变压器的输入电压，通过测量变压器输出电压，可计算得到变压器的匝比。基准电压源和精密放大器测衰耗电阻的阻值，即通过测量被测衰耗电阻上和已知精密电阻上的电压，计算得到衰耗电阻阻值。

铁路信号ZPW-2000衰耗器自动检测装置，见图2、3、4。该装置包括：工业控制机、虚拟仪器采集卡、I/O卡、信号发生器板、接口板电路。

接口板电路主要包括继电器阵列、基准电压和精密放大器电路。I/O卡输出端子与各继电器线圈J1～J39分别连接，分别控制继电器接点K1～K39的通断；继电器接点K1～K39分别与衰耗器的端子连接：

继电器接点K4～K13的一端分别接调整变压器端子a1、a5、a7、a8、a2、a3、a4、a6、a9、a10，K4～K7的另一端接信号调理电路的反相输入电阻R2；K8～K13的另一端接采集卡；K1、K2、K3的一端分别接调整变压器端子a1、a3、a6；另一端分别接a5、a7、a10；

信号调理电路中运算放大器的正相输入端经电阻R1接地，反相输入端经反馈电阻R3接输出，输出与采集卡连接。

继电器接点K14～K20的一端分别接衰耗电阻端子a11、a13、a15、a17、a19、a21、a23，K21～K27的一端分别接衰耗电阻端子c11、c13、c15、c17、c19、c21、c23；K14～K27的另一端接射极跟随电路的正相输入端，并经限流电阻R4接基准电压源；射极跟随电路的反相输入端接输出端；

继电器接点K28～K33的一端分别接衰耗电阻端子a12、a14、a16、a18、a20、a23，K34～K39的一端分别接衰耗电阻端子c12、c14、c16、c18、c20、c22；K28～K39的另一端接精密放大器的反相输入端；

继电器接点K28和K34接第一个精密放大器A的反相输入端，经精密电阻R6与模拟开关第一通道M1的一端连接，并与该放大器输出端连接；K30和K36接精密放大器B的反相输入端，经精密电阻R8与模拟开关第二通道M2的一端连接，并与该放大器输出端连接；K32和K38接精密放大器C的反相输入端，经精密电阻R10与模拟开关第三通道M3的一端连接，并与该放大器输出端连接；K29和K35接精密放大器D的反相输入端，经精密电阻R12与模拟开关第四通道M4的一端连接，并与该放大器输出端连接；K31和K37接精密放大器E的反相输入端，经精密电阻R14与模拟开关第五通道M5的一端连接，并与该放大器输出端连接；K33和K39接精密放大器F的反相输入端，经精密电阻R16与模拟开关第六通道M6的一端连接，并与该放大器输出端连接；精密放大器A～F的正相输入端经电阻R5、R7、R9、R11、R13、R15接地；模拟开关的第一通道至第六通道M1～M6的另一端均与采集卡连接。

工业控制机可采用研华等公司的产品。根据被测设备工作频率、精度要求、连接端子数量，采集卡和I/O卡采用高性价比的PCI总线，采集卡选用NI 6220多功能采集卡，具有8个差分或16个单端输入通道，ADC分辨率为16bits，采样率可达250kS/s；I/O卡选用NI 6503数字I/O卡，具有24路TTL电平兼容的输入和输出通道。

信号发生器板上DDS芯片AD7008(美国AD公司产品)，频率精度为0.01Hz，输出电压精度0.1mV。微控制器采用AT89C51(美国Atmel公司产品)。

衰耗器接口板中，继电器技术指标为：动作时间≤10ms、接点接触电阻≤50mΩ、绝缘电阻1000MΩ、电流通流量5A、可靠性即动作次数2×10⁷次；基准电压源为2.5V±0.1％，精密电阻的精度为±0.1％；模拟开关动作时间≤1μs。

下面简要说明检测装置的工作流程。应用软件基于LabVIEW环境运行，操作界面在显示器上显示。软件的流程严格符合相关的操作规范，检测前需按要求输入检测员等参数。I/O卡输出开关量信号是软件操作命令中的高低电平序列，用来控制接口板中的继电器阵列，以选通某种组合。采集卡对采集的模拟电压信号，在显示器上动态显示时域波形。数据处理后，根据预先设定的合格判据，给出判定结论并显示，检测结束后将数据以Microsoft Excel格式存储。

Claims (1)

1.铁路信号ZPW-2000衰耗器自动检测装置，其特征在于：该装置由工业控制机、采集卡、I/O卡和信号发生器板、接口板构成，其接口板电路包括继电器阵列、基准电压和精密放大器电路；I/O卡的输出端子与各继电器线圈(J1～J39)分别连接，分别控制继电器接点(K1～K39)的通断；继电器接点(K1～K39)分别与以下衰耗器的端子连接：

继电器接点(K4～K13)的一端分别接调整变压器端子(a1、a5、a7、a8、a2、a3、a4、a6、a9、a10)，继电器接点(K4～K7)的另一端经电阻(R2)接信号调理电路的反相输入；继电器接点(K8～K13)的另一端接采集卡；继电器接点(K1、K2、K3)的一端分别接调整变压器端子(a1、a3、a6)；另一端分别接(a5、a7、a10)；

信号调理电路中运算放大器的正相输入端经电阻(R1)接地，反相输入端经反馈电阻(R3)接输出，输出与采集卡连接；

继电器接点(K14～K20)的一端分别接衰耗电阻端子(a11、a13、a15、a17、a19、a21、a23)，继电器接点(K21～K27)的一端分别接衰耗电阻端子(c11、c13、c15、c17、c19、c21、c23)；继电器接点(K14～K27)的另一端接射极跟随电路的正相输入端，并经限流电阻(R4)接基准电压源；射极跟随电路的反相输入端接输出端，并与采集卡连接；

继电器接点(K28～K33)的一端分别接衰耗电阻端子(a12、a14、a16、a18、a20、a22)，继电器接点(K34～K39)的一端分别接衰耗电阻端子(c12、c14、c16、c18、c20、c22)；继电器接点(K28～K39)的另一端接精密放大器的反相输入端：

继电器接点(K28)和(K34)接第一个精密放大器(A)的反相输入端，经精密电阻(R6)与模拟开关第一通道(M1)的一端和该放大器输出端连接；

继电器接点(K30)和(K36)接精密放大器(B)的反相输入端，经精密电阻(R8)与模拟开关第二通道(M2)的一端和该放大器输出端连接；

继电器接点(K32)和(K38)接精密放大器(C)的反相输入端，经精密电阻(R10)与模拟开关第三通道(M3)的一端和该放大器输出端连接；

继电器接点(K29)和(K35)接精密放大器(D)的反相输入端，经精密电阻(R12)与模拟开关第四通道(M4)的一端和该放大器输出端连接；

继电器接点(K31)和(K37)接精密放大器(E)的反相输入端，经精密电阻(R14)与模拟开关第五通道(M5)的一端和该放大器输出端连接；

继电器接点(K33)和(K39)接精密放大器(F)的反相输入端，经精密电阻(R16)与模拟开关第六通道(M6)的一端和该放大器输出端连接；

精密放大器(A～F)的正相输入端分别经电阻(R5、R7、R9、R11、R13、R15)接地；

模拟开关的第一通道至第六通道(M1～M6)的另一端均与采集卡连接。

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