CN202168261U - 一种列车信号机灯丝转换报警装置 - Google Patents

Abstract

一种列车信号机灯丝转换报警装置，旨在提供一种采用电压互感器进行在线监测，采用电压跟随器和反相比较器作为断丝报警通道，适用于列车信号机灯丝转换报警装置。包括点灯单元，灯丝转换器，采集单元，报警单元，主控制器及其外围电路。灯丝转换器包括：主副灯丝转换电路、断丝检测电路、故障信号发生电路，故障信号发送电路及稳压整流电路。断丝报警信号通过RS485总线与主控制器相连。本实用新型采用电压互感器进行采样并对主副灯丝进行实时在线监测，增加灯丝暖丝电路，而且还能指示断丝灯位，方便操作工进行维修更新。

Description

一种列车信号机灯丝转换报警装置

技术领域

本实用新型涉及铁路装备技术领域，具体涉及一种铁路信号机灯丝转换报警装置。

背景技术

铁路是国民经济的大动脉，信号设备是铁路主要技术装备之一，信号设备的良好运行，是铁路安全和提高运输效率的可靠性保证。信号机是指挥和保证列车安全运行的最重要的信号设备，对信号机的工作状态进行实时严格控制与监督是信号机点灯单元及报警装置的首要任务。目前的铁路信号机灯丝转换报警装置大都采用继电器进行转换报警。当主灯丝断丝时，连接在主灯丝回路的继电器动作，继电器的触点动作切换到副灯丝回路，同时进行报警。该电路虽然简单，但缺点是：1 副灯丝没有进行冷丝监测，如果副灯丝回路在主灯丝回路工作时发生断丝，当主灯丝断丝切换到副灯丝回路时，电路将处于失控状态。2 主副灯回路的电压相同，不符合主灯丝回路的电压大于副灯丝回路电压的要求。如果主灯丝工作时的两端电压在规定的电压范围（10.2V~11.4V）之间，副灯丝工作时的端电压也在这个电压范围内，一旦主灯丝断丝转换到副灯丝回路，会使本已受主灯丝长期高温烘烤而老化的副灯丝加速老化，迅速断开，导致信号“灭灯”故障。同时存在当点灯单元在任何一处发生故障时，将会出现点双灯丝现象。3 不存在暖灯丝电路，在每次开放信号时，未能对副灯丝的冷丝冲击电流进行抑制。4 报警电路不能精确到具体的灯位，使工作人员在更换灯丝时工作量大。5 点灯单元采用同一报警传输电缆，当多个灯位同时报警时，将造成信息乱码。

发明内容

本实用新型目的是为了克服现有技术中的上述不足，提供一种列车信号机灯丝转换报警装置。

该装置在主副灯丝回路增加暖丝电感，采用电压互感器进行采样，利用现有的信号灯电路作为断丝报警通道，适用于列车信号机灯丝转换报警的报警系统。

      本实用新型的技术方案：

      一种列车信号机灯丝转换报警装置，包括点灯单元，灯丝转换器，采集单元，报警单元，主控制器；

      所述点灯单元与所述的灯丝转换器相连，所述的采集单元与灯丝转换器及点灯单元相连；

      所述的采集单元与所述的报警单元相连，报警单元通过RS485总线电路与主控制器连接；

      所述的主控制器分别连接上电复位电路、晶体振荡电路、实时时钟电路、键盘及外部数据存储器，同时连接看门狗电路、显示屏电路及RS485总线接口电路。

所述灯丝转换器由主副灯丝转换电路、断丝检测电路、故障信号发生电路，故障信号发送电路及稳压整流电路组成；其中整流稳压电路与断丝检测电路、故障信号发生电路、故障信号发送电路、信号灯点灯单元相连；信号灯点灯单元与主副灯丝转换电路相连；主副灯丝转换电路与断丝检测电路相连；断丝检测电路与故障信号发生电路相连；故障信号发生电路与故障信号发送电路相连。

所述的点灯单元采用由整流桥、滤波电容组成的整流滤波电路供电，同时在信号灯点灯单元中串接用于对主副灯丝进行暖丝和抑制冷死冲击电流的电感。

该装置同时设置用于在线实时监测主副灯丝状态的电压互感器，电压互感器的一次侧连接在信号灯供电回路中，二次侧分别连接在故障信号发送电路的输入端。

所述主副灯丝转换电路为：信号灯变压器二次侧的一端与信号灯的公共端连接，信号灯的主灯丝端连接到电感L1的一端，电感L1的另一端连接整流滤波电路1的一端，整流滤波电路1的另一端连接变压器二次侧的一端，形成主灯丝供电回路，主灯丝的回路的两端并联电压互感器T3的一次侧。信号灯变压器的二次侧的另一端通过整流滤波电路2，电感L2，电流型继电器的常开触点K11连接到副灯丝构成副灯丝供电回路，副灯丝供电回路的两端并联电压互感器T4的一次侧。断丝检测电路包括主灯丝检测电路和副灯丝检测电路。主灯丝检测电路包括电压互感器T3经电压跟随器1，反相比较器1连接到电流型继电器，电流型继电器的常开触点K12连接INT0。副灯丝检测电路包括电压互感器T4经电压跟随器2，反相比较器2，非门1连接INT1。

所述故障信号发送电路为：主灯丝回路的电压互感器T3经电压跟随器1，反相比较器1连接到电流型继电器。电流型继电器的常开触点K12连接到单片机的INT0端。如果主灯丝断丝发生故障时，故障信号经由上述通路由INT0端输入到单片机内部，再由单片机显示到与主控制器相连的显示电路进行显示，并将故障信号进行储存。副灯丝故障信号回路为，电压互感器T4经电压跟随器2，反相比较器2，非门1连接到单片机的INT1端。当副灯丝发生断丝故障时，故障信号经由上述通路由INT1端将故障信号传输到单片机内部，再由单片机将故障信号传输显示到与主控制器相连的显示电路，并将故障信号进行储存。

所述整流滤波电路为：主副灯丝有单独的整流滤波电路，主灯丝的整流滤波电路1的输入端一端连接到变压器的一端，整流稳压电路D1的另一个输入端连接到主副灯丝的公共端，整流桥D1与电容C11 C12构成整流滤波电路1，其输出端经由电感L1连接到主灯丝，主灯丝的两端并联电压型互感器T3的一次侧，整流滤波电路1的输出端的另一端接地。副灯丝的整流滤波电路2的输入端一端连接到变压器的中间端，整流稳压电路D2的另一端连接到主副灯丝的公共端，整流桥D2与电容C21 C22构成整流滤波电路2，其输出端经由电感L2，电流型继电器的常开触点K11连接到副灯丝，整流稳压电路2的输出端的另一端接地。

所述报警电路为：主灯丝的报警电路为：电压互感器T3的输出端连接在电压跟随器1的正向端，电压跟随器1的输出端经由电容电阻滤波器1连接在反相比较器1的反相端。在反相比较器1上与参考电压比较，当灯丝断丝时，输出端将输出高电平，使继电器落下，电流型继电器的常开触点K11，K12闭合，副灯丝回路接通，同时单片机的INT0端接收到低电平信号，单片机内部接收到中断信号，将在主控制器的显示屏上显示断丝的灯位及具体信息，同时主灯丝断丝指示灯S1点亮。副灯丝的报警电路为：电压互感器T4的输出端连接在电压跟随器2的正向端，电压跟随器2的输出端经由电容电阻滤波器2连接在反相比较器2的反相端。在反相比较器2上与参考电压比较，当副灯丝发生断丝时，反相比较器2将输出高电平信号，经由非门1传输到单片机的INT1端，单片机在接收到中断信号后，将在主控制器的显示屏上显示断丝的灯位及具体信息，同时副灯丝断丝指示灯S2点亮。

所述主控制器分别连接上电复位电路、晶体振荡电路、实时时钟电路、键盘及外部数据存储器、看门狗电路、显示屏电路及RS485总线。

      本实用新型的优点和积极效果：

      1 本实用新型采用互感器连接灯丝转换器和断丝灯位指示灯，不影响信号灯原有的点灯电路，便于在现有的铁路系统中进行改造。

2 本实用新型不仅对信号灯的主灯丝，副灯丝都进行在线监测和暖丝，而且还能指示出断丝的信号灯的位置，方便操作工进行维修。

3 本实用新型采用单独的不同的直流供电电压对主灯丝回路，副灯丝回路进行供电，在不影响信号灯点灯的前提下，延长主灯丝，副灯丝的寿命。

附图说明：

      图1为本实用新型整机的示意图；

      图2为本实用新型主控制器及外围电路的示意图；

      图3为本实用新型灯丝转换器的示意图；

      图4为本实用新型整体的信号灯点灯单元及主副灯丝转换器的电路原理图；

      图5为本实用新型的故障信号发生电路与故障信号发送电路的电路图；

      图6为本实用新型的主控制器部分的电路图；

      图7为故障信号发生电路、故障信号发送电路、主控制器的工作电源电路。

以下结合附图和具体实施例对本实用新型作详细说明。

具体实施方式：

      图1为本实用新型整机示意图，整机包括，主控制器，多个采集单元，多个点灯单元，多个灯丝转换器，报警单元组成。其中每个点灯单元与灯丝转换器和采集单元相连，采集单元与报警单元相连，报警单元通过RS485总线与主控制器相连。

图2为本实用新型主控制器示意图，主控制器外围电路包括：上电复位电路，晶体振荡电路，看门狗电路，实时时钟电路，显示屏电路，键盘及外部数据存储器，RS485总线。其中主控制器采用单片机AT89C51。

图3为灯丝转换器的示意图，灯丝转换器包括：整流稳压电路，点灯单元，断丝检测电路，主副灯丝转换电路，故障信号发生电路，故障信号发送电路。其中，整流稳压电路为点灯单元，断丝检测电路，故障信号发生电路，故障信号发送电路提供直流电压。故障信号产生后，由发送电路通过RS485总线将故障信息传送到主控制器内部，通知维修人员维修。

图4为本实用新型点灯单元及主副灯丝转换器的电路原理图。图中T1为变压器，在变压器的二次侧连接主灯丝回路、副灯丝回路。主、副灯丝回路采用不同的电压，满足主灯丝的端电压大于副灯丝回路的端电压。当主灯丝回路工作时，主副灯丝相离较近，副灯丝因长期受主灯丝的烘烤而容易老化，副灯丝回路的端电压低于主灯丝回路的端电压，可以减少对副灯丝的损失，延长副灯丝的寿命。D1为主灯丝供电回路的整流桥，C11 C12为滤波电容，整流滤波电路1的输出连接电感L1，电感L1起暖灯丝作用，减少主副灯丝的切换时间，抑制对主灯丝的冷死冲击，减少损耗，延长灯丝的使用寿命。电感的另一端连接主灯丝，主灯丝两端连接电压型继电器T3的一次侧，在线监测主灯丝的状态，当主灯丝发生断丝，电压互感器T3一次侧两端电压为0，电压互感器T3的二次侧输出为0，电压互感器T3的二次侧经电压跟随器1，滤波电路1，反相比较器1连接电流型继电器J1。当主灯丝断丝，主灯丝回路两端电压为0，电流型继电器发生动作，其常开触点K11闭合，副灯丝回路闭合，信号灯电路切换到副灯丝回路。副灯丝回路：D2为副灯丝供电回路的整流桥，整流桥D2的输出端连接滤波电容C21 C22，整流滤波电路2输出端的正极性端连接电感L2，L2起抑制电流对副丝的灯丝冲击，减少主副灯丝的切换时间，延长副灯丝的使用寿命，减少损耗。副灯丝回路的两端并联电压互感器T4，电压互感器T4对副灯丝进行在线实时监测。

图5为本实用新型的故障信息检测及发送电路的电路图。如图所示电压互感器T3输出端连接在运算放大器1的正相端，运算放大器1的反相端直接与输出端相连，构成电压跟随器1，电压跟随器1的输出端连接由R2 C1构成的滤波电路1，滤波电路1的输出端连接到运算放大器2的反相端，运算放大器的正向端连接由VCC电阻R3组成的电压基准电路。当主灯丝发生断丝故障时，电压互感器T3的输出为低电平，经由电压跟随器1，滤波电路1和反相比较器1输出高电平，驱动电流型继电器动作，使电流型继电器J1的常开触点K11闭合，副灯丝供电回路接通。同时电流型继电器J1的常开触点K12闭合，单片机的INT0端为低电平。电压互感器T4的输出端连接到运算放大器3的正相端，运算放大器3的反相端连接到输出端构成电压跟随器2。电压跟随器2的输出端连接由电阻R5和电容C2组成的滤波电路2，滤波电路2的输出端连接到运算放大器4的反相端，运算放大器4的正向端连接由电阻R6电压VCC构成的基准电压电路，由此运算放大器4构成反相比较器2。反相比较器2的输出端经由一个非门1连接到主控制器AT89C51单片机的INT1端。当副灯丝发生断丝故障时，电压互感器T4二次端输出为低电平信号，经由电压跟随器2，滤波电路2，反相比较器2输出高电平信号，再经由非门1输出低电平。

图6为本实用新型的主控制器部分的电路图。如图所示主控制器是由单片机AT89C51及外围电路组成。由晶体振荡器，电容C3 C4构成主控制器AT89C51的时钟电路，电容C5，电阻R8构成上电复位电路。在单片机AT89C51的P1.0 端经由电阻R9 连接发光二极管S1，构成主灯丝断丝指示回路，其中电阻R9起到限流作用。当主灯丝断丝，单片机的INT0端接收到低电平信号，P1.0端将输出低电平信号使发光二极管S1被点亮。P1.1的输出端由R7连接发光二极管S2，构成副灯丝断丝指示回路。电阻R7起到限流作用。当副灯丝发生断丝故障，单片机的INT1端接收到低电平信号，将驱动P1.1端输出低电平信号，使发光二极管S2被点亮。单片机的INTO端接电流型继电器J1的常开触点K12。

图7为故障发生、发送电路，主控制器的工作电源电路。其中故障发生、发送电路的运算放大器的工作电压为+5V，主控制器单片机AT89C51的工作电压为+5V。LM7805的输入端连接图4中整流滤波电路1的输出端，LM7805的输出端连接由C10 C13组成的滤波电路，滤波电路的输出端连接VCC，作为主控制器，故障发生及发送电路的工作电源。

本实用新型具有对铁路信号机灯丝进行断丝自动转换，主副灯丝在线监测的功能，采取主副灯丝点灯电压不同，在主副灯丝回路分别连接暖丝电感等方法减少对灯丝的损害，延长灯丝的寿命，同时减少了主副灯丝的切换时间，保证信号的连续性。采用了电压互感器对主副灯丝进行在线的监测，隔离了信号灯回路与报警回路的联系，便于在现有的铁路系统中进行改造。本实用新型没有采用大量的电子设备，减少了继电器的误动作，保证了系统的安全可靠性。由于采用了在点灯丝上采样报警的原理，可以直接指示断丝的灯位，成为独立完整的断丝报警系统，其覆盖面可到达站内或区间的所有信号机及其灯位。

本实用新型采用电压互感器作为灯丝状态的采集元件，摒弃了以往采用电流信号作为灯丝断丝信号的原理，减少了电流电压的转换环节，使电路较以往的电路更易于实现。

本实用新型与现行的信号设备均能结合，有独立的接口电路，通过接口电路可驱动简单的声光报警电路，液晶显示电路，与现行的微机相连，在显示屏上显示，灯丝的实时状态，并显示断丝灯位的详细信息，方便维修人员的维护。

本实用新型不需要铺设单独的报警电缆通道，因此，可节省大量的铜材，降低投资费用，有较高的经济效益。

Claims (4)

1. 一种列车信号机灯丝转换报警装置，其特征在于该装置包括点灯单元，灯丝转换器，采集单元，报警单元，主控制器；

所述点灯单元与所述的灯丝转换器相连，采集单元与灯丝转换器及点灯单元相连；

所述的采集单元与所述的报警单元相连，报警单元通过RS485总线电路与主控制器连接；

所述的主控制器分别连接上电复位电路、晶体振荡电路、实时时钟电路、键盘及外部数据存储器、看门狗电路、显示屏电路及RS485总线。

2.根据权利要求1所述的列车信号机灯丝转换报警装置，其特征在于所述的灯丝转换器由主副灯丝转换电路、断丝检测电路、故障信号发生电路，故障信号发送电路及稳压整流电路组成；其中整流稳压电路与断丝检测电路、故障信号发生电路、故障信号发送电路、信号灯点灯单元相连；信号灯点灯单元与主副灯丝转换电路相连；主副灯丝转换电路与断丝检测电路相连；断丝检测电路与故障信号发生电路相连；故障信号发生电路与故障信号发送电路相连。

3.根据权利要求2所述的列车信号机灯丝转换报警装置，其特征在于所述的信号灯点灯单元采用由整流桥、滤波电容组成的整流滤波电路供电，同时在信号灯点灯单元中串接用于对主副灯丝进行暖丝和抑制冷死冲击电流的电感。

4.根据权利要求2所述的列车信号机灯丝转换报警装置，其特征在于该装置同时设置用于在线实时监测主副灯丝状态的电压互感器，电压互感器的一次侧连接在信号灯供电回路中，二次侧分别连接在故障信号发送电路的输入端。

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