CN209159731U - 单频谐振式列车占压检测设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了单频谐振式列车占压检测设备，至少包括智能轨道模块、发送匹配单元、接收匹配单元、电容盒和短路线，其中，电容盒设置在两钢轨之间，用于与钢轨连接并形成一定谐振频率的轨道谐振回路；短路线设置在两钢轨的端部，用于限制轨道电流的流动范围；智能轨道模块中设置发送单元和接收单元，发送单元与发送匹配单元相连接，用于产生与轨道谐振回路谐振频率相同的谐振控制信号，并通过发送匹配单元传输至轨道谐振回路；接收单元与接收匹配单元相连接，用于接收经轨道谐振回路、接收匹配单元后的谐振控制信号；智能轨道模块用于根据所接收到的谐振控制信号的变化判断列车是否进入检测区域。

Description

单频谐振式列车占压检测设备

技术领域

本实用新型属于轨道列车检测技术领域，具体涉及一种有轨电车专用智能化全电子执行单元的单频谐振式列车占压检测设备。

背景技术

目前在国内有轨电车建设项目中，由于国内有轨电车专用轨道电路尚无成熟型产品，有轨电车道岔区列车空闲/占用检测设备通常只能选用计轴设备或进口的有轨电车专用轨道电路，而实际工程中计轴安装在共用路权空间受干扰的情况时有发生，且不能与车辆本身的磁轨制动很好的匹配，容易导致产生红光带，而轨道电路又完全依靠进口，且两者造价都相对较高。

因此急需研发具有自主知识产权的有轨电车专用轨道电路，以应用于现有国内有轨电车轨道控制，同时，在后续的国内有轨电车建设中，正线道岔区配置有轨电车专用轨道电路的方案将成为一种趋势。单频谐振式轨道电路无需绝缘节，可对轨道占用、空闲或断轨进行检测，且在设备发生故障时，故障导向安全；谐振式轨道电路具有易调试、易安装、抗干扰性能强等优点，完全满足铁路上对于可用性、可靠性、可维护性和安全性的需求。

故，针对现有技术的缺陷，实有必要提出一种技术方案以解决现有技术存在的技术问题。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种单频谐振式列车占压检测设备，从而实现有轨电车钢轨上车辆的占用或空闲检测，保证电车在联锁区域行车安全。

为达到上述发明目的本实用新型所采用的技术方案如下：

一种单频谐振式列车占压检测设备,至少包括智能轨道模块、发送匹配单元、接收匹配单元、电容盒和短路线，其中，

所述电容盒设置在两钢轨之间，用于与钢轨连接并形成一定谐振频率的轨道谐振回路；

所述短路线设置在两钢轨的端部，用于限制轨道电流的流动范围；

所述发送匹配单元与接收匹配单元与两钢轨相连接，用于在轨道谐振回路中传输谐振控制信号；

所述智能轨道模块中设置发送单元和接收单元，所述发送单元与发送匹配单元相连接，用于产生与轨道谐振回路谐振频率相同的谐振控制信号，并通过发送匹配单元传输至轨道谐振回路；

所述接收单元与接收匹配单元相连接，用于接收经轨道谐振回路、接收匹配单元后的谐振控制信号；

所述智能轨道模块用于根据所接收到的谐振控制信号的变化判断列车是否进入检测区域。

作为进一步改进，所述智能轨道模块还用于根据所接收到的谐振控制信号的变化判断设备是否出现故障。

作为进一步改进，所述发送单元和接收单元通过电缆分别与发送匹配单元和接收匹配单元相连接。

作为进一步改进，所述智能轨道模块还设置显示单元，所述显示单元用于显示发送单元状态(电压、电流、频率)、接收单元状态(电压、频率)、板卡健康状态、通道故障状态相关信息。

作为进一步改进，所述智能轨道模块具有独立的地址，通过拨码开关设置不同的模块编码组合的方式进行标识，当模块编码与机笼槽位地址一致时，智能轨道模块才能正常工作。

作为进一步改进，所述发送单元和接收单元均采用二取二方式。

作为进一步改进，所述发送单元中，谐振控制信号采用PWM方式产生，通过安全与门进行二取二表决，以控制PWM驱动器开关状态；同时对发送信号逐级采集检测，检测频率与发送频率不符立即停止发送。

作为进一步改进，所述智能轨道模块还设置以太网接口、RS485 接口以及继电器接点，以用于与外接控制设备相连接。

作为进一步改进，所述智能轨道模块还电源监测单元，所述电源监测单元用于对模块工作电压、电流进行监测。

作为进一步改进，所述智能轨道模块中产生的谐振控制信号为 20KHz～30KHz的单频信号。

作为进一步改进，所述的发送匹配单元设置发送盒，并采用防水灌封，外接线为35mm2多股铜线，用于向轨道区段发送单频功率信号。

作为进一步改进，所述的接收匹配单元设置接收盒，并采用防水灌封，外接线为35mm2多股铜线，用于接收轨道区段内的单频功率信号。

作为进一步改进，所述电容盒采用防水灌封，外接线为35mm2多股铜线，与钢轨电感并联形成与发送单一频率相同的并联谐振。

作为进一步改进，所述的电缆采用两芯屏蔽专用电缆，敷设要满足相关技术规范。接头要做防水处理。单根电缆长度一般不超过200 米。

作为进一步改进，所述短路线，将轨道电路两端用120mm2多股铜线短路，构成一个封闭回路。

采用本实用新型的技术方案，通过接收谐振控制信号的变化，从而方便准确地实现了轨道占用、空闲或断轨进行检测，且在设备发生故障时，故障导向安全，有效保障了列车在正线轨旁联锁区段的行车安全。

附图说明

图1是单频谐振式列车占压检测设备示意图；

图2是单频谐振式列车占压检测设备中智能轨道模块发送单元原理图；

图3是单频谐振式列车占压检测设备中智能轨道模块接收单元原理图。

具体实施方式

如图1所示，单频谐振式列车占压检测设备,至少包括智能轨道模块、发送匹配单元、接收匹配单元、电容盒和短路线，其中，把钢轨作为电感而不是作为导线，轨道电路的绝缘节是两根钢轨间加装短路线限制电流的流通范围(即：物理上为无绝缘)，为使钢轨的感抗加大，采用了比较高的频率20KHZ～30KHZ，为了增加电流的传输距离，系统采用了并联谐振(钢轨与电容盒并联)的工作模式。

在图1中，所述电容盒设置在两钢轨之间，用于与钢轨连接并形成一定谐振频率的轨道谐振回路；

短路线设置在两钢轨的端部，用于限制轨道电流的流动范围；

发送匹配单元与接收匹配单元与两钢轨相连接，用于在轨道谐振回路中传输谐振控制信号；

智能轨道模块中设置发送单元和接收单元，所述发送单元与发送匹配单元相连接，用于产生与轨道谐振回路谐振频率相同的谐振控制信号，并通过发送匹配单元传输至轨道谐振回路；

接收单元与接收匹配单元相连接，用于接收经轨道谐振回路、接收匹配单元后的谐振控制信号；

智能轨道模块用于根据所接收到的谐振控制信号的变化判断列车是否进入检测区域。

当然，智能轨道模块还用于根据所接收到的谐振控制信号的变化判断设备是否出现故障。

上述技术方案实现的原理如下：

在发送单元中产生一个与轨道电路谐振频率相同的正弦波功率信号通过电缆、发送匹配单元内的限流电感和匹配变压器送到发送一侧的钢轨轨面，经钢轨传送到接收端的接收匹配单元，再经接收匹配单元内的变压器、电缆传送到接收单元，接收单元分析接收到的信号幅度、频率成分判断是否为发送单元送来的正常信号，通过判断列车未进入该区段，控制轨道继电器(GJ)吸起并通过以太网通信接口或继电器接点向区域控制器发出该区段空闲信息。当有车进入该区段(发送匹配单元和接匹配单元之间)时，钢轨被列车轮对短路，发送匹配单元发出的信号大部分经轮对回流。同时由于钢轨的电感量改变，使得谐振频率发生变化，回路不再与信号频率谐振，这样回路的阻抗也大大提高，接收单元得到的信号电压大大降低。接收单元通过判断(有效信号幅值已低于门限)，控制轨道继电器(GJ)落下并通过以太网通信接口或继电器接点向区域控制器发出该区段占用信息。

当设备发生故障时，现场设备如果发生故障会造成接收单元得不到正常信息，造成系统进入分路状态(系统的安全侧)；发送单元进行实时自检，如果发现频率、幅值不正确或偏差过大，停止发送信息；接收单元得不到信息自动进入分路状态(系统的安全侧)；接收单元也进行实时自检，如果发现系统工作不正常，自动停止对外输出也会使系统进入分路状态(系统的安全侧)，发现问题自动导向系统的安全侧。

如图2所示，智能轨道模块的发送单元产生及发送谐振频率，通过安全与门进行二取二表决，控制PWM驱动器开关状态，并对发送的信号进行实时自检，如果发现频率、幅值不正确或偏差过大，立即停止对外发送。

如图3所示，智能轨道模块的接收单元实时采集电压及频率，根据采集结果，判断区段状态占用、空闲状态；智能轨道模块的发送端和接收端都采用双处理器(2取2安全比较)相互校验，发现问题自动导向系统的安全侧。

在一种优选实施方式中，智能轨道模块具有状态显示功能，具体的，设备面板提供两块0.96寸128×64位LCD液晶屏，分别显示发送端(电压、电流、频率)、接收端(电压、频率)、板卡健康状态、通道故障状态等相关信息。

在一种优选实施方式中，智能轨道模块设置标识功能，模块具有独立的地址，通过拨码开关设置不同的模块编码(4位)组合的方式进行标识，当模块编码与机笼槽位地址一致时，智能轨道模块才能正常工作。

在一种优选实施方式中，智能轨道模块设置监测数据通信功能，模块工作状态、轨道占压状态、轨道电路工作频率、接收电压及发送电压、电流等进行监测，并将监测数据发送至监测模块。

进一步的，智能轨道模块有两种工作模式，调试工作模式和运行工作模式，可通过面板上的钥匙开关来切换；在调试工作模式下，通过采集4个按键对单频谐振式轨道电路发送及接收频率、接收门限电压等，通过选择手动或自动模式进行设定。自动模式设定时，发送端将发送频率同步至接收端，由接收端根据接收频率与发送频率进行比较。在运行模式下，设备正常工作，对区段状态进行实时检测；在该模式下，不可对信号频率和接收端门限进行调整，运行模式下关闭对信号频率和接收端门限的调整。运行工作模式下可以通过4个按键切换LCD显示内容，查看工作频率、发送电压、接收电压等。

在一种优选实施方式中，智能轨道模块产生及发送谐振频率，发送单元采用PWM方式产生20KHz～30KHz的单频信号，通过安全与门进行二取二表决，控制PWM驱动器开关状态。并对发送信号逐级采集检测，检测频率与发送频率不符立即停止发送。

在一种优选实施方式中，智能轨道模块对轨道的占用、空闲状态，通过单频谐振式轨道电路进行采集，轨道电路信号的接收采用二取二方式，采集内容应包括电压及频率，根据采集结果判断区段状态。

在一种优选实施方式中，智能轨道模块还设置故障-安全功能，轨道模块安全相关功能发生故障时，依据组合式故障安全原则，模块应能通过二取二表决方式，对驱动、采集表决结果不一致，数据通信表决结果不一致进行识别，表决结果不一致，不能驱动与门动作。依据反映式故障安全原则，对继电器输出端进行回采，回采结果与驱动结果不一致，不能驱动与门动作；对电源电压监测进行检测，电源电压超限，不能驱动与门动作。依据固有式故障安全原则，模块应采用具有强制导向结构的安全与门，故障发生时与门导向安全侧，不应向联锁机传送可能导致危险的错误信息。

在一种优选实施方式中，智能轨道模块还设置数据通信功能，采用背板接口，对外通过2路百兆以太网的方式构成冗余网络，输出轨道状态、工作状态等信息。其中百兆以太网上的数据，采用安全通信协议传输，分为周期数据与触发数据两种，数据处理时间小于200ms，具有一定的抑制网络风暴能力。

在一种优选实施方式中，智能轨道模块还设置电源监测功能，轨道模块应对模块工作电压、电流进行监测。当输入电压超过工作电压 (DC23～25V)、输入电流超过工作电流(3A)时，模块电源应能通过 TVS管进行电压防护，保险丝进行电流防护，防止设备损坏；当工作电压过低时，控制器无法工作，模块应进入故障-安全模式，智能轨道模块通信不输出或状态表示安全继电器输出占用状态，以防护电源单点故障。

在一种优选实施方式中，智能轨道模块还设置轨道状态表示功能，对采集到的轨道状态通过安全继电器输出，并对安全继电器的输出节点进行回采校验。输出采用二取二表决方式，表决不一致不驱动继电器。节点回采采用二取二表决方式，表决不一致故障-安全。

在一种优选实施方式中，发送匹配单元设置发送盒，并采用防水灌封，外接线为35mm2多股铜线，用于向轨道区段发送单频功率信号。

在一种优选实施方式中，接收匹配单元设置接收盒，并采用防水灌封，外接线为35mm2多股铜线，用于接收轨道区段内的单频功率信号。

在一种优选实施方式中，电容盒采用防水灌封，外接线为35mm2 多股铜线，与钢轨电感并联形成与发送单一频率相同的并联谐振。

在一种优选实施方式中，电缆采用两芯屏蔽专用电缆，敷设要满足相关技术规范。接头要做防水处理。单根电缆长度一般不超过200 米。

在一种优选实施方式中，短路线采用120mm2多股铜线短路，构成一个封闭回路。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.单频谐振式列车占压检测设备,其特征在于，至少包括智能轨道模块、发送匹配单元、接收匹配单元、电容盒和短路线，其中，

所述电容盒设置在两钢轨之间，用于与钢轨连接并形成一定谐振频率的轨道谐振回路；

所述短路线设置在两钢轨的端部，用于限制轨道电流的流动范围；

所述发送匹配单元与接收匹配单元与两钢轨相连接，用于在轨道谐振回路中传输谐振控制信号；

所述智能轨道模块中设置发送单元和接收单元，所述发送单元与发送匹配单元相连接，用于产生与轨道谐振回路谐振频率相同的谐振控制信号，并通过发送匹配单元传输至轨道谐振回路；

所述接收单元与接收匹配单元相连接，用于接收经轨道谐振回路、接收匹配单元后的谐振控制信号；

所述智能轨道模块用于根据所接收到的谐振控制信号的变化判断列车是否进入检测区域。

2.根据权利要求1所述的单频谐振式列车占压检测设备，其特征在于，所述智能轨道模块还用于根据所接收到的谐振控制信号的变化判断设备是否出现故障。

3.根据权利要求1或2所述的单频谐振式列车占压检测设备，其特征在于，所述发送单元和接收单元通过电缆分别与发送匹配单元和接收匹配单元相连接。

4.根据权利要求1或2所述的单频谐振式列车占压检测设备，其特征在于，所述智能轨道模块还设置显示单元，所述显示单元用于显示发送单元状态、接收单元状态、板卡健康状态、通道故障状态相关信息；其中，发送单元状态至少包括电压、电流和频率；接收单元状态至少包括电压和频率。

5.根据权利要求1或2所述的单频谐振式列车占压检测设备，其特征在于，所述智能轨道模块具有独立的地址，通过拨码开关设置不同的模块编码组合的方式进行标识，当模块编码与机笼槽位地址一致时，智能轨道模块才能正常工作。

6.根据权利要求5所述的单频谐振式列车占压检测设备，其特征在于，所述发送单元和接收单元均采用二取二方式。

7.根据权利要求6所述的单频谐振式列车占压检测设备，其特征在于，所述发送单元中，谐振控制信号采用PWM方式产生，通过安全与门进行二取二表决，以控制PWM驱动器开关状态；同时对发送信号逐级采集检测，检测频率与发送频率不符立即停止发送。

8.根据权利要求1所述的单频谐振式列车占压检测设备，其特征在于，所述智能轨道模块还设置以太网接口、RS485接口以及继电器接点，以用于与外接控制设备相连接。

9.根据权利要求1或2所述的单频谐振式列车占压检测设备，其特征在于，所述智能轨道模块还电源监测单元，所述电源监测单元用于对模块工作电压、电流进行监测。

10.根据权利要求1或2所述的单频谐振式列车占压检测设备，其特征在于，所述智能轨道模块中产生的谐振控制信号为20KHz～30KHz的单频信号。