1、股道占用智能判别系统2006 年 3 月第 42 卷第 3 期铁道通信信号RAII.WAYS1GNAIIINGCOMMUNICATIONMarch.2006VOI.42NO.3股道占用智能判别系统李剑波高晓蓉摘要:鉴于目前广泛使用的轨道电路出现的工作不可靠问题 ,设计了一种新的股道占用智能判别系统.系统由电感式接近传感器,可编程控制器(PLC)和显示控制中心组成,可以对股道是否被占用进行有效判别,可作为轨道电路的辅助判别.关键词:股道占用,电感式传感器,可编程控制器,脉冲展宽Abstract:Asthereliabilityofwidelyappliedtrackcircuitisundesi
2、rable,anintelligenttrackOCcupationjudgmentsystemisdesigned,whichconsistofinductivesensors,PICanddisplaycontrolcenter.Thesystemcandistinguishtrackoccupationeffectivelyandcanbeusedasanaidedjudgmentfortrackcircuit.Keywords:Trackoccupation,Inductivesensor,Programmablecontroller,Pulsewidening目前我国电气化区段广泛采
3、用 25Hz 相敏轨道电路.由于该制式抗电气化脉冲干扰能力差,经常出现“ 闪红 “的问题 .当站内侧线 25Hz 相敏轨道电路叠加了移频机车信号区段后,还会出现一些比较难处理的问题,如当站内侧线移频化股道或轨道电路区段有列车占用时,相应区段分路残压均在12l6V 之间波动,电气特性参数远高于二元二位轨道继电器可靠落下值 7V.另外由于轨面污染和锈蚀,特别是高磷闸瓦的使用,使轨道电路的可靠性降低.基于该轨道电路的不足和站内股道占用监测工西南交通大学理学院 610031 成都*在凑硕士*教授收稿日期:20050920进步.目前已经在全国 100 多个车站使用,效果良好.参考文献l 费锡康.无绝缘轨
4、道电路原理及分析M.北京:中国铁道出版社,1993:96109.2 吴运熙.铁道信号抗电力牵引电流的干扰M.北京:中国铁道版社,1992:136148.3 钱照明,程肇基.电磁兼容设计基础及抗干扰抑制技术M.杭州 :浙江大学出版社,2000:l8921O.4 张占松,蔡宣 i.开关电源的原理与设计M.电子工业版社,1998:430462(责任编辑: 温志红)作中出现的不可靠性,提出了一种新的股道占用智能辅助判别系统.该系统采用电感式接近传感器检测,对钢轨的导电性没有依赖,因而从原理上解决了轨道电路的不足.1 系统原理及组成股道占用判别系统是在计轴技术基础上,综合采用电感式传感器技术,计算机图像
5、显示技术,语音处理技术及多线程技术,实现了股道(区段)占用/空闲状态在线,动态,实时自动检测.在区段的进出口处分别安装 2 对电感式传感器,进口处传感器记录进入该区段的轮对数,出口处记录离开该区段的轮对数,当进入的轮对数等于离开的轮对数时,判别区段空闲;当进入的轮对数大于离开的轮对数时,判别区段占用.该系统由电感式接近传感器,可编程控制器(PLC)和显示控制中心组成.系统组成如图 1 所示.图 1 股道占用判别系统组成图2 系统功能和特点该系统具有以下功能:在线实时动态图像显铁道通信信号 2006 年第 42 卷第 3 期示,语音报告股道(区段) 占用/空闲状态;在线实时动态显示股道(区段)
6、内轮对数;自动存储股道(区段)占用/空闲状态变换数据;自诊断和自检测功能可实时动态监测关键硬件工作状态,及时发现故障,及时排除,保证系统长期稳定工作;自动解锁股道,当系统出现 T 作异常时,可人工解锁股道利用扩展模块,可增加监测股道数 ;可有效去除金属异物,单边轮工务车,轨道摩托的干扰;可与行车调度指挥系统,列车控制系统进行数据交换,协调工作.以成都铁路局资阳站为例,传感器组安装示意图如图 2 所示.在区段的进出口处分别安装 2 对电感式接近传感器,根据传感器探测到的信号判别轮对的存在,并输出 420mA 电流信号.PLC 一方面对电感式传感器所探测到的信号进行初步辨向,计数,并将数据上传至显
7、示中心的工控机;另一方面与控制室的数据处理中心保持通信,接收控制信号,发送现场各进出口的轮对数数据及传感器,微处理器的状态信号.由工控机接收 PLC 上传的数据进行逻辑分组,判别轮对运动方向并计算轮对通过的数量,对数据进行处理并判别股道是否被占用.当进入的轮对数等于离开的轮对数时,该区段空闲;当进入的轮对数大于离开的轮对数时,该区段占用.图 2 传感器组的安装示意图以图 2 为例,轨遭的占用由其两端的传感器组判别,道岔则由与之相邻的 3 组传感器组判别.例如:由 7,8 组传感器判别 4 道是否被占用,由 1,2 和 7 组传感器判别第 1 个道岔区段的占用情况.确定轮对方向后,计算区段轮对数
8、时,若相邻的区段轮对数增加,则该区段轮对数就减少.每组传感器的安装要确保当车轮通过时,2 个传感器同时输出感应信号.另外,通过改变传感器的安装距离可解决轨道摩托,电务轨道车等引起的非正常占用问题.当传感器的安装距离等于轨道摩一12 一托的轮轴距时,可以通过分析其检测信号的特点来判别是否正常占用.该系统具有高可靠性,不改变现用的电气集中等特点,可以和轨道电路并行工作,相互独立,互不干扰;可大量存储数据;图像输出显示信息丰富;输出方式灵活;自诊断和自检测能力强,易于维护;扩容方便;联网容易;维护工作量小.3 模块设计3.1 信号采集模块接近式传感器将列车轮对经过的位移信号转换为电信号进行输出.电感
9、接近式传感器的基本 T 作系统由探头,延伸电缆,前置器以及被测体构成.前置器中高频振荡电流通过延伸电缆流入探头线圈,产生交变的磁场.如果在这一交变磁场的有效范围内有被测金属体靠近,则在此金属表面产生感应电流.同时,该电涡流也产生一个方向与头部线圈方向相反的交变磁场,使总的磁场发生变化,振荡电路发生振荡.当磁场稳定后停止振荡,从而达到开关(输出高低电平)的目的 .电感式传感器就是根据这一原理实现对金属物体的位移和振动参数的测量,并经过信号处理,实现对被测信号的采集.由于站内有高电压影响,可利用前置电路将传感器产生的电流信号转换为电压信号,并使用光隔离技术以及屏蔽电缆线,对信号进行传输,以减小外界
10、对信号的干扰.该系统中选用的传感器为德国图尔克公司的 NI20UM30 一 AN6X 型电涡流传感器.3.2 脉冲展宽模块该模块的主要作用就是将信号传输模块传输来的信号进行展宽,以便于在下一模块中被 PLC 顺利读取,其电路原理图如图 3 所示.图 3 脉冲展宽模块电路原理图该模块由 1 个 555 定时器构成 1 个标准的24ms 信号输出模块.脉冲宽度丁 w 由 R 和 C 控制,RAIIWAYSIGNAIIINGCOMMUNICATIONVo1.42No.32006TwRCIn31_1RC.24ms 脉冲信号与输入信号通过 7408 芯片相与,即可得到所要求的信号脉冲,(将传感器传输来的
11、脉冲宽度不足 24ms 的信号展宽到 24ms),而对于脉冲宽度大于 24ms 的信号,则按照其本身宽度进行输出,这样就可保证不会有数据丢欠.3.3PLC 信号处理模块该模块的主要作用是对经过脉冲展宽的信号进行采集和预处理.电感传感器安装在各股道(区段)的出人口处,每处安装 1 对传感器 K 和 K.K 和 K 间距d 的确定,可确保当车轮通过 K 时,由传感器 K输出感应信号;当车轮运行到 K 和 K 中间时,2个传感器同时输出感应信号;当车轮通过 K 时,由 K 输出感应信号.这样当车轮通过时,K 和K.输出 2 路有一定相位差的脉冲信号.PLC 以此完成辨向和计数.处理流程如图 4 所示
12、.图 4PIC 程序流程图上电复位后,首先进入初始化程序,随即进入循环主程序.采集传感器 K,K.输出脉冲,软件滤除干扰脉冲;方向判别,计数,如 K 相位超前 K.,为正向运行,正向计数器加 1,反之,反向运行,反向计数器加 1;传感器,微处理器故障自诊断,有故障时产生对应的故障代码;与控制室数据处理中心通信交换数据,有清零指令,则计数器清零,上传计数值,无清零指令,则直接上传计数值.可编程控制器选用了日本三菱公司的 FX2 系列产品,它的基本单元或扩展模块可以构成 I/o点数为 16256 点的 PLC 系统.利用扩展模块,以 8 为单位增加输入输出点数,也可以只增加输入点数或者输出点数,因
13、此该系统具有良好的可扩展性能.3.4 通信与处理显示模块该模块主要是使用 RS 一 485 接口标准,将经过PLC 处理的信号传输至上位机进行处理.上位机对 PLC 上传数据的处理软件流程如图 5 所示.图 5 软件处理流程图4 结束语该系统的设计充分考虑了实际情况,对实际中出现的干扰,误判进行了有效排除,实现了对股道占用情况的可靠判别.作为一种轨道电路的辅助判别工具,具有高可靠性,不改变既有电气集中,可存储数据量大,输出显示信息丰富,方式灵活,扩容方便,联网容易等优点.另外,该系统从原理上解决了轨道电路的不足,提高了站内股道占用监测工作的安全性.参考文献1 何文卿.6502 电气集中铁路 CM3.北京:中国铁道出版社,1997,6.2 康华光.电子技术基础M3.北京:高等教育出版社,2000,6.3 路林吉.可编程控制器原理及应用M.北京:清华大学出版社,2002,9.(责任编辑: 温志红)
