机车信号论文.doc

1、北京交通大学毕业设计论文1第一章 机车信号的阐述和组成及工作原理1.1 机车信号的描述随着铁路跨越式飞速发展和铁路装备的现代化技术的日益成熟，主体机车信号设备技术研制经不断改进和完善；该技术以通过铁道部科技成果鉴定。该系统设备采用“二取二”的容错安全结构，32 位浮点 DSP 数字信号处理器，频域、时域相结合的分析方式，双线圈感应器接收，以及一体化的大容量机车信号记录器等。这些完善的技术设计，安全性的软硬件结构，为机车信号主体化提供了基础保障。 本文介绍的主体机车信号系统是列车运行安全保证的重要设备，而且有效的提高了司机工作效率，保证了行车安全。机车信号设备是采用高速数字信号处理技术、双套冗余

2、设计的新一代机车信号设备，机车信号设备的主要性能指标符合技术条件，抗干扰性能达到标准，硬件设备符合信号故障倒向安全的原则。1.2 机车信号的用途和适用范围1.2.1 机车信号的主要用途及特点接收轨道电码化信息，然后进行译码点灯，同时将译码信息送给监控，以便监控做出相应的控制。机车信号设备采用双机主从热备冗余方式，系统主机由 A、B 两组完全独立的控制单元组成。机车信号设备具有大容量记录功能。通过专用转储设备将所记录数据转送到地面微机，由地面分析系统进行数据分析、图形再现。机车信号设备设有上下行开关，设备自身可对上下行信号自动识别，因此不必关心其位置。1.2.2 机车信号的适用范围机车信号设备适

3、用于各种闭塞制式的要求，也适用于铁路电化和非电化区段。满足接收通用性的要求。该设备可以接收以下各种制式的信号：移频18 信息（含移频 4 信息） 、ZPW-2000 系列（含 UM71） 、50Hz（25Hz）交流计数、极频。使用专用机车感应器和 LED 八显示灯机构。可与 LKJ-93 型、2000北京交通大学毕业设计论文2型列车监控结合，并向其提供所需信息。1.2.3 机车信号的工作环境机车信号的工作环境应保持周围空气温度在-25+55之间， 周围空气相对湿度不大于 90%(温度为 25时)；大气压力 74.8kPa106kPa（相对海拔高度 2500m 以下） ，另外，设备应安装在能防止

4、风、沙、雨、雪直接侵入的车体内。以上是机车工作的最佳环境。1.3 系统组成主体化机车信号车载设备由主体化机车信号主机、机车信号接线盒、机车信号感应器、机感接线盒、八显示灯机构、通信分线盒及电缆配线等部分组成。1 机车信号主机： 1 台2 机车信号接线盒： 1 台3 机车信号感应器： 4 支4 机感接线盒： 2 个5 八显示灯机构： 2 台6 通信分线盒： 1 个1.4 系统工作原理主体化机车信号车载设备，通过安装在机车第一轮对前面的接收线圈接收到轨面信息，送给机车信号主机，主机通过模数变换、数字信号处理一系列译码处理过程将译码结果，显示于安装在司机室的显示器上，指导司机行车，并可通过地面处理系

5、统对机车信号运行过程中采集的有关动态信息进行读取分析。系统构成框图见图 1-1 所示北京交通大学毕业设计论文3第二章 机车信号主要技术条件2.1 总体要求主体机车信号系统是由地面设备和车载设备构成的系统，设备的研究、设计应按系统考虑。该系统应满足“故障-安全”原则。轨道电路和站内电码化是主体机车信号系统的地面设备，地面设备应保证提供正确的机车信号信息。主体机车信号系统应解决邻线干扰问题，可通过相邻线路的轨道电路采用不同的信号载频，由车载设备锁定接收本线载频来防止邻线干扰；当与邻线载频相同或车载设备不能锁定某一载频时，轨道电路设计时应保证邻线干扰不会造成机车信号错误显示。站内应采用与区间同制式的

6、轨道电路或实现闭环电码化。机车信号车载设备应具有数据记录的功能，便于设备运用、维护、故障分析。主体机车信号车载设备应具有与列车运行监控记录装置的通信接口。主体机车信号车载设备应兼容通用机车信号设备功能，主体机车信号的显示与非主体机车信号的显示应有明显区别。在轨道回流为 1000A、不平衡系数 10%的电气化区段，主体机车信号车载设备应能正确译码。对于特殊区段，抗电气化干扰的能力应根据实际要求确定。总则，1.机车信号应保证行车安全，提高运输效率，改善司机劳动条件，可靠安全性是至关重要的指标之一，是衡量该系统是否具有生命力的关键要素，不仅要求少发生故障，而且要求符合信号故障导向安全的原则，确保行车

7、安全。2.机车信号设备应能满足各种机车的安装需要。 3.机车信号设备应该能与地面信号系统相结合，形成统一而有效的运行过程。4.机车信号设备具有大容量的记录功能，通过专用转储设备将记录数据转送到地面微机进行数据分析和图形再现。北京交通大学毕业设计论文42.2 主要技术参数机车信号工作输入电压范围应在 DC77137V 之间，功耗小于 33W。机车信号工作输出电压要求如下：(a)、点灯电压输出 DC452V/200mA。(b)、速度等级信号输出 DC452V/40mA。机车信号 CPU 系统采用 32 位 DSP，记录数据容量为 128MB，记录密度为 8KB/S，数据转储接口是 USB1.1，转

8、储速度为 6MB/S。在主机双套热备的条件下，当其中一套主板故障时，系统自动转换到另一套主板工作的时间应不大于 0.5S；当其中一套执行板故障时，系统自动转换到另一套执行板工作的时间应不大于 1S。2.3 机车信号显示关系（1） 机车信号在移频自动闭塞 18 信息、4 信息载频频率为：上行线 650Hz及 850Hz；下行线 550Hz 及 750Hz；频偏55Hz；载频漂移4Hz；低频频率变化范围0.12Hz。表 2-1 上、下边频频率：载频频率 Hz 下边频频率 Hz 上边频频率 Hz550 495 605650 595 705750 695 805850 795 905（2） 移频 18

9、 信息表 2-2 移频 4 信息信号显示 绿灯（L） 黄灯（U） 双黄灯（U/U） 红黄灯（H/U）低频频率 11Hz 15Hz 20Hz 26Hz北京交通大学毕业设计论文5表 2-3 移频 18 信息序 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10低频频率（Hz） 7.0 8.0 8.5 9 9.5 11 12.5 13.5 15 16.5信号显示 L LU L L LU LU U U2SD 输出 101 110 110 001 010 001 010 001序号 11 12 13 14 15 16 17 18低频频率（Hz） 17.5 18.5 20 21.5 22.5 23.5 24.5

10、 26 无码 无码信号显示 U2S UU UUS UU HU HU HU H BSD 输出 101 001 101 010 110 010 001 100 001(3)、移频 UM71 及 ZPW-2000 载频频率要求为：上行线 2000Hz 及 2600Hz；下行线 1700Hz 及 2300Hz；频偏11Hz；载频漂移0.3Hz；低频频率变化范围0.12Hz。表 2-4 移频 UM71 及 ZPW2000 信息序 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10低频频率（Hz） 10.3 11.4 12.5 13.6 14.7 15.8 16.9 18 19.1 20.2信号显示 L L L

11、 LU U2 U U UU UUS U2SSD 输出 110 001 101 001 001 101 010 001 101 101序 号 11 12 13 14 15 16 17 18低频频率（Hz） 21.3 22.4 23.5 24.6 25.7 26.8 27.9 29 无码 无码信号显示 HU U LU HUS HU H H BSD 输出 110 001 110 101 001 100 100 001(4)、交流计数制式(a)在非电化自动闭塞区段，交流技术电码信息采用工频 50Hz 作为载频进行传送。在电化区段采用 25Hz 作为载频进行传送。(b)交流技术电码信息采用工频 25Hz

12、 作为载频进行传送时，交替地使用两种不同发码周期，其中 A 码发码周期为 1.6s，B 码的发码周期为1.92s。北京交通大学毕业设计论文6表 2-5 25Hz 交流计数（A 码）信号显示 L U UU HU发码 032 04 052 024停码 016 016 016 056发码 020 048 036 024停码 016 056 056 056发码 02停码 056 注：A 码发码周期=1.6s表 2-6 25Hz 交流计数（B 码）信号显示 L U UU HU发码 032 044 06 032停码 016 016 016 064发码 024 072 056 032停码 016 06 06

13、 064发码 024停码 08 注：B 码发码周期=1.92s(c)非电化区段交流技术电码信息采用工频 50Hz 作为载频进行传送时，交替地使用两种不同发码周期。其中 A 码发码周期为 1.6s，B 码的发码周期为 1.92s。表 2-7 50Hz 交流计数（A 码）信号显示 L U UU HU发码 034 044 058 022停码 012 012 012 058发码 022 046 032 022停码 012 058 058 058发码 024停码 058 注：A 码发码周期=1.6s表 2-8 50Hz 交流计数（B 码）信号显示 L U UU HU发码 036 048 062 032停

14、码 012 012 012 066北京交通大学毕业设计论文7发码 024 072 058 030停码 012 060 060 066发码 024停码 084 注：B 码发码周期=1.92s(5)、极频制式表 2-9 极频制式信号显示 频率特征 脉冲间隔L 双频正极 220msU 单频正极 440msU/U 双频负极 220msH/U 单频负极 440ms2.4 机车信号接收灵敏度(1)、设备在各种制式规定的钢轨短路电流下，应准确地接收各种制式的信息，并按规定实现正确的显示输出。信息不变时，机车信号车载设备显示保持不变。地面或车上设备故障时，机车信号车载设备不得出现升级的错误显示.(2)、机车信

15、号灵敏度（钢轨最小短路电流）值，应能正确地接收移频信息。表 3-1 移频制式灵敏度值载频（Hz） 550 650 750 850电化区段 10010钢轨最小短路电流 mA 非电化区段 855(3)、机车信号灵敏度（钢轨短路电流）值，应能正确地接收ZPW-2000系列、UM71信息。表 3-2 ZPW2000 系列及 UM71 灵敏度值载频（Hz） 1700 2000 2300 2600钢轨最小短路电流 mA 42030北京交通大学毕业设计论文8(4)、机车信号灵敏度（钢轨短路电流）值，应正确地接收交流计数信息。表 3-3 交流计数灵敏度值载 频 区 段 最小钢轨短路电流 A50Hz 非电化区段

16、 0.750.1525Hz 电化区段 1.050.1(5)、机车信号灵敏度（钢轨短路电流）值，应能正确地接收极频信息， 表 3-4 极频制式灵敏度值周期（ms） 最小钢轨短路电流 A220 双频正极性440 单频正极性220 双频负极性440 单频负极性1.20.12.5 机车信号接收信息应变时间(1)、接收移频信息时，其转换 U、UU、HU 灯的应变时间不大于 3s；转换 L、LU 灯的应变时间不大于 4s；从有信息到无信息应变时间不大于 6s。(2)、接收极频信息时，其灯光转换应变时间不大于 5s；从有信息道无信息不大于 6s。(3)、接收交流计数信息时，其灯光转换应变时间不大于 7s。(

17、4)、制式之间转换时，信号显示的应变时间不大于该制式信号应变时间加制式转换时间 1s。制式之间转换时，信号显示不应出现闪白灯。北京交通大学毕业设计论文9第三章 主体化机车信号设备原理3.1 主体化机车信号主机主体化机车信号主机把从两路接收电路同时接收到的轨面信息由隔离放大器进行隔离，经 AD 转换，由 DSP 芯片进行处理、译码，控制相应的输出显示，使地面信号显示通过接线盒传送到机车上的显示机构和机务的监控装置，从而达到机车信号作为行车凭证，实现机车信号的主体化。 3.1.1 原理框图主机的原理框图如图 3-1 所示。双路接收线圈的一路接主机板 A，另一路接主机板 B，主机输出除原来并行输出外

18、，预留了 CAN 总线输出或 RS485输出，可支持双向信息传输。图 3-1 接收主机结构原理框图北京交通大学毕业设计论文103.1.2 主机板原理主机板采用底板加小插板的嵌入式结构，即分成主机板底板和 CPU 板。其中底板主要是电源转换、点灯输出与反馈、设置线等部分，而译码处理、输出控制等主要电路都集中到了 CPU 板上，便于设备维护及软件升级。主机的每块主机板采用二取二容错安全结构，即每块主机板中有 2 路独立接收译码通道，2 路的译码输出结果进行比较，比较一致才有有效输出。原理如图 3-2 所示。1 译码与控制每块主机板对应一路接收线圈绕组，信号输入部分由以往的变压器隔离改为隔离放大器，

19、避免了原来变压器的离散性及不可靠因素。主机板内两路DSP 数字信号处理器同时从各自的 A/D 模数转换电路接收信号，译码结果通过双口 RAM 与输出控制部分进行数据交换。图 3-2 主机板二取二结构图输出控制部分通过同步串口同时对译码结果进行比较，当比较结果一致时控制输出。如果输出结果不一致，则禁止输出并立即进入设备复位自检模式。在开机时程序以 UM71、移频、交北京交通大学毕业设计论文11流计数、UM2000 的次序检查是否有译码输出，某制式有输出则确定该制式为输出制式，当该制式无译码输出时，程序重新按以上次序检查。 主机板保留 JT1-A/B 型原有的并口输出，在原有并口电路上进行改进，由

20、双 CPU 共同控制并增加动态受控点灯电源。其中 CPU1 完成点灯信息输出，控制关断 1（光电开关） ，并进行输出的反馈检查；CPU2 控制关断 2（大接点继电器） ，控制动态受控点灯电源，并进行输出的反馈检查。动态受控电源位于接线盒内，由 CPU2 的动态方波控制。如果无动态输出或者动态输出的频率较低，都无法满足动态点灯电源的工作要求，造成点灯电源关闭。2 信息输出主机板预留有 CAN 总线或 RS485 输出，可与监控设备进行大容量信息传输。当采用 RS485 总线时，每个主机电路板上都有一发一收两个 RS485 驱动芯片，可以支持全双工通信，但需依据后级设备的要求确定具体的通信方式。由

21、于现有的 LKJ-2000 监控装置的内部采用 CAN 总线，对外部设备只预留RS485 接口，对机车信号只分配一路 RS485 接口，信息传输是单向的，连接方式如图 3-3 所示。机车信号的两路 RS485 只有工作主机对应的那路发送信息，而做备机时不发送信息。主机转换时，发送会有不大于 350ms 的延时。机车信号每套主机只有 CPU1 输出一路 RS485 信号，而 CPU2 接收 CPU1 的串口输出，当 CPU2 接收的 CPU1 串口输出与 CPU2 自行运算得到的串口输出不一致时，CPU2 关断 CPU1 的串口输出，关断 4 秒后，重新开设串口输出。此种模式由于采用单路通信，对

22、于双机热备系统来说在可靠性上是不理想的。图 3-3 机车信号与 LJK2000 系统的接口3.1.3 双套热备冗余方 式北京交通大学毕业设计论文12主机的双套热备是指由机车信号主机内双套主机板、接线盒中的双路电源、双路接收线圈共同组成的双套热备系统。主机完成双套热备输出的切换。主机的双套切换继承了 JT1-B 型机车信号主机切换电路，即主机上电后随机由双套主机板中的一套占据输出位置，即处于工作状态，另外一套处于备用状态。当占据输出位置的主机故障时，将自动关断点灯电源失去输出位置状态，而由备机获得输出位置状态，从而实现双机的自动切换。然而对于JT1-B 型机车信号主机而言，当工作主机的接收线圈信

23、号输入部分、前级放大部分故障时，机车信号主机误以为线路无码而“掉灯” ，并不切换到正常工作的备机，造成双套热备份不起作用的情况。JT1-CZ2000 的主机双套主机板之间有动态方波信号进行信息交换，当工作主机前级故障“掉灯”时，备机正常“有码”信息会传递到工作主机，工作主机会短时自动切掉输出，使得系统自动转到备机工作。实现完全双套热备份的功能。另外，通过外部切换控制（来自面板或测试仪） ，可以强行设置 A、B 机为工作机或是备机，为系统自动测试提供了基础。北京交通大学毕业设计论文133.2 机车信号记录器机车信号记录器由两大部分组成。一是车载部分，主要功能是对机车信号运行过程中的有关动态信息进

24、行采集并应用大容量 CF 卡（64MB2GB）作为记录介质进行记录；二是地面数据处理部分，主要功能是将车载记录器的CF 卡内信息通过 USB 接口的 CF 卡读卡器进行读取、转换、显示、回放、分析，以文本及图形方式提供友好的人机界面，并提供自动 统计、分析列表、打印输出等功能。3.2.1 车载部分1 硬件原理记录器车载部分由 12 个模块组成，硬件原理框图如图 3-4 所示。1.1 中央处理模块：由中央处理器、数据存储器、温度传感器、总线驱动器构成。为测量机车信号主机内的工作温度，采用在中央处理模块贴装温度传感器方式测量主机内的温度，通过试验测量与环境温度的经验差值，可间接得到机车信号主机的运

25、行环境温度。1.2 信号采集模块：完成对接收线圈波形的采集和模数变换，主要由光电隔离输入接口，A/D 转换电路组成。光电隔离输入接口的输入阻抗为200K。图 3-4 接收器车载记录器原理框图1.3 串行接口模块：机车上已配装的 TAX2 箱可提供机车运行信息，如车次、机车号、公里标等信息(通过安装在 TAX2 箱内的机车信号接口板来实现信息传送)。信息传输的接口是串行 RS485，记录器车载部分设计了相应的串口来接收记录这些辅助信息。1.4 隔离输入模块：用于开关量的采集，采用高阻的光电隔离电路。1.5 时钟芯片模块：选用北京交通大学毕业设计论文14DS12887 为记录数据提供时间坐标，DS

26、12887 内置晶振、锂电及附属电路。误差 4 秒/日，计时有效至 2100 年。1.6 数据保留模块：为保存记录器断电和上电时间、故障代码、记录器非法操作等关键数据，记录器采用容量 2K 字非易失性存储芯片，具有掉电不失的特性。失电过程中数据可以自动保护，失电后数据可长时间保持。这些数据在进行拔卡操作的时刻被记入 CF 卡的特定区域。1.7 CF 卡模块：记录器应用大容量 CF 卡存储技术，地面处理系统对 CF卡记录数据文件的读取非常容易，并具有良好的系统兼容性。记录器的车载记录器焊接 CF 卡座，CF 卡座的设计具有为实现 CF 卡插拔而设计的机械结构，插针及外行尺寸结构符合 CFA2.0

27、 相关规定。采用 CF 卡作数据存储介质不仅低成本的解决了大数据量的存储问题，而且 CF 卡是为移动类的电子产品作外括存储介质设计的，体积小巧，易于插拔。记录器采用 CF 卡作数据存储介质后，使用者需要取得数据时，只需拔卡送至地面处理系统就实现了所有信息数据的转移，避免了操作者在车上恶劣环境的转储操作。1.8 无线通信功能模块：机车信号运行关键信息数据传输是通过设计无线通信功能模块（GSM 模块）插接在记录器车载电路板上实现的。当记录器检测到机车信号故障时，可以利用无线通信功能模块通过 GSM 网用短信方式发送到地面监控工作站，使维护人员对异常尽量早发现，早处理，实现机车信号检测的信息化。1.

28、9 CF 卡接口及无线通信接口模块：用可编程逻辑器件实现的 CPU 与CF 卡及无线通信模块的接口。1.10 监督复位模块：为了解决系统运行异常、死机时的复位和电源电压过低时复位问题。记录器设计了监督复位电路，对 5V 电源进行检测，在异常情况下产生对主芯片的复位信号。1.11 模式选择模块：所谓模式选择是指用户可根据实际需要，通过调整电路板上的设置端子，使记录器车载部分程序的波形记录部分工作在设定的工作模式，以满足用户的不同使用目的，提高数据的使用效率。如：000北京交通大学毕业设计论文15模式，专门记录掉码波形，适合捕捉个别突发信号异常的波形；111 模式，全程记录波形模式，既磁带记录仪模

29、式，适合需要了解全程轨道电路状态的应用；目前记录器可提供 8 种记录模式(具体模式设置及说明见第三章第二节)。1.12 电源转换模块：记录器电源输入为 50V，设置单独的电源保险。电源转换模块使用隔离变换模块输出的 5V 给主机板供电，由第二级隔离模块变换5V 供接收线圈采集的光电隔离输入接口及 A/D 芯片使用。电源转换电路同时考虑电源输入的过压及过流防护，设计了相应的防护电路。2 记录器车载部分记录的信息及容量2.1 信息记录 记录器可以记录以下信息：1）接收线圈信号波形；2）机车信号条件输入信息：上/下行开关输入、/端条件输入；3）机车信号输出信息：灯位显示信息、速度等级信息、制式区分信

30、息、过绝缘信息、主机内双套工作正常表示及工作状态；4）运用环境信息：主机内温度、110V 电源状态；5）辅助信息：记录器内的时间、来自 TAX2 箱的线路公里标、机车号、时间、信号机 号、车站号等。2.2 文件形成记录器记录在 CF 卡中形成文件时分为两种类型，一种是记录开关量信号的文件，称为状态文件；另一种是记录接收线圈信号的文件，称为波形文件。前一种文件分配空间固定为 16MB，与选用的 CF 卡容量（128MB/256MB/512MB/1GB/2GB）无关，可以保证 3 天的记录容量，记满后循环刷新；后一种波形文件与 CF 卡容量有关，以标准配置 512MB 的 CF 卡计算，波形记录的

31、总时间约为 8 小时，适合应用在记录器设定为专门记录掉 B 灯时的波形的模式，可记录 1800 次掉灯时触发的波形记录。而当 CF 卡选用 1GB容量时，可连续记录约 17 小时的波形文件，适合于全程记录波形既磁带记录北京交通大学毕业设计论文16仪模式的应用。当需要作全程信号的分析与评估时，这种模式是最合适的。23 记录器车载部分的主要技术参数1)状态文件存储满足 70 小时工作数据记录要求；2)110V 电源异常捕捉门限为：高压 135V5V，低压 73V5V；3)可配装容量为 128MB、256MB(标配)、512MB(标配)、1GB、 2GB 的 CF卡;4)主机箱内温度测量误差3；3.

32、2.2 地面数据分析处理部分1 记录器的地面处理系统记录器的地面处理部分是记录器系统的一个重要组成部分。主要由 PC 机、CF 卡及其读卡器、打印机和调制解调器等设备组成。其主要功能是转储车载记录器所记录的数据信息，并形成相应的状态信息文件和数据波形文件，同时提供对相应文件数据的显示、分析、查询、统计和打印等功能。原理框图如图 3-5 所示。PC机（ 数 据 分 析 处 理 软 件 ）CF卡 驱 动 器 打 印 机（ 可 选 ）调 制 解 调 器（ 可 选 ）数 据 转 储CF卡 显 示 器（ 显 示 相 应 分 析 结 果 ）打 印 报 表网 络 连 接上 传 文 件图3-5记录器地面数据分

33、析原理框图CF卡从主机上取出后，利用CF卡驱动器，在PC机相应的数据分析处理软件的控制下，将CF卡的记录数据分别以状态文件和数据波形文件的形式转存到计算机中，并利用数据分析处理软件对相应的文件进行分析。在分析过程中，用户可直接通过显示器与PC机之间进行信息交互，直观操作分析过程，北京交通大学毕业设计论文17进而得到相应的分析结果，并可将分析结果通过打印机进行打印输出。此外，用户还可以通过调制解调器，将相应的文件通过网络进行上传，进而得到相应的技术支持。2 记录器地面处理的硬件要求2.1 PC机 1）CPU：P4，主频1GHZ或更高；2）内存：256MB或更高；3）硬盘：40G或更高； 4）显示

34、器：15寸及以上显示器，64MB显存或更高；5）USB口：两个。2.2 CF卡读卡器及其相应线缆。3 记录器数据地面分析处理系统的软件功能记录器数据地面分析处理系统的软件主要由文件管理与数据转存、数据波形文件操作、数据波形文件频谱分析和状态信息文件分析等四部分组成。如图 3-6 所示。 机车信号记录器数 据分析处理软件文 件 的管理与数据转存状 态信息文件分析数 据 波形文件频谱分析排 序当前列表文件转存 C F 卡数 据删 除文件或文件夹打 印当前列表文件文件的网络传输功能状 态文件记录操作状 态 文件的显示与播放状态文件的列表打印状态文件的异常情况信息统计状 态 文件的多条件查询数据波形信

35、号有效值数据波形的显示操作数据波形的信号回放、 、数 据波形保存 复制 打印预览与打印数 据波形显示模式计 算 信号频谱峰值差频信号频谱的显示操作计算信号频谱峰值点频率、 、信 号频谱保存 复制 打印预览与打印信 号频谱显示模式计算信号S F F T数 据波形文件操作图 3-6 记录器数据地面分析处理系统的软件构成3.3 机车信号接线盒作为主体化机车信号的车载设备的电源转换装置，机车信号接线盒把机车上的 110V 电源通过滤波及转换变化成供主机工作的相对稳定的 50V 电源，并把各路信号在接线盒的端子排进行汇流，方便用户进行测量及信号的传递。机车信号接线盒是专门针对主体北京交通大学毕业设计论文

36、20化机车信号主机设计的，新的接线盒增加了部分引入线和引出线的定义。支持双路接线盒接收线圈接线引入以及机车前后端双路接线线圈切换，增加了供测试仪在线测试的测试插口以及串口输出插口。机车信号接线盒具有动态控制安全点灯电源。接线盒中含有两路电源模块，每路输入为 110V，输出为双路 50V。一路为接收主机电路提供 50V 工作电源，另一路为动态控制安全点灯电路提供 50V 点灯电源。点灯电源由主机输出的动态信号来激励，动态消失时点灯电源关闭，其电路为安全性设计。并针对机车电源波动范围大、干扰强，同时机车上振动大、温度变化大，设备工作环境恶劣，进行了电源的研究和改进，研制了机车信号专用的电源模块和抗

37、干扰单元。3.4 机车信号双路接收线圈机车信号双路接收线圈内部设计为双路接收线圈，每路接收线圈对应机车信号主机中的一路主机板。接收线圈中一路发生在故障时，主机可以通过自动切换控制电路，把对应正常接收线圈的主机转换成工作机，提高了系统可靠性。双路接收线圈保持原接收线圈的电气参数及安装方式，与 TB/T2859-1997 标准规定的单路接收线圈相同。双路接收线圈在设计时考虑了双路线圈断路、短路对系统接收电路电气参数的影响，保证一路线圈断线造成的另外一路线圈接收的幅度变化不超过 15。另外双路接收线圈可实现车载设备的闭环自动检测。测试时线圈的一路作为测试线圈发送信号，另一线圈接收信号，并控制与接收线

38、圈相连接的主机进行译码接收，从而实现车载设备的闭环测试。这种设计即完成了闭环测试，又省去了测试线圈。3.5 机车信号显示器传统的机车信号显示器是基于色灯显示信息的，每个显示器中对应的 8色灯有 8 个灯泡。灯泡由灯丝构成，长时间在振动环境下使用，点灯显示的北京交通大学毕业设计论文21不断变换和新的机车信号信息定义标准中闪光信号带来的电源通断，都容易造成灯泡断丝。灯泡断丝造成的直接故障是无显示。此外，现场使用的灯泡功率从 5W 到 8W 不等，种类很多，功耗较大，质量也参差不齐，在整个机车信号信号系统故障中占有一定的比率。随着列车速度的提高，灯丝振动带来的问题可能会更多。另外传统的显示器最多只可

39、以显示 8 种不同的信息，显示能力有限。为了提高显示器的可靠性，主体化机车信号系统要求使用双面8 色灯 LED 机车信号显示器或双面点阵式显示器。3.5.1 双面八显示机车信号机双面八显示机车信号机选用了专为机车信号显示设计的 LED 信号灯。其光谱纯，发光柔和，抗震性强，可靠性高，耐压高。整机设置了双套元件和环状配线，双面八显示机车信号机接口电路、安装方式及安装尺寸与原八显示机车信号机兼容。并通过电磁兼容检测及 2000V 浪涌实验。显示器内部电路采用冗余措施，防止单点故障而造成的完全无显示。3.5.2 双面点阵式机车信号显示器双面点阵式显示器是新开发的机车信号显示器，可以实现数字方式显示，

40、也可以实现模拟现有色灯的图象方式显示。使用上与现有色灯显示器相兼容，可直接互换。新型双面点阵式显示器设计充分考虑了系统的故障-安全。一是显示器从灯位输出取得供电电源，在机车信号主机无输出时，显示器一定无显示输出；二是在电路中利用双 CPU 来共同进行信号输入、扫描显示、对点阵输出进行反馈检查。双面点阵式显示器以点阵式数码管代替原有的 8 灯位显示机构，在一块显示模块上可以显示不同意义的信息，减少了显示设备的体积。它既可以显示图形，又可以显示数字符号，显示意义可以扩展，克服了原有双面 8 显示北京交通大学毕业设计论文22机结构显示信息少的缺点。点阵中个别数码管故障，不会影响显示信息的整体内容。个

41、别数码管故障可以立即被发现，从而得到及时维修。点阵式显示器克服了灯位式显示器由于可靠性低给铁路造成的不利影响。双面点阵式显示器特点及工作原理：1） 使用方式与原有显示器兼容，工作电源取自灯线输出。2） 双 CPU 同时采集来自点灯电缆中的点灯信息，通过串行口进行比较。比较内容包括灯位编码、显示图形的缓冲数据和数码管显示控制电路反馈数据。3） 显示器工作电源取自灯线输出，可以确保信号灯灭灯时系统无显示，符合铁路信号设备故障-安全原则。4） 信息译码经双 CPU 校核，以防止编码错误。5） 图形显示的数据经双 CPU 校核，以防止数据存储单元出现故障。6） 采用看门狗电路设计以防止系统死机等异常状

42、态。7） 任何一个 CPU 发现故障都可以切断显示模块的显示操作。第四章 机车信号设备结构4.1 主体化机车信号主机4.1.1 结构特征北京交通大学毕业设计论文23主体机车信号主机采用 8 槽机箱结构，自左至右分别为电源板 A 插板、点灯板 A 插板、主机板 A 插板、记录板、备用板、主机板 B 插板、点灯板 B插板、电源板 B 插板，如图 4-1 所示。主机板完成信号的接收及输出工作，两块主机板完全相同，与接线盒的双套电源、双路接收线圈构成双套热备冗余系统；连接板实现电源分配、主机状态显示、并口输出的双套切换等功能，记录器部分见后。信号主机的前面板和后面板。主机箱采用 4U 结构，外形尺寸（

43、毫米）375（长） X 302（宽） X 177（高） 。内部安装了 8 块插件，插件的布置如表 41 示。每块插件的尺寸 160X146mm，插件面板宽度为的整数倍（R=5.08 mm） ，电源板 9R，其余板 8R。表 41母 板1 2 3 4 5 6 7 8电源板A点灯板A主板A记录板 备用 主板B点灯板B电源板B4.1.2 信号主机前面板插件(1)、电源板(a)将机车电源 DC110V 经开关电源转换成 DC48V 提供给主机板。(b)将 DC48V 逆变成 DC12V 提供给执行板。(2)、执行板(a)八路点灯驱动电路采用逆变方式将 DC48V 转换成点灯电压DC452V。(b)速度

44、等级输出采用光电隔离方式输出。北京交通大学毕业设计论文24(c)点灯电流经隔离回读送至主板检测。(3)、主板(a)两个译码 DSP 负责译码。(b)一个执行 CPU 负责执行点灯。(c)一个检测 CPU 负责通迅及点灯电压和电流的回读。(4)、记录板(a)灯信息变化记录。(b)进信号机灯信息不变记录。(c)记录事件变化后 1S 及变化前不大于 8S 的地面信号波形。(d)记录监控设备的主要信息，如信号机编号、公里标、监控执行灯光速度、时间、日期、信号机类型、车站号、距前方信号机距离等。(5)、母板将各个单元板连接，并回读点灯电压及速度等级条件。4.1.3 信号主机后面板(1)、电源开关(2)、

45、熔丝座 A 和 B 分别连接电源板 A 和电源板 B。(3)、上下行开关(4)、接口插座 X1、X2、X3 管脚定义（如表 42 示）表 52说 明 X119 芯头 X24 芯头 X314 芯头绿灯信号 1绿黄灯信号 2黄灯信号 3黄 2 灯信号 4红黄灯信号 5双黄灯信号 6红灯信号 7白灯信号 8北京交通大学毕业设计论文25灯地 9速度等级 SD1 10速度等级 SD2 16速度等级 SD3 17通信 485A 9通信 485B 10电源 110V 1电源 110V 2A 感应器 IN1 15A 感应器 IN2 14B 感应器 IN1 19B 感应器 IN2 18自检 IN1 13自检 I

46、N2 14机箱结构设计在充分考虑了电磁兼容标准的基础上改进了原来的安装方式，使得连接更可靠、安装更方便。统一了单套、双套主机箱，可通过装入不同数量的电路板实现单双套应用。主机内共有八块板，其中电源板两块、点灯板两块、主板两块、记录板一块、母板一块、备用板一块。 ，一块主板前面板设有 20 个指示灯。A01、B01 灯定义为机感断线指示灯，当 A01、B01 两灯闪亮表示机感连接正常，当 A01、B01 两灯常亮表示自检线圈断线或机感线圈断线；A02、B02 灯定义为译码 CPU 工作指示灯，当 A02、B02 两灯闪亮表示译码 CPU 工作正常，当 A02、B02 两灯常亮表示译码 CPU 工

47、作不正常；A03、B03 灯定义为上行指示灯，当 A03、B03 两灯闪亮表示为上行状态，当A03、B03 两灯不亮表示为非上行状态；A04、B04 灯定义为下行指示灯，当A04、B04 两灯闪亮表示为下行状态，当 A04、B04 两灯不亮表示为非下行状态；A05、B05 灯定义为载频指示（550Hz、1700Hz） ，当发载频550Hz、1700Hz 时 A05、B05 两灯闪亮，当不发载频 550Hz、1700Hz 时A05、B05 两灯不亮, 当发载频 550Hz 时亮闪频率慢（ 1.5 秒闪动一次） 、当发载频 1700Hz 时亮闪频率快（0.5 秒闪动一次） ；A06、B06 灯定义

48、为载频指示北京交通大学毕业设计论文26（650Hz、2000Hz） ，当发载频 650Hz、2000Hz 时 A06、B06 两灯闪亮，当不发载频 650Hz、2000Hz 时 A06、B06 两灯不亮, 当发载频 650Hz 时亮闪频率慢（1.5 秒闪动一次） 、当发载频 2000Hz 时亮闪频率快（0.5 秒闪动一次） ；A07、B07 灯定义为载频指示（750Hz、2300Hz） ，当发载频 750Hz、2300Hz 时A07、B07 两灯闪亮，当不发载频 750Hz、2300Hz 时 A07、B07 两灯不亮, 当发载频 750Hz 时亮闪频率慢（1.5 秒闪动一次） 、当发载频 23

49、00Hz 时亮闪频率快（0.5 秒闪动一次） ；A08、B08 灯定义为载频指示（850Hz、2600Hz） ，当发载频 850Hz、2600Hz 时 A08、B08 两灯闪亮，当不发载频 850Hz、2600Hz时 A08、B08 两灯不亮, 当发载频 850Hz 时亮闪频率慢（1.5 秒闪动一次） 、当发载频 2600Hz 时亮闪频率快（0.5 秒闪动一次） ；A09 灯为执行 CPU 工作指示灯，当工作正常表示灯将为闪亮，当工作不正常时表示灯将不亮；B09 灯为 A、B 主板之间通信指示灯，当通信正常表示灯将为闪亮，当通信不正常表示灯将为不亮；A10 灯为 A、B 主板有权指示灯，当有权板表示灯闪亮，当无权板表示灯不亮；B10 监测 CPU 工作指示灯，对输出到灯机构的电压、电流进行回读自检，回读到电压、电流的，表示灯闪亮，对输出到灯机构的电压、电流进行回读自检，没有回读到电压、电流的，表示灯不亮。注：当发极频制式时，A03、B03 灯闪亮，A04、B04 至 A08、B08 灯都不亮；当发交流计数制式（交流 50 周或交流 25 周