【正文】 第 1 章 緒 論 目前為了保證行車安全，加強信號設(shè)備管理 .檢測信號設(shè)備的運用質(zhì)量和更好的進行科學(xué)的故障分析，所以大量的新技術(shù)、新設(shè)備在鐵路信號系統(tǒng)尤其是區(qū)間信號系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用，使鐵路信號設(shè)備的技術(shù)水平得到了很大的提高 [1]。 UM71 無絕緣軌道電路是從法國引進的軌道電路制式， UM71 的 U 為通用， M 為調(diào)制， 71 為 1971 年研制成功。以 UM71 軌道電路構(gòu)成的自動閉塞稱為 UM71 自動閉塞。 UM71 自動閉塞設(shè)備與 TVM300 機車信號及超速防護設(shè)備組成的多信息區(qū)間列車間隔自動調(diào)整系統(tǒng)簡稱為 U— T 系統(tǒng)。 U— T 系統(tǒng)可以在交流電氣化區(qū)段或非電氣化區(qū)段使用。在我國鐵路鄭武線、京鄭線、廣深線、沈山線等線路上使用著 U— T 系統(tǒng) (機車信號有采用 TVM300 的，也有采用其他機車信號和自動停車裝置的。 ZPW2021A 無絕緣移頻自動閉塞是在法國 UM71 無絕緣軌道電路技術(shù)引進、國產(chǎn)化基礎(chǔ)上，結(jié)合國情，進行提高系統(tǒng)安全性、系統(tǒng)傳輸性能及系統(tǒng)可靠性的技術(shù)再開發(fā)。 ZPW2021A 無絕緣移頻軌道電路充分肯定、保持了 UM71 無絕緣軌道電路整體結(jié)構(gòu)上的優(yōu)勢，并在傳輸安全性、傳輸長度、系統(tǒng)可靠性以及結(jié)合國情提高技術(shù)性能價格比、降低工程造 價上，都有了提高，一般表示為 ZPW2021A(UM)。 ZPW2021A(UM)移頻自動閉塞是以移頻軌道電路為基礎(chǔ)的自動閉塞，它選用頻率參數(shù)作為控制信息，采用頻率調(diào)制的方法，把低頻信息 (F0)調(diào)制到較高頻率 (載頻 f0)上 [2]，以形成振幅不變、頻率隨低頻信息的幅度作周期性變化的調(diào)制信號。將此信號用兩根鋼軌作為傳輸通道來控制通過信號機的顯示，達到自動指揮列車運行的目的。 本次設(shè)計完成對中繼站閉塞分區(qū)的工程設(shè)計的部分圖紙。分別有： (1)區(qū)間信號平面圖 (2)區(qū)間電纜徑路圖 (3)區(qū)間移頻柜、綜合柜設(shè)備布置圖 (4)區(qū)間組合柜設(shè)備布置圖 (5)閉塞分區(qū)電路圖 (6)閉塞分區(qū)原理圖 (7)低頻信息碼傳輸序列表 (8)移頻柜 .組合柜零層端子配線表 (9)區(qū)間綜合柜零層端子配線圖 (10)電源屏間及室內(nèi)電源電纜配線圖，設(shè)備主要采用 ZPW2021A，主要介紹了 ZPW2021A 的工作原理、設(shè)備構(gòu)成及相關(guān)圖紙的設(shè)計方法 [3]。 第 2 章 ZPW2021A 無絕緣移頻自動閉塞系統(tǒng)的概況 ZPW2021A型無絕緣軌道電路的特點 ZPW2021A 型無絕緣軌道電路系統(tǒng) ,采用 1700Hz2600Hz 載頻段、 FSK 制式軌道電路 傳輸特性、主要參數(shù)及計算機技術(shù) ,滿足機車信號為主體信號的自動閉塞及列車超速防護系統(tǒng)要求。其主要技術(shù)特點是 ： 充分肯定、保持 UM71 無絕緣軌道電路的技術(shù)特點和優(yōu)勢 ； 解決了調(diào)諧區(qū)斷軌檢查 ,實現(xiàn)軌道電路全程電氣折斷檢查 ； 減少了調(diào)諧區(qū)分路死區(qū) ； 實現(xiàn)對調(diào)諧單元斷線故障的檢查 。實現(xiàn)對拍頻干擾的防護 ； 通過系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化 ,提高了軌道電路傳輸長度 ； 提高機械絕緣節(jié)軌道電路傳輸長度 ,實現(xiàn)與電氣絕緣節(jié)軌道電路等長傳輸 。軌道電路調(diào)整按固定軌道電路長度與允許最小道碴電阻方式進行提高了一般軌道電路系統(tǒng)工作穩(wěn)定性 ； 采用國產(chǎn)信號數(shù) 字電纜代替法國 ZC03 電纜 ,減小銅芯線經(jīng) ,減少備用芯組 ,加大傳輸距離 ,提高軌道電路系統(tǒng)技術(shù)性能價格比 ； 采用長鋼包銅引接線取代 70mm2,銅引接線 ,利于防護和維修 [2]； 發(fā)送、接收設(shè)備四種載頻頻率通用 ,減少電碼化器材種類 ,減少運轉(zhuǎn)備用數(shù)量 ,既有利于維護 ,又可降低工程造價 ； 發(fā)送、接收設(shè)備均有比較完善的檢測功能 ,發(fā)送器可以實現(xiàn) “ N+1” 冗余 ,接收器可以實現(xiàn)雙機互為冗余。 ZPW2021A型無絕緣軌道電路系統(tǒng)構(gòu)成 ZPW2021A 型無絕緣軌道電路系統(tǒng) ,采用電氣絕緣節(jié)來實現(xiàn)相鄰軌道電路區(qū)段的隔離 。電氣絕緣節(jié)長度改進為 29m,電氣絕緣節(jié)由空芯線圈、 29m 長軌和調(diào)諧單元構(gòu)成。調(diào)諧區(qū)對于本區(qū)段頻率信號顯示呈現(xiàn)零阻抗 ,可靠地短路相鄰區(qū)段信號 ,防止越區(qū)傳輸 ,從而實現(xiàn)相鄰區(qū)段信號的電氣絕緣。在調(diào)諧區(qū)內(nèi)增加小軌道電路 ,同時實現(xiàn)了全程斷軌檢測 [4]。 ZPW2021A 型無絕緣軌道電路分為主軌道電路和調(diào)諧區(qū)內(nèi)的小軌道電路兩個部分 ,并將小軌道電路視為列車運行前方主軌道電路的所屬 “ 延續(xù)段 ” 。小軌道電路的發(fā) 送器由編碼條件控制產(chǎn)生表示不同含義的低頻調(diào)制的移頻信號 ,該信號經(jīng)電纜通道傳給匹配變壓器及調(diào)諧單元 ,由于鋼軌是無絕 緣的 ,該信號既向主軌道傳送 ,又向調(diào)諧區(qū)內(nèi)的小軌道傳送 ,主軌道信號經(jīng)鋼軌送到軌道電路受電端 ,然后經(jīng)調(diào)諧單元、匹配變壓器、電纜通道 ,把信號傳到本區(qū)段接收器。調(diào)諧區(qū)小軌道信號由運行前方相鄰軌道電路接收器處理 ,并將處理結(jié)果形成小軌道電路繼電器執(zhí)行條件送至本區(qū)段接收器 ,本區(qū)段接收器同時接收到主軌道移頻信號及小軌道電路繼電器執(zhí)行條件 ,判斷無誤后驅(qū)動軌道電路繼電器吸起 ,由此來判斷區(qū)段的空閑與占用狀況。 ZPW2021A 型無絕緣軌道電路由室內(nèi)、室外及系統(tǒng)防雷三部分組成 [5]。 室外部分 (1)調(diào)諧區(qū) 按 29m 設(shè)計，調(diào)諧區(qū)包括調(diào)諧單元和空芯線圈，實現(xiàn)兩相鄰軌道電路電氣隔絕。 (2)機械絕緣節(jié) 由 “ 機械絕緣節(jié)空芯線圈 ” 與調(diào)諧單元并接而成，其節(jié)特性與電氣絕緣節(jié)相同。 (3)匹配變壓器 一般條件下，按 ~?km 道碴電阻設(shè)計，實現(xiàn)軌道電路與 SPT 傳輸電纜的匹配連接。 (4)補償電容 根據(jù)通道參數(shù)兼顧低道碴電阻道床傳輸，考慮容量，使傳輸通道趨于阻性，保證軌道電路良好傳輸性能。 (5)傳輸電纜 SPT 型鐵路信號數(shù)字電纜， ，一般條件下，電纜長度按 10km 考慮。根據(jù)工程需要，傳輸電纜長度可按 、 15km 考慮。 (6)調(diào)諧區(qū)設(shè)備引接線 采用 3600 mm、 1600mm 鋼包銅引接線構(gòu)成。用于 BA、 SVA、 SVA’ 等設(shè)備與鋼軌間的連接。 室內(nèi)部分 (1)發(fā)送器 用于產(chǎn)生高穩(wěn)定高精度的移頻信號源，采用微電子器件構(gòu)成。 (2)接收器 ZPW2021A 型無絕緣軌道電路將軌道電路分為主軌道電路和調(diào)諧區(qū)短小軌道電路兩部分，并將短小軌道電路視為列車運行前方主軌道電路的所屬 “ 延續(xù)段 ” 。 (3)防雷系統(tǒng) 防雷系統(tǒng)由兩部分構(gòu)成：室外防雷、室內(nèi)防雷。室外橫向防雷設(shè)在匹配變壓器內(nèi)，為壓敏電阻?？v向防雷設(shè) 在空心線圈處，通過中心抽頭接地。室內(nèi)防雷采用縱向與橫向雷電防護。防雷設(shè)備設(shè)在電纜模擬網(wǎng)絡(luò)盒內(nèi)，縱向為低轉(zhuǎn)移系數(shù)的防雷變壓器，橫向為帶劣化顯示的壓敏電阻。 ZPW2021A型無絕緣軌道電路系統(tǒng)主要技術(shù)條件 發(fā)送器 低頻頻率： +n ， n=0~17 即 、 、 、 Hz、 Hz、 Hz、 Hz、 18 Hz、 Hz、 Hz、 Hz、 Hz、 Hz、 Hz、 Hz、 Hz、 Hz、 29 Hz。 載頻頻率：見表 21。 表 21 載頻頻率 下行： 17001 Hz 上行： 20211 Hz 17002 Hz 20212 Hz 23001 Hz 26001 Hz 23002 Hz 26002 Hz 頻偏： 177。 11 Hz。 輸出功率： 70W(400Ω 負載 )。 接收器 軌道電路 調(diào)整狀態(tài)下：主軌道接收電壓不小于 240mv；主軌道繼電器電壓不小于 20V(1700Ω 負載，無并機接入狀態(tài)下 )；小軌道接收電壓不小于 42mv；小軌道繼電器或執(zhí)行條件電壓不小于 20V(1700Ω 負載，無并機接入狀態(tài)下 )。 直流電源電壓范圍 直流電源電壓范圍： ~。 設(shè)備耗電情況：發(fā)送器在正常工作時負載為 400Ω ，功出為 1 電平的情況下，耗電為；當(dāng)功出短路時耗電小于 ；接收器正常工作時耗電小于 500mA。 軌道電路 分路靈敏度為 ，分路殘壓小于 等于 140mA(帶內(nèi) )。 傳輸長度見 22。 表 22 軌道電路傳輸長度 Rd *Ω \Km 載頻（ HZ） 1700 1500 824 674 574 424 2021 1500 824 674 574 424 2300 1500 824 624 524 424 2600 1460 774 624 524 424 第 3 章 系統(tǒng)組成及原理 ZPW2021A 型無絕緣軌道電路分為主軌道電路和調(diào)諧區(qū)小軌道電路兩部分，小軌道電路視為列車運行前方主軌道電路的所屬 “ 延續(xù)段 ” 。主軌道電路的發(fā)送器由編碼條件控制產(chǎn)生表示不同含義的低頻調(diào)制的移頻信號，該信號經(jīng)電纜通道 (實際電纜和模擬電纜 ） 傳給匹配變壓器及調(diào)諧單元，因為鋼軌是無絕緣的，該信號既向主軌道傳送，也向調(diào)諧區(qū)小軌道傳送，主軌道信號經(jīng)鋼軌送到軌道電路受電端，然后經(jīng)室外設(shè)備調(diào)諧單元、匹配變壓器、電纜通道，進入室內(nèi)設(shè)備將信號傳至本區(qū)段接收器。調(diào)諧區(qū)小軌道信號由運行前方相鄰軌道電路接收器處理，并將處理結(jié)果形成小 軌道電路繼電器執(zhí)行條件 (XGJ XGJH)送至本區(qū)段接收器，本區(qū)段接收器同時接收道主軌道移頻信號及小軌道電路繼電器執(zhí)行條件，判決無誤后驅(qū)動軌道電路繼電器 GJ 吸起，并由此來判斷區(qū)段的空閑與占用情況。該系統(tǒng) “ 電氣 — 電氣 ” 和 “ 電氣 — 機械 ” 兩種絕緣節(jié)結(jié)構(gòu)電氣性能相同 [7]。 發(fā)送器 發(fā)送器的作用 ZPW2021 A 型無絕緣軌道電路發(fā)送器，在區(qū)間適用于非電化和電化區(qū)段的多信息無絕緣軌道電路區(qū)段，在車站適用于非電化和電化區(qū)段站內(nèi)移頻電碼化發(fā)送。ZPW2021 A 型無絕緣軌道電路發(fā)送器在使 用中產(chǎn)生 18 種低頻信號 8種載頻 (上下行各四種 ) 的高精度、高穩(wěn)定的移頻信號；供自動閉塞、機車信號和超速防護使用。有足夠的輸出功率，且能根據(jù)需要調(diào)節(jié)發(fā)送電平；能對移頻信號特征實現(xiàn)自檢，故障時給出報警 “ N+1” 冗余運用的轉(zhuǎn)換條件。 發(fā)送器的原理框圖及電路原理簡要說明 同一載頻編碼條件，低頻編碼條件源，以反碼形式分別送入兩套微處理器 CPU中，其中 CPU1 產(chǎn)生包括低頻控制信號 Fc 的移頻信號。移頻鍵控信號 FSK 分別送至CPU CPU2 進行頻率檢測。檢測結(jié)果符合規(guī)定后，即產(chǎn)生控制輸出信號，經(jīng) “ 控制與門 ” 使 “ FSK” 信號送至濾波環(huán)節(jié)，實現(xiàn)方波 —— 正弦波變換。功放輸出的 FSK信號送至兩 CPU 進行功出電壓檢測。兩 CPU 對 FSK 信號的低頻、載頻和幅度特征檢測符合要求后發(fā)送報警繼電器勵磁，并使經(jīng)過功放的 FSK 信號輸出。當(dāng)發(fā)送輸出 端短路時，經(jīng)檢測使 “ 控制與門 ” 有 10S 的關(guān)閉 (裝死或休眠保護 )。 圖 31通用型發(fā)送器原理框圖 微處理器、可編程邏輯器件及作用 采用雙 CPU、雙軟件、雙套檢測電路、閉環(huán)檢查； CPU 采用 80C196，由它構(gòu)成移頻發(fā)生器，控制產(chǎn)生移頻信號，它還擔(dān)負著輸出信號檢測等功能； FPGA 可編程邏輯器件，由它構(gòu)成移頻發(fā)生器，并行 I/O 擴展接口頻率計數(shù)器等 [8]。 低頻和載頻編碼條件的讀取 低頻和載頻編碼條件讀取時，為了消除配線干擾采用 “ 功率型 ” 電路 ,考慮到 “ 故障一安全 ” 原則，應(yīng)將 24 V 直流電源變換成交流，呈動態(tài)檢測方式，并將外部編碼控制電路與處理器等數(shù)字電路有效隔離，如圖 33。 圖 32低頻編碼條件的讀取 依 “ 編碼繼電器接點 ” 接入 “ 編碼條件電源 ” (+24 V)，為消除配線干擾，采用+24 V 電源及電阻 R 構(gòu)成 “ 功率型電路。考慮故障一安全，電路中設(shè)置了讀取 光耦、控制光耦。由 B 點送入方波信號，當(dāng) +24 V 編碼條件電源構(gòu)通時，即可從 “ 讀取光耦 ” 受光器一點獲得與 B 點相位相同的方波信號，送至處理器，實現(xiàn)編碼條件的讀取。 “ 控制光耦 ” 與 “ 讀取光耦 ” 的設(shè)置，實現(xiàn)了對電路元件故障的動態(tài)檢查。任一光耦的發(fā)光源，受光器發(fā)生短線或擊穿等故障時， “ 讀取光耦 ” 一點都得不到動態(tài)的交流信號。以此實現(xiàn)故障 安全，電路詳細分析略。另外，采用光電耦合 2 S 也實現(xiàn)了外部編碼控制電路與處理器數(shù)字電路的隔離。對于 18 路低頻選擇電路，該電路分別設(shè)置，共 18 個。對于載頻電路則接四種頻率及 1 、 2 型設(shè)置，共 6 個。 移頻信號產(chǎn)生 低頻、載頻編碼條件通過并行輸入 /輸出接口分別送到兩個處理器后，首先判斷該條件是否有，僅有一路。滿足條件后， CPU1 通過查表得到該編碼條件所對應(yīng)的上下邊頻數(shù)值，控制移頻發(fā)生器，產(chǎn)生相應(yīng) FSK 信號。并由 CPU1 進行自檢，由 CPU2 進行互檢，條件不滿足，將由兩個處理器構(gòu)成故障報警 [9]。為保證 “ 故障一安全 ” ，CPUl,CPU2 及用于 “ 移頻發(fā)生器 ” 的 “ 可編程邏輯器件