【文章內(nèi)容簡介】 發(fā)送功能： （ 1）用途 ZPW2022A 型無絕緣移頻軌道電路發(fā)送器在區(qū)間適用于非電碼化和電碼化區(qū)段18 信息無絕緣移頻自動(dòng)閉塞，供自動(dòng)閉塞、機(jī)車信號(hào)和超速防護(hù)使用。在車站可適用于非電碼化和電碼化區(qū)段站內(nèi)移頻電碼化發(fā)送，并可作站內(nèi) 移頻軌道電路使用。 （ 2）原理框圖及電路原理說明如附錄圖 1 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 CPUCPU2 中，其中 CPU1 控制“移頻發(fā)生器”產(chǎn)生低頻控制信號(hào)為 Fc 的移頻信號(hào)。移頻鍵控信號(hào) FSK 分別送至 CPU CPU2 進(jìn)行頻率檢測(cè)。檢測(cè)結(jié)果符合規(guī)定后，即產(chǎn)生控制輸出信號(hào)，經(jīng)“控制與門”使“ FSK”信號(hào)送至“濾波”環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)方波 ——正弦波變換。功放輸出的 FSK 信號(hào)，送至兩 CPU 進(jìn)行功出電壓檢測(cè)。兩 CPU 對(duì) FSK 信號(hào)的低頻、載頻和幅度特征檢測(cè)符合要求后 ,使發(fā)送報(bào) 警繼電器 FBJ 勵(lì)磁，并使經(jīng)過功放的 FSK 信號(hào)輸出至軌道。當(dāng)發(fā)送輸出端短路時(shí)，經(jīng)檢測(cè)使“控制與門”有 10S 的關(guān)閉（裝死或稱休眠保護(hù)）。 （ 3）低頻和載頻編碼條件的讀取 低頻和載頻編碼條件讀取時(shí)，為了消除配線干擾，采用“功率型”電路。 如附錄圖 2 所示。 考慮到“故障－安全”原則，應(yīng)將 24V 直流電源變換成交流，呈動(dòng)態(tài)檢測(cè)方式，并將外部編碼控制電路與 CPU 等數(shù)字電路有效隔離，依“編碼繼電器接點(diǎn)”接入“編碼條件電源”（ +24V）為消除配線干擾，采用 +24V 電源及電阻 R 構(gòu)成“功率型”電路。考慮故障 — 安全，電 路中設(shè)置了讀取光耦、控制光耦。由 B 點(diǎn)送入方波信號(hào)，當(dāng) +24V 編碼條件電源構(gòu)通時(shí)，即可從“讀取光耦”受光器 A 點(diǎn)獲得與 B 點(diǎn)相位相同的方波信號(hào)，送至 CPU，實(shí)現(xiàn)編碼條件的讀取。 “控制光耦”與“讀取光耦”的設(shè)置，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電路元件故障的動(dòng)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(shí)，“讀取光耦” A 點(diǎn)都得不到動(dòng)態(tài)的交流信號(hào)。以此實(shí)現(xiàn)故障 — 安全，電路詳細(xì)分析略。另外，采用光電耦合器也實(shí)現(xiàn)了外部編碼控制電路與 CPU 數(shù)字電路的隔離。對(duì)于低頻選擇電路分別設(shè)置，共 18 個(gè)。對(duì)于載頻電路則按四種頻率及 2 型組合設(shè)置，共 6 個(gè)。 （ 4）移頻信號(hào)產(chǎn)生 低頻、載頻編碼條件通過并行 I/O 接口分別送到兩個(gè) CPU 后，首先判斷該條件 18 是否有，且僅有一路。滿足條件后， CPU1 通過查表得到該編碼條件所對(duì)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(hào)。并由 CPU1 進(jìn)行自檢，由 CPU2 進(jìn)行互檢，條件不滿足，將由兩個(gè) CPU 構(gòu)成故障報(bào)警。為保證“故障 — 安全”， CPUCPU2 及用于“移頻發(fā)生器”的“可編程邏輯器件”分別采用各自獨(dú)立的時(shí)鐘源。 經(jīng)檢測(cè)后，兩 CPU 各產(chǎn)生一個(gè)控制信號(hào)，經(jīng)過“控制與門”，將 FSK 信號(hào)送至方波正弦變換器。方波正弦變換器：該變換器是由可編程低通濾波器 260 集成芯片構(gòu)成其截止頻率，同時(shí)滿足對(duì) 1700Hz、 2600 Hz 三次及以上諧波的有效衰減。 （ 5）安全與門電路 對(duì)數(shù)字電路來講，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，一般表現(xiàn)出固定的高電平 1 或 固定的低電平0，為此，我們把動(dòng)態(tài)方波信號(hào)作為正常工作信號(hào)，兩路 CPU 正常工作時(shí)分別產(chǎn)生各自的方波信號(hào)，通過安全與門，產(chǎn)生一個(gè)直流信號(hào)，發(fā)送報(bào)警繼電器 FBJ，如果任何一路方波信號(hào)沒有，應(yīng)不會(huì)產(chǎn)生直流信號(hào)，發(fā)送報(bào)警繼電器將落下，切斷移頻信號(hào)的輸出。 當(dāng)有方波 1 時(shí)，光耦 1 處于開關(guān)狀態(tài)，回路中的電流處于交變狀態(tài)，變壓器隔離以及整流濾波，產(chǎn)生一個(gè)獨(dú)立的直流電源電壓信號(hào)，此外，如果方波 2 存在，那么，光耦 2 也處于開關(guān)狀態(tài)，使三極管處于開關(guān)狀態(tài)，通過三極管的放大、變壓器的隔離及整流濾波，產(chǎn)生一個(gè)直流信號(hào)，驅(qū)動(dòng)發(fā)送報(bào)警繼電器。 通過分析可以看出，任何一路方波信號(hào)不存在時(shí) FBJ 都將落下。 接收功能： 1）用途 用于對(duì)主軌道電路移頻信號(hào)的解調(diào)，并配合與送電端相連接調(diào)諧區(qū)短小軌道電路的檢查條件，動(dòng)作軌道繼電器。另外，還實(shí)現(xiàn)對(duì)與受電端相連接調(diào)諧區(qū)短小軌道電路移頻信號(hào)的解調(diào)，給出短小軌道電 路執(zhí)行條件，送至相鄰軌道電路接收器。接收器接收端及輸出端均按雙機(jī)并聯(lián)運(yùn)用設(shè)計(jì)，與另一臺(tái)接收器構(gòu)成相互熱機(jī)并聯(lián)運(yùn)用系統(tǒng)，保證接收系統(tǒng)的高可靠運(yùn)用。 （ 2）電路原理介紹 接收器原理框圖如附錄圖 3 所示。 ① 接收器雙機(jī)并聯(lián)運(yùn)用原理 接收器由本接收“主機(jī)”及另一接收“主機(jī)”兩部分構(gòu)成。 ZPW2022A 系統(tǒng)中A、 B 兩臺(tái)接收器構(gòu)成成對(duì)雙機(jī)并聯(lián)運(yùn)用，即： A 主機(jī)輸入接至 A 主機(jī)，且并聯(lián)接至 B 主機(jī)。 19 B 主機(jī)輸入接至 B 主機(jī)，且并聯(lián)接至 A 主機(jī)。 A 主機(jī)輸出與 B 并機(jī)輸出并聯(lián)，動(dòng)作 A 主機(jī)相應(yīng)執(zhí)行對(duì)象。 B 主 機(jī)輸出與 A 并機(jī)輸出并聯(lián)，動(dòng)作 B 主機(jī)相應(yīng)執(zhí)行對(duì)象。 ② 接收器原理框圖及說明 主軌道 A/D，小軌道 A/D：模數(shù)轉(zhuǎn)換器，將主機(jī)、并機(jī)輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能處理的數(shù)字信號(hào)。 CPU CPU2：是微機(jī)系統(tǒng)，完成主機(jī)、并機(jī)載頻判決、信號(hào)采樣、信息判決和輸出驅(qū)動(dòng)等功能。安全與門 1~4：將兩路 CPU 輸出的動(dòng)態(tài)信號(hào)變成驅(qū)動(dòng)繼電器（或執(zhí)行條件）的直流輸出。載頻選擇電路：根據(jù)要求，利用外部的接點(diǎn)，設(shè)定主機(jī)、并機(jī)載頻信號(hào)，由 CPU 進(jìn)行判決，確定接收盒的接收頻率。接收盒根據(jù)外部所確定載頻條件，首先確定接收盒的中心頻率。外 部送進(jìn)來的信號(hào)，分別經(jīng)過主機(jī)、并機(jī)兩路模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。兩套 CPU 對(duì)外部四路信號(hào)進(jìn)行單獨(dú)的運(yùn)算，判決處理。雙 CPU 再把處理的結(jié)果通過串行通信，相互進(jìn)行比較。如果判決結(jié)果一致，就輸出 3KHz 的脈沖驅(qū)動(dòng)安全與門。安全與門接收到兩路方波信號(hào)后，將其轉(zhuǎn)換成直流電壓帶動(dòng)繼電器。如果雙 CPU 的結(jié)果不一致，就關(guān)掉給安全與門的脈沖，同時(shí)報(bào)警。電路中增加了安全與門的反饋檢查，如果 CPU 有動(dòng)態(tài)輸出，那么安全與門就應(yīng)該有直流輸出，否則就認(rèn)為安全與門故障，接收器也報(bào)警。如果接收盒收到的信號(hào)電壓過低，就認(rèn)為是列車分路。 ③ 載頻讀取電路 載頻讀取電路如圖 24 所示。 接收載頻讀取電路與發(fā)送低頻載頻讀取電路類似，載頻通過相應(yīng)端子接通 24V電源確定，通過光電耦合器將靜態(tài)的直流信號(hào)轉(zhuǎn)換成動(dòng)態(tài)的交流信號(hào)，由雙 CPU 進(jìn)行識(shí)別和處理，并實(shí)現(xiàn)外界電路與數(shù)字電路的隔離。 ZPW2022A 發(fā)送接收器一體化實(shí)現(xiàn)方法 為了實(shí)現(xiàn)將發(fā)送、接收集成為一個(gè)設(shè)備，采用在一套 DSP 和 CPLD 搭建的電路平臺(tái)上同時(shí)實(shí)現(xiàn)發(fā)送接收功能。如附錄圖 2所示為發(fā)送接收一體化設(shè)備中的微處理電路平臺(tái)原理框圖： 微處理器電路采用雙 CPU、雙軟件。兩套軟件硬件對(duì)信號(hào)單 獨(dú)處理，將結(jié)果相互校核，實(shí)現(xiàn)故障 安全要求。 在系統(tǒng)中， CPU 采用美國德州儀器 （ TI） 公司生產(chǎn)的 32位高性能浮點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理芯片 TMS320VC33DSP， 由它構(gòu)成發(fā)送功能中的移頻發(fā)生器、控制產(chǎn)生移頻信號(hào)功能和輸出信號(hào)檢測(cè)，以及接收功能中的信號(hào)采樣、運(yùn)算判決和控制功能。 采用了 Xilinx Spartan2的 CPLD 可編程邏輯器件，構(gòu)成移頻發(fā)送器、分頻器、并 20 行 I/O 擴(kuò)展接口以及系統(tǒng)中的邏輯譯碼功能。 RAM（數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器）用于存放采集的數(shù)據(jù)和運(yùn)算結(jié)果。 RAM 供電后可以對(duì)其進(jìn)行讀寫處理，斷電后其內(nèi)部數(shù)據(jù)就消失不 保存。 EPROM（程序存儲(chǔ)器）是程序的載體， CPU 執(zhí)行的指令和運(yùn)算需要的常數(shù)存儲(chǔ)在其中。 EPROM中的信息通過編程寫入，斷電后數(shù)據(jù)仍能保持。如果需要擦除其中的信息，可通過紫外線照射擦除反復(fù)使用。 譯碼器完成 CPU 與 EPROM、 RAM、 A/D 及輸入輸出接口 （ I/O） 等之間的邏輯關(guān)系，用 CPLD 實(shí)現(xiàn)。 輸出電路根據(jù) CPU 對(duì)輸入信號(hào)分析的結(jié)果，經(jīng)過通信相互校核后，然后輸出動(dòng)作相應(yīng)的繼電器。 報(bào)警電路： CPU 定時(shí)對(duì) RAM、 EPROM 和 CPU 中的存儲(chǔ)器進(jìn)行檢查，也對(duì)載頻電路和安全與門電路進(jìn)行檢查，根據(jù)檢查 的結(jié)果和雙 CPU 進(jìn)行通信相互校核的結(jié)果，決定給出相應(yīng)告警條件。 衰耗盤 （ 1）用途 用作對(duì)主軌道電路及調(diào)諧區(qū)小軌道電路的調(diào)整（含正、反方向）；給出發(fā)送器、接收器用電源電壓，發(fā)送器功出電壓和軌道繼電器（含 GJ、 XGJ）電壓測(cè)試條件；給出發(fā)送器、接收器的故障報(bào)警、軌道狀態(tài)及正反向運(yùn)行指示燈等。 （ 2）電路原理說明 ① 主軌道輸入電路 主軌道信號(hào) V V2自 C C2變壓器 B2輸入， SB1變壓器阻抗約為 36~55Ω（ 1700~2600Hz），以穩(wěn)定接收器輸入阻抗，該阻抗選擇較低，利于抗干擾。 變壓器 SB1其匝比為 116：（ 1~146）。次級(jí)通過變壓器抽頭連接，可構(gòu)成 1~146共146級(jí)變化。 ② 短小軌道電路輸入電路 根據(jù)方向電路變化，接收端將接至不同的兩端短小軌道路。故短小軌道電路的調(diào)整按正、反兩方向進(jìn)行。正方向電壓調(diào)整用 a11~a23端子，反方向電壓調(diào)整用 c11~C23端子。為提高 A/D 模數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣精度，短小軌道電路信號(hào)經(jīng)過 1： 3升壓變壓器SB2輸出至接收器。 ③ 報(bào)警電路 發(fā)送工作、接收工作指示燈分別將發(fā)送器、接收器的報(bào)警電路接入，通過光電耦合器構(gòu)成報(bào)警接點(diǎn)條件（ BJ BJ BJ3）。移頻報(bào)警繼 電器 YBJ，由移頻架第一位衰耗器 YB+引出，逐一串接各衰耗盤 BJ BJ2條件至 024。通過 N1B 受光器導(dǎo)通，使外接 YBJ勵(lì)磁。此外，為了適應(yīng)微機(jī)監(jiān)測(cè)的需要，預(yù)留了報(bào)警條件接點(diǎn) FBJ+、 FBJ、FBJ+、 FBJ，由機(jī)柜內(nèi)配線引至零層。 ④ 軌道狀態(tài)指示電路 根據(jù)軌道繼電器的狀態(tài)，通過光電耦合器的開端驅(qū)動(dòng)軌道狀態(tài)指示燈 GJ。 GJ 亮綠燈，表示軌道空閑； GJ亮紅燈，表示軌道占用； GJ滅燈，表示斷電。 補(bǔ)償電容 ： （ 1）作用 ① 保證軌道電路傳輸距離； ② 保證接收端信號(hào)有效信干比； 21 ③ 實(shí)現(xiàn)了對(duì)斷軌狀態(tài) 的檢查； ④ 保證了鋼軌同側(cè)兩端接地條件下，軌道電路分路及斷軌檢查性能。 （ 2）原理 由于 60km重 1435mm 軌距的鋼軌電感為 H/m，同時(shí)每米約有幾個(gè) pf電容。對(duì)于 1700~2300Hz的移頻信號(hào)，鋼軌呈現(xiàn)較高的感抗值。該值大大高于道碴電阻時(shí)，對(duì)軌道電路信號(hào)的傳輸產(chǎn)生較大的影響。為此，采取分段加補(bǔ)償電容的方法，減弱電感的影響。 其補(bǔ)償原理可理解為將每補(bǔ)償段鋼軌 L與電容 C視為串聯(lián)諧振，在補(bǔ)償段入口端（ A、 B）取得一個(gè)趨于電阻性負(fù)載 R，并在出口端（ C、 D）取得一個(gè)較高的輸出電平。一般認(rèn)為補(bǔ)償電容容量與 載頻頻率、道碴電阻低端數(shù)值、電容設(shè)置方式、設(shè)置密度、軌道電路傳輸作用要求等有關(guān)。一般載頻頻率低，補(bǔ)償電容容量大；最小道碴電阻低，補(bǔ)償電容容量大；軌道電路只考慮加大機(jī)車信號(hào)入口電流，不考慮列車分路狀態(tài)時(shí)，電容容量大。為保證軌道電路電容調(diào)整、分路及機(jī)車信號(hào)同時(shí)滿足一定要求時(shí)，補(bǔ)償電容容量應(yīng)有一個(gè)優(yōu)選范圍。 補(bǔ)償電容設(shè)置密度加大，有利于改善列車分路，減少軌道電路中列車分路電流的波動(dòng)范圍，有利于延長軌道電路傳輸長度，過密設(shè)置又增加了成本，帶來維修的不便，要適當(dāng)考慮。 補(bǔ)償電容的設(shè)置方式宜采用“等間距法”，即將無絕緣 軌道電路兩端 BA間的距離L 按補(bǔ)償電容總量 N 等份，其步長△ =L/N。軌道電路兩端按半步長（△ /2），中間按全步長（△）設(shè)置電容，以獲得最佳傳輸效果。 綜上，根據(jù)載頻頻率、最低道碴電阻數(shù)值、軌道電路傳輸狀態(tài)的要求、電容容量、數(shù)量、設(shè)置方法得當(dāng)，將大大改善軌道電路的傳輸，加大軌道電路傳輸長度。 ZPW2022A性能的研究： 設(shè)備抗干擾能力： 發(fā)送接收合一在以前設(shè)備中是要避免的，因?yàn)檫^去設(shè)備為分離元件，接收部分占有大部分設(shè)備空間，發(fā)送部分的空間干擾通過分離元件很可能會(huì)影響接收動(dòng)作，因此接收部 分和發(fā)送部分必須離開足夠的空間才能保證設(shè)備的正常運(yùn)行。而現(xiàn)在發(fā)送和接收均為集成電路，在設(shè)備內(nèi)接收部分的輸入信號(hào)經(jīng)過一個(gè)跟隨器隔離后直接進(jìn)入 AD，較過去經(jīng)過環(huán)節(jié)減小，發(fā)送的空間干擾信號(hào)不易進(jìn)入到接收通道。 在設(shè)備設(shè)計(jì)的時(shí)候也充分的考慮了干擾問題。采取了數(shù)字板內(nèi)發(fā)送部分電路和接收部分電路分開，干擾最大的發(fā)送部分功放板和進(jìn)行信號(hào)處理的數(shù)字板分開，以及通過遠(yuǎn)離功放端子和接收端子位于設(shè)備中的位置等措施保證發(fā)送信號(hào)對(duì)接收通道影響最小。如果允許，還可以考慮將數(shù)字板放在一個(gè)屏蔽盒內(nèi)，這樣也可以更好地防止信號(hào)空間干擾。另外， 發(fā)送部分的發(fā)送信號(hào)幅度僅為 2V 左右，信號(hào)的頻率在 3K 以下，屬于低頻信號(hào)，因此只需要在制板時(shí)注意信號(hào)的走線和元件的布局。 通過以上各種系統(tǒng)抗干擾措施，基本上避免了發(fā)送部分對(duì)接收部分的信號(hào)干擾，從而保證了發(fā)送接收一體化實(shí)現(xiàn)的可能。 系統(tǒng)防雷 22 系統(tǒng)防雷包含二個(gè)部分： （ 1）發(fā)送端、接收端的“站防雷”。 設(shè)于模擬網(wǎng)絡(luò)盤內(nèi)，實(shí)現(xiàn)對(duì)從電纜引入雷電沖擊的橫向、縱向防護(hù)，站內(nèi)電碼化設(shè)計(jì)單獨(dú)的防雷單元。 （ 2）對(duì)從鋼軌引入雷電沖擊保護(hù) 橫向：設(shè)在調(diào)諧單元、匹配變壓器兩端。 縱向：在空心線圈中心線不接地條件