【導(dǎo)讀】ZPW-2020型自動閉塞是一種具有國際先進(jìn)水平的新型自動閉塞，它對于保證區(qū)間行車安全，提高區(qū)段通過能力，起著非常顯著的作用。延長了軌道電路長度。采用單片機(jī)和數(shù)字信號處理技術(shù)，提高了抗干擾能力。的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)，包括電氣絕緣節(jié)，發(fā)送器，接收器，衰耗盤，防雷模擬網(wǎng)絡(luò)盤，匹配變壓器，補(bǔ)償電容等，文章主要分別設(shè)計了他們的內(nèi)部各個模塊的電路結(jié)構(gòu)，闡述了其作用和構(gòu)成原理.關(guān)鍵詞ZPW-2020；移頻；自動閉塞；微處理器、可編程邏輯器件及作用................錯誤!

　　

【正文】 緣。在調(diào)諧區(qū)內(nèi)增加小軌道電路 ,同時實(shí)現(xiàn)了全程斷軌檢測 [4]。 ZPW2020A 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(yùn)行前方主軌道電路的所屬 “ 延續(xù)段 ” 。小軌道電路的發(fā)畢業(yè)設(shè)計 29 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(yùn)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。 ZPW2020A 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(shí)現(xiàn)兩相鄰軌道電路電氣隔絕。 (2)機(jī)械絕緣節(jié) 由 “ 機(jī)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(shí)現(xiàn)軌道電路與 SPT 傳輸電纜的匹配連接。 (4)補(bǔ)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 ZPW2020A 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(yùn)行前方主軌道電路的所屬 “ 延續(xù)段 ” 。 畢業(yè)設(shè)計 30 (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。縱向防雷設(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(hù)。防雷設(shè)備設(shè)在電纜模擬網(wǎng)絡(luò)盒內(nèi)，縱向?yàn)榈娃D(zhuǎn)移系數(shù)的防雷變壓器，橫向?yàn)閹Я踊@示的壓敏電阻。 ZPW2020A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： 20201 Hz 17002 Hz 20202 Hz 23001 Hz 26001 Hz 23002 Hz 26002 Hz 頻偏： 177。 11 Hz。 輸出功率： 70W(400Ω 負(fù)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(fù)載，無并機(jī)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(fù)載，無并機(jī)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(fù)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。 畢業(yè)設(shè)計 31 表 22 軌道電路傳輸長度 Rd *Ω \Km 載頻（ HZ） 1700 1500 824 674 574 424 2020 1500 824 674 574 424 2300 1500 824 624 524 424 2600 1460 774 624 524 424 畢業(yè)設(shè)計 32 第 3 章 系統(tǒng)組成及原理 ZPW2020A 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(yùn)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(shí)際電纜和模擬電纜 ） 傳給匹配變壓器及調(diào)諧單元，因?yàn)殇撥壥菬o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(jìn)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(yùn)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(jī)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 ZPW2020 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。ZPW2020 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(jī)車信號和超速防護(hù)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(shí)現(xiàn)自檢，故障時給出報警 “ N+1” 冗余運(yùn)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(jìn)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(shí)現(xiàn)方波 —— 正弦波變換。功放輸出的 FSK信號送至兩 CPU 進(jìn)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)送輸出畢業(yè)設(shè)計 33 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(hù) )。 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(fù)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(kuò)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 畢業(yè)設(shè)計 34 依 “ 編碼繼電器接點(diǎn) ” 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?？紤]故障一安全 ，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，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(diǎn)獲得與 B 點(diǎn)相位相同的方波信號，送至處理器，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(diǎn)都得不到動態(tài)的交流信號。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 2 S 也實(shí)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(jìn)行自檢，由 CPU2 進(jìn)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 ” 分別采用各自獨(dú)立的時鐘源。經(jīng)檢測后，兩處理器各產(chǎn)生一個控制信號， 經(jīng)過 “ 控制與門 ” ，將 FSK 信號送至方波正弦變換器。 接收器 接收器作用 接收器接收端及輸出端均按雙機(jī)并聯(lián)運(yùn)用設(shè)計，與另一臺接收器構(gòu)成相互熱機(jī)并聯(lián)運(yùn)用系統(tǒng) (或稱 +)，保證接收系統(tǒng)的高可靠運(yùn)用。 用于對主軌道電路移頻信號的解調(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，動作軌道繼電器。 實(shí)現(xiàn)對與受電端相連接調(diào)諧區(qū)短小軌道電路移頻信號的解調(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。 檢查軌道電路完好，減少分路死區(qū)長度，還用接收門限控制實(shí)現(xiàn)對 BA 斷線的檢查。 接收器工作原理 接收器由本接收“主機(jī)”及另一接收“并機(jī)”兩部分構(gòu)成。 畢業(yè)設(shè)計 35 接收器工作原理如圖 33 其中主軌道 A/D、小軌道 A/D 為模數(shù)轉(zhuǎn)換器，并機(jī)輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換成計算機(jī)能處理的數(shù)字信號。 CPUl 、 CPU2：是微機(jī)系統(tǒng)，完成主機(jī)，并機(jī)載頻判決，信號采樣 ,信息判決和輸出驅(qū)動等功能 [10]。 安全與門：將兩路處理器輸出的動態(tài)信號變成驅(qū)動繼電器 (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，由處理器進(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，送至兩處理器，通過各自識別 ， 比較確認(rèn) — 致，視為正常，不 — 致時，視為故障并報警。外部送進(jìn)來的信號，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。兩套處理器對外部四路信號進(jìn)行單獨(dú)的運(yùn)算，判決處理。表明接收信號符合幅度、載頻、低頻要求時，就輸出 3 kHz 的方波，驅(qū)動安全與門。安全與門收到兩路方波后，就轉(zhuǎn)換成直流電壓帶動繼電器。 如果雙處理器的結(jié)果不一致，安全與門輸出不能構(gòu)成，且同時報警。電路中增加了安全與門的反饋檢查，如果處理器有動態(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，接收盒也報警。如果接收盒收到的信號電壓過低，就認(rèn)為是列車分路。 圖 33 接收器工作原理圖 畢業(yè)設(shè)計 36 載頻讀取 接收器載頻讀取與發(fā)送器的低頻載頻電路類似，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)的直流信號轉(zhuǎn)換成動態(tài)的交流信號，由雙處理器進(jìn)行識別和處理，并實(shí)現(xiàn)外界電路與數(shù)字電路的隔離。 微處理器電路 微處理器電路采用雙處理器 ,雙軟件。兩套軟件硬件對信號單獨(dú)處理，把結(jié)果相互校核，實(shí)現(xiàn)故障 安全。處理器采用數(shù)字信號處理器 TMS320C32 。 處理器、數(shù)據(jù)存儲器 (隨機(jī)存取儲存器 )、程序存儲器 (EPROM)、譯碼器、輸出電路、報警電路、輔助電路、上電復(fù)位及“看門狗”的電路。 衰耗盤 衰耗盤作用 對主軌道電路的接收端輸入電平調(diào)整。 對小軌道電路正反向的調(diào)整。 給出有關(guān)發(fā)送、接收用電源電壓、發(fā)送功出電壓、軌道輸入輸出 GJ， XGJ 測試條件。 給出發(fā)送、接收故障報警和軌道占用指示燈等。 在 “ N+1” 冗余運(yùn)用中實(shí)現(xiàn)接收器故障轉(zhuǎn)換時主軌道繼電器和小軌道繼電器的落下延時。 衰耗盤電路原理說明 衰耗盤內(nèi)設(shè)有衰耗調(diào)整電路與工作指示燈 及報警電路。衰耗調(diào)整電路用于對主軌道電路的接收端輸入電平以及小軌道電路正反向的調(diào)整。工作指示燈及報警電路用于給出發(fā)送、接收故障報警和軌道占用指示燈等 [11]。同時在衰耗盤內(nèi)還設(shè)有相應(yīng)測試端，以便給出有關(guān)發(fā)送、接收用電源電壓、發(fā)送功出電壓、軌道輸入輸出 GJ， XGJ 測試條件。 (1)軌道輸入電路 主軌道信號 V1V2 自 C1C2 變壓器 B1 輸入， B1 變壓器其阻抗約為 36～ 55 Ω(1700— 2600Hz) 穩(wěn)定接收器輸入阻抗，阻抗選擇較低，以便抗干擾。變壓器 B1 其匝比為 116： (1～ 146)。次級通過變壓器抽頭連 接，可構(gòu)成 1～ 146 共 146 級變化，按畢業(yè)設(shè)計 37 調(diào)整表調(diào)