基础设备课程设计报告.doc

铁路信号基础设备课程设计ZPW2000型移频轨道电路接收器 姓名班级学号：摘 要ZPW-2000型自动闭塞是一种具有国际先进水平的新型自动闭塞，它对于保证区间行车安全，提高区段通过能力，起着非常显著的作用。ZPW-2000移频自动闭塞有着诸多优点，它克服了UM71系统在传输安全性和传输长度上存在的问题，解决了轨道电路全程断轨检查，调谐区死区长度，调谐单元断线检查，拍频干扰防护等技术难题。延长了轨道电路长度。采用单片机和数字信号处理技术，提高了抗干扰能力。本设计对ZPW-2000型移频轨道电路的系统结构组成，系统的电路原理，系统测试和轨道电路的调整以及自动闭塞系统在站间站内的应用都做出了说明，重点设计了ZPW-2000系统的接收器电路结构，包括接收器作用、接收器工作原理、载频读取、微处理器电路。文章主要分别设计了他们的内部各个模块的电路结构，阐述了其作用和构成原理。关键词 ZPW-2000； 移频； 自动闭塞目录一设计目的二设计任务三设计内容及要求四ZPW-2000无绝缘轨道电路概述1ZPW-2000A型无绝缘移频自动闭塞系统的概述及特点2 ZPW-2000A型无绝缘轨道电路系统构成五ZPW-2000的接收器概述 1接收器的作用2接收器原理框图3载频读取4微处理器电路5相应的计算机仿真图形六实习认识七心得体会一设计目的ZPW-2000A无绝缘移频自动闭塞是在法国UM71无绝缘轨道电路技术引进、国产化基础上，结合国情，进行提高系统安全性、系统传输性能及系统可靠性的技术再开发本课程设计重点设计了ZPW-2000系统的接收器电路结构，包括接收器作用、接收器工作原理、载频读取、微处理器电路。文章主要分别设计了他们的内部各个模块的电路结构，阐述了其作用和构成原理。这是我们在学完铁路信号基础设备课程之后，进行的一次综合性实践训练，是对课堂所学知识的巩固和提高，是培养既具有较强的理论水平，又有足够的实践能力的高等技术应用型专门人才的重要手段之一。通过该课程设计的训练，可以使得我们的综合能力、创新思想得到全面的提升；使我们能够综合运用铁路信号基础设备知识和其它先修课程的知识去分析、解决实际问题；培养正确的设计思想和分析问题、解决问题的能力；通过计算机绘图，学会了运用标准、规范、手册、图册和查阅有关技术资料等，培养工程设计的基本技能，为后续课程的学习和毕业设计做准备，为今后从事科学研究、工程技术工作打下较坚实的基础。二设计任务要求针对课程设计中的重点和难点内容，在同组同学的互助下完成。设计中一方面要会利用已有的资料，合理参考，加快设计进程；另一方面又不能盲目地、机械地抄袭，要具体问题具体分析，有针对性的进行设计。三设计内容及要求1、明确设计任务，查找资料。2、接收器原理图及相应的计算机软件仿真图。3、编写设计说明书。四ZPW-2000无绝缘轨道电路概述 1ZPW-2000A型无绝缘移频自动闭塞系统的概述及特点ZPW-2000A型无绝缘轨道电路系统,采用1700Hz-2600Hz载频段、FSK制式轨道电路传输特性、主要参数及计算机技术,满足机车信号为主体信号的自动闭塞及列车超速防护系统要求。ZPW-2000A型无绝缘移频自动闭塞系统是在法国UM71无绝缘轨道电路技术引进、国产化基础上，结合国情进行的技术再开发。前者较后者在轨道电路传输安全性、传输长度、系统可靠性、可维修性以及结合国情提高技术性能价格比、降低工程造价上都有了显著提高。特点：1) 充分肯定、保持UM71无绝缘轨道电路整体结构上的优势。2) 解决了调谐区断轨检查，实现轨道电路全程断轨检查。3) 减少调谐区分路死区。4) 实现对调谐单元断线故障的检查。5) 实现对拍频干扰的防护。6) 通过系统参数优化，提高了轨道电路传输长度。7) 提高机械绝缘节轨道电路传输长度，实现与电气绝缘节轨道电路等长传输。8) 轨道电路调整按固定轨道电路长度与允许最小道碴电阻方式进行。既满足了1km标准道碴电阻、低道碴电阻最大传输长度要求，又为一般长度轨道电路最大限度提供了调整裕度，提高了轨道电路工作稳定性。9) 用SPT国产铁路数字信号电缆取代法国ZCO3电缆，减小铜芯线径，减少备用芯组，加大传输距离，提高系统技术性能价格比，降低工程造价。10) 采用长钢包铜引接线取代75mm2铜引接线，利于维修。11) 系统中发送器采用“N+1”冗余，接收器采用成对双机并联运用，提高系统可靠性，大幅度提高单一电子设备故障不影响系统正常工作的时间。2 ZPW-2000A型无绝缘轨道电路系统构成图2-2ZPW-2000A型无绝缘轨道电路系统,采用电气绝缘节来实现相邻轨道电路区段的隔离。电气绝缘节长度改进为29m,电气绝缘节由空芯线圈、29m长轨和调谐单元构成。调谐区对于本区段频率信号显示呈现零阻抗,可靠地短路相邻区段信号,防止越区传输,从而实现相邻区段信号的电气绝缘。在调谐区内增加小轨道电路,同时实现了全程断轨检测。 ZPW-2000A型无绝缘轨道电路分为主轨道电路和调谐区内的小轨道电路两个部分,并将小轨道电路视为列车运行前方主轨道电路的所属“延续段”。小轨道电路的发送器由编码条件控制产生表示不同含义的低频调制的移频信号,该信号经电缆通道传给匹配变压器及调谐单元,由于钢轨是无绝缘的,该信号既向主轨道传送,又向调谐区内的小轨道传送,主轨道信号经钢轨送到轨道电路受电端,然后经调谐单元、匹配变压器、电缆通道,把信号传到本区段接收器。调谐区小轨道信号由运行前方相邻轨道电路接收器处理,并将处理结果形成小轨道电路继电器执行条件送至本区段接收器,本区段接收器同时接收到主轨道移频信号及小轨道电路继电器执行条件,判断无误后驱动轨道电路继电器吸起,由此来判断区段的空闲与占用状况。ZPW-2000A型无绝缘轨道电路由室内、室外及系统防雷三部分组成。如图2-2五ZPW-2000的接收器概述1接收器的作用接收器接收端及输出端均按双机并联运用设计，与另一台接收器构成相互热机并联运用系统，保证接收系统的高可靠运用。1)用于对主轨道电路移频信号的解调，并配合与送电端相连接调谐区短小轨道电路的检查条件，动作轨道继电器。2)实现对与受电端相连接调谐区短小轨道电路移频信号的解调，给出短小轨道电路执行条件，送至相邻轨道电路接收器。3）检查轨道电路完好，减少分路死区长度，还用接收门限控制实现对BA断线的检查。2接收器原理框图ZPW-2000A型无绝缘轨道电路将轨道电路分为主轨道电路和调谐区短小轨道电路两个部分，并将短小轨道电路视为列车运行前方主轨道电路的所属“延续段”。该“延续段”信号由运行前方相邻轨道电路接收器处理，并将处理结果形成小轨道电路轨道继电器执行条件（XG、XGH）送至本轨道电路接收器，做为轨道继电器（GJ）励磁的必要检查条件（XGJ、XGJH）之一。轨道电路调整状态下：主轨道接收电压不小于240mv；主轨道继电器电压不小于20V(1700负载，无并机接入状态下)；小轨道接收电压不小于42mv；小轨道继电器或执行条件电压不小于20V(1700负载，无并机接入状态下)。主轨道和调谐区小轨道检查原理见下图。 综上所述，接收器用于接收本主轨道电路信号，并在检查所属调谐区短小轨道电路状态（J、J）条件下，动作本轨道电路的轨道继电器（）。另外，接收器还接收相邻区段小轨道电路的信号，向相邻区段提供小轨道电路状态（、）条件。接收器采用DSP数字信号处理技术，将接收到的两种频率信号进行快速傅氏变换（FFT）,获得两种信号能量谱的分布，并进行判决。接收器由本接收“主机”及另一接收“并机”两部分构成。接收器工作原理如图3-3其中主轨道A/D、小轨道A/D为模数转换器，并机输入的模拟信号转换成计算机能处理的数字信号。 CPUl 、CPU2：是微机系统，完成主机，并机载频判决，信号采样,信息判决和输出驱动等功能10。 安全与门：将两路处理器输出的动态信号变成驱动继电器(或执行条件)的直流输出。 载频选择电路：根据要求，利用外部的接点，设定主机,并机载频信号，由处理器进行判决，确定接收盒的接收频率。 接收盒根据外部所确定载频条件，送至两处理器，通过各自识别，比较确认致，视为正常，不致时，视为故障并报警。外部送进来的信号，分别经过主机、并机两路模数转换器转换成数字信号。两套处理器对外部四路信号进行单独的运算，判决处理。表明接收信号符合幅度、载频、低频要求时，就输出3 kHz 的方波，驱动安全与门。安全与门收到两路方波后，就转换成直流电压带动继电器。如果双处理器的结果不一致，安全与门输出不能构成，且同时报警。电路中增加了安全与门的反馈检查，如果处理器有动态输出，那么安全与门就应该有直流输出，否则就认为安全与门故障，接收盒也报警。如果接收盒收到的信号电压过低，就认为是列车分路。接收器原理框图（如图2-42） 2-423载频读取接收器载频读取与发送器的低频载频电路类似，载频通过相应端子接通24V电源确定，通过光电耦合器将静态的直流信号转换成动态的交流信号，由双处理器进行识别和处理，并实现外界电路与数字电路的隔离。4微处理器电路微处理器电路采用双处理器,双软件。两套软件硬件对信号单独处理，把结果相互校核，实现故障-安全。处理器采用数字信号处理器TMS320C32 。 处理器、数据存储器(随机存取储存器)、程序存储器(EPROM)、译码器、输出电路、报警电路、辅助电路、上电复位及“看门狗”的电路。5相应的计算机仿真图形此部分采用labview软件仿真接收器的原理，具体如下介绍：产生010之间的随机数，在波形图表上显示出来，要求同时显示两条直线2和8，要求线条略粗于曲线，要求Y坐标保持在010范围内。当随机数大于9时LED灯闪烁，小于1时，波形图表不可见。每次运行时图标从头显示。波形图表代表对主轨道电路移频信号的解调，灯亮代表轨道继电器动作。 实现对与受电端相连接调谐区短小轨道电路移频信号的解调，波形图表不见时代表 BA 断线。2（曲线1）代表本主轨道电路信号，8（曲线2）代表调谐区短小轨道电路状态（J、J），波形图表代表对主轨道电路移频信号的解调，灯亮代表轨道继电器动作。 接收器的解调与检查的编程程序如图另外，接收器还接收相邻区段小轨道电路的信号，向相邻区段提供小轨道电路状态（、）条件。接收器采用DSP数字信号处理技术，将接收到的两种频率信号进行快速傅氏变换（FFT）,获得两种信号能量谱的分布，并进行判决。 用顺序结构实现数值匹配：输入1100之间的任意1个整数，然后系统随机产生1100之间的整数，直到和预先输入的整数一样，然后输出匹配的次数和匹配的时间。 接收器的整体程序六实习认识 通过去参观交通学院的铁路模拟沙盘和石家庄铁路运输学校的沙盘，具体对6502电气集中连锁和计算机连锁有了一定的认识，还有它们的不同之处，计算机连锁的优越性都有了一定的了解。 将道岔、进路、信号机用电气方式集中控制与监督，并实现他们之间的连锁关系的技术方法和设备称为电气集中连锁，用继电器实现连锁关系的称为继电集中连锁。6502电气集中是我国目前应用最普遍的一种继电集中连锁。6502电气集中具有电路定型化程度高、逻辑性强，操作方法简便灵活、不易出错，维修、施工比较方便，符合故障安全原则，易于区间闭塞设备及其他信号设备结合等优点；又可作为调度集中和TDCS的基础设备。因此，在我国铁路得到了广泛应用。 计算机连锁是以计算机为核心，采用通信技术、可靠性与容错性技术以及“故障安全”技术实现铁路车站连锁要求的实时控制系统。计算机连锁系统不仅具备继电连锁设备的连锁控制功能，而且利用计算机的快捷信息处理能力、储存能力和联网能力，可方便地实现继电连锁设备难以实现得一些功能。就如显示功能、语音提示功能、记录存储和故障检测与诊断功能。七心得体会随着铁路建设的跨越式发展，对机车信号设备显示的准确性和工作的可靠性提出了更高的要求，机车信号正朝着主体化的方向发展，研制和发展适合我国铁路ZPW-2000无绝缘轨道电路的机车信号成为了迫切需要。采用数字信号处理(DSP)技术实现对机车信号波形的谱分析，利用可靠的硬件和软件技术实现机车信号的安全性、实时性和高精度要求。基于ZPW-2000无绝缘轨道电路的机车信号的安全性、可靠性、实时性和高精度可以满足我国铁路发展的需要。随着我国铁路的大力发展，ZPW-2000无绝缘轨道电路和主体化机车信号得到大力推广，国产主体机车信号的时代已经到来。中国高速铁路不可能完全照搬任何一国的高速铁路技术体系，只有立足于自我，坚持博采众长，把借鉴、消化、吸收国际上先进、成熟、可靠的技术与研发、试验验证、自主创新相结合，系统集成，才能形成符合我国国情、路情的世界一流高速客运专线技术体系，才能经得起运营的考验，历史的检验。作完了课程设计，对我来说，面对一张张别人看来微不足道的成就，心中感慨万千。一种无名的冲动促使我写下了这段感谢信，因为我知道，我今天的所谓“成就”是与老师们的支持关心和帮助是密切联系，不可分割的。我要特别感谢我的指导老师，使我在课题设计和论文撰写过程中，既得到了知识和能力上的提高，也培养了我勤奋刻苦，努力认真的作风，使我受益匪浅。从一开始到文章的完成，每走一步对我来说都是新的尝试和学习机会。在这段时间里，我学到了很多知识也有很多感受。谢谢！ 参考文献1 高继祥.铁路信号运营基础M. 北京:中国铁道出版社,199