50Hz相敏轨道电路

50Hz相敏轨道电路接收设备 中国铁路通信信号集团公司 北京铁路信号工厂 2008年3月 1 工厂简介 2 概述 3 研制过程 4 设计原则 5 系统构成 6 主要工作条件 7 主要技术指标 8 设备原理 9 设备使用 10 系统安全性、可靠性和抗干扰性设计 11 主要特点 附录1 主要设备 1．工厂简介 北京铁路信号工厂隶属于中国铁路通信信号集团公司，始建于1959年，中国500家最大交通运输设备制造企业之一。北京市级先进企业，工厂1996年6月通过ISO9001质量保证体系认证，2000年5月通过ISO9001-2000版换版认证。 工厂主要从事铁路信号及城市轨道交通控制系统的设计开发、生产制造与销售，是铁道部指定的铁路信号专业生产制造企业和主要生产基地。至2004年，工厂固定资产总额以达5.31亿元。工厂具有40多年的铁路信号研制、生产经验，拥有一大批铁路信号专业领域的科研、工艺技术人员和技术精良的一线生产人员。其中铁路通信信号、自动控制、电子信息、计算机、机械制造等专业的工程技术人员近150名，大学本科生占80%以上，硕士研究生近20名，具有高级技术职称的人数超过近40名。 几十年来，工厂始终坚持走技术创新之路，与国内外公司和科研院所广泛合作，不断推出新产品，以满足用户需要。主要产品有区间移频自动闭塞、站内电码化、通用机车信号、列车超速防护、计算机联锁、微机监测和防雷产品等。从1989年开始引进法国UM71无绝缘轨道电路，研制开发了WG-21A无绝缘轨道电路，与北京全路通信信号研究设计院共同研制开发了ZPW-2000A无绝缘轨道电路，并被铁道部确定为统一我国铁路自动闭塞的制式。 2. 概述 该50Hz相敏轨道电路接收器设备由GX·J-50型相敏轨道电路接收器及配套的GX·HBJ-50型相敏接收变压器盒、GX·HJ型相敏接收报警盒组成，是由北京铁路信号工厂研发并生产的新一代安全型相敏轨道电路产品，应用于城市轨道交通或国铁50Hz相敏轨道电路。其采用双DSP数字处理芯片，利用数字信息处理技术对轨道电路信息进行识别，从软件和硬件上提高了设备的安全性和可靠性。 在城市铁路采用的轨道电路，考虑到其电力机车一般为直流牵引，所以不能直接使用铁路上使用的480轨道电路。 同时，480轨道电路的信号特征是单一的，较二元型相敏轨道电路的安全性差。因而在城市铁路交通也都大量使用了50Hz相敏轨道电路。 目前在城市铁路上采用的微电子型的50Hz相敏轨道接收器较JZXC-480型轨道继电器，提高了返还系数和绝缘破损防护能力，但因在部分直流牵引区段，当牵引电流不平衡大、或机车升、降弓过程中，发生轨道继电器误动作现象。 随着微电子数字信号处理技术的发展和在铁路安全设备的广泛应用，研制出具有较高安全性、可靠性，具有较高集成度的微电子型相敏接收器，以满足铁路信号产品高可靠、高安全的发展需求，是十分必要的。 3. 研制过程 2005年7月，北京铁路信号工厂正式确立：“50Hz/25Hz相敏轨道电路接收器”研制项目，并申报了中国铁路通信信号集团公司科研开发立项，组织技术人员成立了课题组。从2005年7月至2005年12月进行了方案的初步确定，经过了多次功能样机以及产品样机的试制，并进行了联调、故障－安全、高低温、振动、抗干扰等多项试验，12月中旬，由集团公司牵头召开了该项目的技术审查大会，请多位专家对设备的各项性能和参数进行了详细的测试，测试的结果很理想，与会专家一致通过技术审查，并推荐上道试验。2006年1月开始，在北京交通大学铁路电务设备电磁兼容检测中心开始电磁兼容试验。经过不懈的努力，到2月底，顺利通过电磁兼容检测。3月中旬，在大连快轨三号线车辆段进行了首次现场试验，并对试验数据进行了记录和分析。4月初，又在车辆段进行了第二次完整的现场试验，并开始正式运行。2006年6月中旬，在大连快轨三号线正线金石滩站进行现场试验，并同时正式运行。2006年7月，通号集团公司再次牵头邀请多位专家在大连召开该项目的技术鉴定大会。与会专家对该产品给与一致的肯定和很高的评价，并建议在城轨推广使用。至今，试验设备仍在现场运行，并一直工作稳定。 4. 设计原则 4.1 根据铁道部行标TB/T 3090-2004 《25Hz相敏轨道电路微电子接收器》的技术指标，制定相应的“50Hz相敏轨道电路微电子接收器”（目前无铁道部行业标准）的技术指标； 4.2 满足铁道部行标TB/T 2615-94 《铁路信号故障-安全原则》； 4.3 适用于既有的相敏轨道电路系统； 4.4 结构方式、对外引出端子与既有设备兼容。 5.系统构成 相敏轨道电路系统的构成见下图。 该系统的基本组成包括送电端设备和受电端设备两部分构成。 （a） 送电端设备构成： ——BE：送电端扼流变压器。 ——BG：送电端电源变压器。 ——R0：送电端限流电阻。 ——RD1、RD2：熔断器。 （b）受电端设备构成： ——BE：受电端扼流变压器。 ——BG：受电端电源变压器。 ——R5：受电端限流电阻。 ——RD3：熔断器。 ——GX·HBJ―50：50Hz相敏接收变压器盒。 ——GX·J―50：50Hz相敏轨道电路接收器。 6. 主要工作条件 6.1 周围空气温度：-25℃~+60℃； 6.2 周围空气相对湿度：不大于90%（温度为25℃时）； 6.3 大气压力：70kPa~106kPa(相当于海拔高度3 000m以下)。 7. 主要技术指标 7.1 工作电源为直流24V，电压波动小于15％； 7.2 局部电源为交流110V±11V/50Hz±0.3Hz； 7.3 轨道信号与局部电源理想相位角为0°±8°； 7.4 在理想相位角时，轨道接收器的继电器吸起时的轨道电压值不大于13.5V，继电器落下时的轨道电压值不小于11.5V。 7.5 最后执行继电器为JWXC-1700安全型继电器； 7.6 输出电压(DC)：20 ~ 30V； 7.7 应变时间为0.4~ 0.6s； 7.8 轨道接收阻抗：500( ± 20 (； 8. 设备原理 原理框图如下所示： 8.1 采用双DSP、双软件设计，双DSP控制动态安全与门输出，提高设备的安全性； 8.2 局部信号经过降压、滤波、限幅进入DSP的AD采样模块；轨道信号经过防雷隔离、降压、滤波、限幅进入DSP的AD采样模块。中央处理器采用美国TI公司的定点DSP数字信号处理芯片，内部集成AD转换模块、CAN控制器、RAM及FLASH存储单元，可实现最小化微机系统设计。利用DSP的快速数字信号处理功能，不仅能实现复杂的数字滤波器设计，相位角的计算，还扩展了对轨道2信号的处理功能； 8.3 硬件滤波功能由低通滤波芯片完成，该芯片的截止频率可由DSP灵活控制，从而有效地衰减高于50 Hz轨道信号频率之外的干扰信号。 8.4 安全与门电路延用了WG－21A、ZPW－2000A接收器的成熟电路。两路安全与门电路分别驱动轨道1、轨道2继电器。 8.5 单套设备可应用于两个轨道电路，或双套设备并联应用于两个轨道电路，实现0.5+0.5并联冗余。 9、设备使用 9.1 GX·HBJ―50型相敏接收变压器盒 GX·HBJ―50型相敏接收变压器盒与GX·J―50型相敏轨道电路接收器一起使用，用于对轨道信号隔离、降压、防雷；对局部信号隔离。其结构采用了安全型继电器结构。安全在继电器组合架上，占一个继电器的位置。该变压器盒引出端子图见下图。 GX·HBJ―50型相敏接收变压器盒引出端子图 9.2 GX·J―50型相敏轨道电路接收器 GX·J―50型相敏轨道电路接收器与GX·HBJ―50型相敏接收变压器盒一起使用，用于检查站内轨道电路的占用情况。外形结构为安全型继电器结构。 9.2.1与原微电子相敏接收器相同的引出端子图见下图。 与原微电子相敏接收器相同的引出端子图 9.2.2 同时处理2路轨道信号的引出端子图，见下图。 处理两路轨道信号引出端子图 9.2.3 单机处理两路轨道信号的使用示意图，见下图。 使用该方式时，2个轨道电路所需的设备为： ——1台GX·J―50型相敏轨道电路接收器 ——1台GX·HBJ―50型相敏接收变压器盒 单机处理两路轨道信号使用示意图 9.2.4 替代既有微电子接收1+1并联使用示意图，见下图。 使用该方式时，2个轨道电路所需的设备为： ——4台GX·J―50型相敏轨道电路接收器 ——1台GX·HBJ―50型相敏接收变压器盒 1+1并联使用示意图 9.2.5 0.5+0.5并联使用示意图见下图。 使用该方式时，2个轨道电路所需的设备为： ——2台GX·J―50型相敏轨道电路接收器 ——1台GX·HBJ―50型相敏接收变压器盒 0.5+0.5并联使用示意图 9.3 GX·HJ报警盒 该设备用来实现接收器的报警功能。设备包含4路独立的报警电路，每一路报警电路最多可连接16台接收器的报警输出。其引线端子说明及报警电路连线图如下所示。 GX·HJ报警盒引线端子图 报警电路连线图 10. 系统安全性、可靠性和抗干扰性设计 满足《铁路信号故障－安全原则》（TB/T2615－94）。在设计电路时，做到： · 数字电路故障时（钟振停振，数据线地址断线或短路），轨道继电器落下； · 元器件故障，驱动轨道继电器电压不能升高。 10.1 硬件的故障安全、可靠性及抗干扰: 10.1.1 双DSP结构，两个DSP在相同的输入条件下用不同的软件进行运算，当双DSP均正常工作时，各发出动态方波，驱动安全与门电路，驱动轨道继电器； 10.1.2 安全与门电路采用动态方波驱动，即是为了防止集成电路或元件故障时出现的“固0”或“固1”故障； 10.1.3 硬件看门狗电路，可同时实现对数字电源的监控； 10.1.4 硬件低通滤波器，有效地衰减高于50 Hz轨道信号频率之外的干扰信号； 10.1.5 设备可实现1+1或0.5+0.5并联冗余，当一个单机发生故障时，不影响轨道继电器的动作，因而提高设备的可靠性； 10.1.6 在印制板制版上，注意元器件布局及信号线、地线、电源线的分布，尽量减少排版引起的干扰。 10.2 软件防护的故障－安全及抗干扰措施 10.2.1 软件中设计了数字滤波器，与硬件低通滤波器构成了对干扰信号的双重防护； 10.2.2 在主循环程序中不断对看门狗电路置位，当程序发生溢出1.6s后，看门狗电路自动复位； 10.2.3 双软件的方式保证系统的故障－安全； 10.2.4 在程序中进行一定的容错处理，防止瞬时故障以及尖脉冲的干扰。 11. 主要特点 11.1 双DSP、双软件，采用不同算法、由不同人员编制，由安全与门动态输出，保证设备的安全性； 11.2 多路信号处理功能，可单机应用于两个轨道电路。能实现0.5+0.5并联冗余、或替代既有微电子接收器1+1并联使用； 11.3 轨道信号经防雷、隔离、降压、低通滤波器，进入DSP的AD采样；用累加和运算准确判别出信号的幅值；根据正弦信号与余弦信号在一个周期内的相关特性实现相角的计算； 11.4 软件中设计了数字滤波器，与硬件滤波器构成了对干扰信号的双重防护； 11.5 测试指标，结构方式及功能能够兼容既有接收器； 11.6 软件控制缓吸缓放时间，在保证实时性的原则下，适当延长了缓吸缓放时间，降低对干扰的敏感度。 附录1 主要配套设备清单 序号 产品名称 规格型号 外表尺寸(mm) 备注 长 宽 高 1 50Hz相敏轨道电路接收器 GX•J-50A 165 49 168 “1+1”冗余方式 2 50Hz相敏轨道电路接收器 GX•J-50B 165 49 168 “0.5+0.5”冗余方式 3 50Hz相敏接收变压器盒 GX·HBJ-50 165 49 168 4 相敏接收报警盒 GX·HJ 165 49 168 � EMBED PBrush ��� PAGE 14