ZPWA型无绝缘轨道电路原理说明复习过程文档格式.docx
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该系统“电气—电气”和“电气—机械”两种绝缘节结构电气性能相同。
2.电路工作原理及冗余设计
2.1发送器
2.1.1用途
ZPW-2000A型无绝缘移频轨道电路发送器在区间适用于非电码化和电码化区段18信息无绝缘移频自动闭塞,供自动闭塞、机车信号和超速防护使用。
在车站可适用于非电码化和电码化区段站内移频电码化发送,并可作站内移频轨道电路使用。
2.1.2原理框图及电路原理简要说明
同一载频编码条件,低频编码条件源,以反码形式分别送入两套微处理器CPU中,其中CPU1产生包括低频控制信号Fc的移频信号。
移频键控信号FSK分别送至CPU1、CPU2进行频率检测。
检测结果符合规定后,即产生控制输出信号,经“控制与门”使“FSK”信号送至滤波环节,实现方波——正弦波变换。
功放输出的FSK信号送至两CPU进行功出电压检测。
两CPU对FSK信号的低频、载频和幅度特征检测符合要求后发送报警继电器励磁,并使经过功放的FSK信号输出。
当发送输出端短路时,经检测使“控制与门”有10S的关闭(装死或休眠保护)。
(2)微处理器、可编程逻辑器件及作用
1、采用双CPU、双软件、双套检测电路、闭环检查。
2、CPU采用80C196,由它构成移频发生器,控制产生移频信号,它还担负着输出信号检测等功能。
3、FPGA可编程逻辑器件,由它构成移频发生器,并行I/O扩展接口频率计数器等。
(3)低频和载频编码条件的读取
1、低频编码条件读取
采用24V电源构成一个功率型、防干扰、有“故障—安全”保证的电路。
为了实现动态检测,并用光电耦合器实现隔离。
如图所示为18路低频编码条件读取电路的一路,当CPU准备读取低频编码条件,先送一低电平到B,使光耦2导通。
如果这时编码条件处于接通状态,光耦1应导通。
A处于低电平状态。
如果编码条件未接通,光耦1截止,A处于高电平状态。
根据A端的电平,就可以判断出低频编码条件是否接通。
在低频编码条件读取电路中,光耦1起到了关键作用。
如果光耦1被击穿,接可能导致编码条件读取错误,影响安全。
因此,为了保证低频编码条件读取电路的故障安全,在电路设计中增加了光耦2电路环节。
在读取CPU编码条件时,送一低电平到B,在检测光耦1的好坏时,送一高电平到B,使光耦截止,切断编码条件读取电路,若此时光耦1正常,A应为高电位,若光耦1故障,A处就为低电位。
这样,CPU就可以判断出编码条件读取电路是否故障。
如果光耦2本身故障,CPU也会检测到并报警,这里不再分析。
2、载频编码条件读取
载频编码条件读取,与低频编码条件的读取相类同。
(4)稳步信号产生
低频、载频编码条件通过并行I/O接口传到两个CPU后,首先判断该条件是
否有,且仅有一路。
满足条件后,CPU1通过查表得到该编码条件所对应的上下边频数值,控制移频发生器,产生相应FSK信号。
并由CPU1进行自检。
由CPU2进行互检,条件不满足,将由两个CPU构成故障报警。
1、经检测后,CPU各产生一个控制信号、经过“控制与门”,将FSK信号送至方波正弦波变换器。
2、方波正弦波变换器:
该变换器是由可编程低频滤波器260集成芯片构成。
(5)功率放大器
1、简化电路
从故障—安全及提高功出电压稳定性考虑,功率放大器采用射极输出器,其简化电路见下图3-3。
FSK信号经过B5输出至共集电极乙类推挽放大器V12、V16分别对输入信号正负半波进行放大。
2.实际电路构成
在电路设计中,考虑了以下情况:
●
鉴于输出功率圈套,直接由B5通过功率管B6有较大的功率输出,啬了前级电路负荷。
为此,在构成功率放大过程中,V30(V18)选用达林顿大功率三极管。
并由V52、V29与V30(V20、V19与V18)、构成多级复合放大。
这样,大大减轻了前级的负荷。
二极管V27(V15)用于V26(V17)的eb结温度补偿。
二极管V24(V21)用于V25(V20)保护。
V26(V17)也构成过电流防护。
当V25(V20)IC过高,V26(V17)将导通,构成对后级的“钳位”控制。
为了解决eb死区所构成的交越失真,由R55和二极管V23、V22给定的的偏压,使得V25(V20)的eb结处于放大区和死区的交界点处。
(6)安全与门电路
对数字电路来讲,当发生故障时,一般表现出固定的高电平1或固定的低电平0,为此,我们把动态方波信号作为正常工作信号,两路CPU正常工作时分别产生各自的方波信号,通过安全与门,产生一个直流信号,发送报警继电器FBJ,如果任何一路方
波信号没有,应不会产生直流信号,发送报警继电器将落下,切断移频信号的输出。
当有方波1时,光耦1处于开关状态,回路中的电流处于交变状态,变压器隔离以及整流滤波,产生一个独立的直流电源电压信号,此外,如果方波2存在,那么,光耦2也处于开关状态,使三极管处于开关状态,通过三极管的放大、变压器的隔离及整流滤波,产生一个直流信号,驱动发送报警继电器。
通过分析可以看出,任何一路方波信号不存在时FBJ都将落下。
(7)软件设计
1、设计要求
●软件设计进行精确的需求分析和正确的软件设计。
●软件在投入正式运营之前,进行全面、系统的测试,和第三者审核,确保没有错误。
●软件设计结构模块化。
2、软件故障安全的考虑
●采用双锁逻辑,程序进入死循环或停止运行后,保证WDT进行复位。
●系统检测失效,严格导向安全侧。
●通过读写测试,保证RAM的正确性。
●通过校验码测试,保证ROM的正确性。
●保证系统中断执行过程的完整性。
图2-6发送器外连接示意图
表2-1区间发送器端子代号及用途表
序号
代号
用途
1
D
地线
2
+24-1
+24V电源外引入线
3
+24-2
载频编码用+24V电源(+1FS除外)
4
024-1
024电源外引入线
5
024-2
备用
6
1700
1700Hz载频选择
7
2000
2000Hz载频选择
8
2300
2300Hz载频选择
9
2600
2600Hz载频选择
10
-1
1型载频选择
11
-2
2型载频选择
12
F1~F18
10.3Hz~29Hz低频编码选择线
13
1~5、9、11、12
功放输出电平调整端子
14
S1、S2
功放输出端子
15
T1、T2
测试端子
16
FBJ-1
FBJ-2
外接FBJ(发送报警继电器端子)
图2-7发送器“n+1”冗余系统原理接线图
2.2接收器
2.2.1用途
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。
另外,还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。
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。
2.2.2电路原理介绍
(1)接收器双机并联运用原理
接收器由本接收“主机”及另一接收“主机”两部分构成。
ZPW-2000A系统中A、B两台接收器构成成对双机并联运用,即:
A主机输入接至A主机,且并联接至B主机。
B主机输入接至B主机,且并联接至A主机。
A主机输出与B并机输出并联,动作A主机相应执行对象。
B主机输出与A并机输出并联,动作B主机相应执行对象。
(2)接收器原理框图及说明
主轨道A/D,小轨道A/D:
模数转换器,将主机、并机输入的模拟信号转换成计算机能处理的数字信号。
CPU1、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。
安全与门1~4:
将两路CPU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CPU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,首先确定接收盒的中心频率。
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CPU对外部四路信号进行单独的运算,判决处理。
双CPU再把处理的结果通过串行通信,相互进行比较。
如果判决结果一致,就输出3KHz的脉冲驱动安全与门。
安全与门接收到两路方波信号后,将其转换成直流电压带动继电器。
如果双CPU的结果不一致,就关掉给安全与门的脉冲,同时报警。
电路中增加了安全与门的反馈检查,如果CPU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,接收器也报警。
如果接收盒收到的信号电压过低,就认为是列车分路。
(3)载频读取电路
接收载频读取电路与发送低频载频读取电路类似,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CPU进行识别和处理,并实现外界电路与数字电路的隔离(详细分析略)。
(4)微处理器电路
微处理器电路采用双CPU、双软件。
两套软件硬件对信号单独处理,把结果相互较核,实现故障—安全。
其原理框图见图。
CPU采用数字信号处理器TMS320C32。
1、
CPU完成信号的采样、运算判决和控制能力。
该CPU每
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