毕业论文《铁道通信信号设计》

1、第 1 章 绪 论 目前为了保证行车安全，加强信号设备管理.检测信号设备的运用质量和更好的进行科学的故障分析，所以大量的新技术、新设备在铁路信号系统尤其是区间信号系统中得到广泛的应用，使铁路信号设备的技术水平得到了很大的提高1。UM71 无绝缘轨道电路是从法国引进的轨道电路制式，UM71 的 U 为通用，M为调制，71 为 1971 年研制成功。以 UM71 轨道电路构成的自动闭塞称为 UM71 自动闭塞。UM71 自动闭塞设备与 TVM300 机车信号及超速防护设备组成的多信息区间列车间隔自动调整系统简称为 UT 系统。UT 系统可以在交流电气化区段或非电气化区段使用。在我国铁路郑武线、京郑线、广深线、沈山线等线路上使用着 UT系统(机车信号有采用 TVM300 的，也有采用其他机车信号和自动停车装置的。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。ZPW-2000A 无绝缘移频轨道电路充分肯定、保持了 UM71 无绝缘轨道电路整体结构上的优势，并在传输安全性、传输长

2、度、系统可靠性以及结合国情提高技术性能价格比、降低工程造价上，都有了提高，一般表示为 ZPW2000A(UM)。ZPW-2000A(UM)移频自动闭塞是以移频轨道电路为基础的自动闭塞，它选用频率参数作为控制信息，采用频率调制的方法，把低频信息(F0)调制到较高频率(载频f0)上2，以形成振幅不变、频率随低频信息的幅度作周期性变化的调制信号。将此信号用两根钢轨作为传输通道来控制通过信号机的显示，达到自动指挥列车运行的目的。本次设计完成对中继站闭塞分区的工程设计的部分图纸。分别有：(1)区间信号平面图(2)区间电缆径路图(3)区间移频柜、综合柜设备布置图(4)区间组合柜设备布置图(5)闭塞分区电路图(6)闭塞分区原理图(7)低频信息码传输序列表(8)移频柜.组合柜零层端子配线表(9)区间综合柜零层端子配线图(10)电源屏间及室内电源电缆配线图，设备主要采用 ZPW-2000A，主要介绍了 ZPW-2000A 的工作原理、设备构成及相关图纸的设计方法3。第 2 章 ZPW-2000A 无绝缘移频自动闭塞系统的概况2.1 ZPW-2000A 型无绝缘轨道电路的特点ZPW-2000A 型无绝缘轨

3、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。其主要技术特点是：充分肯定、保持 UM71 无绝缘轨道电路的技术特点和优势；解决了调谐区断轨检查,实现轨道电路全程电气折断检查；减少了调谐区分路死区；实现对调谐单元断线故障的检查;实现对拍频干扰的防护；通过系统参数优化,提高了轨道电路传输长度；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;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提高了一般轨道电路系统工作稳定性；采用国产信号数字电缆代替法国 ZC03 电缆,减小铜芯线经,减少备用芯组,加大传输距离,提高轨道电路系统技术性能价格比；采用长钢包铜引接线取代 70mm2,铜引接线,利于防护和维修2；发送、接收设备四种载频频率通用,减少电码化器材种类,减少运转备用数量,既有利于维护,又可降低工程造价；发送、接收设备均有比较完善的检测功能,发送器可以实现“N+1”冗余,接收器可以实现双机互为冗余。 2.2 ZPW-2000A 型无绝缘轨道电路系统构成Z

4、PW-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4。 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-200

5、0A 型无绝缘轨道电路由室内、室外及系统防雷三部分组成5。2.2.1 室外部分(1)调谐区按 29m 设计，调谐区包括调谐单元和空芯线圈，实现两相邻轨道电路电气隔绝。(2)机械绝缘节由“机械绝缘节空芯线圈”与调谐单元并接而成，其节特性与电气绝缘节相同。(3)匹配变压器一般条件下，按 0.251.0km 道碴电阻设计，实现轨道电路与 SPT 传输电缆的匹配连接。(4)补偿电容根据通道参数兼顾低道碴电阻道床传输，考虑容量，使传输通道趋于阻性，保证轨道电路良好传输性能。(5)传输电缆SPT 型铁路信号数字电缆，1.0mm，一般条件下，电缆长度按 10km 考虑。根据工程需要，传输电缆长度可按 12.5km、15km 考虑。(6)调谐区设备引接线采用 3600 mm、1600mm 钢包铜引接线构成。用于 BA、SVA、SVA等设备与钢轨间的连接。2.2.2 室内部分(1)发送器用于产生高稳定高精度的移频信号源，采用微电子器件构成。(2)接收器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” 。(3

6、)防雷系统 防雷系统由两部分构成：室外防雷、室内防雷。室外横向防雷设在匹配变压器内，为压敏电阻。纵向防雷设在空心线圈处，通过中心抽头接地。室内防雷采用纵向与横向雷电防护。防雷设备设在电缆模拟网络盒内，纵向为低转移系数的防雷变压器，横向为带劣化显示的压敏电阻。2.3 ZPW-2000A 型无绝缘轨道电路系统主要技术条件2.3.1 发送器低频频率：10.3+n1.1Hz，n=017 即 10.3Hz、11.4Hz、12.5Hz、13.6 Hz、14.7 Hz、15.8 Hz、16.9 Hz、18 Hz、19.1 Hz、 20.2 Hz、21.3 Hz、22.4 Hz、23.5 Hz、24.6 Hz、25.7 Hz、26.8 Hz、27.9 Hz、29 Hz。 载频频率：见表 2-1。 表 2-1 载频频率 下行：1700-1 1701.4 Hz上行：2000-1 2001.4 Hz1700-2 1698.7 Hz2000-2 1998.7 Hz 2300-1 2301.4 Hz2600-1 2601.4 Hz 2300-2 2298.7 Hz2600-2 2598.7 Hz频偏：11 Hz

7、。 输出功率：70W(400 负载)。2.3.2 接收器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)。2.3.3 直流电源电压范围直流电源电压范围：23.5V24.5V。 设备耗电情况：发送器在正常工作时负载为 400，功出为 1 电平的情况下，耗电 为 5.55A；当功出短路时耗电小于 10.5A；接收器正常工作时耗电小于 500mA。2.3.4 轨道电路分路灵敏度为 0.15，分路残压小于等于 140mA(带内)。 传输长度见 2-2。表 2-2 轨道电路传输长度 Rd *Km 载频（HZ）1.00.60.50.40.317001500824674574424200015008246745744242300150082462452442426001460774624524424第 3 章 系统组成及原理ZPW-2000A 型无绝缘轨道电路分为主轨道电路和调谐区小轨道电路两部分，小轨道电路视为列车运行

8、前方主轨道电路的所属“延续段” 。主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(实际电缆和模拟电缆）传给匹配变压器及调谐单元，因为钢轨是无绝缘的，该信号既向主轨道传送，也向调谐区小轨道传送，主轨道信号经钢轨送到轨道电路受电端，然后经室外设备调谐单元、匹配变压器、电缆通道，进入室内设备将信号传至本区段接收器。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(XGJ XGJH)送至本区段接收器，本区段接收器同时接收道主轨道移频信号及小轨道电路继电器执行条件，判决无误后驱动轨道电路继电器 GJ吸起，并由此来判断区段的空闲与占用情况。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7。3.1 发送器3.1.1 发送器的作用ZPW-2000 A 型无绝缘轨道电路发送器，在区间适用于非电化和电化区段的多信息无绝缘轨道电路区段，在车站适用于非电化和电化区段站内移频电码化发送。ZPW-2000 A 型无绝缘轨道电路发送器在使用中产生 18 种低频信号 8 种载频(上下行各四种) 的高精度、高稳定的移频信号；供

9、自动闭塞、机车信号和超速防护使用。有足够的输出功率，且能根据需要调节发送电平；能对移频信号特征实现自检，故障时给出报警“N+1”冗余运用的转换条件。3.1.2 发送器的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)。 图 3-1 通用型发送器原理框图3.1.3 微处理器、可编程逻辑器件及作用采用双 CPU、双软件、双套检测电路、闭环检查；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；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8。3.1.4 低频和载频编码条件的读取 低频和载频编码条件读取时，为了消除配线干扰采用“功率型”电路,考虑到“故障一安全” 原则，应将 24 V 直流电源变换成交流，呈动态检测方式，并将外部编码控制电路与处理器等数字电路有效隔离，如图 3-3。图 3-2 低频编码条件的读取依“编码继电器接点” 接入“编码条件电源”(+24 V)，为消除配线干扰，采用+24 V 电源及电阻 R 构成“功率型电路。考虑故障一安全，电路中设置了读取光耦、控制光耦。由 B 点送入方波信号，当+24 V 编码条件电源构通时，即可从“读取光耦” 受光器一点获得与 B 点相位相同的方波信号，送至处理器，实现编码条件的读取。 “控制光耦”与“读取光耦”的设置，实现了对电路元件故障的动态检查。任一光耦的发光源，受光器发生短线或击穿等故障时， “读取光耦” 一点都得不到动态的交流信号。以此实现故障-安全，电路详细分析略。另外，采用光电耦

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