毕业论文ZPW2000自动闭塞设备应用研究设计

1、哈尔滨铁道职业技术学院毕 业 设 计毕业题目： ZPW-2000自动闭塞设备应用研究设计 学 生：_指导教师：_专 业：铁道通信信号专业班 级：09信号 2012年6月ZPW-2000自动闭塞设备应用研究设计摘要介绍了ZPW-2000A无绝缘移频闭塞系统的技术原理，在满足铁路信号系统要求的前提下，提出了进一步对其改进的ZPW-2000A发送器和接收器设计成一体的实现方法。并对改进后的发送接收设备的抗干扰能力和可靠性方式进行分析。铁路在国民经济的发展中起到了很重要的作用。随着铁路技术的发展，列车在运行速度及运载能力上有了很大的提高。为了保证行车安全，确保铁路运输的安全畅通，对列车在运行时的安全防

2、护提出了很高的要求。确保列车正常运行的技术手段有很多，其中轨道电路是保障列车正常运行的重要手段之一。我国轨道电路的制式主要是移频轨道电路，包括国产18信息移频轨道电路和引进法国UM71型并加以国产化的ZPW2000型移频轨道电路。 概述了ZPW-2000A无绝缘移频闭塞系统的技术。重点介绍了将ZPW-2000A中的发送器和接收器设计成一体的实现方法。并对改进后系统的抗干扰能力和冗余备份进行了详细的研究。熟悉ZPW2000A型无绝缘移频自动闭塞系统的设备构成、工作原理、电路原理，掌握区间工程设计的基本方法和原则。完成了区间信号平面布置图、发送器N+1冗余原理电路图、配线布置图等的设计。关键词：Z

3、PW2000A系统原理, 发送接收，一体化，冗余备份，移频轨道电路目 录摘要1.绪论 82.ZPW-2000A无绝缘移频自动闭塞系统概述92.1 ZPW-2000A 概述92.2 ZPW-2000A型无绝缘移频自动闭塞系统特点92.3ZPW-2000A型无绝缘轨道电路系统主要技术条件103.ZPW-2000A型无绝缘移频自动闭塞系统原理133.1系统原理3.2发送器的原理及作用3.3接受器的原理及作用3.4衰耗盘3.5站防雷和电缆模拟网络3.6电气绝缘节及调谐单元3.7空心线圈SVA3.8匹配变压器3.9补偿电容4.ZPW-2000A发送接收器一体化实现方法5.一体化的ZPW-2000A性能的

4、研究145.1设备抗干扰能力：145.2 系统防雷155.3冗余可靠性方式分析155.4 系统主要技术条件166图纸设计说明186.1 信号平面布置图的设计与说明187. 结论20参考文献ZPW-2000自动闭塞设备应用研究设计1.绪论铁路信号是组织行车运行，保证行车安全，提高运输效率，传递信息，改善行车人员劳动条件的关键技术。铁路信号是铁路运输生产的一个生产部门，它在铁路现代化建设和国民经济发展中起着极其重要的作用。 向发展当前，由于铁路运输已向着高速.高密和重载的方，所以铁路信号以成为实现运输管理自动化和列车运行自动控制以及改善铁路员工劳动条件的重要技术手段。铁路信号系统按其应用场所可分为

5、车站信号控制系统、编组站调车控制系统、区间信号控制系统、铁路行车指挥控制系统及列车运行自动控制系统等。区间信号自动控制是铁路区间信号.闭塞及区段自动控制.远程控制技术的总称，是确保列车在区间内 安全运行的技术之一。ZPW-2000A型移频无绝缘自动闭塞系统是我国在引进的法国UM71的基础上进行消化。 吸收、创新，拥有自主知识产权的目前国内最先进的无绝缘自动闭塞制式。这种无绝缘轨道电路以其无机械绝缘、抗干扰强、工作稳定等特点，在世界21个国家有4万余套的广泛应用，具有应用于高速铁路的成功经验。 ZPW-2000A采取的是“N+1”的冗余方式，而“N+1”冗余方式在对稳定性要求及其严格的客运专线和

6、高速铁路来说系统稳定程度提高明显不足。并且由于ZPW2000-A继承了原来分离元件时设备体积较大的特点，把发送器和接收器单独设计，这样不仅造成空间的极大浪费，更重要的是造成设备价格普遍较高。而发送接收一体化设备在不增加设备数量的基础上实现了更高可靠性的“1+1”冗余方式，使得系统稳定程度有较大提高。因此很有必要对ZPW-2000A中的冗余方式的改进进行详细的研究。2.ZPW-2000A无绝缘移频自动闭塞系统概述2.1 ZPW-2000A 概述ZPW-2000A型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，结合国情进行的技术再开发。较之UM71，ZPW-2000A型无

7、绝缘移频自动闭塞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。该系统自1998年开始研究。2000年10月底，针对郑州局、南昌局接连两次发生因钢轨电气分离式断轨，轨道电路得不到检查，客车脱轨的严重事故，该系统提出了解决“全程断轨检查”等四项提高无绝缘轨道电路传输安全性的技术创新方案，获得了铁道部运输局、科技司的肯定。2001年，针对郑武UM71轨道电路雨季多处“红光带”，该系统围绕“低道碴电阻道床雨季红光带”问题，通过对轨道电路计算机仿真系统的开发，提出了提高轨道电路传输性能的一系列技术方案，从理论和实践结合上实现了传输系统的

8、技术优化。2002年5月28日，该系统通过铁道部技术鉴定，确定推广应用。2.2 ZPW-2000A型无绝缘移频自动闭塞系统特点系统的特点体现在以下几方面：1.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

9、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ZC03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75m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。2.3ZPW-2000A型无绝缘轨道电路系统主要技术条件发送器低频频率：10.3+n×1.1Hz，n=017即10.3Hz、11.4Hz、12.5Hz、13.6 Hz、14.7 Hz、15.8 Hz、16.9 Hz、18

10、 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：1700-11701.4 Hz上行：2000-12001.4 Hz1700-21698.7 Hz2000-21998.7 Hz2300-12301.4 Hz2600-12601.4 Hz2300-22298.7 Hz2600-22598.7 Hz 表2-1频偏：±11 Hz。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

11、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）1.00.60.50.40.3170015008246745744

12、242000150082467457442423001500824624524424260014607746245244243.ZPW-2000A型无绝缘轨道电路系统组成及原理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：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。小轨道电路视为列车运行前方主轨道电路的所属“延续段”，调

13、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(信号继电器和信号轨道继电器)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轨道继电器吸起，并由此来判断区段的空闲与占用情况。3.1系统原理ZPW-2000A型无绝缘轨道电路系统，与UM71无绝缘轨道电路一样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，由空心线圈、29m长钢轨和调谐单元构成。调谐区对于本区段频率呈现极阻性，利于本区段信号的传输及接受；对于相邻区段频率信号呈现零阻性，可靠地短路相邻区段信号，防止了越区传

14、输，这样便实现了相邻区段信号的电气绝缘。同时为了解决全程断轨检查，在调谐区内增加了小轨道电路。图3-1 主轨道和调谐区小轨道检查原理图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”。主轨道电路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，然后经调谐单元、匹配变压器、电缆通道，将信号传至本区段接收器。调谐区小轨道信号由运行前方

15、相邻轨道电路接收器处理，并将处理结果形成轨道电路轨道继电器执行条件通过（XG、XGH）送至本轨道电路接收器，作为轨道继电器（GJ）励磁的必要检查条件之一。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，判决无误后驱动轨道电路继电器吸起，并由此来判断区段的空闲与占用情况。主轨道和调谐区小轨道检查原理示意见图3-1。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。3.2 发送器的原理及作用原理: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

16、。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)。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、

17、高稳定的移频信号；供自动闭塞、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。工作原理示意图（见-）：（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

18、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）3.3接收器的原理及作用原理及示意图：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

19、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。作用：接收器接收端及输出端均按双机并

20、联运用设计，与另一台接收器构成相互热机并联运用系统(或称0.5+0.5)，保证接收系统的高可靠运用。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。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。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。3.4衰耗盘1用途（1）用作对主轨道电路的接收端输入电平调整。（2）对调谐区短小轨道电路的调整（含正、反方向）。（3）给出有关发送、接收用电源电压，发送器功出电压和轨道继电器（含GJ、XGJ）电压测试条件。（4）给出发送器、接

21、收器的故障报警、轨道状态及正反向运行指示灯等。（5）在N1冗余运用中实现接收器故障转换时主轨道继电器和小轨道继电器的落下延时。2电路原理图说明衰耗盘电路原理图如图（1）主轨道输入电路主轨道信号V1、V2自C1、C2变压器B2输入，SB1变压器阻抗约为3655（17002600Hz），以稳定接收器输入阻抗，该阻抗选择较低，利于抗干扰。变压器SB1其匝比为116：（1146）。次级通过变压器抽头连接，可构成1146共146级变化。（2）短小轨道电路输入电路根据方向电路变化，接收端将接至不同的两端短小轨道电路。故短小轨道电路的调整按正、反两方向进行。正方向调整用A11A23端子，反方向调整用C11C

22、23端子，负载阻抗为3.3k。为提高A/D模数转换器的采样精度，短小轨道电路信号经过1：3升压变压器B4输出至接收器。（3）移频报警继电器YBJ发送工作、接收工作指示灯分别将发送器、接收器报警条件接入，通过光电耦合器构成报警接点条件（BJ-1、BJ-2、BJ-3）。移频报警继电器YBJ，由移频架第一位衰耗器YB引出，逐一串接各衰耗盘BJ1、BJ2条件至024.通过N1B受光器导通，使外接YBJ励磁。此外，为适应微机检测的需要，预留了报警条件接点FBJ、FBJ、JBJ+、JBJ，由机柜内配线引至零层。（4）轨道状态指示电路根据轨道继电器的状态，通过光电耦合器的开端驱动轨道状态指示灯GJ。GJ亮绿

23、灯，表示轨道空闲；GJ亮红灯，表示轨道占用；GJ灭灯，表示断电。（5）测试塞孔有关发送电源、接收电源、发送功出、输入、输入1、输入2、GJ、GJ（Z）、GJ（B）、XGJ、XG、XG（Z）、XG（B）的测试条件由有关端子及电路接通。3.5站内防雷和电缆模拟网络1用途用作对通过传输电缆引入至室内雷电冲击的防护（横向、纵向）。通过0.5、0.5、1、2、2、2×2km六节电缆模拟网络，补偿实际SPT数字信号电缆，使补偿电缆和实际电缆总长度为10km，以便于轨道电路的调整和构成改变列车运行方向电路。在站防雷上有室外电缆带来的雷电冲击信号，为保护模拟网络及室内发送、接收设备，采用横向与纵向雷

24、电防护。2原理框图及电原理简要说明（1）原理框图图3-10 站防雷和电缆模拟网络原理框图（2）电路原理简要说明压敏电阻RY采用820V/10A氧化锌压敏电阻，用于对室外通过传输电缆引入的雷电冲击信号的横向防护。低转移系数防雷变压器B用于对雷电冲击信号的纵向防护，特别在目前钢轨线路旁没有设置贯通地线的条件下，该防雷变压器B对雷电防护有显著作用。电缆模拟网络按0.5、0.5、1、2、2、2×2km六节设置，以便串接构成0-10km按0.5间隔任意设置补偿模拟电缆值。模拟电缆网络值基本按以下数值设置：R：23.5/km；L：0.75mH/km；C：29nF/km。R、L按共模电路设计，考虑

25、故障安全，C采用四头引线。3.6 空心线圈SVA1用途逐段平衡两钢轨的牵引电流回流，实现上下行线路间的等电位连接，改善电气绝缘节的Q值，保证工作稳定性。2电路原理简要说明该线圈用19×1.53mm电磁线烧制，其截面积为35mm2，电感约为33H，直流电阻4.5mH。中间点引出线等电位连接用。空心线圈设置在29m长调谐区的两个调谐单元中间，由于它对50Hz牵引电流呈现很小的交流阻抗（约10m），即可起到平衡牵引电流的作用。设I1、I2有100A不平衡电流，可近似将空心线圈视为短路，则有I3=I4=（I1+I2）/2=450A。由于空心线圈对牵引电流的平衡作用，减少了工频谐波干扰对轨道电

26、路的影响。对于上、下行线路间的两个空心线圈中心线可等电位连接，一方面平衡线路间牵引电流，一方面保证维修人员安全。3.7 电气绝缘节及调谐单元1用途逐段平衡两钢轨的牵引电流回流，实现上下行线路间的等电位连接，改善电气绝缘节的Q值，保证工作稳定性。2电路原理简要说明该线圈用19×1.53mm电磁线烧制，其截面积为35mm2，电感约为33H，直流电阻4.5mH。中间点引出线等电位连接用。空心线圈设置在29m长调谐区的两个调谐单元中间，由于它对50Hz牵引电流呈现很小的交流阻抗（约10m），即可起到平衡牵引电流的作用。设I1、I2有100A不平衡电流，可近似将空心线圈视为短路，则有I3=I4

27、=（I1+I2）/2=450A。由于空心线圈对牵引电流的平衡作用，减少了工频谐波干扰对轨道电路的影响。对于上、下行线路间的两个空心线圈中心线可等电位连接，一方面平衡线路间牵引电流，一方面保证维修人员安全。3.8 匹配变压器1. 作用 该匹配变压器用于钢轨(轨道电路)与SPT铁路数字信号电缆的匹配连接。，L1用作对电缆容性的补偿，并作为送端列车分路的限流阻抗。电解电容按同极性串接，形成无极性，在直流电力牵引中用于隔离直流（如地下铁道）。2电路说明（1）V1、V2经调谐单元端子接至轨道，L1、L2接至SPT电缆。（2）考虑到1.0·km道碴电阻，并兼顾低道碴电阻道床，该变压器变化优选为9

28、：1。（3）钢轨侧电路中，串联接入两个16V、4700F电解电容（C1、C2），该二电容按同极性串接，构成无极性联结，起到隔直及连交作用。保证该设备在直流电力牵引区段运用中，不致因直流成分造成匹配变压器磁路饱和。3.9 补偿电容1作用（1）保证轨道电路传输距离；（2）保证接收端信号有效信干比；（3）实现了对断轨状态的检查；（4）保证了钢轨同侧两端接地条件下，轨道电路分路及断轨检查功能。2原理由于60kg重1435mm轨距的钢轨电感为1.3H/m，同时每米约有几个pf电容。对于1700-2300Hz的移频信号，钢轨呈现较高的感抗值。该值大大高于道碴电阻时，对轨道电路信号的传输产生较大的影响。为此

29、，采取分段加补偿电容的方法，减弱电感的影响。其补偿原理可理解为将每补偿段钢轨L与电容C视为串联谐振，如图312：图3-12 补偿电容原理图在补偿段入口端（A、B）取得一个趋于电阻性负载R，并在出口端（C、D）取得一个较高的输出电平。一般认为补偿电容容量与载频频率、道碴电阻低端数值、电容设置方式、设置密度、轨道电路传输作用要求等有关。一般载频频率低，补偿电容容量大；最小道碴电阻低，补偿电容容量大；轨道电路只考虑加大机车信号入口电流，不考虑列车分路状态时，电容容量大。为保证轨道电路电容调整、分路及机车信号同时满足一定要求时，补偿电容容量应有一个优选范围。补偿电容设置密度加大，有利于改善列车分路，减

30、少轨道电路中列车分路电流的波动范围，有利于延长轨道电路传输长度，过密设置又增加了成本，带来维修的不便，要适当考虑。3布置方法在ZPW-2000A系统中，补偿电容容量、数量均按通道具体参数及轨道电路传输要求确定。具体标准如下：1700Hz: 55µf±5%(轨道电路长度2501450m)2000Hz: 50µf±5%(轨道电路长度2501400m)2300Hz: 46µf±5%(轨道电路长度2501350m)2600Hz: 40µf±5%(轨道电路长度2501350m)补偿电容的设置方法宜采用“等间距法”，即将无绝缘

31、轨道电路两端BA间的距离L按补偿电容总量N等分，其步长=L/N（L：轨道电路两端调谐单元的距离）。轨道电路两端按半步长(/2),之间按全步长()设置电容，以获得最佳传输效果。图3-13 补偿电容布置图相邻两电容之间的距离=两调谐单元距离L/NC(1)两边均为电气绝缘节时=（轨道电路长度-29）/NC(2) 机械绝缘节电气绝缘节时=（轨道电路长度-14.5）/NC(3) 两边均为机械绝缘节时=轨道电路长度/NC综上，根据载频频率、最低道碴电阻数值、轨道电路传输状态的要求、电容容量、数量、设置方法得当，将大大改善轨道电路的传输，加大轨道电路传输长度。4.ZPW-2000A发送接收一体化实现原理：Z

32、PW-2000A轨道电路系统用于列车占用检测和列车完整性检查，并连续向列车传送允许移动控制信息的铁路信号系统。它内部的发送和接收设备分别产生和接收铁路控制信号，发送信号通过轨道电路传送到接收端，经过对信号的处理和分析，输出结果从而动作相应铁路轨道继电器，保证行车的安全可靠。ZPW-2000A一体化的发送接收器原理框图如附录图1：发送功能：（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）原理框图及电路原理说明

33、如附录图1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CPU1、CPU2 中，其中CPU1 控制“移频发生器”产生低频控制信号为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,使发送报警继电器FBJ 励磁，并使经过功放的FSK 信号输出至轨道。当发送输出端短路时，经检测使“控制与门”有10S 的关闭（装死或称休眠保护）。（3

34、）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。如附录图2所示。考虑到“故障安全”原则，应将24V 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CPU 等数字电路有效隔离，依“编码继电器接点”接入“编码条件电源”（+24V）为消除配线干扰，采用+24V 电源及电阻R 构成“功率型”电路。考虑故障安全，电路中设置了读取光耦、控制光耦。由B 点送入方波信号，当+24V 编码条件电源构通时，即可从“读取光耦”受光器A 点获得与B 点相位相同的方波信号，送至CPU，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

35、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”A 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，采用光电耦合器也实现了外部编码控制电路与CPU 数字电路的隔离。对于低频选择电路分别设置，共18 个。对于载频电路则按四种频率及1、2 型组合设置，共6 个。（4）移频信号产生低频、载频编码条件通过并行I/O 接口分别送到两个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。为

36、保证“故障安全”，CPU1、CPU2 及用于“移频发生器”的“可编程逻辑器件”分别采用各自独立的时钟源。经检测后，两CPU 各产生一个控制信号，经过“控制与门”，将FSK 信号送至方波正弦变换器。方波正弦变换器：该变换器是由可编程低通滤波器260 集成芯片构成其截止频率，同时满足对1700Hz、2600 Hz 三次及以上谐波的有效衰减。（5）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

37、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。接收功能：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

38、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）电路原理介绍接收器原理框图如附录图3所示。 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。 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

39、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14：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

40、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。 载频读取电路载频读取电路如图2-4所示。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。4.1ZPW-2000A发送接收器一体化实现方法为了实现将发送、接收集成为一个设备，采用在一套DSP和

41、CPLD搭建的电路平台上同时实现发送接收功能。如附录图2所示为发送接收一体化设备中的微处理电路平台原理框图：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，将结果相互校核，实现故障-安全要求。在系统中，CPU采用美国德州仪器（TI）公司生产的32位高性能浮点数字信号处理芯片TMS320VC33DSP，由它构成发送功能中的移频发生器、控制产生移频信号功能和输出信号检测，以及接收功能中的信号采样、运算判决和控制功能。采用了Xilinx Spartan2的CPLD可编程逻辑器件，构成移频发送器、分频器、并行I/O扩展接口以及系统中的逻辑译码功能。RAM（数据存储器）用于存放采集的数据和

42、运算结果。RAM供电后可以对其进行读写处理，断电后其内部数据就消失不保存。EPROM（程序存储器）是程序的载体，CPU执行的指令和运算需要的常数存储在其中。EPROM中的信息通过编程写入，断电后数据仍能保持。如果需要擦除其中的信息，可通过紫外线照射擦除反复使用。译码器完成CPU与EPROM、RAM、A/D及输入输出接口（I/O）等之间的逻辑关系，用CPLD实现。输出电路根据CPU对输入信号分析的结果，经过通信相互校核后，然后输出动作相应的继电器。报警电路：CPU定时对RAM、EPROM和CPU中的存储器进行检查，也对载频电路和安全与门电路进行检查，根据检查的结果和双CPU进行通信相互校核的结果

43、，决定给出相应告警条件。衰耗盘（1）用途用作对主轨道电路及调谐区小轨道电路的调整（含正、反方向）；给出发送器、接收器用电源电压，发送器功出电压和轨道继电器（含GJ、XGJ）电压测试条件；给出发送器、接收器的故障报警、轨道状态及正反向运行指示灯等。（2）电路原理说明 主轨道输入电路主轨道信号V1、V2自C1、C2变压器B2输入，SB1变压器阻抗约为3655（17002600Hz），以稳定接收器输入阻抗，该阻抗选择较低，利于抗干扰。变压器SB1其匝比为116：（1146）。次级通过变压器抽头连接，可构成1146共146级变化。 短小轨道电路输入电路根据方向电路变化，接收端将接至不同的两端短小轨道路

44、。故短小轨道电路的调整按正、反两方向进行。正方向电压调整用a11a23端子，反方向电压调整用c11C23端子。为提高A/D模数转换器的采样精度，短小轨道电路信号经过1：3升压变压器SB2输出至接收器。 报警电路发送工作、接收工作指示灯分别将发送器、接收器的报警电路接入，通过光电耦合器构成报警接点条件（BJ-1、BJ-2、BJ-3）。移频报警继电器YBJ，由移频架第一位衰耗器YB+引出，逐一串接各衰耗盘BJ-1、BJ-2条件至024。通过N1B受光器导通，使外接YBJ励磁。此外，为了适应微机监测的需要，预留了报警条件接点FBJ+、FBJ-、FBJ+、FBJ-，由机柜内配线引至零层。 轨道状态指示

45、电路根据轨道继电器的状态，通过光电耦合器的开端驱动轨道状态指示灯GJ。GJ亮绿灯，表示轨道空闲；GJ亮红灯，表示轨道占用；GJ灭灯，表示断电。补偿电容：（1）作用 保证轨道电路传输距离； 保证接收端信号有效信干比； 实现了对断轨状态的检查； 保证了钢轨同侧两端接地条件下，轨道电路分路及断轨检查性能。（2）原理由于60km重1435mm轨距的钢轨电感为1.3H/m，同时每米约有几个pf电容。对于17002300Hz的移频信号，钢轨呈现较高的感抗值。该值大大高于道碴电阻时，对轨道电路信号的传输产生较大的影响。为此，采取分段加补偿电容的方法，减弱电感的影响。其补偿原理可理解为将每补偿段钢轨L与电容C

46、视为串联谐振，在补偿段入口端（A、B）取得一个趋于电阻性负载R，并在出口端（C、D）取得一个较高的输出电平。一般认为补偿电容容量与载频频率、道碴电阻低端数值、电容设置方式、设置密度、轨道电路传输作用要求等有关。一般载频频率低，补偿电容容量大；最小道碴电阻低，补偿电容容量大；轨道电路只考虑加大机车信号入口电流，不考虑列车分路状态时，电容容量大。为保证轨道电路电容调整、分路及机车信号同时满足一定要求时，补偿电容容量应有一个优选范围。补偿电容设置密度加大，有利于改善列车分路，减少轨道电路中列车分路电流的波动范围，有利于延长轨道电路传输长度，过密设置又增加了成本，带来维修的不便，要适当考虑。补偿电容的

47、设置方式宜采用“等间距法”，即将无绝缘轨道电路两端BA间的距离L按补偿电容总量N等份，其步长=L/N。轨道电路两端按半步长（/2），中间按全步长（）设置电容，以获得最佳传输效果。综上，根据载频频率、最低道碴电阻数值、轨道电路传输状态的要求、电容容量、数量、设置方法得当，将大大改善轨道电路的传输，加大轨道电路传输长度。5.一体化的ZPW-2000A性能的研究：5.1设备抗干扰能力：发送接收合一在以前设备中是要避免的，因为过去设备为分离元件，接收部分占有大部分设备空间，发送部分的空间干扰通过分离元件很可能会影响接收动作，因此接收部分和发送部分必须离开足够的空间才能保证设备的正常运行。而现在发送和接

48、收均为集成电路，在设备内接收部分的输入信号经过一个跟随器隔离后直接进入AD，较过去经过环节减小，发送的空间干扰信号不易进入到接收通道。在设备设计的时候也充分的考虑了干扰问题。采取了数字板内发送部分电路和接收部分电路分开，干扰最大的发送部分功放板和进行信号处理的数字板分开，以及通过远离功放端子和接收端子位于设备中的位置等措施保证发送信号对接收通道影响最小。如果允许，还可以考虑将数字板放在一个屏蔽盒内，这样也可以更好地防止信号空间干扰。另外，发送部分的发送信号幅度仅为2V左右，信号的频率在3K以下，属于低频信号，因此只需要在制板时注意信号的走线和元件的布局。通过以上各种系统抗干扰措施，基本上避免了

49、发送部分对接收部分的信号干扰，从而保证了发送接收一体化实现的可能。5.2 系统防雷系统防雷包含二个部分：（1）发送端、接收端的“站防雷”。设于模拟网络盘内，实现对从电缆引入雷电冲击的横向、纵向防护，站内电码化设计单独的防雷单元。（2）对从钢轨引入雷电冲击保护横向：设在调谐单元、匹配变压器两端。纵向：在空心线圈中心线不接地条件下，防雷单元设在中心线与地间。5.3冗余可靠性方式分析：为了提高系统的稳定性，国内外的信号厂家普遍采用双机热备或“N+1”的方式进行冗余。很明显双机热备造成设备成本成倍增加，而“N+1”方式在对稳定性要求及其严格的客运专线和高速铁路来说系统稳定程度提高明显不足。因此需要一种

50、在不增加设备数量，又对系统稳定程度有较大提高的冗余方式产生。把ZPW-2000A无绝缘移频自动闭塞系统中的发送器和接收器设计成一体，再通过“双机热备”或“交叉备份”的冗余方式提高系统的稳定性，从而可以大幅度地提高自动闭塞中信号设备的高性能价格比，减少设备的数量和施工的难度，减少设备维护的工作量及设备备品的数量，延长系统的无故障工作时间。如前面所述，发送、接收设备中元件绝大部分（约85%）是相同的，如载频输入条件和CPU部分。如果把输入条件部分也当成是CPU部分一起考虑，则CPU部分和输入、输出具有相同的可靠性。合一设备相当于仅在发送设备中增加了两片AD、两片运放和几个电阻，如果认为这些器件的可

51、靠性较高的话，合一设备的无故障时间应该和发送器是相当的。设工作100个小时时各部分的未失效概率为R，在系统为双机热备时的可靠性：分离时，如附录图3分离时可靠性网络框图所示：合一时，由于发送、接收公用一套微处理电路，未失效概率相同。如图4合一时可靠性网络框图所示：很明显，合一时的可靠性要高于分离时的情况。5.4 系统主要技术条件5.4.1 环境条件ZPW2000A型无绝缘移频轨道电路设备在下列环境条件下应可靠工作：（1）周围空气温度：室外：-40+70；室内：-5+40；（2）周围空气相对湿度：不大于95%（温度30时）；（3）振动条件：室外：在135Hz时应能承受加速度为10m/s的正稳态振动

52、；室内：在135Hz时应能承受加速度为5m/s的正稳态振动。5.4.2 发送器（1）低频频率：10.3+n×1.1Hz，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。（2）频偏：±11 Hz（3）输出功率：70W（400负载）（4）载频频率 下行：1700-1 1701.4HZ 上行：2000-1 2001.4HZ 1700-2 1698

53、.7HZ 2000-2 1998.7HZ 2300-1 2301.4HZ 2600-1 2601.4HZ 2300-2 2298.7HZ 2600-2 2598.7HZ5.4.3 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）。 5.4.4 直流电源电压范围（1）直流电源电压范围：23.5V24.5V。（2）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.

54、5A，接收器正常工作时耗电小于500mA。5.4.5 轨道电路（1）分路灵敏度为0.15，分路残压小于等于140mA（带内）。（2）主轨道无分路死区，调谐区分路死区不大于5m。（3）有分离式断轨检查性能，轨道电路全程（含主轨及小轨）断轨，有关轨道继电器可靠失磁。5.5 轨道电路传输安全性5.5.1 发送器采用微电子器件构成该设备时，考虑了同一载频、同一低频控制条件下，双CPU电路。为实现双CPU的自检、互检，两组CPU及一组用于产生FSK移频信号的可编程控制器各自采用了独立的石英晶体源。发送设备的放大器均采用了射极输出器方式构成，防止故障时功出电压的升高。设备考虑了对移频载频、低频及幅度三个特

55、征的检测。两组CPU对检测结果符合要求时，以动态信号输出通过“安全与门”控制执行环节发送报警继电器（FBJ）将信号输出。5.5.2 接收器控制执行环节轨道继电器（GJJ及小轨道执行条件）。接收设备也采用双CPU电路。在同一设定载频条件下，双CPU对接收信号的载频、低频及幅度三个特征进行解调判断。为保证故障安全，双CPU除需对载频控制条件进行比较查对外，还需检查载频、低频信号，满足通频带及能量谱相对幅值要求时，以动态信号输出，通过“安全与门”控制执行环节。5.5.3 电缆模拟网络为防止电容断线时，电压升高，采用四端头电容。电感线圈采用高强度漆包线等工艺加强措施。5.5.4 调谐区短小轨道电路安全性的一般分析（1）对小轨道电