专利名称：铁路信号zpw-2000设备接收器自动检测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种基于虚拟仪器的自动检测装置，用于对铁路信号 ZPW-2000系列无绝缘移频自动闭塞设备(以下简称ZPW-2000)的接收器进行 自动检测和相应的数据处理。
背景技术：
信号设备是保障铁路运输的安全和效率的基础设施，正越来越广泛地采用以 微处理器和电子器件为核心的技术，相应地对设备的维护和管理提出了更高层 次的要求，主要表现为检测的项目明显增多、检测精度提高；同时，随着从设 备故障修向状态修的转变，检测任务量显著增加。中国铁路区间信号控制主要 采用ZPW-2000系列设备，是新建线路和旧线改造的主流设备。
ZPW-2000设备接收器完成列车速度信息的接收和解码，安全等级和可靠性 要求非常高。接收信号的调制方式采用FSK(频移键控)，有4个载频1700Hz、 2000Hz、 2300Hz、 2600Hz，每个载频分为两种类型；低频(调制频率)有18 个，从10.3他以1.1112等间隔增加至29112。检测项目主要包括灵敏度(吸起、 落下门限)、吸起和落下延时等，这里简要说明接收器检测的复杂性和精度要求。 ZPW-2000频率组合有8x18=144种，每个频率的灵敏度检测范围从160mV至 210mV，步长为O.lmV，即检测数据最多可达500组；且检测时还需要设置条 件，即选择接收器相应端子进行连接。
目前现场应用中，ZPW-2000设备接收器的检测平台是针对具体产品而设计 的，利用信号发生器等独立的仪器组合搭建，通过手动检测来完成，检测数据
手工填表。主要缺陷是(1)由独立仪器构成，投入费用较高，检测平台体积 庞大。(2)手动检测连接繁琐，效率较低，易带来人为误差。(3)检测数据需 手工抄录，数据管理未实现电子化，不利于数据的检索共享。
实用新型内容
本实用新型主要解决的技术问题是在对ZPW-2000设备接收器技术指标进 行检测时，原有检测采用人工连接、测量、读数、记录数据，劳动强度大、检 测效率低、易出错、纸质数据难于管理。因此，主要应解决如何有效提高检测 效率，同时保证检测精度，还应提高检测数据的信息化、降低劳动强度、兼顾 装置成本。
为此，基于美国NI公司接口卡和LabVIEW软件环境组成虚拟检测平台，界 面友好，基本实现自动化，还可通过网络实现远程检测；检测接口电路(接口 板)采用工业标准的模块化结构，易于扩展；自动生成检测数据报表，采用 Microsoft Excel格式，便于数据管理和共享。
本实用新型的技术方案
铁路信号ZPW-2000接收器自动检测装置，该装置包括工业控制机、虚拟 仪器采集卡、1/0卡、信号发生器卡、接口板电路。接口板电路包括继电器阵列 和信号调理电路；1/0卡的输出端子分别与继电器线圈连接，分别控制第一至第 二十六个继电器接点的通断；第一至第二十六个继电器接点分别与接收器的端 子连接
第一至第四个继电器接点的一端分别接主机载频选择端子，第五和第六个 继电器接点的一端分别接主机载频类型选择端子；
第七和第八个继电器接点的一端均接FSK信号输入端，另一端分别接主机 主轨道输入端和主机小轨道输入端；
第二十三个继电器接点的一端接主机小轨道条件端；第二十四个继电器接
点的一端接并机小轨道条件端；
第二十五个继电器接点的一端接主机小轨道类型正向端或反向端；第二十 六个继电器接点的一端接并机小轨道类型正向端或反向端；
第十五至第十八个继电器接点的一端分别接并机载频选择端子，第十九和 第二十个继电器接点的一端分别接并机载频类型选择端子；
第一至第六个、第十五至二十个、第二十三至第二十六个继电器接点的另 一端均接+24电源；
第二十一和第二十二继电器接点的一端均接FSK信号输入端，另一端分别 接并机主轨道输入端和并机小轨道输入端； FSK信号输入端与输入公共地连接；
轨道继电器线圈的一端经第九和第十一个继电器接点接主机主轨道输出或 接主机小轨道输出；该端或经第九和第十二个继电器接点接并机主轨道输出或 并机小轨道输出；
轨道继电器线圈的另一端经第十和第十三个继电器接点接主机主轨道回线 或接主机小轨道回线；该端或经第十和第十四个继电器接点接并机主轨道回线 或接并机小轨道回线；
调理电路中运算放大器的反相输入端经电阻与轨道继电器线圈的一端连 接，经反馈电阻与其输出端连接；调理电路的正相输入端接地；调理电路输出 与采集卡连接。
本实用新型的有益效果是操作界面采用虚拟仪器面板，操作简便；不同 的检测项目采用继电器阵列自动切换，无需人工干预，从而显著縮短了测量和 记录时间，时间可减少50%以上；避免了人为误差；降低了劳动强度；自动完 成数据存储，便于检索和信息管理，并可远程检测。
图l是ZPW-2000设备工作原理图。
图2是检测装置的结构原理图。
图3是ZPW-2000接收器接口板的电路框图。
图4是ZPW-2000接收器接口板电路原理图。
图4中电路右侧为接收器的接线端子，其含义为"+24"和"024"为电 源输入端；1700-Z、 2000-Z、 2300-Z、 2600-Z为主机载频选择端子，l-Z、 2-Z 为主机载频类型选择端子;ZIN-Z为主机主轨道输入，XIN-Z为主机小轨道输入， GIN为输入公共地；XGJ-Z为主机小轨道条件，XGJ-B为并机小轨道条件；X-l-Z 和X-2-Z为主机小轨道类型；X-l-B和X-2-B为并机小轨道类型；1700-B、2000-B、 2300-B、2600-B为并机载频选择端子，l-B、2-B为并机载频类型选择端子;ZIN-B 为并机主轨道输入，XIN-B为并机小轨道输入；G-Z为主机主轨道输出，XG-Z 为主机小轨道输出，GH-Z为主机主轨道回线，XGH-Z为主机小轨道回线；G-B 为并机主轨道输出，XG-B为并机小轨道输出，GH-B为并机主轨道回线，XGH-B 为并机小轨道回线。继电器接点K1 K4 (K15 K18)为主(并)机载频选择， 继电器接点K5、 K6 (K19、 K20)为主(并)机载频类型选择，继电器接点K7、 K8 (K21、 K22)分别为主(并)机主轨道和小轨道输入；继电器接点K9~K14 (单刀双掷型)为接收器的输出选择，包括主(并)机的主轨道、小轨道共4 种输出；继电器接点K23和K24为主轨道测试时小轨道条件，继电器接点K25 和K26 (单刀双掷型)为小轨道类型选择。
电路左侧端子中，+FSK和-FSK为FSK信号发生器输入。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型进一步说明
在图1中，ZPW-2000发送器输出的信号经过多个环节构成的传输通道后， 由衰耗器调整接收电平；进入接收器输入，若信号满足频率和幅度的指标要求，说明书第4/7页
则输出模拟电压来动作轨道继电器。接收器为通用，可适合各种载频，而且采 用双机并用工作模式，需处理主轨道和小轨道的输入信号，因此，检测时需连 接相应的端子作为条件除载频和载频类型外，还需要选择主机或并机工作模 式、主轨道信号输入或小轨道信号输入。
在图2中，工业控制机(包括显示器)安装LabVIEW软件平台，操作界面 (即检测面板)在显示器上显示。采用NI公司的PCI总线采集卡(也称多功能 卡)和i/o卡(也称数字i/o卡)，采集卡功能主要是对输入模拟信号进行采样
和模数转换(ADC); I/O卡用来输出开关量信号，控制接口板上的继电器导通 或断开。采样数据由软件处理，按照判据确定其是否合格，在面板显示并存储。 ZPW-2000接收器接口板电路与被测设备连接；FSK信号发生器板输出检测 所需的FSK信号。由电源和总线板(背板)统一提供工作电源。各板的物理尺 寸采用4U工业标准，便于扩展和在机柜安装。接口板主要包括继电器阵列和信 号调理电路，信号发生器板的核心器件是直接数字合成器(DDS)和微控制器 (MCU)，微控制器从RS-232串行口接收有关信号频率和幅度的命令，然后控 制DDS输出相应的信号。
图3所示为ZPW-2000接收器接口板的电路框图。按照检测项目要求，I/O 卡输出多路开关信号，与继电器线圈J1 J26连接，控制相应的接点K1 K26导 通或断开，即在主(并)机载频及类型选择端子、主(小)轨道选择端子、以 及检测条件等端子中进行选通；然后，接口板电路将FSK信号送至接收器；接 收器输出的模拟电压经接口板继电器接点选通后，由信号调理电路进行电压转 换，送至采集卡处理。
铁路信号ZPW-2000接收器自动检测装置，见图2、 3、 4。该装置包括工 业控制机、虚拟仪器采集卡、1/0卡、FSK信号发生器板、接口板电路。
接口板电路包括继电器阵列和信号调理电路；I/O卡的输出端子与各继电器
线圈J W26分别连接，分别控制继电器接点K1 K26的通断;继电器接点K1~K26
分别与接收器的端子连接
继电器接点K1 K4的一端分别接主机载频选择端子1700-Z、 2000-Z、 2300-Z、 2600-Z,继电器接点K5、 K6的一端分别接主机载频类型选择端子l-Z、
2-Z;
继电器接点K7、 K8的一端均接FSK信号输入端+FSK，另一端分别接主机 主轨道输入端ZIN-Z和主机小轨道输入端XIN-Z;
继电器接点K23的一端接主机小轨道条件端XGJ-Z;继电器接点K24的一 端接并机小轨道条件端XGJ-B;
继电器接点K25的一端接主机小轨道类型正向端X-l-Z或反向端X-2-Z; 继电器接点K26的一端接并机小轨道类型正向端X-l-B或反向端X-2-B;
继电器接点K15-K18的一端分别接并机载频选择端子1700-B、 2000-B、 2300-B、 2600-B,继电器接点K19、 K20的一端分别接并机载频类型选择端子 l-B、 2-B;
继电器接点K1 K6、 K15 K20、 K23 K26的另一端均接+24电源； 继电器接点K21、 K22的一端均接FSK信号输入端+FSK，另一端分别接并 机主轨道输入端ZIN-B和并机小轨道输入端XIN-B; FSK信号输入端-FSK与输入公共地GIN连接；
轨道继电器线圈的一端经继电器接点K9和Kll接主机主轨道输出G-Z或 接主机小轨道输出XG-Z;该端或经继电器接点K9和继电器接点K12接并机主 轨道输出G-B或并机小轨道输出XG-B;
轨道继电器线圈的另一端经继电器接点K10和K13接主机主轨道回线 GH-Z或接主机小轨道回线XGH-Z;该端或经继电器接点K10和K14接并机主 轨道回线GH-B或接并机小轨道回线XGH-B; K9-K14为单刀双掷型接点。
信号调理电路为典型的运算放大器电路，由反相输入电阻Rl和反馈电阻 R2决定电压的放大比例。调理电路中运算放大器的反相输入端经电阻Rl与轨 道继电器线圈连接，经反馈电阻R2与其输出端连接；调理电路的正相输入端接 地；调理电路输出与采集卡输入端连接。
工业控制机采用研华公司产品。根据被测设备工作频率、精度要求、连接 端子数量，采集卡和I/0卡采用高性价比的PCI总线，采集卡选用NI 6220多功能 采集卡，具有8个差分或16个单端输入通道，ADC分辨率为16bits，采样率达250 kS/s; 1/O卡选用NI6503数字I/O卡，具有24路TTL电平兼容的输入和输出通道。
1/0卡输出和继电器参数匹配，继电器技术指标为动作时间《10ms、接点 接触电阻《50mQ、绝缘电阻1000MQ、电流通流量5A、可靠性即动作次数2xl07 次；电压调理电路采用带有高精度电阻的比例运算放大器方式实现，电阻精度 为±0.1%，将接收器输出的24V直流电压(即轨道继电器电压)转换为5V量 程，送入采集卡。
FSK信号发生器板上DDS芯片AD7008 (美国AD公司产品)，频率精度为 0.01Hz，输出电压精度O.lmV。微控制器采用AT89C51 (美国Atmel公司产品)。
下面简要说明检测装置的工作流程。应用软件基于LabVIEW环境运行，操 作界面在显示器上显示。软件的流程严格符合相关的操作规范，检测前需按要 求输入检测员等参数，检测过程中还对有关检测条件进行判断。1/0卡输出开关 量信号是软件操作命令中的高低电平序列，用来控制接口板中的继电器阵列， 以选通某种组合。采集卡对采集到的模拟电压信号，在显示器上动态显示时域 波形。数据处理后，根据预先设定的合格判据，给出判定结论并显示，检测结 束后将数据以Microsoft Excel格式存储。
权利要求1.铁路信号ZPW-2000设备接收器自动检测装置，其特征在于该装置由工业控制机、FSK信号发生器板、接口板电路和采集卡、I/O卡构成，其接口板电路包括继电器阵列和信号调理电路；I/O卡的输出端子与各继电器线圈(J1～J26)分别连接，分别控制继电器接点(K1～K26)的通断；继电器接点K1～K26分别与以下接收器的端子连接继电器接点(K1～K4)的一端分别接主机载频选择端子(1700-Z、2000-Z、2300-Z、2600-Z)，继电器接点(K5、K6)的一端分别接主机载频类型选择端子(1-Z、2-Z)；继电器接点(K7、K8)的一端均接FSK信号输入端(+FSK)，另一端分别接主机主轨道输入端(ZIN-Z)和主机小轨道输入端(XIN-Z)；继电器接点(K23)的一端接主机小轨道条件端(XGJ-Z)；继电器接点(K24)的一端接并机小轨道条件端(XGJ-B)；继电器接点(K25)的一端接主机小轨道类型正向端(X-1-Z)或反向端(X-2-Z)；继电器接点(K26)的一端接并机小轨道类型正向端(X-1-B)或反向端(X-2-B)；继电器接点(K15～K18)的一端分别接并机载频选择端子(1700-B、2000-B、2300-B、2600-B)，继电器接点(K19、K20)的一端分别接并机载频类型选择端子(1-B、2-B)；继电器接点(K1～K6、K15～K20、K23～K26)的另一端均接+24电源；继电器接点(K21、K22)的一端均接FSK信号输入端(+FSK)，另一端分别接并机主轨道输入端(ZIN-B)和并机小轨道输入端(XIN-B)；FSK信号输入端(-FSK)与输入公共地(GIN)连接；轨道继电器线圈的一端经继电器接点(K9)和(K11)接主机主轨道输出(G-Z)或接主机小轨道输出(XG-Z)；该端或经继电器接点(K9)和继电器接点(K12)接并机主轨道输出(G-B)或并机小轨道输出(XG-B)；轨道继电器线圈的另一端经继电器接点(K10)和(K13)接主机主轨道回线(GH-Z)或接主机小轨道回线(XGH-Z)；该端或经继电器接点(K10)和(K14)接并机主轨道回线(GH-B)或接并机小轨道回线(XGH-B)；调理电路中运算放大器的反相输入端经电阻(R1)与轨道继电器线圈连接，经反馈电阻(R2)与其输出端连接；调理电路的正相输入端接地；调理电路输出与采集卡连接。
专利摘要本实用新型铁路信号ZPW-2000设备接收器自动检测装置，用于对铁路信号ZPW-2000系列无绝缘移频自动闭塞设备的接收器进行自动检测和相应的数据处理。该装置由工业控制机、虚拟仪器采集卡、I/O卡、FSK信号发生器板和接口板构成，接口板电路主要包括继电器阵列和信号调理电路。基于NI公司PCI接口卡和LabVIEW软件环境组成虚拟检测平台，操作界面友好，基本实现自动化，可通过网络实现远程操作；检测接口电路采用符合工业标准的模块化结构；动态显示检测过程中的时域波形，自动生成检测结果的数据报表(MicrosoftExcel格式)，便于数据管理、提高检测效率、保证检测精度、有利于检测数据的信息化。
文档编号B61L23/00GK201000477SQ20062016764
公开日2008年1月2日 申请日期2006年12月26日 优先权日2006年12月26日
发明者刘利平, 杨世武, 陈建怿, 黄赞武 申请人:北京交通大学