一种通用道岔驱动接口模块及其使用方法与流程

本发明涉及轨道交通技术领域，尤其涉及一种通用道岔驱动接口模块及其使用方法。

背景技术：

目前我国所采用的道岔控制接口电路分为；4线制控制电路、5线制控制电路、6线制控制电路，有轨电车的道岔控制接口电路主要由3条动作线、4条表示线、1条表示回线，一个撬棍插入辅助开关2条线组成，现在将其称为10线制。现在所采用的道岔控制接口电路是根据不同的接口制式采用不同的定型继电器组合，继电器采用重力型继电器，以上做法的缺点是：(1)重力型继电器体积大、成本高、占用空间大；(2)重力型继电器电器寿命短、需要专业机构定期维修，除中国国铁外其他应用单位无此维修能力，严重影制约了中国信号产品走入国际市场；(3)同一个项目可能采用不同转辙机，接口电路种类繁多，给后期维护、备品管理带来很多不便。本发明正是基于该研究背景下而提出的。

技术实现要素：

本发明的目的在于：克服现有技术中道岔控制接口电路存在的上述不足，提供一种通用道岔驱动接口模块及其使用方法，其结构设计合理，兼容了现用的所有转辙机，降低了设备造价，提高了设备寿命，方便了后期维护和备品管理等优点。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案实现：

一种通用道岔驱动接口模块，所述通用道岔驱动接口模块包括：联锁控制系统、fsio-3接口电路和道岔接口电路；fsio-3接口电路分别与联锁控制系统、道岔接口电路相连接；

所述fsio-3接口电路包括：分别与联锁控制系统连接的cana总线、canb总线，所述cana总线与canb总线互为冗余关系；cana总线还与acpu连接，canb总线还与bcpu连接，acpu和bcpu均与安全电源相连接；acpu和bcpu均通过驱动自检通道与i/o输入输出接口电路相连接用于驱动命令或自检命令的输出，并通过外回读通道读取驱动命令或自检命令的输出状态；所述i/o输入输出接口电路通过采集回读通道采集道岔接口电路的开关状态；所述acpu与bcpu之间通过串口相连用于交换联锁控制命令或fsio-3接口电路采集通道采集到的信息；所述i/o输入输出接口电路还与道岔接口电路相连；

所述道岔接口电路包括道岔驱动接口电路和道岔采集接口电路；所述道岔驱动接口电路包括：电流检查/缺相检查电路、防护继电器fhj、反操继电器fcj、定操继电器dcj、表示控制继电器bsj、bsf；所述电流检查/缺相检查电路分别与道岔转辙机的电源、道岔控制电路与道岔转辙机的驱动接口端子相连接；所述防护继电器fhj与fsio-3接口电路的驱动输出qd2相连接；所述防护继电器fhj接点输入1通过接点后连接到输出端子p5；所述防护继电器fhj接点输入2通过接点后连接到定操继电器dcj接点1、2和反操继电器fcj接点1、2；所述防护继电器fhj接点输入3通过接点后连接到定操继电器dcj接点3和反操继电器fcj接点3及输出端子p7；所述反操继电器fcj与fsio-3接口电路的驱动输出qd4相连接；所述反操继电器fcj接点输入1通过接点后连接到输出端子p6；所述反操继电器fcj接点输入2通过接点后连接到输出端子p1；所述反操继电器fcj接点输入3通过接点后连接到输出端子p2；所述定操继电器dcj与fsio-3接口电路的驱动输出qd3相连接；所述定操继电器dcj接点输入1通过接点后连接到输出端子p8；所述定操继电器fcj接点输入2通过接点后连接到输出端子p4；所述定操继电器fcj接点输入3通过接点后连接到输出端子p3；所述表示控制继电器bsj与fsio-3接口电路的驱动输出qd1相连接；所述表示控制继电器bsf为bsj的复式继电器，所述表示控制继电器bsj带动表示控制继电器bsf同步动作；

所述道岔采集接口电路包括：表示电路、定表电路db、反表电路fb、电流检查/缺相检查电路及fsio-3接口电路控制的采集接口；其中fsio-3接口电路控制的采集接口包括道岔电流及开关量采集接口、道岔表示采集接口；所述表示电路通过表示变压器bs1与道岔转辙机接口相连接；所述电流检查/缺相检查电路与道岔电流及开关量采集接口相连；所述定表电路和反表电路分别设有独立的滤波电路；所述定表电路db、反表电路fb分别与道岔表示采集接口相连接；所述定表电路db接口端子b1与表示控制继电器bsj接点k6和表示控制继电器bsf接点k1相连，通过接点k6后连接到输出端子p6，通过接点k1后连接到输出端子p3；所述定表电路db接口端子b2与表示控制继电器bsf接点k2和r9相连，通过接点k2后连接到输出端子p2；所述反表电路fb接口端子b4与表示控制继电器bsj接点k4和表示控制继电器bsf接点k7相连，通过接点k4后连接到输出端子p1，通过接点k7后连接到输出端子p8；所述定表电路fb接口端子b3与表示控制继电器bsf接点k3和r10相连，通过接点k3后连接到输出端子p4；所述道岔采集接口：a采集、b采集c采集、nk4采集、nk1采集分别与fsio-3的采集通道in1、in2、in3、in4、in5相连接，定表g1和定表yk1连接到fsio-3的采集通道的in6、定表g2和定表yk2连接到fsio-3的采集通道的in7；反表g3和反表yk3连接到fsio-3的采集通道的in8、反表g4和反表yk4连接到fsio-3的采集通道的in8。本发明上述通用道岔驱动接口模块的使用方法包括如下步骤：

1)联锁控制系统将动作命令下发给fsio-3接口电路，fsio-3接口电路将命令进行解析，根据解析的命令作相应的输出，控制通用道岔模块作相应的动作；

2)fsio-3接口电路通过采集通道采集通用道岔模块的相应状态，将采集到的结果回传给联锁控制系统，联锁控制系统根据回传结果判断下一步的动作。

作为上述方案的进一步优化，所述步骤1)中还包括：当acpu通过cana收到输出控制命令通过串口送到bcpu，acpu和bcpu分别对命令进行解析，解析完后通过串口互传结果，acpu和bcpu对串口互传的结果进行比较，bcpu通过canb收到输出控制命令通过串口送到acpu，acpu和bcpu分别对命令进行解析，解析完后通过串口互传结果，acpu和bcpu对串口互传的结果进行比较，比较一致各自输出，比较不一致停止输出，并通过cana总线将错误信息上传给联锁控制系统。

作为上述方案的进一步优化，所述步骤1)中还包括：当acpu或bcpu根据联锁控制系统命令输出的状态与外回读通道读取的对应输出线的状态比较不一致，acpu或bcpu关闭安全电源的输出，并通过cana总线或canb总线将错误信息上传给联锁控制系统。

作为上述方案的进一步优化，所述步骤1)中还包括：当acpu通过cana收到联锁控制系统命令后，将fsio-3接口电路的32个输入采集通道的状态通过cana上传给联锁控制系统；当bcpu通过canb收到联锁控制系统命令后，将fsio-3接口电路的32个输入采集通道的状态通过canb上传给联锁控制系统，联锁控制系统根据fsio-3接口电路返回的状态信息进行逻辑判断，决定下发fsio-3接口电路下一步的动作命令。

采用本发明的一种通用道岔驱动接口模块及其使用方法具有如下有益效果：

(1)一般传统道岔组合的成本加工程费用大于2万元/每组道岔，通用道岔模块的成本加工程费用不大于4千元/每组道岔，投资减少80％，一个传统道岔组合所占用的空间可放置10个通用道岔模块，空间节省90％。

(2)传统道岔组合的继电器电器寿命为50万次，通用道岔模块的继电器电器寿命大于100万次(基本可保证一个大修期内不需更换)。

(3)兼容了现用的所有转辙机，降低了设备造价，提高了设备寿命，方便了后期维护和备品管理。

附图说明

附图1为本发明通用道岔驱动接口模块的工作架构示意图。

附图2为本发明通用道岔驱动接口模块的驱动接口电路示意图。

附图3为本发明通用道岔驱动接口模块的采集接口电路示意图。

附图4为本发明通用道岔驱动接口模块缺的电流检查/缺相检查电路示意图。

具体实施方式

下面结合附图1-4对本发明通用道岔驱动接口模块及其使用方法作以详细说明。

图1所示：联锁控制系统与通用道岔接口模块的连接架构图，fsio-3接口电路是现有联锁用的“故障-安全型i/o”，通用道岔驱动接口模块是在fsio-3接口电路的基础上进行了道岔控制功能的扩展，代替现有的道岔组合。“故障-安全型i/o”可选用fsio-3接口电路(16路驱动，32路采集)、fimo-16接口电路(16路驱动)、fimi-32接口电路(32路采集)等。目前计算机联锁广泛采用的“故障-安全型i/o”通用模块，这些“故障-安全型i/o”的安全等级满足欧洲安全标准的sil4级要求，以下“通用道岔驱动接口模块”的描述均采用fsio-3接口电路与“通用道岔驱动接口模块”配合进行逻辑描述，说明实现道岔控制模块的通用化设计原理。

图1所示的fsio-3接口电路部分是一个二取二架构的故障-安全型i/o通用模块，它有两条can总线(cana、canb)，其中cana、canb总线是互为冗余关系，分别与联锁控制系统的相连，acpu、bcpu之间的串口用于交换联锁控制命令或i/o采集信息，驱动自检通道用于驱动命令或自检命令的输出，通过外回读通道读取输出状态，用来判定fsio-3接口电路的好坏，安全电源的输出受acpu、bcpu控制，任何一个cpu发现故障均可关闭安全电源的输出。采集回读通道用于采集通用道岔驱动接口模块开关的状态，fsio-3接口电路有16个输出控制通道、32个输入采集通道。

图2是通用道岔驱动接口原理图，它由电流检查/缺相检查电路、防护继电器fhj，反操继电器fcj，定操继电器dcj，表示控制继电器bsj、bsf组成。qd1、qd2、qd3、qd4为fsio-3接口电路的驱动输出。

(1)当控制对象是三相交流转辙机时，a、b、c三相电分别接到i3、i4、i5。

(2)当控制对象是单相交流转辙机时，l、n接到i1、i7并且将i2、i6短接。

(3)当控制对象是单相直流转辙机时，外置一个适配模块如图2所示的单相直流配线图。

本发明的电流检查/缺相检查电路如图4所示；

该电流检查/缺相检查由电流互感器b1、电流互感器b2、电流互感器b3、电阻r1、电阻r2、电阻r3、光耦g5、光耦g6、光耦g7组成，其中，

电流互感器b1的次级输出通过电阻r1限流连接到光耦g5的输人端；

电流互感器b2的次级输出通过电阻r2限流连接到光耦g6的输人端；

电流互感器b3的次级输出通过电阻r3限流连接到光耦g7的输人端；

当a、b、c三相电流通过互感器b1、b2、b3初级时，其次级感应电流将光耦g5、g6、g7打开，fsio-3接口电路将采集到光耦g5、g6、g7的脉冲信号，如果光耦g1、g2、g3都有信号输出说明三相电流电流正常，否则说明有缺相，由联锁控制系统作安全处理。

当输入为单相交流时，将n极从i7输入i6输出，如图4所示；n极从i7输入穿过电流互感器b1、再穿过电流互感器b2、再穿过电流互感器b3回到i6输出，由于n极电流同时通过了互感器b1、b2、b3，电流互感器b1、b2、b3的次级都有感应电流输出，其感应电流将g5、g6、g7同时打开，fsio-3接口电路采集到g5、g6、g7都有脉冲信号，说明通用道岔驱动接口工作正常，否则作为通用道岔驱动接口故障，由联锁控制系统作安全处理。使三相电流和单相交流判断逻辑保持一致。

本发明图3中,p1、p2、p3、p4、p5、p6、p7、p8为道岔控制电路与转辙机的接口端子，jx1、jx2、jx3、jx4、jx5是道岔控制电路与不同转辙机的接口对应关系，g1、g2、g3、g4是4线制、5线制、6线制转辙机的表示输出，g1、g2是定位表示，g3、g4是反位表示。yk1、yk2是有轨电车的定表输出与g1、g2输出并联，yk3、yk4有轨电车反表示输出与g3、g4输出并联。lb1是g1表示输入电压r-c滤波器，lb2是g2表示输入电压r-c滤波器，lb3是g3表示输入电压r-c滤波器，lb4是g4表示输入电压r-c滤波器。

当转辙机为三相5线制时；转辙机的x1接p5、x2接p4、x3接p2、x4接p1、x5接p3。

当转辙机为单相4线制时；转辙机的x1接p8、x2接p6、x3接p5、x4接p7。

当转辙机为单相6线制时；转辙机的x1接p8、x2接p6、x3接p5、x4接p7、x5接p4、x6接p3。

当转辙机为单相(有轨电车)时；转辙机的x1接p8、x2接p6、x3接p7。

当转辙机为三相(有轨电车)时；转辙机的x1接p2接p4、x2接p1接p3、x3接p5。

结合附图2-3，本发明道岔通用道岔驱动模块的工作状态(此章节中的1、0为逻辑电平，1表示接通，0表示断开)。

1、道岔不动作时fsio-3接口电路的输出qd1＝1、qd2＝0、qd3＝0、qd4＝0。

2、fsio-3接口电路的采集nk4＝1、nk1＝1、(nk1是防护继电器的一个常闭接点、nk4是表示切除继电器的一个常开接点)电流/缺相检查a采集、b采集、c采集为0，表示采集为定表或反表。

3、fsio-3接口电路的cana或canb收到道岔动作命令qd1输出0，bsj、bsf落下，表示电路被切断。

4、fsio-3接口电路的nk4采集由1变为0。

5、qd2输出1、nk1采集由1变为0，动力电通过fhj继电器送到dcj或fcj的输入端。

6、当命令为定操时，qd3输出1，定操继电器dcj吸起，p5、p7、p8、p4、p3供电，转辙机往定位转动，电流/缺相检查a采集、b采集、c采集为1，定表或反表采集均为0。当命令为反操时，qd4输出1，反操继电器fcj吸起，p5、p7、p6、p1、p2供电，转辙机往反位转动，电流/缺相检查a采集、b采集、c采集为1，定表或反表采集均为0，。

7、当电流/缺相检查a采集、b采集、c采集由1变为0，或采集到表示(有轨电车道岔转辙机)，道岔动作完毕。

8、qd2、qd3、qd4输出0，定操继电器dcj落下、反操继电器fcj落下、防护继电器fhj落下，nk1采集由0变为1，qd1输出1、切表示控制继电器bsj、bsf吸起，nk1采集由0变为1，采集表示上传表示信息。

联锁控制系统将动作命令下发给fsio-3接口电路，fsio-3接口电路将命令进行解析，根据解析的命令作相应的输出，控制通用道岔模块作相应的动作，fsio-3接口电路通过采集通道采集通用道岔模块的相应状态，将采集到的结果回传给联锁控制系统，联锁控制系统根据回传结果判断下一步的动作。

结合附图2-3，本发明道岔驱动状态与采集信息的关联关系(其中，1、0为逻辑电平，1表示接通，0表示断开)。

1:断表示命令：qd1＝1接通表示，qd1＝0断开表示。

2:开关量采集：qd1＝1接通表示时采集nk4＝1，qd1＝0断开表示时采集nk4＝0。

3:发防护命令：qd2防护命令，1有效。

4:开关量采集：qd2＝1防护继电器吸起，采集nk1＝0，qd2＝0防护继电器落下，采集nk1＝1。

5:定/反命令：qd3定操命令，qd4反操命令，1有效。

6:电流信息采集；道岔不动时a采集、b采集、c采集为0，道岔正常动作时a采集、b采集、c采集为1。

7:nk4采集：为表示回路状态采集，接通表示时采集nk4＝1，断开表示时采集nk4＝0。

8:nk1采集：为防护继电器报警，在道岔不动时nk1＝1。

一种通用道岔驱动接口模块，所述通用道岔驱动接口模块包括：联锁控制系统、fsio-3接口电路和道岔接口电路；fsio-3接口电路分别与联锁控制系统、道岔接口电路相连接；

所述fsio-3接口电路包括：分别与联锁控制系统连接的cana总线、canb总线，所述cana总线与canb总线互为冗余关系；cana总线还与acpu连接，canb总线还与bcpu连接，acpu和bcpu均与安全电源相连接；acpu和bcpu均通过驱动自检通道与i/o输入输出接口电路相连接用于驱动命令或自检命令的输出，并通过外回读通道读取驱动命令或自检命令的输出状态；所述i/o输入输出接口电路通过采集回读通道采集道岔接口电路的开关状态；所述acpu与bcpu之间通过串口相连用于交换联锁控制命令或fsio-3接口电路采集通道采集到的信息；所述i/o输入输出接口电路还与道岔接口电路相连；

所述道岔接口电路包括道岔驱动接口电路和道岔采集接口电路；所述道岔驱动接口电路包括：电流检查/缺相检查电路、防护继电器fhj、反操继电器fcj、定操继电器dcj、表示控制继电器bsj、bsf；所述电流检查/缺相检查电路分别与道岔转辙机的电源、道岔控制电路与道岔转辙机的驱动接口端子相连接；所述防护继电器fhj与fsio-3接口电路的驱动输出qd2相连接；所述防护继电器fhj接点输入1通过接点后连接到输出端子p5；所述防护继电器fhj接点输入2通过接点后连接到定操继电器dcj接点1、2和反操继电器fcj接点1、2；所述防护继电器fhj接点输入3通过接点后连接到定操继电器dcj接点3和反操继电器fcj接点3及输出端子p7；所述反操继电器fcj与fsio-3接口电路的驱动输出qd4相连接；所述反操继电器fcj接点输入1通过接点后连接到输出端子p6；所述反操继电器fcj接点输入2通过接点后连接到输出端子p1；所述反操继电器fcj接点输入3通过接点后连接到输出端子p2；所述定操继电器dcj与fsio-3接口电路的驱动输出qd3相连接；所述定操继电器dcj接点输入1通过接点后连接到输出端子p8；所述定操继电器fcj接点输入2通过接点后连接到输出端子p4；所述定操继电器fcj接点输入3通过接点后连接到输出端子p3；所述表示控制继电器bsj与fsio-3接口电路的驱动输出qd1相连接；所述表示控制继电器bsf为bsj的复式继电器，所述表示控制继电器bsj带动表示控制继电器bsf同步动作；

所述道岔采集接口电路包括：表示电路、定表电路db、反表电路fb、电流检查/缺相检查电路及fsio-3接口电路控制的采集接口；其中fsio-3接口电路控制的采集接口包括道岔电流及开关量采集接口、道岔表示采集接口；所述表示电路通过表示变压器bs1与道岔转辙机接口相连接；所述电流检查/缺相检查电路与道岔电流及开关量采集接口相连；所述定表电路和反表电路分别设有独立的滤波电路；所述定表电路db、反表电路fb分别与道岔表示采集接口相连接；所述定表电路db接口端子b1与表示控制继电器bsj接点k6和表示控制继电器bsf接点k1相连，通过接点k6后连接到输出端子p6，通过接点k1后连接到输出端子p3；所述定表电路db接口端子b2与表示控制继电器bsf接点k2和r9相连，通过接点k2后连接到输出端子p2；所述反表电路fb接口端子b4与表示控制继电器bsj接点k4和表示控制继电器bsf接点k7相连，通过接点k4后连接到输出端子p1，通过接点k7后连接到输出端子p8；所述定表电路fb接口端子b3与表示控制继电器bsf接点k3和r10相连，通过接点k3后连接到输出端子p4；所述道岔采集接口：a采集、b采集c采集、nk4采集、nk1采集分别与fsio-3的采集通道in1、in2、in3、in4、in5相连接，定表g1和定表yk1连接到fsio-3的采集通道的in6、定表g2和定表yk2连接到fsio-3的采集通道的in7；反表g3和反表yk3连接到fsio-3的采集通道的in8、反表g4和反表yk4连接到fsio-3的采集通道的in8。

本发明上述通用道岔驱动接口模块的使用方法包括如下步骤：

1)联锁控制系统将动作命令下发给fsio-3接口电路，fsio-3接口电路将命令进行解析，根据解析的命令作相应的输出，控制通用道岔模块作相应的动作；

2)fsio-3接口电路通过采集通道采集通用道岔模块的相应状态，将采集到的结果回传给联锁控制系统，联锁控制系统根据回传结果判断下一步的动作。

所述步骤1)中还包括：当acpu通过cana收到输出控制命令通过串口送到bcpu，acpu和bcpu分别对命令进行解析，解析完后通过串口互传结果，acpu和bcpu对串口互传的结果进行比较，bcpu通过canb收到输出控制命令通过串口送到acpu，acpu和bcpu分别对命令进行解析，解析完后通过串口互传结果，acpu和bcpu对串口互传的结果进行比较，比较一致各自输出，比较不一致停止输出，并通过cana总线将错误信息上传给联锁控制系统。

所述步骤1)中还包括：当acpu或bcpu根据联锁控制系统命令输出的状态与外回读通道读取的对应输出线的状态比较不一致，acpu或bcpu关闭安全电源的输出，并通过cana总线或canb将错误信息上传给联锁控制系统。

所述步骤1)中还包括：当acpu通过cana收到联锁控制系统命令后，将fsio-3接口电路的32个输入采集通道的状态通过cana上传给联锁控制系统；当bcpu通过canb收到联锁控制系统命令后，将fsio-3接口电路的32个输入采集通道的状态通过canb上传给联锁控制系统，联锁控制系统根据fsio-3接口电路返回的状态信息进行逻辑判断，决定下发fsio-3接口电路下一步的动作命令。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。