铁路机车信号系统故障模拟装置及方法

1.本文件涉及铁路自动控制技术领域，尤其涉及一种铁路机车信号系统故障模拟装置及方法。


背景技术：

2.在机车信号系统中，列车需要从轨面上接收轨道信息，用来显示线路情况，而向轨面发送信息的轨道电路系统，是学校学习的重点内容之一。为了模拟信息传输过程中的故障，人为的接通或断开系统电路，实现机轨信号系统信息传输过程中的故障。
3.现有技术通过一片cpu的uln2803扩展io口技术，由计算机软件通过rs232串口下发指令，来控制小型继电器的通断。硬件电路一般包括1个主控板与若干个扩展板等，存在如下缺点：
4.1.故障点越多，下发指令的数据个数就越多，上位机一旦设计完成，无法再扩展故障点数；
5.2.利用io口扩展技术，cpu软件编写难度加大；
6.3.由于仅有一块cpu板，故障板无法通用，如果cpu板损坏整个故障系统瘫痪；
7.4.通断部分利用小型继电器，允许电路小，电路范围适应性不强；
8.5.控制部分不存在高压保护电路，存在安全隐患；
9.6.原有技术上位机一次性下发20个故障点，不符合实际。


技术实现要素：

10.本发明的目的在于提供一种铁路机车信号系统故障模拟装置及方法，旨在解决现有技术中的上述问题。
11.本发明提供一种铁路机车信号系统故障模拟装置，包括：rs485通信电路、cpu、隔离电路、放大驱动电路以及通断电路；
12.rs485通信电路，与上位机及cpu连接，用于接收上位机发送的控制指令，并将控制指令发送到所述cpu；
13.cpu，与rs485通信电路及隔离电路连接，用于接收控制指令，并对控制指令进行识别后发送到所述隔离电路；
14.隔离电路，与cpu及放大驱动电路连接，用于接收控制指令，通过隔离芯片将cpu与驱动隔离电路隔离开，并将控制指令发送到放大驱动电路；
15.放大驱动电路，与隔离电路及通断电路连接，用于对控制指令进行放大，并将放大后的控制指令发送到通断电路；
16.通断电路，与放大驱动电路及外部电路连接，用于接收放大驱动电路发送的控制指令，并根据控制指令对外部电路进行接通或断开操作。
17.本发明提供一种铁路机车信号系统故障模拟方法，包括：
18.通过rs485通信电路接收上位机发送的控制指令，并将控制指令发送到cup；
19.通过cpu对控制指令进行识别，并将控制指令经过隔离电路发送到放大驱动电路；
20.通过放大驱动电路对控制指令进行放大后发送到通断电路，通断短路根据控制指令对外部电路进行接通或者断开。
21.采用本发明实施例，故障点扩展性较强，数据位数极少；采用主控与驱动集成，软件编写极精简；故障系统每一块电路板都是相同的，生产容易，损坏一块电路板，仅影响该块对应的故障设置点，对整个系统影响小，同时，每一块电路板都可以随机更换位置；通断继电器采用大电流小体积，故障系统适用的范围变大；每块电路板含有隔离电路，有效保护电路；该铁路机车信号系统故障模拟装置结合实际，一次设置一个故障，符合实际。
附图说明
22.为了更清楚地说明本说明书一个或多个实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
23.图1为本发明实施例的一种铁路机车信号系统故障模拟装置的示意图；
24.图2为本发明实施例的rs485通信电路的示意图；
25.图3为本发明实施例的隔离电路与放大驱动电路示意图；
26.图4为本发明实施例的通断电路的示意图；
27.图5为本发明实施例的电源转换装置电路示意图；
28.图6为本发明实施例的一种铁路机车信号系统故障模拟方法的流程图。
具体实施方式
29.为了使本技术领域的人员更好地理解本说明书一个或多个实施例中的技术方案，下面将结合本说明书一个或多个实施例中的附图，对本说明书一个或多个实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本说明书的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书一个或多个实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本文件的保护范围。
30.装置实施例
31.根据本发明实施例，提供了一种铁路机车信号系统故障模拟装置，图1是本发明实施例的铁路机车信号系统故障模拟装置的示意图，如图1所示，根据本发明实施例的铁路机车信号系统故障模拟装置具体包括：rs485通信电路10、cpu11、隔离电路12、放大驱动电路13以及通断电路14；
32.rs485通信电路10，与上位机及cpu11连接，用于接收上位机发送的控制指令，并将控制指令发送到cpu11；
33.图2为发明实施例的rs485通信电路的示意图，根据图2所示通信电路主要由max13487与adum1201两个芯片构成。编号485-a、485-b为挂在rs485通信总线上，r98为120欧姆的电阻，用来避免信号反射问题。为了确保总线信号的电平为确定性的，在485-a、485-b上分别接上拉电阻r99与r100，保证模块在空闲时不处于不确定状态。max13487e为485收发芯片，当总线没有数据传输时，上下拉电阻的作用就使ro输出一个高电平，总线有数据
时，ro的电平根据总线的状态正确的输入给adum1201；adum1201为数字隔离器，其作用是为实现cpu与外部通信隔离，避免外部干扰与高压，影响或损坏cpu器件。经过max13487后的信号通过do送入adum1201的via，隔离后，由via送入cpu的接收端；当cpu向总线传输数据时，由adum1201的vib送出，隔离后由vob输出，进入max13487的di端，最后由max13487的a、b输出到总线上。
34.b0505s为5v转5v的隔离电源模块，输入5v电源，输出隔离的5v电源。
35.p6ke15ca为双向瞬态二极管，用于防止高压击穿通信器件。
36.cpu11，与rs485通信电路10及隔离电路12连接，用于接收控制指令，并对控制指令进行识别后发送到隔离电路12；
37.隔离电路12，与cpu11及放大驱动电路13连接，用于接收控制指令，通过隔离芯片将cpu11与所述驱动隔离电路隔离开，并将控制指令发送到放大驱动电路13；
38.放大驱动电路13，与隔离电路12及通断电路14连接，用于对控制指令进行放大，并将放大后的控制指令发送到通断电路14；
39.图3为本发明实施例的隔离电路与放大驱动电路示意图，隔离电路用于把cpu与驱动电路隔离开，实现低电压与高电压、高脉冲的隔离，可以有效保护cpu；放大驱动电路实现对继电器的大电流的驱动。其中第一组的8个故障点控制隔离电路如图3所示，每块板有4组，每组8个故障点，共32个。
40.隔离芯片采用ps2801等，具有耐压高的作用，4位隔离输入输出，举例如：u11的1-2脚为第一路控制输入，1脚接限流电阻r128，再接5v电压，2脚接cpu的io口p47，输出端的16脚接驱动部分的限流电阻r136，15脚接24v的电源地。
41.电流放大驱动电路主要为2as1015三极管完成，电阻r136接pnp三极管的基极，发射极接24v电源正，集电极接继电电路。
42.当设置p47对应的故障点时，cpu控制p47输出低电平，此时隔离器件u11的内部发光二极管导通，vcc-d26电源经电阻r128，经u11中发光二极的1脚、2脚到cpu的io口p47，构成电流回路，发光二极管亮，此时u11的16与15脚导通，由于15脚为24v地，所以此时16脚也为低，q25三极管的基极为低，q25导通，gzsz24v电源正从发射极流向集电极标号为k32端，去驱动继电器。
43.通断电路14，与放大驱动电路13及外部电路连接，用于接收放大驱动电路13发送的控制指令，并根据控制指令对外部电路进行接通或断开操作。
44.图4为本发明实施例的通断电路的示意图，标号为k32点为放大驱动电路输入点，r120与led72构成驱动指示电路，d34为1n4007二级管，用于吸收继电器断电时产生的浪涌电压。继电器hf41f的3-4为常闭接点，分别接外部线路的断点j63，j64。
45.当需要设置此对应故障点时，电源由q25集电极输入到k32处，一路使led72点亮，指示此故障点被设置，另一路流入继电器线圈1-2，使继电器吸起，断开3-4接点，外部电路j63,j64即被断开，完成故障设置。
46.本发明实施例的铁路机车信号系统故障模拟装置进一步包括：电源装置16及电源转换装置15；
47.图5为本发明实施例的电源转换装置电路示意图，p3为接插件，外部24v电源通过21-23脚输入，正极通过开关key、可恢复保险丝pptc、二极管1n4007进入电源模块b2405s的
1脚，负极进电源模块的2脚，处理后，4脚为输出5v电源的地，6脚为5v电源的正极，6脚输出后，经二级管d26形成cpu隔离电路的输入电源，同时由led25指示电源是否正常。
48.c7、c8为输入24v的滤波电容，c5、c6为输出5v电源滤波电容。d25二极管用于防止输入电源反接保护。
49.方法实施例
50.根据本发明实施例，提供了一种铁路机车信号系统故障模拟方法，图6是本发明实施例的铁路机车信号系统故障模拟方法的流程图，如图6所示，根据本发明实施例的铁路机车信号系统故障模拟方法具体包括：
51.步骤601，通过rs485通信电路接收上位机发送的控制指令，并将控制指令发送到cup；
52.步骤602，通过cpu对控制指令进行识别，并将控制指令经过隔离电路发送到放大驱动电路；cpu对所述控制指令进行识别具体包括：判定所述控制指令中所述的故障点是否为特定故障限定范围，如果是特定故障限定范围，将所述控制指令经过隔离电路发送到放大驱动电路，否则，对所述控制指令不予处理。
53.步骤603，通过放大驱动电路对控制指令进行放大后发送到通断电路，通断短路根据控制指令对外部电路进行接通或者断开。
54.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。