专利名称：用于铁路道岔位置的控制和监测系统的制作方法
技术领域：
本发明主要涉及一种用于轨道交通联锁控制转辙机的智能控制和监测的电子装置， 特别是一种用于铁路道岔位置的控制和监观孫统。
背景技术：
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现有的铁路信号基础设备一道岔转辙机都是沿用传统的继电式控制电路。目前铁路 系统广泛使用的信号设备为电气集中设备，继电器的输入控制是靠电气指令的电平信号 接入多组继电器，驱动转辙机的动作是通过继电器组合触点的通断实施其控制操作的。 继电器组合需要日常维护，保证触点的可靠接触。而且，由于继电器组合接线繁杂，不 易査找故障，还存在寿命短，体积大，动作时间慢，故障定位困难的固有缺陷。由继电 器构成的表示电路在相同时段只能监测一个道岔位置的信号，容易出现人为给出虚假的 表示信号，造成道岔错误表示，导致列车误入错误进路引起恶性事故的发生。为实现故 障检测，目前又有通过对继电式控制电路增加辅助电路的方法来实现检测，不能从根本 上解决问题，这大大制约了铁路的运营安全和运输能力的提高。
发明内容
本发明的目的在于避免现有技术的不足之处而提供一种用于铁路道岔位置的控制 和监测系统，其采用电子装置取代现有继电器触点电路，通过控制、监测、监督一体化 实现铁路信号的联锁控制装置，同时持续判断道岔定/反位位置状态，实现道岔的智能控 制和监测。
本发明的目的可以通过采用以下技术方案来实现所述的用于铁路道岔位置的控制 和监测系统，包括有根据接收到的联锁计算机控制输出信号、断开或接通输出电源(4)
与道岔转辙机(5)之间的电信号连接的执行机构(2)，执行机构(2)与外部电源(4) 连接，并与道岔转辙机(5)相连，其特点在于还包括有接收外部输入控制信号、进行逻 辑处理、向执行机构(2)输出控制信号并检测信号的控制机构(1)，检测执行机构(2) 与道岔转辙机(5)之间的电信号和装置自检的监控机构(3)，控制机构(1)和监控机 构(3)通过进行数据通信的现场总线与外部计算机相连，执行机构(2)与控制机构(1)和道岔转辙机(5)相连，监控机构(3)与执行机构(2)和控制机构(1)相连，监控 机构(3)通过进行数据通信的现场总线与外部联锁计算机相连。
所述的控制机构(l)包括有第一控制MCUA电路(la)和第二控制MCUB电路(lb)， 第一控制MCUA电路(la)通过串口同步电路(ld)与第二控制MCUB电路(lb)相 连，第一控制MCUA电路(la)和第二控制MCUB电路(lb)的控制输出通过开关"与" 逻辑电路(lc)进行输出比较，开关"与"逻辑电路(lc)的输出传递给与执行机构(2)， 第一控制MCUA电路(la)与第一通讯电路(le)相连，第一通讯电路(le)通过进行 数据通信的现场总线与外部联锁计算机相连，第二控制MCUB电路(lb)与第二通讯电 路(lf)相连，第二通讯电路(lf)通过进行数据通信的现场总线与外部联锁计算机相 连。所述的第一控制MCUA电路(la)与第二控制MCUB电路(lb)之间还设有模拟 量采集电路(3a)、用于对装置工作电流限定在保护范围内的过流检测电路(lg)、驱动 开关状态检测电路(lh)、表示状态检测电路(lk)和对装置工作状态、道岔位置和道岔 动作状态信息显示的显示电路(lm)。
所述的执行机构(2)包括驱动开关电路(2a)、表示执行部件(2c)和整流器(2b)， 驱动开关电路(2a)通过模拟量采集电路(3a)、过流检测电路(lg)和动态安全电路(3d) 相连，动态安全电路(3d)接道岔动作电源(4a)，驱动开关电路(2a)通过整流器(2b) 与道岔转辙机(5)相连；整流器(2b)通过表示执行部件(2c)与用于对道岔位置状态 检测的表示状态检测电路(lk)相连，表示状态检测电路(lk)接道岔表示电源(4b)。 所述的驱动开关电路(2a)的开关控制电路包括道岔定位驱动开关K1、 K3和道岔反位 驱动开关K2、 K4，道岔定位驱动开关K1、 K3和道岔反位驱动开关K2、 K4之间设有 驱动开关状态检测电路(lh)。所述的表示状态检测电路(lk)包括定位表示检测电路和 反位表示检测电路，表示执行部件(2c)包括道岔定位表示开关KB1、道岔反位表示开 关电路KB2和表示回线开关KB3。
所述的监控机构(3)包括模拟量采集电路(3a)、监控MCUC电路(3g)、通讯电 路(3h)、 MCUA监控电路(3b)、 MCUB监控电路(3c)和动态安全电路(3d)， MCUA 监控电路(3b)、 MCUB监控电路(3c)通过动态安全电路(3d)与执行机构(2)相连； 模拟量釆集电路(3a)通过监控MCUC电路Gg)与通讯电路(3h)相连，过流检测电 路(lg)接模拟量采集电路(3a)，模拟量采集电路Ga)与控制机构(1)相连。所述 的模拟量采集电路(3a)包括有信号变换电路(3e)和运算放大器电路(3f)。
本发明的有益效果是所述的用于铁路道岔位置的控制和监测系统，其用于铁路道 岔位置的控制和监测系统具有控制、监领 、监督一体化，由控制装置完成通信，数字和模拟的数据采集、处理和逻辑判断；执行机构由功率微电子开关代替了继电器控制；监 测机构通过检测部件对控制机构和执行机构进行检测。具有功耗低、体积小、寿命长、 动作快、易维护、网络化模块化的优点，不需要继电器组合的日常维护和维修，大大节 省了人力，较少了机房面积。 一般技术人员采用常规手段无法改变其既有逻辑关系。能 够对道岔的定位、反位的表示进行双向安全性检测和分析，安全性得到大幅度的提高。 具有现场总线通信功能，易于实现网络组件，实现远程控制。具有自检功能，实现故障 定位，工作稳定可靠，提高了铁路运营监控能力，解决了目前铁路信号基础设备控制的 不足。
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图1是本发明的整体原理图； 图2是本发明的控制机构原理图； 图3是本发明的执行机构原理图； 图4是本发明的监控机构原理图； 图5是本发明的表示电路原理图。
具体实施例方式
以下结合附图所示之最佳实施例作进一步详述
见图1，所述的用于铁路道岔位置的控制和监测系统，包括有根据接收到的联锁计 算机控制输出信号、断开或接通输出电源4与道岔转辙机5之间的电信号连接的执行机 构2，执行机构2与外部电源4连接，并与道岔转辙机5相连，其特点在于还包括有接 收外部输入控制信号、进行逻辑处理、向执行机构2输出控制信号并检测信号的控制机 构1，检测执行机构2与道岔转辙机5之间的电信号和装置自检的监控机构3，控制机构 1和监控机构3通过进行数据通信的现场总线与外部联锁计算机相连，执行机构2与控 制机构1和道岔转辙机5相连，监控机构3与执行机构2和控制机构1相连，监控机构 3通过进行数据通信的现场总线与外部联锁计算机相连。控制机构1的控制信号输出到 执行机构2，执行机构2通过电子开关功率器件实现输出电源与道岔转辙机之间的输出 电路通断，监控机构3对执行机构2和控制机构1的检测和监督，并将状态信息输出给 控制机构l，同时通过现场总线输出给外部联锁计算机，监控机构3将监测信号反馈控 制机构1，控制机构1闭环控制输出。
见图2，所述的控制机构1包括有第一控制MCUA电路la和第二控制MCUB电路lb，第一控制MCUA电路la通过串口同步电路Id与第二控制MCUB电路lb相连，进 行控制输出同步，第一控制MCUA电路la和第二控制MCUB电路lb的控制输出通过 开关"与"逻辑电路lc进行输出比较，开关"与"逻辑电路lc的输出传递给与执行机 构2，第一控制MCUA电路la与第一通讯电路le相连，第一通讯电路le通过进行数 据通信的现场总线与外部联锁计算机相连，第二控制MCUB电路lb与第二通讯电路If 相连，第二通讯电路If通过进行数据通信的现场总线与外部联锁计算机相连。所述的第 一控制MCUA电路la与第二控制MCUB电路lb之间还设有模拟量采集电路3a、用于 对装置工作电流限定在保护范围内的过流检测电路lg、驱动开关状态检测电路lh、表示 状态检测电路lk和对装置工作状态、道岔位置和道岔动作状态信息显示的显示电路lm。 当第一控制MCUA和第二控制MCUB通过通讯电路，接收到控制指令后，首先通过串 口同步电路ld进行控制指令交换比较，如果不一致则认为控制指令无效，否则认为是有 效指令，同时输出控制信号。第一控制MCUA电路la和第二控制MCUB电路lb的开 关控制输出信号通过开关"与"逻辑比较电路lc输出给执行机构2，两个MCU的开关 控制输出信号只有完全一致，才能经过"与"逻辑电路输出。第一控制MCUA电路la 与第一通讯电路le相连，第一通讯电路le通过进行数据通信的现场总线与外部联锁计 算机相连，单独接收控制指令并发送状态信息。第二控制MCUB电路lb与第二通讯电 路lf相连，第二通讯电路lf通过进行数据通信的现场总线与外部联锁计算机相连，单 独接收控制指令并发送状态信息。控制机构1通过第一通讯电路le和第二通讯电路If 接收外部联锁计算机的控制指令，经过两路微处理器第一控制MCUA电路la和第二控 制MCUB电路lb逻辑处理和串口同步电路Id同步后，输出控制信号通过开关"与"逻 辑表决电路lc比较出给执行机构2。串口同步电路Id实现一对微处理器电路的控制输 出同步，开关"与"逻辑表决电路lc对两路微处理器电路的控制输出进行硬件电路"与" 逻辑表决，通信电路le和通信电路If实现两路微控制器与外部联锁计算机的现场总线 通信。微处理器电路还接收监控机构3的模拟量检测电路3a输出的动作回路状态信号， 实现控制输出闭环控制。控制机构1包括有驱动开关检测电路lh,两路微处理器电路检 测开关节点状态。当执行机构2的驱动开关电路内的节点是断开控制，但驱动开关检测 电路lh检测到某个开关节点闭合，则执行机构1通过动态继电器3d切断输出电源4与 道岔5的连接，防护道岔误转动。控制机构1包括有表示状态检测电路lk，表示状态检 测电路lk检测道岔当前位置状态信号，检测信号反馈给两路微处理器，由处理器进行逻 辑处理判断道岔当前位置。控制机构1包括有过流检测电路lg，过流检测电路lg在道 岔转辙机转动过程中检测道岔回路的工作电流，并反馈信号给两路微处理器，当工作电流持续超过设定的额定电流值，两路微处理器切断控制输出，避免装置损坏，在延时一 段时间后，重新按照控制输出指令输出。控制机构1内还包括对装置工作状态、道岔位 置和道岔动作状态信息显示的显示电路lm，通过装置面板的指示灯指示装置通信状态、
道岔位置状态和动作状态。执行机构1输出和输入的信号都为动态脉冲信号。
见图3，所述的执行机构2包括驱动开关电路2a、表示执行部件2c和整流器2b， 驱动开关电路2a通过模拟量采集电路3a、过流检测电路lg和动态安全电路3d相连， 动态安全电路3d接道岔动作电源4a，驱动开关电路2a通过整流器2b与道岔转辙机5 相连；整流器2b通过表示执行部件2c与用于对道岔位置状态检测的表示状态检测电路 lk相连，表示状态检测电路lk接道岔表示电源4b。所述的驱动开关电路2a的开关控制 电路包括道岔定位驱动开关K1、 K3和道岔反位驱动开关K2、 K4，道岔定位驱动开关 Kl、 K3和道岔反位驱动开关K2、 K4之间设有驱动开关状态检测电路lh。所述的表示 状态检测电路lk包括定位表示检测电路和反位表示检测电路，表示执行部件2c包括道 岔定位表示开关KB1、道岔反位表示开关电路KB2和表示回线开关KB3。整流器2b完 成输出交流电源的交直变换，输出直流驱动电源。所述的道岔驱动开关电路2a前，设有 用于对装置工作电流限定在保护范围内的过流检测电路lg和模拟量检测电路3a。执行 机构2根据控制机构1的开关"与"逻辑比较电路lc动态控制输出信号，控制输出电源 与道岔转辙机驱动电路的通断，实现道岔转辙机的驱动和表示检测。控制部件l的开关
"与"逻辑比较电路lc的控制信号输出给执行机构2，驱动开关电路2a根据控制信号， 通过道岔定位驱动开关K1、 K3和道岔反位驱动开关K2、 K4的电子开关功率器件闭合 和断开，控制输出电源与道岔转辙机的电源通断，实现道岔转辙机的反位转动或定位转 动。在转辙机转动到位后，通过表示执行部件2c，对转辙机的位置状态进行动态信号采 集。表示执行部件2c的开关控制电路包括道岔定位表示开关KBl和道岔反位表示开关 电路KB2，以及表示回线开关KB3。道岔反位表示开关KB2控制道岔转辙机的反位检 测电路的通断，道岔定位表示开关KB1控制道岔转辙机的定位检测电路的通断。控制信 号都为动态脉冲信号。在驱动开关电路2a内有驱动开关检测电路lh，控制机构1的两路 微处理器电路实时检测开关节点状态。当执行机构2的驱动开关电路内的节点处于断开 控制，但驱动开关检测电路lh检测到某个开关节点闭合，则通过动态安全电路3d切断 输出电源4与道岔转辙机5的连接，防护道岔误转动，并给出故障指示。
见图4、 5，所述的监控机构3包括模拟量采集电路3a、监控MCUC电路3g、通讯
电路3h、 MCUA监控电路3b、 MCUB监控电路3c和动态安全电路3d， MCUA监控电 路3b、 MCUB监控电路3c通过动态安全电路3d与执行机构2相连；模拟量采集电路3a通过监控MCUC电路3g与通讯电路3h相连，过流检测电路lg接模拟量采集电路3a， 模拟量采集电路3a与控制机构1相连。模拟量采集电路3a串接在控制机构1的动作回 路中，用于采集道岔定位转动和反位转动动作电流的模拟信号，将信号传送给监控 MCUC电路3g，所述的模拟量采集电路3a包括有信号变换电路3e和运算放大器电路 3f。信号变换电路3e将控制机构2的动作回路电流信号变换成动态信号输出给控制机构 1的第一控制MCUA电路la和第二控制MCUB电路lb，运算放大器电路3f实现控制 机构2的动作回路电流信号的隔离放大，输入AD信号给监控MCUC电路3g，由MCUC 电路3g记录道岔动作时间和道岔动作电流曲线。监控MCUC电路3g通过通讯电路3h 的现场总线接口与外部联锁计算机相连。信号变换电路3e将控制机构2的动作回路电流 信号变换成动态信号输出给控制机构1的第一控制MCUA电路la和第二控制MCUB电 路lb，运算放大器电路3f通过运算放大器实现动作回路电流的隔离放大，输入给监控 MCUC电路3g，由MCUC电路3g记录道岔动作时间和道岔动作电流曲线。监控MCUC 电路3g通过通讯电路3h的现场总线接口与外部计算机相连，将道岔转动过程中的电流 曲线和动作时间发送给计算机。监控机构3设有的MCUA监控电路3b对控制机构1的 第一控制MCUA电路la监控和自检，MCUB监控电路3c对控制机构1的第二控制 MCUB电路lb监控和自检，当控制输出和开关状态检测逻辑一致时，监控电路输出动 态脉冲信号驱动动态继电器3d闭合，当控制输出和开关状态检测逻辑不一致时，停止输 出动态脉冲信号，动态继电器3d节点断开，切断输出电源(4a)的输出，防护道岔误转动。 表示检测部件lk串接在表示输出电源4b和表示执行部件2c之间，包括有定位表示检测 电路和反位表示检测部件。表示执行部件2c的开关控制电路包括道岔定位表示开关KB1 和道岔反位表示开关电路KB2，以及表示回线开关KB3。道岔反位表示开关KB2控制 转辙机的反位检测电路的通断，道岔定位表示开关KB1控制转辙机的定位检测电路的通 断。当检测道岔定位表示时，闭合KB1和KB3，表示输出电源4b与道岔5构成定位表 示回路。当检测道岔反位表示时，闭合KB2和KB3，表示输出电源4b与道岔5构成反 位表示回路。表示检测部件lk在检测道岔位置状态时，来回切换道岔定位和反位表示开 关电路，通过定位表示检测电路和反位表示检测部件，不停的检测道岔定位和反位状态， 并将检测信号反馈给执行机构1的两路微处理器MCUA和MCUB。
权利要求
1. 一种用于铁路道岔位置的控制和监测系统，包括有根据接收到的联锁计算机控制输出信号、断开或接通输出电源(4)与道岔转辙机(5)之间的电信号连接的执行机构(2)，执行机构(2)与外部电源(4)连接，并与道岔转辙机(5)相连，其特征在于还包括有接收外部输入控制信号、进行逻辑处理、向执行机构(2)输出控制信号并检测信号的控制机构(1)，检测执行机构(2)与道岔转辙机(5)之间的电信号和装置自检的监控机构(3)，控制机构(1)和监控机构(3)通过进行数据通信的现场总线与外部计算机相连，执行机构(2)与控制机构(1)和道岔转辙机(5)相连，监控机构(3)与执行机构(2)和控制机构(1)相连，监控机构(3)通过进行数据通信的现场总线与外部联锁计算机相连。
2. 如权利要求1所述的用于铁路道岔位置的控制和监测系统，其特征在于所述的控 制机构(1)包括有第一控制MCUA电路(la)和第二控制MCUB电路(lb)，第 一控制MCUA电路(la)通过串口同步电路(ld)与第二控制MCUB电路(lb) 相连，第一控制MCUA电路(la)和第二控制MCUB电路(lb)的控制输出通过 开关"与"逻辑电路(lc)进行输出比较，开关"与"逻辑电路(lc)的输出传递给 与执行机构(2)，第一控制MCUA电路(la)与第一通讯电路(le)相连，第一通 讯电路(le)通过进行数据通信的现场总线与外部联锁计算机相连，第二控制MCUB 电路(lb)与第二通讯电路(lf)相连，第二通讯电路(lf)通过进行数据通信的现 场总线与外部联锁计算机相连。
3. 如权利要求2所述的用于铁路道岔位置的控制和监测系统，其特征在于所述的第 一控制MCUA电路(la)与第二控制MCUB电路(lb)之间还设有模拟量釆集电 路(3a)、用于对装置工作电流限定在保护范围内的过流检测电路(lg)、驱动开关状 态检测电路(lh)、表示状态检测电路(lk)和对装置工作状态、道岔位置和道岔动 作状态信息显示的显示电路(lm)。
4. 如权利要求1所述的用于铁路道岔位置的控制和监测系统，其特征在于所述的执 行机构(2)包括驱动开关电路(2a)、表示执行部件(2c)和整流器(2b)，驱动开 关电路(2a)通过模拟量采集电路(3a)、过流检测电路(lg)和动态安全电路(3d) 相连，动态安全电路(3d)接道岔动作电源(4a)，驱动开关电路(2a)通过整流器(2b)与道岔转辙机(5)相连；表示执行部件(2c)与用于对道岔位置状态检测的表示状态检测电路(lk)相连，表示状态检测电路(lk)接道岔表示电源(4b)。
5. 如权利要求4所述的用于铁路道岔位置的控制和监测系统，其特征在于所述的驱 动开关电路(2a)的开关控制电路包括道岔定位驱动开关K1、 K3和道岔反位驱动开 关K2、 K4，道岔定位驱动开关K1、 K3和道岔反位驱动开关K2、 K4之间设有驱动 开关状态检测电路(lh)。
6. 如权利要求4所述的用于铁路道岔位置的控制和监测系统，其特征在于所述的表 示状态检测电路(lk)包括定位表示检测电路和反位表示检测电路，表示执行部件(2c)包括道岔定位表示开关KB1、道岔反位表示开关电路KB2和表示回线开关 KB3。
7. 如权利要求1所述的用于铁路道岔位置的控制和监测系统，其特征在于:所述的监控 机构(3)包括模拟量采集电路(3a)、监控MCUC电路(3g)、通讯电路(3h)、 MCUA 监控电路(3b)、 MCUB监控电路(3c)和动态安全电路(3d)， MCUA监控电路(3b)、 MCUB监控电路(3c)通过动态安全电路(3d)与执行机构(2)相连；模拟量采集 电路(3a)通过监控MCUC电路(3g)与通讯电路(3h)相连，过流检测电路(lg) 接模拟量采集电路(3a)，模拟量采集电路(3a)与控制机构(1)相连。
8. 如权利要求7所述的用于铁路道岔位置的控制和监测系统，其特征在于:所述的模拟 量采集电路(3a)包括有信号变换电路(3e)和运算放大器电路(3f)。
全文摘要
本发明主要涉及一种用于轨道交通联锁控制转辙机的智能控制和监测的电子装置，特别是一种用于铁路道岔位置的控制和监测系统。其特点在于包括有控制机构(1)，执行机构(2)与道岔转辙机(5)之间的电信号和装置自检的监控机构(3)，控制机构(1)和监控机构(3)通过进行数据通信的现场总线与外部计算机相连，执行机构(2)与控制机构(1)和道岔转辙机(5)相连，监控机构(3)与执行机构(2)和控制机构(1)相连，监控机构(3)通过进行数据通信的现场总线与外部联锁计算机相连。其采用电子装置取代现有继电器触点电路，通过控制、监测、监督一体化实现铁路信号的联锁控制装置，其具有自检功能，实现故障定位，工作稳定可靠。
文档编号B61L5/06GK101439725SQ200810188660
公开日2009年5月27日 申请日期2008年12月20日 优先权日2008年12月20日
发明者涛 何, 方亚非, 旷文珍, 牛宏侠, 范多旺, 陈光武, 魏宗寿, 魏文军 申请人:兰州大成自动化工程有限公司