一种安全型全电子轨道电路闭环自检装置的制作方法

1.本实用新型涉及轨道交通信号领域，尤其涉及一种安全型全电子轨道电路闭环自检装置。


背景技术：

2.道岔、信号、轨道模块状态间的相互制约构成了计算机联锁系统的核心，因而轨道电路的安全采集对于计算机联锁系统的安全性至关重要。当前全电子联锁系统正在快速发展，但对于轨道电路的采集普遍采用开环的采集方式，通过通道冗余的方式保证采集结果的安全性，这种方式可能由于一些共因故障导致轨道采集电路产生错误输出，进而导致全电子计算机联锁系统产生安全风险。本实用新型正是基于此背景而提出，旨在通过提供的闭环检测装置，以周期性自检的方式保证轨道电路区段状态检测的安全性。


技术实现要素：

3.针对既有轨道电路采集普遍采用开环检测模式，本实用新型提供了一种安全型全电子轨道电路闭环自检装置，其结构设计合理、使用安全可靠，通过闭环控制检测的方式极大降低了输入共因故障导致输出错误的轨道状态。
4.为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
5.一种安全型全电子轨道电路闭环自检装置，该装置包括mcu控制器、闭环自检控制电路、轨道输入防雷电路和输入信号调理电路；所述闭环自检控制电路、轨道输入防雷电路和输入信号调理电路均与mcu控制器连接；所述闭环自检控制电路还与轨道输入信号电路通过gda_p1、gda_n1引脚相连接，并在该闭环自检装置处于自检模式时，所述闭环自检控制电路能够将对接入的轨道输入信号进行短路，mcu控制器判断轨道区段状态始终处于占用状态；若轨道区段状态处于非占用状态，mcu控制器作出报警提示用于防止全电子轨道模块错误地输出轨道出清状态，所述输入防雷电路用于为安全型全电子轨道电路闭环自检装置提供防雷保障；所述信号调理电路用于使轨道输入信号能够被mcu控制器正常采集。通过上述闭环控制电路结构，在装置处于自检模式下，轨道输入信号被闭环自检控制电路短路，从而使得在自检工作模式时mcu控制器运算得到的轨道区段状态应始终处于占用状态，若区段状态处于非占用，mcu控制器报警并进行相应的安全处理，进而防止全电子轨道模块错误地输出轨道出清状态；另外自检工作模式为周期性进行，当自检通过后，该装置退出自检模式，返回正常工作模式，此时闭环自检控制电路不再短路轨道电路输入信号，此时闭环自检控制电路不影响轨道信号输入检测结果。
6.作为上述方案的进一步优化，mcu控制器选用具备ad转换单元、逻辑运算单元和io接口单元的通用微控制器；所述ad转换单元的输入引脚与信号调理电路输出信号gd_out1相连，用于将轨道电路输入的模拟信号转换为数字信号供逻辑运算器运算；所述逻辑运算单元根据采集的信号幅值判断轨道区段的占用出清状态，当信号幅值超出阈值时，判断轨道区段为出清状态，当信号幅值低于阈值时，判断轨道区段为占用状态，同时所述逻辑运算
单元周期性控制io接口单元输出引脚gd_c1使电路进入闭环自检模式；所述io接口单元的输出引脚gd_c1与闭环自检控制电路光电转换器件u101的第1脚相连，用于控制闭环自检控制电路，对轨道电路全电子采集电路进行闭环自检。
7.作为上述方案的进一步优化，所述闭环自检控制电路通过光电转换器件u101的引脚1与io接口单元的输出引脚gd_c1连接，用于判断闭环自检控制电路是否处于正常模式或者自检模式，当io驱动器的引脚gd_c1为高电平时，闭环自检控制电路工作在自检模式；该引脚gd_c1为低电平时，闭环自检控制电路工作在正常模式下；光电转换器件u101的引脚2与下拉电阻r101的1端相连，r101的2端与数字地gnd相连；光电转换器件u101的引脚7、8分别与轨道输入信号电路通过gda_p1、gda_n1引脚相连。
8.作为上述方案的进一步优化，所述轨道输入防雷电路包括压敏电阻r108、r109、空气放电管v101、限流电阻r104、r105、r106、r107及tvs管d1，所述限流电阻r106的1端与轨道电路输入接口gd_in1_n相连，所述限流电阻r106的2端与压敏电阻r108的1端、限流电阻r104的1端相连，所述限流电阻r107的1端与轨道电路输入接口gd_in1_p相连，所述限流电阻r107的2端与压敏电阻r109的1端、限流电阻r105的1端相连，所述压敏电阻r108与r109的2端与空气放电管v101的1端相连，所述空气放电管v101的2端与防雷地egnd相连，所述限流电阻r104的1端与tvs管d1的1端相连，所述r105的1端与tvs管d2的2端相连，并与信号输入接口电阻r102、r103的1端以及闭环自检控制电路输出接口gda_p1、gda_n1连接。
9.作为上述方案的进一步优化，所述mcu控制器的类型为gd32f450；所述光电转换器件u101的类型为aqw212；所述压敏电阻r108、r109的耐压范围为180v-225v，所述空气放电管v101的耐压值为600v，所述限流电阻r104、r105的阻值范围20k-27kω，限流电阻r106、r107的阻值范围为10-20ω，所述tvs管d1的耐压范围30v-36v；所述输入信号调理电路的接口电阻r102、r103的阻值范围为1k-3.3kω，所述输入信号调理电路的输出电压范围为0-3.3v。该电路的作用在于防止闭环自检控制电路短路输入信号后的残压导致自检结果误判，同时调整轨道输入信号的增益，使该电路的输出范围在0-3.3v以保证该信号适用于mcu控制器的ad转换单元输入范围。
10.本实用新型的有益效果在于：
11.(1)闭环自检方式与当前普遍采取的轨道电路开环检测相比，能够有效检查出输入通道可能存在的故障，在很大程度上增加了检测的安全性。
12.(2)增加闭环检测后，可以有效发现信号输入采集电路中可能存在的故障，可以减少为抑制共因风险而增加冗余通道及器件，便于优化设计布局及增加信号输入采集通道。
13.(3)符合故障倒向安全原则，对铁路信号而言，轨道区段占用为安全侧。若自检装置发生输出开路故障或者短路故障均不会产生安全风险。
附图说明
14.图1为本实用新型一种安全型全电子轨道电路闭环自检装置的结构示意图。
具体实施方式
15.下面结合附图1对本实用新型全电子轨道电路闭环自检装置进行详细说明。
16.全电子轨道电路闭环自检装置包括mcu控制器、闭环自检控制电路、轨道输入防雷
电路和轨道输入信号调理电路四个部分。如图1所示，标号1指示mcu控制器，标号2指示闭环自检控制电路，标号3指示轨道输入防雷电路，标号4指示输入信号调理电路。
17.一种安全型全电子轨道电路闭环自检装置，其特征在于：该装置包括mcu控制器1、闭环自检控制电路2、轨道输入防雷电路3和输入信号调理电路4；所述闭环自检控制电路、轨道输入防雷电路和输入信号调理电路均与mcu控制器连接；所述闭环自检控制电路还与轨道输入信号电路通过gda_p1、gda_n1引脚相连接，并在该闭环自检装置处于自检模式时，所述闭环自检控制电路能够将对接入的轨道输入信号进行短路，mcu控制器判断轨道区段状态始终处于占用状态；若轨道区段状态处于非占用状态，mcu控制器作出报警提示用于防止全电子轨道模块错误地输出轨道出清状态，所述输入防雷电路用于为安全型全电子轨道电路闭环自检装置提供防雷保障；所述信号调理电路用于使轨道输入信号能够被mcu控制器正常采集。mcu控制器选用具备ad转换单元、逻辑运算单元和io接口单元的通用微控制器；所述ad转换单元的输入引脚与信号调理电路输出信号gd_out1相连，用于将轨道电路输入的模拟信号转换为数字信号供逻辑运算器运算；所述逻辑运算单元根据采集的信号幅值判断轨道区段的占用出清状态，当信号幅值超出阈值时，判断轨道区段为出清状态，当信号幅值低于阈值时，判断轨道区段为占用状态，同时所述逻辑运算单元周期性控制io接口单元输出引脚gd_c1使电路进入闭环自检模式；所述io接口单元的输出引脚gd_c1与闭环自检控制电路光电转换器件u101的第1脚相连，用于控制闭环自检控制电路，对轨道电路全电子采集电路进行闭环自检。所述闭环自检控制电路通过光电转换器件u101的引脚1与io接口单元的输出引脚gd_c1连接，用于判断闭环自检控制电路是否处于正常模式或者自检模式，当io驱动器的引脚gd_c1为高电平时，闭环自检控制电路工作在自检模式；该引脚gd_c1为低电平时，闭环自检控制电路工作在正常模式下；光电转换器件u101的引脚2与下拉电阻r101的1端相连，r101的2端与数字地gnd相连；光电转换器件u101的引脚7、8分别与轨道输入信号电路通过gda_p1、gda_n1引脚相连。所述轨道输入防雷电路包括压敏电阻r108、r109、空气放电管v101、限流电阻r104、r105、r106、r107及tvs管d1，所述限流电阻r106的1端与轨道电路输入接口gd_in1_n相连，所述限流电阻r106的2端与压敏电阻r108的1端、限流电阻r104的1端相连，所述限流电阻r107的1端与轨道电路输入接口gd_in1_p相连，所述限流电阻r107的2端与压敏电阻r109的1端、限流电阻r105的1端相连，所述压敏电阻r108与r109的2端与空气放电管v101的1端相连，所述空气放电管v101的2端与防雷地egnd相连，所述限流电阻r104的1端与tvs管d1的1端相连，所述r105的1端与tvs管d2的2端相连，并与信号输入接口电阻r102、r103的1端以及闭环自检控制电路输出接口gda_p1、gda_n1连接。所述mcu控制器的类型为gd32f450；所述光电转换器件u101的类型为aqw212；所述压敏电阻r108、r109的耐压范围为180v-225v，所述空气放电管v101的耐压值为600v，所述限流电阻r104、r105的阻值范围20k-27kω，限流电阻r106、r107的阻值范围为10-20ω，所述tvs管d1的耐压范围30v-36v；所述输入信号调理电路的接口电阻r102、r103的阻值范围为1k-3.3kω，所述输入信号调理电路的输出电压范围为0-3.3v。该电路的作用在于防止闭环自检控制电路短路输入信号后的残压导致自检结果误判，同时调整轨道输入信号的增益，使该电路的输出范围在0-3.3v以保证该信号适用于mcu控制器的ad转换单元输入范围。
18.该闭环自检装置以mcu作为控制核心，来完成闭环检测逻辑处理，闭环自检控制电路则通过对接入的输入信号gda_p1、gda_p2处进行短路控制来实现闭环检测，输入防雷电
路为装置提供保障，信号调理电路使信号可以被mcu控制器正常采集。压敏电阻(r108、r109)、空气放电管(v101)、限流电阻(r104、r105、r106、r107)及tvs管(d1)，其作用是防止轨道电路闭环自检模块和输入采集通道被雷电或浪涌损坏。信号调理电路通过运算放大器及阻容等器件对轨道电路输入信号进行限幅及滤波处理，使该信号适用于mcu控制器ad转换的输入范围要求。
19.mcu控制器选用具备ad转换单元、逻辑运算单元和io接口单元的通用微控制器，其中一个实施例选取的mcu控制器为gd32f450；所述ad转换单元的输入引脚与信号调理电路输出信号gd_out1相连，用于将轨道电路输入的模拟信号转换为数字信号供逻辑运算器运算；所述逻辑运算单元根据采集的信号幅值判断轨道区段的占用出清状态，当信号幅值超出阈值时，判断轨道区段为出清状态，当信号幅值低于阈值时，判断轨道区段为占用状态，同时所述逻辑运算单元周期性控制io接口单元输出引脚gd_c1使电路进入闭环自检模式；所述io接口单元的输出引脚gd_c1与自检电路光电转换器件u101的第1脚相连，用于控制闭环自检控制电路，对轨道电路全电子采集电路进行闭环自检，其中一个实施例，自检电路光电转换器件u101选用aqw212。在装置处于自检模式下，轨道输入信号被闭环自检控制电路短路，从而使得在自检工作模式时mcu运算得到的轨道区段状态应始终处于占用状态，若区段状态非占用，mcu报警并进行相应的安全处理，进而防止全电子轨道模块错误地输出轨道出清状态；另外自检工作模式为周期性进行，当自检通过后，该装置退出自检模式，返回正常工作模式，此时闭环自检控制电路不再短路轨道电路输入信号，此时闭环自检控制电路不影响轨道信号输入检测结果。
20.闭环自检控制电路，使用光电转换器件控制闭环自检装置工作在正常模式下还是自检模式下。闭环自检控制电路的输入由mcu控制器的io驱动引脚gd_c1控制，该引脚为高电平时，闭环自检控制电路工作在自检模式；该引脚为低电平时，闭环自检控制电路工作在正常模式下。
21.本实用新型中，两只压敏电阻与空气放电管采用y型连接方式，将吸收的雷电及浪涌能量释放至防雷地。压敏电阻串联释放差模能量，压敏电阻并联后与空气放电管释放共模能量。根据轨道电路量程要求，选择一组合适的限流电阻，与tvs管配合使用，形成第二级防护，释放第一级未完全释放的差模能量，从而保证后级轨道采集电路及自检电路不被雷电或浪涌损坏。轨道电路信号经过信号调理电路，对信号进行有效的限幅及滤波，以便使轨道电路输入信号的电压范围符合mcu控制单元ad模数转换模块的电压输入要求。mcu控制单元使用ad模数转换器对轨道电路信号进行数字化，并通过逻辑运算单元计算判定轨道区段处于占用状态还是处于出清状态，即当信号幅值超出阈值时，判断轨道区段为出清状态；当信号幅值低于阈值时，判断轨道区段为占用状态。mcu定时进入自检模式，通过gd_c1引脚的高低电平控制光电转换器件u101，当gd_c1为高电平时，闭环自检控制电路工作在自检模式；该引脚为低电平时，闭环自检控制电路工作在正常模式下。当装置工作在自检模式下，轨道区段状态应始终处于占用状态，若区段状态非占用，mcu报警并进行相应的安全处理，进而防止全电子轨道模块错误地输出轨道出清状态。若闭环自检光电转换器发生故障，若输出开路，将不对轨道输入信号产生影响，若输出短路，将短路轨道输入信号，进而使轨道状态变为占用，对铁路信号而言，轨道区段占用为安全侧，符合故障安全原则。
22.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实
用新型。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，本实用新型不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本实用新型的揭示，不脱离本实用新型范畴所做出的改进和修改都应该在本实用新型的保护范围之内。