专利名称：列车微机控制超速防护装置的制作方法
技术领域：
一种在列车上替代速度表的列车超速防护装置。
列车超速防护装置是行车安全保障设备。我国铁路是从80年代初开始开发超速防护装置，目前有十余种制式在现场试验，大致有两大类，一类是在列车运行记录器基础上增加了列车超速防护，另一类就是列车速度监督系统。其主要功能可归纳为防止冒进进站或通过信号；防止冒进正线或侧线出站信号；防止单开道岔反位时高速进入侧线股道；防止高速通过限速区段。目前正在研制或试用中的十余种产品，大多设备庞大，投资昂贵。
本实用新型目的是在火车上使超速行驶的列车停在禁止信号的前方，从而防止冒进信号的发生、保证行车安全的装置，并且兼具原速度表的功能，它具有体积小，便于安装的特点。
本实用新型技术解决方案是读测输入信号，启动制动模式曲线，测试列车运行速度，判断是否超速，发出相应命令，由执行环节执行，实施紧急制动。
列车速度的测试是本装置的基础。利用测速电机的三相输出线接入测速电路，由限幅电路入电压比较器，经放大器后入与或非门，输出与速度成正比的频率脉冲，为了提高抗干扰度，设计了一个‘窄脉冲限制电路’(限制小于0.5ms的窄脉冲接口电路)，从而提高了速度测试的可靠性。
信号输入通过光耦组成的矩阵入三态门与CPU接口，不同量的读入采用了分时操作的方式，具体处理方式根据特定的技术条件由软件设定，具备了处理各种机车信号制式的能力。
执行环节采用了动态方式，保证了安全可靠。
电源设计考虑了当输入电压在38～110V范围内波动时，保证正常工作，且具有恒功耗特征。
装置采用了发光二极管的显示方式取代了指针式的速度表，每亮点对应一种速度，每亮点间隔为2.5km／h。
整机引线由底部接插件引出。本装置由一台主机双显示器和主机显示器合一两种系列制式。本实用新型的优点是1.由于采用了频率计数的测速方法，提高了测速精度。引入了一些特殊电路，克服了计数误差，保证测速可靠。
2.在信号输入电路、测速环节、执行环节、设计了自检测电路，一旦出现故障，可及时告警。对‘故障导向安全’原则作出了解释。
3.本装置体积小，安装方便，造价低廉且兼具速度表功能。
4.能适应输入电压大幅度变化的要求(38～110V之间变化)。
5.适用于各种机车种类，各种不同制式的机车信号，且不须司机参与操作，实现安全保障功能。
图面说明
图1系统结构框图；图2自动复位电路；图3机车速度测试接口电路原理图；图4输入信号接口电路；图5排风控制接口电路；图6系统电源框图；图7电源电原理图；图8显示器框图；图1为本实用新型系统结构框图。其中1主时钟、2定时器、3微处理器、4复位电路、5只读存储器、6随机存储器、7控制逻辑电路、8接口电路、9自检测电路、10排风控制电路、11测速电路、12输入信号电路、13显示器、14放风阀或卸载电路、15测速电机、16信号开关量。
CPU的主时钟1，由晶振(4MHZ)及反相器，RC电路等组成，其中有一路供定时器2，由74LS393分频后产生中断信号及各种频率信号供接口8使用，只读存储器5(ROM2764)存放固定模式曲线及监控程序。所有入口都经光耦隔离后由三态门74LS244入，所有出口都由锁存器74LS273出。显示经驱动器放大后控制发光二极管矩阵，由显示器13显示相应方式。选通信号由控制逻辑产生，与软件配合实施技术要求，为了防止各种原因而导致CPU进入死循环，特设计了自动复位电路如图2，其中1主时钟、2定时、3微处理器(Z80－CPU)、17分频器、18锁存器(74LS273)，正常工作时，CPU每执行一条指令，都要产生一个工作脉冲，经锁存器输出经05－00－分频器－05使电容C保持高电位，一旦CPU进入死循环，无工作脉冲输出，电容C放电，变成零电平，入CPU的RESET端使CPU复位，程序重新执行，从而提高了机器的可靠性。
图3为机车速度测试接口电路原理图。其中19限辐器、20整形器、21缺相检测电路、22脉冲合成电路、23隔离电路、24自检测电路、25窄脉冲限制电路、26串并变换器。
机车速度由测速电机的三相输出线接入测速电路的限辐器19之A、B、C，经限幅后入整形电路20，经电压比较器339放大整形后，入脉冲合成电路22(与或非门74LS54)输出与速度成正比的频率脉冲，再经过光耦隔离电路23(ITL117)，输入‘窄脉冲限制电路’25，(00－05－74环节)，00为与非门，受输入电路及CPU双重控制，74为双D触发器，用以限制小于0.5ms的窄脉冲输出，正常输入进入任意进制计数器393，将串行脉冲变换成并行码，入CPU接口三态门(244)而244的选通信号定时受控制逻辑(74LS139)的控制。这样，结合软件处理，CPU即可读测速度了，并将读数存入RAM。为了防止由于引入线断线(缺相)或元器件故障而导致错误判断，在输入部分插入了缺相检测24，利用CPU控制定期定量输出脉冲来校核测速电路是否处于正常状态。
图4为输入接口电路，其中27输入矩阵、28轮径修正值输入、29驱动器。
信号入口是由光耦组成矩阵，采用了分时操作的工作方式。光耦的得电与否记录两种状态，通过矩阵入CPU接口三态门(244)经过选通后由CPU处理。具体的处理方法根据特定的技术条件由软件设定。当前的入口，即能处理点式机车信号，也能处理连续式机车信号，从而保证了设备能与各种制式的机车信号相结合。为了在设备出现故障时提前发出告警，在输入电路中也设计了自检测电路24，图4中29是输出驱动器，是为分时操作而设的，图4中28为轮径修正值输入，是考虑了各种车型的轮径误差，导致换算成的速度值不一样，所以在输入电路中又增加了四个微动组合开关，可以组合成24＝16种不同状态，入CPU接口三态门(244)，用以修正速度值。
图5为排风控制接口电路。其中30驱动变换电路、31控制继电器。微处理器3(CPU)作出的判断由执行环节付诸实施。为了安全可靠，采用了动态方式。CPU作出的排风控制指令由锁存器(273)输出脉冲串，经光耦隔离23，再经过驱动放大30，由变压器耦合输出，通过整流、续流动作控制继电器J，利用J的动合接点控制排风电磁阀或内燃机车的卸载电路，实施紧急制动。在输出电路中也设计了自检测电路，由CPU定期向该环节输入单步脉冲，再经光耦，入CPU接口三态门244，由CPU检验该环节是否正常。
图6为系统电源框图，图7为电源电原理图。其中32输入、33定向电路、34超压防护电路、35开关型调整环节、36储能续流电路、37继电保护电路、38取样比较电路、39差动放大电路、40整型放大电路、41放大电路、42稳压输出、43直流变换电路、44集成三端稳压片、45整机工作电源。
本机电源的适用范围为38～110V。采用了开关型调整环节。输出电压经取样比较，控制后级差动放大，再经过整形放大使其具有开关特性，控制调整管，使调整管的开关频率受取样比较的控制，从而使其管压降正比于输出电压，使输出保持恒定。这是第一级稳压措施，在此基础上，经直流逆变接入集成三端稳压片，进一步提高电源的稳定性，输出整机工作电源。当输入电压超过110V，超压防保继电器自动吸合并自保，用以切断后级的电路，起到保护本机的作用。
图8为显示器框图。其中46行驱动电路、47列驱动电路、48显示矩阵。CPU输出接口8，由锁存器273控制相应的行驱动电路46(反相器)及列驱动电路47(1413－七路达林顿输出)组成16×7矩阵，点亮相应发光二极管。
下面结合上述附图叙述本实用新型的工作过程列车运行速度由测速电机15输出线(A、B、C)入测速电路11经限幅器19，整形器20，脉冲合成电路22，得到与速度成正比的频率脉冲，经光耦隔离入窄脉冲限制电路25(防止高频毛刺带来测试误差)，再经串并变换器26入微处理器3(CPU)接口8，由CPU读测速度，并将读数存入RAM备用，同时通过输出接口8，经行驱动电路46，列驱动电路47，入显示矩阵48，点亮相应发光二极管。(由绿色发光二极管排成一圈显示列车实际运行速度，每亮点间隔为2.5km／h。)当地面的主体信号显示为禁止信号(红灯)时，利用相应的机车信号开关量16(可由机车信号复示器上取，或其它地方取)，通过输入信号电路12。经接口8入微处理器3，启动CPU相关程序，在适当时机输出制动曲线(预置在ROM中的程序经变换，通过接口8，经行驱动电路46，列驱动电路47，入显示矩阵48)，制动曲线是一圈红色发光二级管，在列车实际速度绿色发光二极管外侧，指示司机当前行驶的控制速度。如果司机经过适当操纵，列车实际运行速度始终在制动模示曲线以下，则不作任何处理。若列车实际运行速度达到或超越制动模式曲线所要求的速度，则CPU即发出排风命令，通过执行环节，经隔离电路23，驱动变换电路30，动作控制继电器，并由其动合接点控制排风电磁阀或内燃机车的卸载电路，迫使列车紧急制动。所有的自检测电路，都由CPU监视，一旦发现故障，立即发出告警，点亮故障停用红灯，指示司机警惕。稳定可靠的电源设备是为系统可靠工作而设的。此外，面板上还有五个状态指示信号绿色闪光，表示机器正常工作；绿色，表示已接收到机车信号；红色闪光，表示模式制动曲线已经启动；红色，表示已经开始排风制动；红色闪光，表示机器出故障，需停止使用。如果由于干扰或其他原因使CPU进入死循环，则自动复位电路强迫CPU复原，程序重新开始执行。
权利要求一种利用大规模集成电路，即使用微电子技术来处理速度测试接口、输入信号接口、排风控制接口和自检测、自复位功能及独特的显示方式组成的硬件逻辑电路及驱动程序的列车微机控制超速防护装置。其特点是1、速度测试接口由测速电机的输出(A、B、C)接限幅器19的输入(A、B、C)，其输出接整形器20的输入，整形器20的输出接缺相检测电路21及脉冲合成电路22的输入，缺相检测电路21的输出接微处理器3接口8，脉冲合成电路22输出接隔离电路23的输入，其输出与自检测电路24并接，它们由微处理器3的接口8及分频器17控制，分时操作，其输出接窄脉冲限制电路25的输入，窄脉冲限制电路25的输出接串并变换器26的输入，其输出接微处理器3的接口8(三态门244)。2、输入信号接口由开关量输入16，接入矩阵27的光耦输入端，其输出与自检测电路24的输出并接，接至微处理器3的接口8(三态门244)，自检测电路24的输入接微处理器3的接口8(锁存器273)，轮径修正值输入由组合开关接入微处理器3的接口8(三态门244)。3、排风控制接口由微处理器3的接口8(锁存器273)输出接隔离电路23的输入，其输出接驱动变换电路30的输入，驱动变换电路30的输出接串接的控制继电器31及自检测电路24的输入，自检测的输出接微处理器3的接口8(三态门244)。4、显示器13的内侧一圈安置有指示实际运行速度的绿色发光二极管，对应的外侧一圈安置有显示停车模式曲线的红色发光二极管，中间位置有五个状态指示信号。微处理器3的接口8(锁存器273)分别接入行驱动电路46及列驱动电路47的输入，其输出控制显示矩阵48(16×7发光二极管)。5、稳压电源由定向电路33，超压防护电路34，开关型调整环节35，储能续流电路36，继电保护电路37，取样比较电路38，差动放大电路39，整形放大电路40，放大电路41，稳压输出电路42，直流变换电路43，集成三端稳压片44组成。
专利摘要一种在机车上实现速度监督功能的列车微机控制超速防护装置，兼具速度表功能。用预置的停车模式曲线(由软件设定)来监督列车在禁止信号前的运行速度或限速道岔前的运行速度，一旦列车超速行驶，监督装置自动对列车施行紧急制动，以确保行车安全。该装置是铁路行车安全保护设备。关键电路采用大规模集成电路、应用微处理机技术、该机采用电压为38-110V宽范围开关稳压电源，适用于各种类型机车。接口电路有自检功能，一旦故障，即告警。
文档编号G05D13/62GK2061145SQ8920104
公开日1990年8月29日 申请日期1989年1月23日 优先权日1989年1月23日
发明者邓迎宏, 胡增臣, 韩枫, 吕滨康 申请人:哈尔滨铁路局工业处哈尔滨通信信号器材厂