一种全电子道岔控制模块的制作方法

本实用新型实施例涉及轨道控制技术，尤指一种全电子道岔控制模块。

背景技术：

在当前我国信号系统中，联锁系统用于车站信号控制，计算机联锁设备已推广应用近二十年，已形成比较成熟的产品结构和技术条件。目前的计算机联锁设备其控制逻辑及外部结构仍继承于6502电气集中联锁系统，其外部设备仍以重力型安全继电器为媒介进行安全输入输出控制，通过控制重力型安全继电器线圈吸起或落下操纵室外设备动作，通过继电器接点状态获得室外设备状态。

如图1所示，是采用重力型安全继电器组成的四线制单动道岔控制电路。control board表示控制台，在该电路中，共采用6个重力型安全继电器，分别是定操控制继电器DCJ，反操控制继电器FCJ，一动启继电器1DQJ，二动启继电器2DQJ，道岔定位表示继电器DBJ，道岔反位表示继电器FBJ；并且电路中用到了四个保险丝，分别为RD1，RD2，RD3和RD6；电缆盒cable box是连接室外转辙机ZZJ的转接盒，X1是定操控制信号线兼定位表示信号线，X2是反操控制信号线兼反位表示信号线，X4是控制回线，X3是道岔位置表示回线。计算机联锁系统与道岔控制电路的连接关系如图2所示，计算机联锁系统包括操作表示机(包括M-A和M-B)、联锁逻辑单元(包括LS-A和LS-B)和输入输出单元(包括IO-A和IO-B)。计算机联锁系统通过输入输出单元控制道岔控制电路DL中的继电器或者采集道岔控制电路继电器的接点状态。

当需要操控转辙机ZZJ时，计算机联锁系统通过输入输出单元控制定操继电器DCJ或反操继电器FCJ吸合，一动启继电器1DQJ吸合，同时切断道岔表示电路，道岔定位表示继电器DBJ和反位表示继电器FBJ均落下，道岔控制电源通过1DQJ的第二个线圈，根据2DQJ的位置选择X1或X2输出控制电压，随后道岔开始定向操作或反向操作。当道岔转动到位后，道岔内部的自动开闭器自动切断控制回路，1DQJ由于控制回路中无电流而落下，然后道岔表示回路电路接通，如果道岔的转动位置正确，则DBJ或FBJ中只有一个继电器会吸起，计算机联锁系统采集DBJ或FBJ的接点状态就可以获知道岔当前的位置状态。

采用重力型安全继电器的控制电路主要存在如下问题：

1、体积大：单个重力型继电器体积就比较大，要实现一个道岔控制的电路至少需要6个继电器，整个控制电路占用空间非常大；

2、施工复杂：道岔控制电路中使用的继电器、按钮、保险丝、按钮等器件，都要进行配线，配线数量多，施工难度大，且容易出错，检查和校核都比较困难；

3、无监测：道岔控制电路中没有监测电路，无法检测道岔控制过程中的运行参数，无法进行状态分析和故障预判；如果需要监测，还需要单独增加一套监测系统，系统复杂、成本高；

4、维护困难：道岔控制电路中器件多，配线复杂，一旦发生故障，很难迅速定位故障原因，给系统维护带来很大的压力。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本实用新型实施例提供了一种全电子道岔控制模块，具有高度集成和体积小的特点。

为了达到本实用新型实施例目的，本实用新型实施例提供了一种全电子道岔控制模块，该全电子道岔控制模块连接于计算机联锁系统的联锁逻辑单元和室外转辙机之间，包括：相互连接的逻辑控制单元和强电控制单元；

其中，逻辑控制单元，用于通过联锁逻辑单元接收计算机联锁系统中的操作表示机的控制指令，并根据控制指令对强电控制单元实施控制；

强电控制单元，用于通过执行控制指令实现对室外转辙机的控制。

可选地，逻辑控制单元包括：相互独立的多个通道；

每个通道包括：中央处理器CPU、DP总线通信接口电路、以及笼号/槽号采集电路；

其中，CPU分别与DP总线通信接口电路和笼号/槽号采集电路相连；DP总线通信接口电路与计算机联锁系统的一个联锁逻辑单元相连；

每两个通道之间的CPU通过第一光耦相连。

可选地，多个通道为两个，分别为第一通道和第二通道；第一通道和第二通道形成二取二架构。

可选地，强电控制单元分别通过多个第二光耦与对应的多个通道中的CPU相连；

强电控制单元包括：分别与每个第二光耦相连的道岔启动控制开关、道岔方向控制开关和电源开关；还包括：与多个通道相对应的多套道岔位置采集电路、道岔动作电流采集电路以及外部空开触点动态采集安全电路；该多套道岔位置采集电路、道岔动作电流采集电路以及外部空开触点动态采集安全电路分别与多个第二光耦相连。

可选地，

道岔启动控制开关，用于控制道岔的转动；

道岔方向控制开关，用于控制道岔的转动方向；

电源开关，用于控制强电的通断；

道岔位置采集电路，用于采集所述室外转辙机的位置信息；

道岔动作电流采集电路，用于采集所述全电子道岔控制模块的道岔控制回路中的电流；

外部空开触点动态采集安全电路，用于采集外部空气开关触点的动作信息。

可选地，道岔动作电流采集电路包括：依次相连的模/数A/D转换电路、信号调理采集电路和霍尔电流传感器；

其中，A/D转换电路与第二光耦相连，霍尔电流传感器设置于道岔控制回路中。

可选地，道岔位置采集电路包括：定位表示电路和反位表示电路；

定位表示电路和反位表示电路均包括：依次串联的限流电阻R1、第一采集电流门限控制电阻R2、第二采集电流门限控制电阻R3、输入端分别与第一采集电流门限控制电阻R2并联的第三光耦和第四光耦，以及输入端分别与第二采集电流门限控制电阻R3并联的第五光耦和第六光耦；

其中，定位表示电路的限流电阻R1的输入为道岔内部的整流二极管输出的负半波信号，反位表示电路的限流电阻R1的输入为整流二极管输出的正半波信号。

可选地，强电控制单元还包括：安全与门；道岔启动控制开关通过安全与门分别与多个第二光耦相连；

安全与门受第一通道中的第一CPU和第二通道中的第二CPU的动态脉冲控制，当两个CPU中的任意一个无脉冲信号输出时，安全与门切断输出。

可选地，逻辑控制单元通过联锁逻辑单元接收计算机联锁系统中的操作表示机的控制指令，并根据控制指令对强电控制单元实施控制包括：

当计算机联锁系统需要控制室外转辙机动作时，多个通道中的每个通道分别通过各自的DP总线通信接口电路接收联锁逻辑单元发送的控制指令，每个通道的CPU对控制指令校验无误后，依次驱动道岔方向控制开关确定道岔转动方向，驱动安全与门，以控制道岔启动控制开关，并在道岔启动控制开关导通后，控制电源开关导通，驱动道岔按照控制指令进行转动；其中，在道岔启动控制开关吸合的同时，道岔位置采集电路自动断开。

可选地，逻辑控制单元，还用于在室外转辙机转动到位并自动切断电源回路后，道岔动作电流采集电路的霍尔电流传感器未采集到道岔控制回路中的电流时，控制电源开关断开，并控制道岔启动控制开关断开；同时道岔位置采集电路自动接通，开始采集室外转辙机的当前位置，并通过DP总线将该当前位置上报给联锁逻辑单元。

本实用新型实施例包括：该全电子道岔控制模块连接于计算机联锁系统的联锁逻辑单元和室外转辙机之间，包括：相互连接的逻辑控制单元和强电控制单元；其中，逻辑控制单元用于通过联锁逻辑单元接收计算机联锁系统中的操作表示机的控制指令，并根据控制指令对强电控制单元实施控制；强电控制单元用于通过执行控制指令实现对室外转辙机的控制。该实施例方案具有高度集成和体积小的特点。

本实用新型实施例的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型实施例而了解。本实用新型实施例的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本实用新型实施例技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本实用新型实施例的技术方案，并不构成对本实用新型实施例技术方案的限制。

图1为当前的四线制单动道岔控制电路示意图；

图2为当前的计算机联锁系统与道岔控制电路的连接示意图；

图3为本实用新型实施例的计算机联锁系统与全电子道岔控制模块连接示意图；

图4为本实用新型实施例的全电子道岔控制模块原理框图；

图5为本实用新型实施例的全电子道岔控制模块道岔控制部分原理示意图；

图6为本实用新型实施例的道岔位置采集电路示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

为了达到本实用新型实施例目的，本实用新型实施例提供了一种全电子道岔控制模块0，如图3所示，全电子计算机联锁系统包括操作表示机(包括M-A和M-B)和联锁逻辑单元(包括LS-A和LS-B)，全电子道岔控制模块0连接于计算机联锁系统的联锁逻辑单元和室外转辙机ZZJ之间，包括：相互连接的逻辑控制单元1和强电控制单元2；

其中，逻辑控制单元1，用于通过联锁逻辑单元接收计算机联锁系统中的操作表示机的控制指令，并根据控制指令对强电控制单元2实施控制；

强电控制单元2，用于通过执行控制指令实现对室外转辙机的控制。

在本实用新型实施例中，提出了一种全电子四线制道岔(直流)控制模块，将原计算机联锁系统中输入输出单元与道岔控制电路结合在一起，在一个模块上实现了道岔控制的全部功能，直接控制室外转辙机设备，实现了道岔控制的全电子化、小型化、集成化、智能化，解决了上述采用重力型安全继电器的道岔控制电路存在的诸多问题。

可选地，逻辑控制单元1可以包括：相互独立的多个通道；

每个通道包括：中央处理器CPU、DP总线通信接口电路、以及笼号/槽号采集电路；

其中，CPU分别与DP总线通信接口电路和笼号/槽号采集电路相连；DP总线通信接口电路与计算机联锁系统的一个联锁逻辑单元相连；

每两个通道之间的CPU通过第一光耦相连。

在本实用新型实施例中，如图4所示，下面以该多个通道为两个通道时为例进行说明。

可选地，多个通道为两个，分别为第一通道11(即通道1)和第二通道12(即通道2)；第一通道11和第二通道12形成二取二架构。

在本实用新型实施例中，第一通道11和第二通道12完全一样和对称，符合铁路信号控制系统的安全性要求。第一通道11和第二通道12为逻辑控制部分，其中，第一通道11包括第一CPU111、第一DP总线通信接口电路112和第一笼号/槽号采集电路113，第一CPU111分别与第一DP总线通信接口电路112和第一笼号/槽号采集电路113相连；第一DP总线通信接口电路112与计算机联锁系统的一个联锁逻辑单元(如联锁逻辑单元LS-A)相连；第一笼号/槽号采集电路113用于接收笼号/槽号3-1的信息。第二通道12包括第二CPU121、第二DP总线通信接口电路122和第二笼号/槽号采集电路123，第二CPU121分别与第二DP总线通信接口电路122和第二笼号/槽号采集电路123相连；第二DP总线通信接口电路122与计算机联锁系统的另一个联锁逻辑单元(如联锁逻辑单元LS-B)相连；第二笼号/槽号采集电路123用于接收笼号/槽号3-2的信息。

在本实用新型实施例中，两个通道通过隔离光耦，即上述的第一光耦13实现数据交互和表决。

可选地，强电控制单元2分别通过多个第二光耦14与多个通道中的CPU相连。

在本实用新型实施例中，如图4所示，该多个第二光耦14可以包括第二光耦14-1和第二光耦14-2，强电控制单元2通过第二光耦14-1与第一通道11的第一CPU111相连，并通过第二光耦14-2与第二通道12的第二CPU121相连。

可选地，强电控制单元2可以包括：分别与每个第二光耦14(如第二光耦14-1和第二光耦14-2)相连的安全与门24、道岔方向控制开关22(即K2)和电源开关23(即S1)；其中安全与门24控制道岔启动控制开关21。

可选地，道岔启动控制开关21，用于控制道岔的转动；道岔方向控制开关22，用于控制道岔的转动方向；电源开关23，用于控制强电的通断。

在本实用新型实施例中，道岔启动控制开关K1和道岔方向控制开关K2均可以采用安全型继电器，安全型继电器具有多组常开、常闭接点，接点镀层经过镀金处理，能够承受大电流通过，更主要的是安全型继电器的常开接点和常闭接点一直保持互斥状态，所以本实用新型实施例中利用安全型继电器上述特点来保证控制道岔启动和道岔表示之间的互斥要求，保证道岔正向转动和反向转动的互斥要求。电源开关S1采用可控硅电子开关，可避免机械开关出现的接点拉弧、接点粘连等问题，提高模块寿命和可用性。

在本实用新型实施例中，如图5所示，D1表示全桥整流，K1表示道岔启动控制开关，K2表示道岔方向控制开关，S1表示电源开关，C1和C2分别表示定位表示采集电路和反位表示采集电路，T表示电源变压器，DZ220和DF220为执行输入电源，JJZ1至JJZ4分别表示室外转辙机，DJZ220和DJF220分别表示电源输入。当控制的道岔为直流转辙机时，外部220V交流电源首先经过电源开关S1，然后经过二极管全桥整流后输出直流电压，接着由道岔启动控制开关K1控制道岔的转动，和道岔方向控制开关K2控制道岔的转动方向。在实际控制时，第一通道11或第二通道12先根据控制指令控制道岔方向控制开关器K2吸合或断开，然后控制道岔启动控制开关K1，最后再控制电源开关S1导通后，强电回路被导通，道岔即可按照控制命令要求进行转动。

可选地，强电控制单元2还可以包括：安全与门24；道岔启动控制开关21通过安全与门24分别与多个第二光耦14相连；

安全与门24受多个通道(如第一通道11和第二通道12)的动态脉冲控制，当多个通道中的任意一个无脉冲信号输出时，安全与门切断输出。具体地，安全与门受第一通道中的第一CPU111和第二通道中的第二CPU121的动态脉冲控制，当两个CPU中的任意一个无脉冲信号输出时，安全与门切断输出。

可选地，强电控制单元2还可以包括：与多个通道(如第一通道11和第二通道12)相对应的多套道岔位置采集电路25(如25-1和25-2)、道岔动作电流采集电路26(如26-1和26-2)以及外部空开触点动态采集安全电路27(如27-1和27-2)；该多套道岔位置采集电路25、道岔动作电流采集电路26以及外部空开触点动态采集安全电路27分别与多个第二光耦14相连。

在本实用新型实施例中，如图4所示，道岔位置采集电路25-1、道岔动作电流采集电路26-1以及外部空开触点动态采集安全电路27-1均与第二光耦14-1相连，道岔位置采集电路25-2、道岔动作电流采集电路26-2以及外部空开触点动态采集安全电路27-2均与第二光耦14-2相连。

在本实用新型实施例中，道岔位置采集电路25，用于采集所述室外转辙机的位置信息；道岔动作电流采集电路26，用于采集所述全电子道岔控制模块0的道岔控制回路中的电流；外部空开触点动态采集安全电路27，用于采集外部空气开关触点的动作信息。

可选地，如图5和图6所示，道岔位置采集电路25包括：定位表示电路和反位表示电路；

如图6所示，只是一个位置(定位或反位)的采集电路，道岔定位表示电路和反位表示电路完全相同，均采用图6所示电路，在图6中，In表示道岔定位信号输入，S1表示负半波采集第一CPU111，S2表示负半波采集第二CPU121，S3表示正半波采集第一CPU111，S4表示负半波采集第二CPU121，定位表示电路和反位表示电路受道岔启动控制开关K1和道岔方向控制开关K2控制。当道岔转动时，道岔启动控制开关K1吸合，定位表示电路和反位表示电路自动断开，当道岔转动到位后，道岔启动控制开关K1释放，定位表示电路和反位表示电路自动接通，开始采集道岔当前位置；道岔方向控制开关K2保证同一时刻只有定位表示电路或反位表示电路被接通，一旦第一CPU111或第二CPU121采集到的表示电路状态以及根据道岔启动控制开关K1，道岔方向控制开关K2的位置状态判断和预期结果不相符，则可判定道岔表示电路故障，即道岔表示电路具备自检功能，保证道岔表示位置采集的安全性和可靠性。

定位表示电路和反位表示电路均包括：依次串联的限流电阻R1、第一采集电流门限控制电阻R2、第二采集电流门限控制电阻R3、输入端分别与第一采集电流门限控制电阻R2并联的第三光耦U1和第四光耦U2，以及输入端分别与第二采集电流门限控制电阻R3并联的第五光耦U3和第六光耦U4；

其中，定位表示电路的限流电阻R1的输入为道岔内部的整流二极管输出的负半波信号，反位表示电路的限流电阻R1的输入为整流二极管输出的正半波信号。

在本实用新型实施例中，全电子道岔控制模块0中道岔位置采集电路25(或称道岔位置定位表示电路)如图6所示，定位表示电路和反位表示电路完全一样，均如图6所示。由于道岔内部有一个整流二极管，道岔位置采集电路25输出交流电压，经过道岔内部的二极管半波整流后，当道岔处于定位时输出负半波，反位时输出正半波，然后进入道岔位置采集电路25进行采集。现就图6的道岔位置采集电路25进行说明，道岔位置采集电路25采用光耦取代原电路中的DBJ和FBJ继电器(如图2所示)，电路中R1为限流电阻，R2和R3为采集电流门限控制电阻，只有当输入电流达到一定值后，光耦才会导通，避免微弱的干扰信号引起光耦误导通，U1和U2分别采集正半波和负半波信号并送入第一通道11的第一CPU111采集，U3和U4分别采集正半波和负半波信号并送入第二通道12的第二CPU121采集。当输入负半波信号时，U2和U4导通，U1和U3截止，只有CH1和CH2都采集到负半波信号且反位表示电路中四个光耦均截止才认为道岔位置处于定位，其余情况均判为异常，通过计算机联锁上位机界面进行报警。当道岔处于反位位置时，反位表示电路中正向的两个光耦导通，反向的两个光耦截止，且定位表示电路中四个光耦均截止，才认为道岔位置处于反位，其余情况均判为异常。

可选地，道岔动作电流采集电路26可以包括：依次相连的模/数A/D转换电路261、信号调理采集电路262和霍尔电流传感器263；

其中，A/D转换电路261与第二光耦14相连，霍尔电流传感器263设置于道岔控制回路中。

在本实用新型实施例中，如图4所示，道岔动作电流采集电路26-1可以包括：依次相连的模/数A/D转换电路261-1、信号调理采集电路262-1和霍尔电流传感器263；道岔动作电流采集电路26-2可以包括：依次相连的模/数A/D转换电路261-2、信号调理采集电路262-2和霍尔电流传感器263。

在本实用新型实施例中，全电子道岔控制模块0可以在道岔控制回路上设计高精度霍尔电流传感器，并采用14bit A/D转换芯片实时采集控制回路电流，通过高速采样转辙机动作过程的电流值，可以在计算机联锁维护终端上显示动作曲线，直观、明了，方便系统维护。采用霍尔电流传感器的另外一个作用是进行故障防护，当室外转辙机故障或线路故障，从而引起短路，使得电流超过设计值时，全电子控制模块可以立即切断输出，防止引起二次事故或更大损失。

可选地，逻辑控制单元1通过联锁逻辑单元接收计算机联锁系统中的操作表示机的控制指令，并根据控制指令对强电控制单元2实施控制包括：

当计算机联锁系统需要控制室外转辙机动作时，多个通道中的每个通道分别通过各自的DP总线通信接口电路接收联锁逻辑单元发送的控制指令，每个通道的CPU对控制指令校验无误后，驱动道岔方向控制开关K1，道岔方向控制开关K2和电源开关S1控制道岔按照指令进行转动,其中，在驱动岔道转动的同时，道岔位置采集电路自动断开。

可选地，逻辑控制单元，还用于在室外转辙机转动到位并自动切断电源回路后，道岔动作电流采集电路的霍尔电流传感器未采集到道岔控制回路中的电流时，控制电源开关S1断开，并控制道岔启动控制开关K1断开；同时道岔位置采集电路自动接通，开始采集室外转辙机的当前位置，并通过DP总线将该当前位置上报给联锁逻辑单元。

本实用新型实施例包括：该全电子道岔控制模块0连接于计算机联锁系统的联锁逻辑单元和室外转辙机之间，包括：相互连接的逻辑控制单元和强电控制单元；其中，逻辑控制单元用于通过联锁逻辑单元接收计算机联锁系统中的操作表示机的控制指令，并根据控制指令对强电控制单元实施控制；强电控制单元用于通过执行控制指令实现对室外转辙机的控制。该实施例方案具有高度集成和体积小的特点。

在本实用新型实施例中，单个全电子道岔控制模块0可以支持多个(如两个)室外转辙机的控制，两组道岔的强电控制单元电路完全独立，体积小，集成度高。

全电子道岔控制模块相比原采用重力型安全继电器的控制电路，主要有如下优点：

1、集成度高：采用小型安全型继电器和电子开关，模块高度集成，体积小，单模块可以控制两个转辙机；

2、施工简单：该模块采用插卡式设计，安装在专用机笼内，无需额外的配线，只需连接控制电源线以及模块与室外转辙机的控制信号线即可，缩短了施工周期，降低了配线出错概率，大幅提高调试效率；

3、精确监测：该模块具有道岔动作电流曲线监测的功能，通过实时的高精度电流采样，可以绘制出道岔动作电流曲线，方便维护人员查看各转辙机工作状态，提前进行故障预判；

4、维护方便：该模块支持热插拔，如果出现模块故障，直接更换模块即可，可以在很短的时间内排除故障，恢复系统正常运行。并且模块具有全面的自诊断功能，如果模块自身故障或器件失效，模块能够自动上报故障定位信息，方便模块的维修和诊断。

虽然本实用新型实施例所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本实用新型而采用的实施方式，并非用以限定本实用新型实施例。任何本实用新型实施例所属领域内的技术人员，在不脱离本实用新型实施例所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本实用新型实施例的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。