一种可替代铁路信号机灯丝继电器的安全监测报警控制装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种可替代铁路信号机灯丝继电器的安全监测报警控制装置，包括与点灯电源依次连接的电流互感器、第一防护继电器、第二防护继电器和点灯电路。电流互感器初级与、第一防护继电器和第二防护继电器相连，次级经运放后与单片机相连，还包括灯位采样模块、信号对比模块、A/D转换检测模块、继电器接点粘连检查模块；灯位采样模块设有与灯位一一对应的采样电路，电流互感器将检测的电流送入单片机与设定的正常范围进行比较，判断是否正常，若不正常则根据严重程度，决定是仅仅报警还是除了报警之外还需要切断防护。本实用新型既能适应白炽灯信号机，也能适应交流或直流型LED信号机；安全可靠，解决了传统灯丝继电器的安全隐患。
【专利说明】
一种可替代铁路信号机灯丝继电器的安全监测报警控制装置
技术领域
[0001]本实用新型涉及铁路信号机的安全监测技术领域，具体来说，涉及一种可替代铁路信号机灯丝继电器的安全监测报警控制装置。
【背景技术】
[0002]现有的铁路信号点灯电路中用以保证安全监督信号机工作状态的是依靠灯丝继电器，该继电器的励磁，表示信号机正常点灯;该继电器的释放，表示信号机灭灯。短路防护是依靠0.5A熔断器或断路器来保证。如图2中所示，室内信号点灯控制电路采用交流220V电源经过熔断器、灯丝监督继电器DJ、信号点灯控制电路输出，经过室外电缆，分别送至变压器BXU、BXL、BXH，经过降压至12 V，供12V/25W的黄灯U、绿灯L、红灯H使用。由于铁路信号机需要控制的距离达15公里，因此存在以下几个主要安全隐患:
[0003]1、当信号机的信号点灯变压器(或点灯单元)二次侧短路，即使信号机距离较近，仅仅几百米，也不能使0.5A熔断器熔断或空气断路器断开；区间只要信号机距离约10公里左右，即使信号机处电缆直接短路(相当信号点灯变压器初级短路)，也不能使熔断器熔断或空气断路器断开。此时，信号机处于灭灯状态，而室内灯丝继电器仍在励磁状态，这将带来信号升级或烧毁设备等安全隐患。
[0004]2、不适应当前的技术发展，尤其是对LED信号机，存在较为严重的安全问题。
[0005]⑴LED信号机短路故障时的电流与正常工作时的电流相差不多，不能使熔断器熔断或空气断路器断开。
[0006]⑵对于监测装置设在室外的LED信号机无法做到故障导向安全，主要是短路防护功能不全。如信号点灯变压器初级短路、次级短路、直流电源短路、监测装置电源短路等，不能使灯丝继电器可靠落下，造成信号升级并烧毁灯丝继电器和点灯单元。另外，仅有的部分短路防护功能也不符合故障-安全原则:当相关器件故障后就失去防护功能，而该故障并不能及时报警，故必须考虑故障积累。
[0007](3)灯丝继电器的工作电流与LED信号机光源电流不匹配。LED信号机的光源功率一般仅几瓦，对于采用交流220V系统的LED信号机，其电流约50mA左右，远低于灯丝继电器的工作电流:JZXC-H18的10mA和JZXC-16/16的140mA。为了使灯丝继电器能正常工作，大多采用了并联一个配载电阻。这就不能满足故障-安全的要求:当光源开路而灭灯，通过配载电阻的电流能使灯丝继电器保持在励磁状态，一方面给安全带来了隐患，另一方面使LED节能的功能不能发挥。
[0008]⑷LED信号机由于其电子器件较多，发生短路故障的概率远大于白炽灯信号机。因此，以上短路故障的防护对LED信号机的矛盾更为突出。
[0009]3、目前使用的AX型灯丝继电器本身存在致命缺点，达不到N类和C类继电器标准，不能防护接点粘连。
[0010](I)未采用强制导向触点的机构。
[0011 ]当一组不应闭合的动合接点仍然闭合时，结构上不能保证所有动断接点不闭合，反之亦然。使动断接点不能成为安全侧。
[0012]⑵接点材料未采用非熔接性材料，而在电路中又未采用接点串联或其他防护措施。
[0013](3)返还系数低仅40?57%，不利于提高安全控制距离，即具有“断丝检查”功能的控制距离。
[0014]在电路上灯丝继电器的励磁是表示信号机光源正常点亮，反之表示信号机光源“断丝”，即灭灯状态。当信号机距离较远时，要求电缆的线间漏泄电流+信号机的空载电流〈灯丝继电器的释放电流。
[0015]4、室外每咽喉区信号机故障报警信息是共用一对报警电缆线来传输的，如图2所示。对于故障定位一般只能确定是哪个咽喉，如果要定位到某信号机某的灯位，需要在每架信号机每个灯位上增加发码设备，室内加报警总机。不但设备繁多，而且当一处报警发码故障有可能影响信号机的点灯或影响整个咽喉区的报警。
【实用新型内容】
[0016]本实用新型的目的是提供一种可替代铁路信号机灯丝继电器的安全监测报警控制装置，不但提供了一种安全性高的替代铁路信号机点灯电路中“灯丝继电器”的装置，而且同时提供全面的监测功能:可替代白炽灯信号机主灯丝断丝报警功能，取消报警电缆和发码设备，且报警定位到信号机灯位;可应用于线性负载的LED信号机报警设备;也可弥补非线性负载的LED信号机短路防护功能不全的缺点。
[0017]为实现上述技术目的，本实用新型的技术方案是这样实现的:
[0018]—种可替代铁路信号机灯丝继电器的安全监测报警控制装置，包括与点灯电源依次连接的电流互感器、第一防护继电器(IFHJ)和第二防护继电器(2FHJ)，所述第二防护继电器的另一端与点灯电路相连，所述电流互感器的输出还通过单片机分析再分别控制第一防护继电器和第二防护继电器，所述单片机还连接有报警装置、灯位采样模块，内部设有信号对比模块。所述灯位采样模块设有与灯位一一对应的采样电路，所述信号对比模块用于将单片机接收到的电流信号值与单片机内事先设定的电流值分级范围进行比较，所述电流值分级范围包括第一范围和第二范围，当单片机接收到的电流信号值超出第一范围时，所述报警装置启动，当所述单片机接收到的电流信号值超出第二范围时，所述报警装置启动，且第一防护继电器和第二防护继电器切断。
[0019]进一步的，还设有检验A/D转换功能是否正常的一个标准阶梯电压发生器，所述标准阶梯电压发生器与所述电流互感器的输出端依次通过多路开关与单片机的A/D转换输入端相连，组成A/D转换功能监测模块;所述A/D转换功能监测模块是经A/D转换输入的标准阶梯电压与标准值进行比较，只有比较结果一致时，证明A/D转换功能正常，电流采集的数值才作为电流值的有效数据进入上述的信号对比模块;反之，如果标准阶梯电压与标准值的比较结果不一致，则启动报警装置，并点亮A/D转换报警灯。
[0020]进一步的，所述第一防护继电器和第二防护继电器均由单片机动态输出控制，所述第一防护继电器和第二防护继电器为带强制导向触点机构的安全型继电器。
[0021]进一步的，所述单片机还包括用于监测第一防护继电器和第二防护继电器接点是否粘连的监测模块，所述监测模块与报警装置相连。
[0022]进一步的，所述灯位采样模块也与报警装置相连。
[0023]进一步的，所述第一防护继电器和第二防护继电器分别由两套程序控制，该两套程序的重要的电流分级范围数据是通过控制器输入至单片机内且物理地址完全不同的两个扇区，供两套程序分别使用。
[0024]进一步的，所述单片机还包括系统重启模块。
[0025]本实用新型的有益效果:本实用新型既能适应白炽灯信号机，也能适应交流或直流型LED信号机，能替代目前铁路信号采用的任何型号的灯丝继电器，如站内使用的JZXC-H18型、区间使用的JZXC-16/16型灯丝继电器;安全可靠，解决了传统灯丝继电器的安全隐患，保证了铁路信号要求的“故障导向安全”。
【附图说明】
[0026]为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0027]图1是根据本实用新型实施例所述的可替代铁路信号机灯丝继电器的安全监测报警控制装置的原理图；
[0028]图2是现有技术中铁路信号机点灯电路；
[0029]图3是根据本实用新型实施例所述的可替代铁路信号机灯丝继电器的安全监测报警控制装置应用于交流白炽灯信号机系统图；
[0030]图4是根据本实用新型实施例所述的可替代铁路信号机灯丝继电器的安全监测报警控制装置应用于交流LED信号机系统图；
[0031]图5是根据本实用新型实施例所述的可替代铁路信号机灯丝继电器的安全监测报警控制装置应用于直流LED信号机系统图；
[0032]图6是根据本实用新型实施例所述的点灯电源输出控制电路；
[0033]图7是根据本实用新型实施例所述的交流电流采样电路；
[0034]图8是根据本实用新型实施例所述的直流电流采样电路；
[0035]图9是根据本实用新型实施例所述的单片机AD转换检查电路；
[0036]图10是根据本实用新型实施例所述的防护继电器动态输出电路；
[0037]图11是根据本实用新型实施例所述的系统外部重启电路；
[0038]图12是根据本实用新型实施例所述的灯位采集电路；
[0039]图13是根据本实用新型实施例所述的报警输出电路；
[0040]图14是根据本实用新型实施例所述的控制器原理图；
[0041]图15是根据本实用新型实施例所述的电源电路图。
【具体实施方式】
[0042]下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0043]如图1至图5所示，根据本实用新型实施例所述的一种可替代铁路信号机灯丝继电器的安全监测报警控制装置，包括与点灯电源依次连接的电流互感器、第一防护继电器(IFHJ)和第二防护继电器(2FHJ)，所述第二防护继电器的另一端与点灯电路相连，所述电流互感器的输出还通过单片机分析再分别控制第一防护继电器和第二防护继电器，所述单片机还连接有报警装置、灯位采样模块，内部设有信号对比模块。所述灯位采样模块设有与灯位一一对应的采样电路，所述信号对比模块用于将单片机接收到的电流信号值与单片机内事先设定的电流值分级范围进行比较，所述电流值分级范围包括第一范围和第二范围，当单片机接收到的电流信号值超出第一范围时，所述报警装置启动，当所述单片机接收到的电流信号值超出第二范围时，所述报警装置启动，且第一防护继电器和第二防护继电器切断。
[0044]还设有检验A/D转换功能是否正常的一个标准阶梯电压发生器，所述标准阶梯电压发生器与所述电流互感器的输出端依次通过多路开关与单片机的A/D转换输入端相连，组成A/D转换功能监测模块;所述A/D转换功能监测模块是经A/D转换输入的标准阶梯电压与标准值进行比较，只有比较结果一致时，证明A/D转换功能正常，电流采集的数值才作为电流值的有效数据进入上述的信号对比模块;反之，如果标准阶梯电压与标准值的比较结果不一致，则启动报警装置，并点亮A/D转换报警灯。
[0045]所述第一防护继电器和第二防护继电器均由单片机动态输出控制，所述第一防护继电器和第二防护继电器为带强制导向触点机构的安全型继电器。
[0046]所述单片机还包括用于监测第一防护继电器和第二防护继电器接点是否粘连的监测模块，所述监测模块与报警装置相连。
[0047]所述灯位采样模块也与报警装置相连。
[0048]所述第一防护继电器和第二防护继电器分别由两套程序控制，该两套程序的重要的电流分级范围数据是通过控制器输入至单片机内且物理地址完全不同的两个扇区，供两套程序分别使用。
[0049]所述单片机还包括系统重启模块。
[0050]如图6所示，为点灯电源输出控制电路。将点灯电源串联一个电流互感器和两组防护继电器的动合接点后输出，送入联锁的点灯电路，进而控制室外信号机点亮指定颜色的灯。
[0051]所述的点灯电源是根据原系统所用的电源不同而不同。如替代原白炽灯站内信号机的JZXC-H18型灯丝继电器，则为AC220V电源；如替代区间白炽灯信号机的JZXC-16/16型灯丝继电器，则点灯电源仍需经过原远程隔离变压器升压后供给。需要注意的是其电压应比原系统低20V左右，这是因为原JZXC-16/16型灯丝继电器是串联在电路中的，而其压降约20V左右，因此改用本装置后应降低20V;如替代LED信号机的灯丝继电器，电源类型同原系统，电压高低原则也与上相同。
[0052]所述的电流采样电路见图7交流电流采样电路以及图8直流电流采样电路:由电流互感器隔离、采集后输入运放，送入多路开关，再送入单片机。如原系统的电源类型是交流，则采用交流互感器;如原系统为直流，则采用直流互感器。
[0053]如图9所示，所述的单片机A/D转换检查电路，由多路开关和标准阶梯电压发生器组成。由多路开关分配，将不同高低的标准阶梯电压和采集的电流依次送入单片机，由单片机进行判断，如果不同高低的阶梯电压值与标准值相符，即证明单片机的A/D转换功能正常，电流采样的值判断为有效。
[0054]如图10所示，所述的防护继电器动态输出电路由单片机、交流放大器、变压器，整流器，滤波电路和两个防护继电器组成。单片机内由两套程序分别动态输出给两个交流放大器，经放大整流后改为直流，进而动作防护继电器。防护继电器的动合接点串联后控制输出，即两套设备必须一致，才能正常输出。正常状态时，单片机输出为动态，即交流输出。当单片机判断为故障需要保护时输出由动态变为静态，交流放大器无输出，防护继电器失磁，切断输出。之所以要用动态输出，是为了保证任一器件故障，不管是开路还是短路均使其防护继电器失磁，切断输出，导向安全。
[0055]所述的防护继电器接点粘连检查电路是利用其强制导向触点构造的特点，将两个防护继电器的动断接点串联，在每次信号机改变显示时(此两个继电器失磁)单片机检查此时两组接点是否接通，接通即证明未发生接点粘连;一旦发现未接通，说明至少有一个防护继电器接点粘连，立即发出报警，以防故障积累，影响安全。
[0056]如图11所示，所述的防强干扰系统外部重启电路由两个运放和一个压控振荡器组成。运放的输入采集单片机时钟信号，放大后控制压控振荡器，压控振荡器输出给单片机外部复位端口。当发现单片机无时钟信号时，压控振荡器起振，使单片机重启，直至检测到有时钟信号后，停止振荡。
[0057]如图12所示，所述的灯位采集电路从点灯电路输出的灯位去线端采集灯位的信息，通过整流桥、限流电阻送入光耦输入端(对直流系统则不需要整流桥)，经光耦隔离，送入单片机输入端口，确定具体灯位信息，以供需要时使用。
[0058]如图13所示，所述的开关量报警输出电路由单片机相应输出端口、光耦和报警继电器组成。正常时该单片机端口输出正电位至光耦输入端，光耦导通。其输出端使报警继电器励磁。需要报警时单片机端口输出零电位，光耦输入输出截止，报警继电器失磁。用该继电器动断接点(常闭接点)作为开关量报警输出，供主灯丝断丝报警电路使用，或供微机监测使用。
[0059]所述的报警指示灯电路由表示相应故障的发光二极管串联限流电阻后接到相应单片机的输出端口。共计7个故障表示灯，分别代表I，2，3，4灯位故障、A/D转换故障、防护继电器接点粘连故障、灯位采集缺失故障。(电路略)
[0060]所述的控制器接口图如图14所示:图中ZLG7290为LED数码管显示驱动及键盘扫描管理芯片，单片机通过I2C总线与该芯片进行双向通信。SDA为串行数据线，SCA为串行时钟线，Keyint为键盘中断请求。键盘设有6个:“十”、“一”、“菜单”、“取消”、“确认”和“门限测试” IED显示设有:4个数码管和若干功能指示灯。控制器是人机交互接口，由控制器输入每个灯位正常工作电流范围，输入单片机存储器两个不同物理位置的扇区，供两套程序分别比较使用，以防止强干扰破坏了该重要的数据。两套程序的输出，分别驱动相应的防护继电器，只有两个防护继电器输出结果一致，才能将点灯电源输出给信号机。
[0061]所说的供联锁输出电路是替代灯丝继电器的接点，如图1所示。联锁最多需要2组，供LXJ列车信号继电器和DXJ调车信号继电器使用。每组为2个防护继电器的动合接点串联
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[0062]所说的电源电路是本装置自身需要的电源，如图15所示，由外部DC24V引入，经DC/DC模块转换成DC5V，再转换成DC3.3V。如果点灯系统是直流型，则还需要增加DC5V转换成DC± 15V供直流互感器使用。
[0063]在具体使用时，点灯电源经本安全监测报警控制装置的电流互感器和两个防护继电器的动合接点串联后输出给信号机点灯电路，再通过电缆控制室外的信号机点灯。
[0064]所述的点灯电源根据信号机类型，采用不同的电源。
[0065]所述的电流互感器在交流供电系统中采用交流互感器，在直流供电系统中采用直流电流互感器。
[0066]所述的互感器输出电流采样和一个标准值已知的阶梯电压通过多路开关送入单片机的A/D端口，单片机先对阶梯电压进行检测判断，只有判断为正确，证明A/D转换正常时，该电流采样才作为有效的数据，否则输出报警(通知相关的外围设备)及灯光报警。
[0067]所述的单片机把有效的电流采样数据与设定的正常范围进行比较分析，当发现超出设定范围，对严重程度不影响安全时，仅作报警，通知维修；当超出范围要影响安全时，使防护继电器失磁，切断点灯输出电源，并报警。当发生切断防护时，根据故障的灯位和信号机具体需要，可经过3.5?5秒后自动恢复和必需经人工恢复。
[0068]所述的防护继电器有两个，分别由两套程序单独控制，如图1中的程序A和程序B。其动合接点串联后控制输出，即两套设备必须一致，才能正常输出。该防护继电器常态(正常时)为励磁，故障需要保护时为失磁。控制方式为动态(交流)方式，以保证任一器件故障，不管是开路还是短路均使其失磁，切断输出，导向安全。
[0069]所述的防护继电器是采用强制导向触点构造的安全继电器，其特点是:当一组不应闭合的动合接点仍然闭合时，结构上能保证所有动断接点不闭合，反之亦然。利用该特点组成了接点粘连检查电路，一旦发现任何一个防护继电器接点粘连，立即发出报警，以防故障积累，影响安全。
[0070]本安全监测报警控制装置还包括:
[0071]控制器是人机交互平台，将信号机各灯位设定的合理工作范围输入单片机供计算使用，同时也可作为显示该信号机的实时工作状态，电压、电流值、各灯位设定的数据。
[0072]所述的电流正常范围的数据是根据不同情况由控制器输入，存入两个物理地址不同的两个扇区，供两套程序分别使用。以防止强干扰破坏该重要的数据，保证安全。
[0073]所述的防护继电器还组成3组安全动合接点和一组安全动断接点，供联锁或其他设备使用。每组安全动合接点为两个防护继电器的动合接点串联而成，一组安全动断接点为两个防护继电器的动断接点并联而成。(在目前联锁电路中最多仅需要2组安全动合接点，其他作为备用)
[0074]本安全监测报警控制装置还包括:
[0075]灯位采集电路从点灯电路中取得当前点亮的灯位的信息，当发现故障后，可点亮相应灯位的故障表示灯。为避免该部分电路故障积累影响报警，在灯位缺失时进行报警。
[0076]本安全监测报警控制装置除在软件上设置了“看门狗”外，在硬件上还设置了外部系统自动重启电路，该电路从单片机获取时钟信息，一旦因强干扰使单片机死机，该信息缺失，自动使系统重启，防止因强干扰而死机。
[0077]本安全监测报警控制装置如果在点灯电路中是替代作为第一灯丝继电器IDJ则将端子32和34断开;如是作为2DJ第二灯丝继电器使用，则将端子32和34连通。
[0078]本安全监测报警控制装置如果在点灯电路中作为列车信号机使用，将端子28和30断开;如果是作为调车信号机使用，则将端子28和30连通。
[0079]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种可替代铁路信号机灯丝继电器的安全监测报警控制装置，其特征在于，包括与点灯电源依次连接的电流互感器、第一防护继电器和第二防护继电器，所述第二防护继电器的另一端与点灯电路相连，所述电流互感器的输出还通过单片机分析再分别控制第一防护继电器和第二防护继电器，所述单片机还连接有报警装置、灯位采样模块，内部设有信号对比模块;所述灯位采样模块设有与灯位一一对应的采样电路，所述信号对比模块用于将单片机接收到的电流信号值与单片机内事先设定的电流值分级范围进行比较，所述电流值分级范围包括第一范围和第二范围，当单片机接收到的电流信号值超出第一范围时，所述报警装置启动，当所述单片机接收到的电流信号值超出第二范围时，所述报警装置启动，且第一防护继电器和第二防护继电器切断。2.根据权利要求1所述的可替代铁路信号机灯丝继电器的安全监测报警控制装置，其特征在于，还设有检验A/D转换功能是否正常的一个标准阶梯电压发生器，所述标准阶梯电压发生器与所述电流互感器的输出端依次通过多路开关与单片机的A/D转换输入端相连，组成A/D转换功能监测模块;所述A/D转换功能监测模块是经A/D转换输入的标准阶梯电压与标准值进行比较，只有比较结果一致时，证明A/D转换功能正常，电流采集的数值才作为电流值的有效数据进入上述的信号对比模块;反之，如果标准阶梯电压与标准值的比较结果不一致，则启动报警装置，并点亮A/D转换报警灯。3.根据权利要求1所述的可替代铁路信号机灯丝继电器的安全监测报警控制装置，其特征在于，所述第一防护继电器和第二防护继电器均由单片机动态输出控制，所述第一防护继电器和第二防护继电器为带强制导向触点机构的安全型继电器。4.根据权利要求1所述的可替代铁路信号机灯丝继电器的安全监测报警控制装置，其特征在于，所述单片机还包括用于监测第一防护继电器和第二防护继电器接点是否粘连的监测模块，所述监测模块与报警装置相连。5.根据权利要求1所述的可替代铁路信号机灯丝继电器的安全监测报警控制装置，其特征在于，所述灯位采样模块也与报警装置相连。6.根据权利要求1所述的安全监测报警控制装置，其特征在于:所述第一防护继电器和第二防护继电器分别由两套程序控制，该两套程序的重要的电流分级范围数据是通过控制器输入至单片机内且物理地址完全不同的两个扇区，供两套程序分别使用。7.根据权利要求1或2或3或4所述的可替代铁路信号机灯丝继电器的安全监测报警控制装置，其特征在于，所述单片机还包括系统重启模块。
【文档编号】B61L29/30GK205469123SQ201620262492
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年3月31日
【发明人】王世午
【申请人】北京蓝天创通科技有限责任公司