CN1033155C - 轨道电路分界点判别装置及采用它的机车运行监控记录器 - Google Patents

Abstract

一种轨道电路分界点判别装置，具有一个与机车信号感应器相连的输入端，感应电压信号由输入端进入分成两路，一路通过正半渡跟随器、滤波器进入电压比较器；其二通过正峰值采样电路、放电分压电路进入电压比较器，该比较器的输出端与可重复触发的单稳触发器相连，该触发器的输出端的电压由高到低突变可判别和校正机车是否通过了轨道电路分界点。采用此种轨道电路分界点判别装置的机车运行监控记录器，具有连续武动态速度监督功能，可记录并向司机显示与行车有关的各种信息，还可提供各种统计资料，用以分析事故原因及责任。

Description

轨道电路分界点判别装置及采用它的机车运行监控记录器

本发明涉及一种铁路轨道电路分界点判别装置，以及采用该判别装置的机车运行监控记录器，属于铁路行车安全设备。

已知的机车运行监控和记录是利用计算机和传感技术，依据车轮直径、转数、运行时间确定机车的走行距离和所在位置(公里标和离前方信号机或线路限速区段起止地点的距离)以及瞬时速度，这种监控和记录器一方面将客货列车限制速度贮存于计算机，以对列车速度进行监控，保证列车不超速地安全运行，不冒进越出红灯信号机，同时，另一方面将列车运行全过程的各项数据记录下来，转录于一定的载体供地面计算机系统事后统计分析。以判明事故责任、提高安全管理和机车操纵技术水平。但是用上述方法测算的机车走行距离、位置和速度与实际情况有误差，而距离、位置误差还随运行的过程而积累增大，这就造成了不能准确地记录数据与控制列车，因此，必须对这些误差数据进行校正。

常规的办法是，在地面的一定位置处设置标志点，在机车相对应的部位设置传感器，当机车经过地面标志点时，得到一个信息，即利用得到该信息的位置(公里标)纠正机车运行监控记录器中贮存的计算位置(公里标)信息，但这大大地增加了投资和维护费用，中国铁路也采用过这种方式，但实践表明，它不仅具有上述同样缺点，并且增添的地面设备被盗、被毁的情况累有发生，缺乏可靠性。

现有技术中的一种情况是机车运行记录器与监控装置是分离的，各为自成系统的两个独立的产品，因而器件重复，成本甚高；而监控装置采用点式控制速度方式即从一个地面标志点(即信号机所在位置)到下一个信号机位置设定的列车限制速度是不变的，因而在红灯信号机前的限制速度成阶梯式降低，而实际机车运行时，随着逐步接近红灯信号机，其限制速度应是平缓降低的，因而这种点式控制与机车正常操纵规律相违背，造成司机操纵困难。在机车到达下一“分界点”前不得不因限速突然降低而使司机措手不及造成“超速”，导致监控器不恰当地强迫机车制动仃车。这是牺牲效率和能力保安全。现有技术中的另一情况是采取监控和记录一体化，以及连续速度控制，即限制速度随着机车前进而减小，这虽比前述情况为优，但是尚无校正机车位置、走行距离和速度的误差的装置，因而尚不敷实用。

本发明的目的是提供一种校正机车位置信息的装置，即轨道电路分界点判别装置，以及采用该装置的机车运行监控记录器，它可以装于内燃机车和电力机车上。它适用于移频、极频、交流电码等连续式轨道电路区段和接近连续式轨道电路区段在不增加地面设备的情况下，准确地判定机车经过轨道电路分界点，校正记录的机车位置、走行距离、速度信息及采用的轮周长数值。该监控记录器可向司机正确及时地显示各种需要的运行信息和语音提示各种注意事项，以帮助司机正确操纵机车，并对机车准确进行连续速度监控，使机车不超出车辆、线路和接近红灯信号机的限制速度，记录列车运行过程中各种数据并可送地面计算机处理，提供有关各种统计分析资料，用以判明事故原因和责任者，提高安全管理、行车管理和司机操作水平。

本发明的关于轨道电路分界点判别装置的技术方案如下：

当机车导轮通过轨道电路分界点(即信号机位置)时，在机车信号感应器上必发生一个有特征的电压突降，连通该信号感应器的该判别装置接收到该电压突变信息即进行判别，当确认为机车通过分界点时，即输出一过界信号通知机车运行监控记录器主机的中央控制器，中央控制器即可根据位于该分界点的信号机编号查出其公里标，用以校正原记录的机车位置(公里标)走行距离和速度以及轮周长取值。

该分界点判别装置由输入端正半波跟随器、滤波器、正峰值采样电路、放电分压电路、电压比较器、可重复触发的单稳触发器、反馈电路等连接组成。从机车信号感应器来的电压变化信号进入该分界点判别装置的输入端后分成两路；其中一路进入正半波跟随器，作电压正半波跟随，再经滤波器送入电压比较器的同相输入端；另一路进入正峰值采样电路，取得正峰值电压，再经放电分压电路降压后送入电压比较器的反相输入端。在机车越过一轨道电路分界点后向前行进，逐渐接近下一分界点过程中，机车信号感应器的电压逐渐升高，则该判别装置输入端的电压逐渐升高，随之送入电压比较器同相输入端的电压也逐渐升高；而送入电压比较器反相输入端的电压是峰值电压经放电分压后得到的，它小于同相输入端的峰值电压，这样电压比较器的输出端有脉冲信号输出，送入可重复触发的单稳触发器，使其输出高电位。当机车经过轨道电路分界点时，该判别装置输入端的电压由大突变为小，使送入电压比较器同相输入端的电压幅值也由大突变为小；而正峰值采样电路输出的电压不能突变，它是按放电分压电路所决定的放电时间逐渐减小的，所以送入电压比较器反相输入端的电压也不会立刻降低，这时它在相当延时内高于同相输入端的峰值电压，使电压比较器输出低电位，而仃止输脉冲信号，后面的可重复触发的单稳触发器得不到脉冲信号，经一定时间延时后也输出低电位，这一由高到低的电压跳变就是过界信号，发出这一过界信号的时刻扣除上述延时，即为机车过轨道电路分界点时刻，用以校正原记录的机车位置和走行距离。有时机车信号感应器上会感应到瞬时电压幅值大于正常信号的干扰波，过后也会发生电压骤降，为避免错发过界信号，一方面在正半波跟随器之后设置滤波器，滤除这种干扰波后再将电压变化信号送入电压比较器的同相输入端；另方面在正峰值采样电路中由电阻电容组成的采样保持电路具有较大的充电时间常数，干扰波不能明显增高保持电容上的电压，所以干扰波过后不会输出错误的过界信号。若瞬间机车轮对分路不良和机车晃动等，使该判别装置的输入电压瞬间降低，造成电压比较器的输出端瞬间无脉冲输出，但该单稳触发器有相当延时作用，在这瞬间里仍维持输出高电位，以避免错误地产生过界信号，若机车进入无轨道电路地段(如有的车站侧线无轨道电路等)，该判别装置发出过界信号后由于该单稳触发器的反相输出端可经反馈电路给电压比较器的反相输入端加一个电压，使反相输入端的电压大于其同相输入端因干扰信号造成的正峰值，电压比较器就继续输出低电位，不会有干扰脉冲输出，该判别装置就不会错发过界信号。反馈电路还使该判别装置有一定的回差，从而提高它的可靠性。

该装置可与其它设备做在同一块电路板上，或单独做在一块电路板上，也可以做成模块，或把其中部分电路做成模块。

关于采用轨道电路分界点判别装置的机车运行监控记录器：

该监控记录器由主机、键盘显示器、接线盒和电源变换器组成。主机由中央控制器和接口电路两部分组成。中央控制器中贮存着控制程序，信号机编号、类别、位置(公里标)，相邻两信号机间距离以及各种客、货列车在不同运行条件下安全运行限制速度曲线。在单机和列车运行时，可自动接收机车运行动态(车轮转速、柴油机转速)信息，运行条件(前方信号机显示、制动风管压力)信息，司机操作(内燃机车手柄位置或电力机车调压开关位置)信息，轨道电路分界点判别装置发来的过界信号，以及司机输入的列车编组信息和查询命令，调用贮存的程序和数据，进行计算(走行距离、位置、离前方信号机距离、速度)、处理、转贮(全部机车运行有关信息)、校正(记录的位置、走行距离、速度误差和轮周长)、输出实时显示主要的机车运行动态和条件信息，显示答复司机查询，连续监控列车安全运行速度，自动语音报警、提示和当超出列车限速时发出命令实行急制动仃车并予记录。

接口电路由机车动态信息接口电路、机车运行条件信息接口电路、机车操纵信息接口电路和控制机车运行的执行电路组成。这些接口电路的输入端都通过电缆及接线盒与应的信息源点相接。这些接口电路的输出端都设有光电耦合器，通过光电耦合器将相应的信息送给中央控制器。控制机车运行的执行电路的输入端设有光电耦合器，从中央控制器送出的控制信号经光电耦合器送入执行电路。执行电路的输出端通过电缆和接线盒与执行部件相连。设置光电耦合器的作用是将接口电路与中央控制器在电气上予以隔离。在它们之间采用光信号来传递信息，这样可以提高抗干扰能力。从各信息源点来的信息经过接线盒及电缆送入接口电路，再由接口电路送入中央控制器进行处理。由中央控制器发出的控制命令送入接口电路中的执行电路，由执行电路经过电缆及接线盒去驱动相应的执行部件，以控制机车运行。

键盘显示器连通中央控制器，设置在机车两端驾驶室司机座位前方，司机出乘时通过键盘将列车编组信息输入中央控制器，校正其时钟。它实时显示机车运行的位置、速度、限制速度、离前方信号机距离、信号显示等主要运行信息，司机亦可以键盘查询其他需要信息。

键盘显示器中还设有语音提示装置，它由语音处理器、语音数据存贮器、语音放大器及扬声器组成，它按照中央控制器发出的命令进行相应的语音提示，例如：当机车通过信号机时，当机车离前方信号机800米时或前方信号机变灯时用语音提示前方信号显示及操纵注意事项，在规定的位置处提示司机询问列车进路。

接线盒是机车上各信息源点及控制机车的执行部件与主机的连接部分，中央控制器发出的制动仃车命令转化的驱动电流亦经过接线盒到放风阀，打开阀门。

电源变换器将机车110伏直流电逆变为机车运行监控记录器所需的各种电源。

在列车运行过程中，主机实时记录列车运行数据，包括：运行时间、机车位置(地面公里标)、速度、机车离前方信号机距离、前方信号机编号、机车信号灯显示状态、柴油机转速、内燃机车手柄位置或电力机车调压开关位置、列车风管压力、编组数据等各种运行信息。在机车回段时，由数据快速转录设备转录后，送入地面计算机数据处理系统中进行处理，输出所需的统计分析资料。

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：

图1：为轨道电路分界点判别装置的工作原理框图。

图2：为该判别装置的电路图。

图3：为采用轨道电路分界点判别装置的机车运行监控记录器的结构框图。

图4：为图3中主机的结构框图。

如图1和图2所示，由机车信号感应器来的信号进入该判别装置的输入端Vin后分成两路，其中一路进入接成的电压正半波跟随器1，作正半波跟随，再进入R2、C4组成的滤波器2，滤除高频干扰信号，它的输出端接入由IC3、R8、R9组成的电压比较器3的同相输入端；另一路进入由IC2、D1、C1、C2、C3、R3组成的正峰值采样电路4取得正峰值电压后，再接入由R4、R5、R6、R7组成的放电分压电路5，按适当比值降压后送入电压比较器3的反相输入端。在机车逐渐接近分界点的过程中，加在电压比较器反相输入端的电压低于加在同相输入端的电压峰值，使IC3有脉冲输出，输出的脉冲电压经R8、R9分压后送入由IC4(可重复触发的单稳触发器芯片)、C5、R10组成的可重复触发的单稳触发器6，使IC4输出高电位。当机车经过轨道电路分界点时，该判别装置输入端Vin的电压由大突变为小，使电压比较器3的同相输入端的电压幅值也由大突变为小；而正峰值采样电路4输出的电压不能突变，它是按放电分压电路所决定的放电时间常数逐渐减小的，所以送入电压比较器3反相输入端的电压不会立刻降低，这时它在相当延时内高于同相输入端的峰值电压，使电压比较器3输出低电位，而仃止输出脉冲信号，后面的可重复触发的单稳触发器6得不到脉冲信号，经一定时间延时后也输出低电位，这一由高到低的电压跳变就是过界信号，该单稳触发器6的延时时间是由C5、C10决定的。

当判别装置的输入端有信号输入时，正峰值采样电路4中IC2的输出经D1给C1充电，再经R3给C2充电，由于IC2的反相输入端保持有一定的电压，只有当IC2的同相输入端电压大于反相输入端时才能给C1、C2充电，输入信号的每一个半波里只有很短的时间充电，充电量是很小的。要经过足够数量的半波后C1、C2上的电压才能接近输入电压的峰值。若有瞬时幅值大于正常信号的干扰波，它不能使C2上的电压有明显上升，干扰波过后不会输出错误的守界信号。若机车轮对瞬间分路不良，或道岔区段机车晃动，或轨道电路的其它原因使该判别装置的输入电压瞬间降低，可能使电压比较器3的输出端瞬间无脉冲输出，但可重复触发的单稳触发器6有延时作用，在该瞬间仍维持输出高电位，不会产生错误的过界信号，若机车进入无轨道电路区段该判别装置发出过界信号后由单稳触发器6的反相输出端可经由R5、R6、R7组成的反馈电路7给电压比较器3的反相输入端加一个电压，使其反相输入端的电压大于其同相输入端因干扰信号造成的正峰值，电压比较器3就继续输出低电位，该判别装置不会错误产生过界信号，反馈电路7还使该判别装置有一定的回差，从而提高它的可靠性。

因此，该分界点判别装置能准确实时发出过界信号，用以校正测算的有关误差。

如图3和图4所示，采用轨道电路分界点判别装置的机车运行监控记录器由主机8，键盘显示器9a、9b，接线盒10，电源变换器11组成。

主机8由中央控制器12和接口电路13构成。

中央控制器采用现在通用的计算机控制技术，它的原理及结构与通用的计算机工业控制器相同。

中央控制器12中存贮着监控记录器控制程序、信号机编号、类别、位置(公旦标)、相邻两信号机间距离、各种客、货列车在不同运行条件下的安全运行限制速度曲线等、它接收由接口电路13送来的机车车轮转速信号，算出机车走行距离、位置(公里标)和瞬时速度；根据机车位置调出前方信号机编号、类别、位置(公里标)，算出离前方信号机距离；又从接口电路接收前方信号机(机车信号)显示状态，并据此向司机作相应语音提示；当出现红灯时调出相应的限速曲线，将测算速度与限制速度比较：当接近时，向司机作语音提示；当超出时，即发出紧急制动仃车命令转给接口电路13。中央控制器12将这些信息以及其他通过接口电路接收的机车运行动态，运行条件和司机操作信息存贮于它内部的随机存贮器中，包括：时刻、机车所在位置、离前方信号机距离、前方信号显示、机车速度柴油机转速、手柄位置或调压开关位置、制动风管压力、列车编组数据等。中央控制器通过接口电路接收到分界点判别装置发出的过界信号，即调出前方信号机位置(公里标)，按此校正原测算记录的机车位置、走行距离、速度和原先采用的轮周长，以提高后继测算的精度和确保机车运行监控和记录数据的准确性。

接口电路13由轨道电路分界点判别装置19，车轮转速信号放大与整形电路14，柴油机转速放大与整形电路15，风管压力传感器电压模数转换电路16，放风阀驱动电路17，光电耦合电路18组成。轨道电路分界点判别装置19接通机车信号感应器，接收其电压变化信号，当判别为机车经过分界点时输出过界信号。机车车轮转速信号放大与整形电路14接通机车测速电机，接收其车轮转速信号经放大整形后输出。柴油机转速信号放大与整形电路15接通柴油机转速测速电机，接收其转速信号经放大整形后输出。风管压力传感器电压模数转换电路15接通制动风管压力传感器，接收其模拟信号转换成数字信号输出。上述判别装置19和电路14、15、16的输出端均接通光电耦合电路18，它们的输出信号均通过光电耦合电路18送入中央控制器，信号灯信号和手柄位置信号或调压开位置信号直接送入光电耦合电路转入中央控制器。放风阀驱动电路17的输入端接通光电耦合电路18，接收中央控制器发出的制动命令信号，由其驱动与电路17的输出端连通的放风阀，驱使该阀动作实用列车紧急制动。光电耦合电路18的作用是将中央控制器12与接口电路13在电路上隔离开，以防止干扰信号干扰中央控制器的工作。

接线盒10是主机接口电路中电路14、15、16、17、19与其相应信息源点或放风阀电缆的连接器。它为设备的安装、测试维护提供方便。机车信号灯信号经由信号条件电缆进入接线盒10；机车信号感应器、机车测速电机、柴油机转速测速电机、机车手柄位置或调压开关位置信号经由机车条件电缆进入接线盒10，中央控制器12发出的制动仃车命令信号，经放风阀驱动电路放大后经接线盒10和机车条件电缆通向放风阀。

电源变换器11由逆变器和整流器、滤波器、稳压电路组成，将机车的直流电源变换成该监控记录器各部分需要的各种电源。若要对机车运行监控记录器中的数据进行查询、分析、处理，可用转贮设备将数据取出再送入地面的计算机进行处理即可。

Claims (2)

1.一种轨道电路分界点判别装置，其特征在于：它是由正半波跟随器、滤波器、正峰值采样电路、放电分压电路、电压比较器、可重复触发的单稳触发器、反馈电路等连接组成的，还具有一个与机车信号感应器相连的输入端，该输入端分成两路，第一路与正半波跟随器相连，使感应信号电压作正半波跟随，该正半波跟随器再与滤波器连接，滤除了高频干扰信号后的信号送入连接于其后的电压比较器的同相输入端，第二路与正峰值采样电路相连，使该信号取得正峰值电压，随后进入连接于其后的放电分压电路，降压后进入所述的电压比较器的反相输入端，在电压比较器输出端设有一个可重复触发的单稳触发器，在该单稳触发器的反向输出端与电压比较器的反向输入端之间设有一反馈电路，该单稳触发器正相输出端的电压由高到低突变即为过界信号。

2.一种采用权利要求1中所述轨道电路分界点判别装置的机车运行监控记录器，由主机、设在机车两端驾驶室内的键盘显示器、作为主机与机车运行的各种信息源点及放风阀之间连接器的接线盒以及将机车直流电源改变为各种所需电源的电源逆变器组成，所述的主机由中央控制器和装有轨道电路分界点判别装置的接口电路组成，接口电路包括机车动态信息接口电路、机车运行条件信息接口电路、机车操纵信息接口电路和控制列车运行的执行电路，上述各接口电路的输入端通过电缆及接线盒与机车上相应的信息源点相接，这些接口电路的输出端均通过光电耦合电路与中央控制器相接，控制列车的执行电路输入端也通过光电耦合电路与中央控制器相接，执行电路的输出端与相应的执行部件相接，其特征在于：接口电路还设有一个所述的轨道电路分界点判别装置，该装置的输入端通过电缆及接线盒与机车信号感应器相连，该装置的输出端亦经过光电耦合电路与中央控制器相通。

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