机车信号及自动停车装置解析

最初,由于历史的各种原因，我国铁路自动闭塞的建设， 出现了不同线路、不同区段建有不同制式的自动闭塞，各制 式间机车信号不通用，除枢纽内不能保证连续不间断的显示 外，给机车长交路运行带来一定的影响，甚至一台机车安装 两种以上车载设备等等。为了解决以上的问题，在这样的历 史背景下，就研制出了通用式机车信号。在“八五”、“九 五”期间，通用式机车信号发展非常迅速。
上向下为： L ， LU ， U ， U2 ，HU, UU ， H,B 。U2 为
带 2 字的黄灯。还可附加速度等级的信息供超速防护设备使
用。当区间绝缘节两端具有频率或时间区分时，还可为超防
设备提供过绝缘节信号。
表4－1地面轨道信息与机车信号显示之间关系
代码 G
L2
L3
L
LU2 LU U
U2
U2S U3
点式机车信号是在线路上某些固定地点，如进站信号机 外方 1200 m 和 400 m 处设置地面设备向机车传递信息 的，用于非自动闭塞区段。但仅在个别地点有显示，不能 有效地保证行车安全，已淘汰，被改造为接近连续式机车 信号。
连续式机车信号能在整条线路上连续不断地反映线路 状态和运行条件，用于自动闭塞区段。。连续式机车信号 能连续地显示运行条件，大大改善司机的劳动强度，保证 了行车安全。
引进的和 UM71 相配套的 TVM300 带速度监督的机 车信号，和 UM2000 相配套的 TVM430 带速度监督的机 车信号。
为满足机车长交路的要求， 90 年代研制了通用机车 信号，其利用微机和数字信号处理技术，能自动识别各种 制式的机车信号信息，可用于各种制式的自动闭塞和半自 动闭塞区段。
▪ 为实现故障—安全，采用多路动态监督电 路和输出反馈检测电路。
图4-1 数字式通用机车信号工作原理图
(2)各环节的结构和原理 ①输入部分
由变压器、衰减器、A/D电路组成。 变压器对信号起隔离作用，同时由变压器的输入阻抗对信号起选择
接收及幅度均衡作用。
衰减器对输入信号起衰减作用。
衰减后的信号分两路输入A/D电路，包括抗混滤波和采样保持，采 样频率为8 kHz。
光电开关是大功率光耦，用来控制点灯电源，在DSP故 障时切断点灯电源，在点灯继电器接点转换时切断点灯电源 以实现点灯继电器接点的无电转换，从而大大提高继电器的 寿命。反馈输入检测电路由光电隔离芯片、输入接口电路组 成，作用是给DSP提供点灯继电器或光电开关是否正常动作 的检测信息。
三、JT1-CZ2000机车信号
UU
UUS H
HB
HU
移频 低频 8 （Hz）
8.5 9.5 11
12.5 13.5 15 16.5 17.5 18.5 20 21.5 23.5 24.5 26
UM71 低频 27.9 （Hz）
12.5
10.3
11.4
15.8 13.6 16.9 14.7 20.2 22.4 18.0 19.1 29
由于采用数字化处理，接收灵敏度受外界环境的影响很小。
②计算机部分
主芯片采用数字信号处理器DSP，选用TMS320系列。DSP信号处 理和译码过程包括数字滤波、解调和低频译码。
以往的机车信号均采用LC无源滤波器，体积大，加工与调整困难， 后发展为各种有源滤波器，虽体积小，但调试非常困难，滤波性能受元 件参数的变化影响很大，所以采用数字滤波器。
既有机车信号，包括通用式机车信号存在着可靠性低、
抗干扰能力差、显示正确率低、信息量少、各种制式不通 用、不适应机车长交路等问题，尤其是其可靠性不高，不 能成为主体信号使用。必须采用主体化机车信号。
3．机车信号的发展 我国铁路从 1959 年开始安装机车信号和列车自动停车
装置，但长期以来对它们的作用认识不足，发展十分缓慢。 直到 1978 年杨庄事故后，才引起了各有关方面的高度重视。 20世纪 80 年代后，加快了安装机车信号、列车自动停车和 无线列调三项设备的步伐。到年底，机车信号地面设备已安 装62000km，占营业里程的97%。
通用式机车信号主要是为了解决在多制式自动闭塞通用机 车信号通用的这个目的而研制的，在当时的历史背景下根本 没有考虑主体化机车信号的需要，也不会很严密地考虑接收 正确性、设备的安全可靠性、与列控设备的接口。更没有从 提高整个车载设备系统故障—安全性、可靠性、可用性角度 来研发。因此，通用式机车信号系统可靠性不高，不具备双 机热备冗余功能，不符合故障—安全原则，难以作为主体化 机车信号的车载设备。而JT1-C2000则是作为主体化机车信 号来研制的。JT1-CZ2000型机车信号解决了通用式机信号 车载设备存在的问题，满足了主体化机车信号的需要。JTlCZ2000型主体化机车信号的多制式并行接收处理、动态控 制安全点灯电源、双路线圈同时接收、系统冗余结构、记录 信号原始波形、地面数据处理软件等技术具有创新性。车载 系统设备已经于2003年10月通过铁道部技术鉴定，经鉴定 该系统设备的技术已达到国际先进水平。
24.6 26.8
机车 信号 白 绿 显示
绿
绿
黄
绿黄 黄
黄2
黄2 闪
黄
黄黄
黄黄 闪
红
红黄 闪
红黄
2.数字化通用机车信号工作原理
(1)原理框图
▪ 由接收线圈，变压器，衰耗器， A/D 变换 器，数字信号处理器， EPROM ，动态监督 电路，输入／输出接口，信号继电器和接点 网络,显示器组成，如图4-1 所示。
▪ 1.数字化通用式机车信号的功能及显示意义
▪
数字化通用机车信号接收各种制式机车信号，全数字化
处理与控制，具有接收和处理各种制式机车信号的功能。能
自动识别和接收 UM71 ， 4、8、18 信息移频自动闭塞，
25Hz、 50Hz、75 Hz交流计数和微电子交流计数轨道电路
传递的信息。
▪
为实现各种制式的显示方式，采用 8 显示信号机构。从
▪ JTl-CZ2000型主体化机车信号，在JTl-A／B通用式机车信 号的成熟技术基础上，采用多项先进技术和系统化的安全设 计方案，满足铁路信号故障--安全原则，具有数据记录功能， 在地面信号具备条件时可作为主体化机车信号应用。是目前 机车信号设备中安全性、可用性、可靠性最完善和先进的一 种，是具备机车信号主体化条件的车载设备。
(3)按是否有超速防护功能分，我国原来的三种机车信号 制式，都没有超速防护功能，仅能为列车自动停车装置提 供信息。从法国引进的 TVM300,TVM430 是带有超速防 护功能的机车信号。
2．机车信号的主体化
目前，随着机车信号可靠性的提高，机车信号已开始
从辅助信号转为主体信号，如在双线双向自动闭塞区段， 反方向不设通过信号机，仅在分界点处设停车标志，以机 车信号作为主体信号。在准高速铁路上，列车速度在 160 km/h 以上，这是司机能确认地面信号机显示的临界速， 故其正方向仍设地面信号机，但在正常情况下以机车信号 为主，反方向则按机车信号运行。在高速铁路上，列车速 度超过 200 km/h ，靠司机瞭望地面信号来行车已经不可 能，只能凭主体化机车信号行车。
二、数字化通用机车信号
▪ 北方交大自“七五”期间开始研究通用式机车信号，曾研制 出非电化和电化微机控制通用机车信号，分别称第一代和第 二代通用式机车信号。数字化通用机车信号分为 JT1 型 （ SJ-93 型）及 JT2 型（ SJ-94 型）两种。前者为单套主 机，后者为双套主机。分别于 1995 年通过铁道部技术鉴定。
解码是把移频的高、低端频率去除，恢复调制低频的过 程。数字化通用机车信号从带通滤波器的输出信号经过处理 得到调制低频信号，处理过程中对每个带通滤波器输出的信 号滤出其包络信号，经过幅度检查再对上、下边频的包络信 号进行相位检查，在幅度与相位关系正确的情况下处理得到 对称调制低频方波。而带内调幅干扰、不符合条件的带内调 频干扰或半边侵入不可能产生正确的低频方波。
第四章 机车信号和列车运行 超速防护系统
第一节 通用机车信号
第二节 列车运行超速防护系统
第一节 通用机车信号
主要内容： 机车信号概述 数字化通用机车信号
JT1-CZ2000机车信号
一、机车信号概述
1.机车信号分类 (1)按机车接收地面信息的时机分，机车信号可分为点式、 连续式和接近连续式三种。
动态监督电路3，当输入频率为f3的对称方波信号时输出高电位， 控制后级光电开关的导通，当输入不符合条件时输出低电位控制后级光 电开关的断开。光电开关控制点灯电源的通与断。
④输入输出接口
作为DSP的开关量I/O接口，其中通过输出接口1输出3路独立的动 态信号f1、f2、f3及1位测试用信号SH，1位过绝缘节信号，1位制式区 别信号。输出接口2输出8位开关量，以控制点灯继电器。
③动态监督电路
动态监督电路用以确保计算机及接口故障时导向安全的输出。设三 路互相独立的动态监督电路。
动态监督电路1，当有频率为f1的方波输入的情况下输出高电位， 加到DSP芯片和A/D的复位端，使其正常工作，当输入不符合条件时就 输出方波振荡信号使A/D及DSP复位。
动态监督电路2，当有频率f2的对称方波输入的情况下输出高电位 来控制输出接口电路2有信号输出，当输入不符合条件时控制输出接口 电路2的输出线呈高阻态。
▪ JTl-CZ2000型主体化机车信号车载系统设备，吸取了JTl-A ／B数字化通用式机车信号十年来大面积推广运用的经验， 采用先进的DSP技术，符合铁路信号故障--安全原则，具有 数据记录功能，具备机车信号主体化条件。
▪ 在铁路跨越式发展的进程中，要构建我国铁路列车运行控 制系统，其重点是发展主体化机车信号和列车超速防护。主 体化机车信号是列车超速防护的基础，必须符合故障—安全 原则，实现主体化机车信号必须同步推进地面和车载设备的 改造。
数字带通滤波器通带宽度为载频±30 Hz，信号通过滤 波器后得出正解调半波和负解调半波，去除高频成份，并进 行严格的数字化相位处理，得到低频信号并对低频信号的幅 度进行严格的检查，有效地判别出调幅干扰或移频信。
低频译码方式是对低频方波测量周期而译出信号。在 应变时间内连续检测的信号周期都符合条件，则驱动输出点 灯。
（2）采用先进的32位浮点高速DSP运算及频域、时域相结合 分析方式的处理方法,提高了系统的抗干扰能力使其抗干扰 性能比JTA／B型有较大提高，移频干信比满足用钢轨电流 迭加法测试的3：1的要求，UM71信息接收干信比比 TVM300略有提高。通过对移频数据进行频域处理，分析出 信号的频谱特征（载频、低频、幅度、畸变等），最优判决 准则得到分析结果，最后对结果进行冗余判断并输出。同时 对每个采集的数字信号数据进行滤波，经多个滤波器组，得 到低频调制信号，对每个计算得到的低频信号分别计算出其 周期、幅度，根据判决准则得到分析结果，最后对结果进行 冗余判断并输出。 （3）具有功能完善的机车信号记录器。可记录接收的信号 波形及有关数据，为故障分析、查找及维护管理创造了良好 条件。记录项目有：条件输入开关量、信号输出开关量、机 车信号工作状态开关量、电源状态开关量、感应器接收信号 幅度状态、感应接收信号波形，时间、线路公里标。系统有 故障信息提示功能，提供了可维护性。
⑤输出及反馈输入检测电路
输出及反馈输入检测电路由驱动电路、点灯继电器、光 电开关、点灯电路组成。
驱动电路将输出接口2输出的信号放大以控制点灯继电 器。输出接口2输出高电位使点灯继电器吸起，输出低电位 或输出呈高阻态使点灯继电器落下。
点灯继电器采用8个高可靠小型继电器，每个继电器有 两组接点。一组用于点灯，一组用以反馈。
பைடு நூலகம்
1．主要技术特点 （1）提高车载设备系统安全性和可靠性。从接收主机、感 应器、显示器、电源等部分整体考虑，并增加了机车信号记 录器和机车信号自动闭环测试仪，来提高整个车载系统的可 靠性。 接收主机采用国外信号系统或高速铁路惯用的双机比 较即二取二的容错安全结构,提高了设备的安全性；同时采 用双套热备冗余来提高可靠性，实现的自动切换。 采用双线圈感应器，每套主机对应一路接收感应器线 圈绕组，提高了接收信息的可靠性。 采用LED双面点阵式机车信号显示器，实现数字方式 显示，可显示不同意义的信息，它既可以显示图形，也可以 显示数字符号，显示意义可以扩展。 电源采用单110V输入，双50V输出。一路50V输出常有， 另一路为动态驱动的50V点灯电源输出,提高了供电的可靠性； 采用带有动态控制点灯电源的故障安全电源，进一步提高了 系统的安全性
接近连续式机车信号是在车站的接近区段和站内连续 地反映地面信号显示，广泛用于半自动闭塞区段。在进站 信号机前方接近区段的地面设备发送与进站信号机显示相 符的信息，站内正线接车进路和侧线股道发送与出站信号 机显示相符的信息，其它线路则没有信息。
(2)按机车接收地面信息的特征分，机车信号原主要有移 频、极频和交流计数电码三种制式。