軌道轉(zhuǎn)轍機(jī)功率傳感器設(shè)計(jì)(更新版)

　　

【正文】 科學(xué)指導(dǎo)。列出了在鐵路運(yùn)行系統(tǒng)中鐵路道岔經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)的安全問(wèn)題，并提出了解決的方法。 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體方案信號(hào)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)需要檢測(cè)的信號(hào)包括：軌道轉(zhuǎn)轍機(jī)功率、工作電流、燈絲電壓、軌道繼電器電壓、道岔電壓、電源接地電流等多路信號(hào)。通過(guò)對(duì)供電電源，信號(hào)采集通道，以及信號(hào)輸出通道進(jìn)行必要的抗干擾設(shè)計(jì)，采取總線通訊，光電隔離，短路保護(hù)以及過(guò)載保護(hù)等措施，使系統(tǒng)很好的適應(yīng)了工作環(huán)境的復(fù)雜性。這種不一致性就會(huì)造成通過(guò)機(jī)車的脫軌。其中有保證安全的也有實(shí)現(xiàn)功能的裝置。從下圖中，我們可以看到在兩個(gè)翼軌之間會(huì)有一定得間隙，這是一個(gè)有害的空間，它如果過(guò)于大會(huì)影響列車通過(guò)。道岔方面的安全性有重要的意義。軌道電路的工作原理如下：當(dāng)列車占用軌道電路時(shí)，電路中的回路電流就可以通過(guò)機(jī)車的車輪了，這樣引起軌道電路被分成兩路。2） 設(shè)置在道岔轍叉后面線路中間的低型信號(hào)機(jī)的具體坐標(biāo)。道岔坐標(biāo)計(jì)算的問(wèn)題可以轉(zhuǎn)化為道岔中心坐標(biāo)換算成岔尖坐標(biāo)的問(wèn)題，這樣就可以很容易的解決坐標(biāo)問(wèn)題。第二章 現(xiàn)場(chǎng)結(jié)構(gòu)概述 具體的現(xiàn)場(chǎng)說(shuō)明 道岔定位位置的確定道岔定位的確定主要考慮因素有以下兩個(gè)：首先是保證進(jìn)出列車的安全性，對(duì)于某些因其所處位置不同而會(huì)影響行車安全的道岔，應(yīng)當(dāng)以引向安全位置做為定位的原則。 本論文的主要工作本論文的主要工作內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面：1） 分析監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)和使用方面的要求，包括系統(tǒng)的測(cè)量精度，輸入輸出規(guī)格，通信協(xié)議，使用環(huán)境以及電磁兼容方面的要求等。電氣集中微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在我國(guó)各種規(guī)模車站的使用已有二十多年的歷史，剛開(kāi)始的八十年代初期以單片機(jī)為核心的檢測(cè)控制裝置，在全國(guó)范圍內(nèi)相繼研制生產(chǎn)出可以替代人工完成電氣特性一級(jí)測(cè)試項(xiàng)目測(cè)試的信號(hào)微機(jī)檢測(cè)裝置。隨著鐵路信號(hào)監(jiān)測(cè)技術(shù)的逐步成熟，鐵路信號(hào)系統(tǒng)已經(jīng)成為一種重要的技術(shù)手段，它是提高運(yùn)輸效率、實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸管理自動(dòng)化和列車運(yùn)行自動(dòng)控制、改善鐵路員工工作現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境以及保證鐵路行車安全必不可少的措施。它采用多參數(shù)電能采集芯片ATT7022A 來(lái)采集和處理數(shù)據(jù),以RS485 實(shí)現(xiàn)C8051F410 單片機(jī)與PC 機(jī)之間的通信,通過(guò)采集鐵路道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)啟動(dòng)及工作過(guò)程中的電流和功率,實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)場(chǎng)合三相電動(dòng)機(jī)故障的在線監(jiān)測(cè)。轉(zhuǎn)轍機(jī)的可靠動(dòng)作對(duì)提高鐵路運(yùn)輸效率和保證行車安全起著至關(guān)重要的作用。 Online monitor。為此我國(guó)非常重視存在的差距，提出了鐵路方向跨越式發(fā)展戰(zhàn)略，經(jīng)過(guò)全國(guó)鐵路六次大規(guī)模提速，提速技術(shù)與裝備已得到廣泛應(yīng)用，促進(jìn)了鐵路全行業(yè)相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步，帶動(dòng)了相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。但隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步及市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)對(duì)我國(guó)整個(gè)技術(shù)層面都有不小的影響，對(duì)鐵路大環(huán)境也有較大的沖擊，鐵路相關(guān)的技術(shù)部門以及公司紛紛成立，主動(dòng)尋求自身發(fā)展，進(jìn)行大提速，改變長(zhǎng)期低速運(yùn)行的模式。其中包括設(shè)計(jì)軌道轉(zhuǎn)轍機(jī)功率傳感器的設(shè)計(jì)，以及完成對(duì)傳感器信號(hào)進(jìn)行調(diào)整的傳感器信號(hào)調(diào)整電路；完成電流源的設(shè)計(jì)；完成對(duì)采集數(shù)據(jù)處理的處理模塊；完成強(qiáng)抗干擾能力的設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)了專用于程序的調(diào)試接口電路；以及給模塊提供工作必需的電源電路等。如果聯(lián)鎖失效則仍以手動(dòng)方式搬動(dòng)道岔。警沖標(biāo)計(jì)算警沖標(biāo)應(yīng)設(shè)在兩中心線至警沖標(biāo)的距離均為米的地方，即兩分歧線路中心線相距米的地方。設(shè)定與道岔岔尖前的高柱或矮柱信號(hào)機(jī)，一般采取并排設(shè)于道岔與基本軌接縫處的方法來(lái)解決問(wèn)題。出現(xiàn)這種情況就提示不得通過(guò)列車了。而且這兩個(gè)線路一個(gè)是彎道，另一個(gè)是必須是直線軌道。 普通單開(kāi)右開(kāi)式道岔開(kāi)通側(cè)股構(gòu)成示意圖3） 連接部分：這部分主要由兩根導(dǎo)曲線軌和兩根直線導(dǎo)軌組成。道岔障礙道岔障礙主要是指當(dāng)進(jìn)行軌道轉(zhuǎn)換的過(guò)程中如果在道岔中有阻礙道岔運(yùn)動(dòng)的障礙物，可能導(dǎo)致軌道轉(zhuǎn)換錯(cuò)誤的現(xiàn)象發(fā)生。4） 軌道電路引起的障礙：在這個(gè)系統(tǒng)之中每一根鋼軌都是軌道電路中的一部分，都參與電流的傳送。通過(guò)監(jiān)測(cè)設(shè)備的智能診斷軟件分析電流波形和數(shù)值的變化，可判別出轉(zhuǎn)轍機(jī)工作是否正常，并記錄其劣化趨勢(shì)；或進(jìn)行故障定位和分離，找出故障部件和位置。③ 信號(hào)采集部分采用光電隔離技術(shù)、阻容濾波網(wǎng)絡(luò)等措施，使測(cè)量系統(tǒng)不會(huì)造成對(duì)原信號(hào)系統(tǒng)有任何影響、保證了工作系統(tǒng)的安全性。為了解決鐵軌轉(zhuǎn)轍機(jī)容易發(fā)生故障的問(wèn)題，利用自帶內(nèi)核的高精度三相電能專用芯片，實(shí)現(xiàn)了對(duì)鐵軌轉(zhuǎn)轍機(jī)工作狀況進(jìn)行在線的監(jiān)測(cè)。本文中我們采用專用的芯片。在此芯片中完成對(duì)有功功率的計(jì)算，通過(guò)對(duì)去直流分量后的電流、電壓信號(hào)進(jìn)行乘法、加法、數(shù)字濾波等一系列數(shù)字信號(hào)處理后得到各相有功功率。在系統(tǒng)中采取在功率芯片中采樣計(jì)算得到的有功功率、電壓以及電流存儲(chǔ)到功率芯片相對(duì)應(yīng)的寄存器中；然后讀入到中對(duì)其求半個(gè)周期的平均功率的方法，這樣得到的功率誤差小，精度、響應(yīng)時(shí)間都可以得到很好的保證[3]。轉(zhuǎn)化后得到的信號(hào)經(jīng)過(guò)整流濾波調(diào)理后輸入三相電能芯片中。光隔總線電路如圖3所示： 光隔RS485總線電路圖光耦電路所采用的兩個(gè)電源和必須完全隔離，否則采用光耦也就失去了意義。因此它的作用是可以提供較高的噪聲抑制能力，但是同時(shí)會(huì)產(chǎn)生當(dāng)總線電壓在中間狀態(tài)時(shí)可能會(huì)引起的接收器輸出狀態(tài)的不確定性。因此對(duì)于網(wǎng)絡(luò)必須加上低阻的信號(hào)地。 電流源模塊功率信號(hào)及三相電流有效值經(jīng)過(guò)后，再經(jīng)過(guò)光電耦合器把電壓轉(zhuǎn)換為電流的電路（即電流源），把電壓信號(hào)變成的電流信號(hào)，具體電路如圖所示[35]：圖中的起驅(qū)動(dòng)作用，信號(hào)經(jīng)過(guò)雙路放大整流，把脈沖電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為與之成線性關(guān)系的電流信號(hào)。 電源監(jiān)控電路 應(yīng)放在在延時(shí)和濾波環(huán)節(jié)中，這樣可以在最大程度上可以排除由電源噪聲引發(fā)的錯(cuò)誤。復(fù)位之后，運(yùn)行在初始狀態(tài)下。 5）靜電放電針對(duì)實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)中的各種干擾，主要采取的硬件抗干擾措施主要有以下幾種 基準(zhǔn)電壓采用在系統(tǒng)中自帶的內(nèi)部參考電壓作為基準(zhǔn)電壓。： 抗干擾子電路圖Figure subcircuit Figure of antijamming圖中的是由芯片提供的基準(zhǔn)電壓，它的精度高，受到的干擾小。首先進(jìn)行系統(tǒng)初始化，采樣采取定時(shí)器中斷的方式，進(jìn)入循環(huán)數(shù)據(jù)采集與處理子程序。 精度校表方法分析使用這款功率芯片需要進(jìn)行校表。出現(xiàn)上升沿時(shí)表示操作結(jié)束。本系統(tǒng)在軟件抗干擾方法如下[30]。 本章小結(jié)本章主要做的工作是實(shí)現(xiàn)下位機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，包括硬件和軟件的設(shè)計(jì)。預(yù)置數(shù)值可以分別顯示在機(jī)軟件窗口和單片機(jī)系統(tǒng)的預(yù)置數(shù)字表頭上。本次設(shè)計(jì)采用事件驅(qū)動(dòng)方式，即接收緩沖區(qū)每接受規(guī)定字符數(shù)產(chǎn)生一次—事件，發(fā)送時(shí)設(shè)置不產(chǎn)生該事件。它采用差分信號(hào)進(jìn)行傳輸；最大可連接個(gè)驅(qū)動(dòng)器和收發(fā)器；接收器最小靈敏度可達(dá)；最大傳輸距離可以達(dá)到；最大傳輸速率可達(dá)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用軟硬件相結(jié)合的設(shè)計(jì)思想，將一些任務(wù)單一，功能簡(jiǎn)單和需要較高響應(yīng)速度的操作直接交由硬件電路完成；另外將一些實(shí)現(xiàn)過(guò)程復(fù)雜并且在實(shí)現(xiàn)過(guò)程中的穩(wěn)定性不好易改變的工程由軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)完成。依照以上設(shè)計(jì)方案,業(yè)已成功研制出了功率轉(zhuǎn)轍機(jī),在經(jīng)過(guò)軟件校準(zhǔn)后,系統(tǒng)輸出的直流模擬信號(hào)達(dá)到了4~20mA。3） 針對(duì)上面產(chǎn)生的問(wèn)題，能夠提出幾點(diǎn)解決的方法，在實(shí)際應(yīng)用中有高精度的電阻和電容可以選用，會(huì)增加系統(tǒng)的設(shè)計(jì)成本，但是總體比較來(lái)說(shuō)影響較小。邢老師在學(xué)術(shù)上給了我方向，生活中給我了溫暖，行動(dòng)上給我了勇氣，處世上給我了榜樣。感謝城建，她給我的人生添上了濃烈的一筆，給我了一個(gè)更新更高的起點(diǎn)，讓我更加從容自信地面對(duì)未來(lái)的挑戰(zhàn)！參考文獻(xiàn)[1] ，[2] 張錫弟，[3] ，[4]，[5] 西北工業(yè)大學(xué)20040301 [6] 孫濤、 礦業(yè)快報(bào) 2005 12（12）4647[7] 錢曉亮，基于μC/OSⅡ的ARM嵌入式轉(zhuǎn)轍機(jī)測(cè)試儀的設(shè)計(jì)，20070301[8] 楊素亭 鐵路道岔及典型安全問(wèn)題 鐵道警官高等專科學(xué)校學(xué)報(bào)2005年第3期 第15卷3844 [9] 劉躍平 光纖傳感技術(shù)在轉(zhuǎn)轍機(jī)在線監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用與研究 北京交通大學(xué) 20050801[10] 許重府 基于電力載波通信的轉(zhuǎn)轍機(jī)液壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 武漢理工大學(xué) 20070401[11] 江海洋 鐵路轉(zhuǎn)轍機(jī)測(cè)試與管理綜合系統(tǒng)的研究與開(kāi)發(fā) 20050301[12] ATT7022應(yīng)用筆記 [Z] 珠海炬力集成電路設(shè)計(jì)有限公司，2003[13] 韋文祥 朱志杰 基于SPI總線的電能計(jì)量芯片ATT7022及其在配電監(jiān)測(cè)終端的應(yīng)用 國(guó)外電子元器件 3235[14] 潘琢金 /1/2/3 混合信號(hào)ISP FLASH微控制器數(shù)據(jù)手冊(cè)[Z] [15] 龐 濤， 陳曉燕 農(nóng)業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息 ATT7022 及其在交流模擬量采集中的應(yīng)用 2006 年第 8 期 103107[16] 高濤， 譚志強(qiáng)， 李開(kāi)成 基于ATT7022和CAN總線的交流數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 46[17] 陳建國(guó)，狄國(guó)偉，王福源 基于 ATT7022 在線寬量程電能測(cè)量?jī)x的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 現(xiàn)代電子技術(shù) 94101[18] 朱耀春 白焰 485總線通信雙機(jī)監(jiān)控程序的設(shè)計(jì)及應(yīng)用 1416[19] PC機(jī)與RS485總線多機(jī)串行通信的軟硬件設(shè)計(jì)現(xiàn)代電子技術(shù) 103105[20] 北京三恒星科技公司 Altium Dseigner 6 設(shè)計(jì)教程 電子工業(yè)出版社 2007[21] 胡 山 張興會(huì) 耿麗清 低紋波高精度數(shù)字電流源的設(shè)計(jì) 微計(jì)算機(jī)信息 2007 年第 23 卷第 21 期 206208 [22] 凌震乾 許 糧 單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)電磁兼容問(wèn)題的探討 193195[23] 姜治北. 數(shù)字電子設(shè)備電磁千擾與電磁兼容[J] . ，05:70[24] 向紅權(quán)，蘇先海，[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2006，06:14214