zpw自动闭塞设备应用研究设计.docx
- 文档编号:9217131
- 上传时间:2023-05-17
- 格式:DOCX
- 页数:38
- 大小:340.88KB
zpw自动闭塞设备应用研究设计.docx
《zpw自动闭塞设备应用研究设计.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《zpw自动闭塞设备应用研究设计.docx(38页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
zpw自动闭塞设备应用研究设计
哈尔滨铁道职业技术学院
毕业设计
毕业题目:
ZPW-2000自动闭塞设备应用研究设计
学生:
李冰______
指导教师:
王凤______
专业:
铁道通信信号专业
班级:
09信号
2012年6月
哈尔滨铁道职业技术学院
毕业设计
开题报告
专业铁道通信信号专业
设计方向ZPW-2000自动闭塞设备应用
姓名____李冰_______
指导教师审查意见:
审查合格,同意存档。
指导教师签字:
年月日
ZPW-2000自动闭塞设备应用研究设计
一、选题的背景与意义
随着我国铁路列车运行速度的不断提高和客运专线建设的提出,人们对列车运行的安全性、舒适性提出了更高的要求,而列车高速、平稳地运行,不仅需要高可靠的列车和高质量的线路,还需要有高可靠、高安全的信号设备来指导列车的运行。
二、毕业设计的主要内容
它主要包括以下内容:
1.ZPW-2000A无绝缘移频自动闭塞系统概述
2.ZPW-2000A发送接收器一体化实现方法
3.ZPW-2000A无绝缘移频自动闭塞系统原理
4.一体化的ZPW-2000A性能的研究
三、参考文献
[1]北京全路通信信号研究设计院.ZPW-2000A型无绝缘移频自动闭塞系统工程设计说明,2003
[2]傅世善,闭塞与列控概论,中国铁道出版社,2006
[3]佟立本,铁道概论,中国铁道出版社,1999
[4]张友鹏,可靠性理论基础,兰州大学出版社,1997
[5]刘俊峰,赵尔宁,于陆,可靠性工程原理在电子系统中的应用,微计算机信息,2005(4)
四、设计时间安排
(1)确定题目:
2011.7至2011.10
(2)现场调研:
2011.11至2012.1
(3)查阅文献:
2012.1至2012.2
(4)资料整理分析:
2012.2至2012.3
(5)编写设计、总结:
2012.3至2012.4
(6)打印、提交、送审设计,准备答辩:
2012.5至2012.6
哈尔滨铁道职业技术学院
毕业设计任务书
设计题目ZPW-2000自动闭塞设备应用研究设计
指导教师王凤
专业铁道通信信号专业
学生李冰
2010年6月25日
题目名称:
ZPW-2000自动闭塞设备应用研究设计
任务内容(包括内容、计划、时间安排、完成工作量与水平具体要求)
毕业设计的主要内容
1.ZPW-2000A无绝缘移频自动闭塞系统概述
2.ZPW-2000A发送接收器一体化实现方法
3.ZPW-2000A无绝缘移频自动闭塞系统原理
4.一体化的ZPW-2000A性能的研究
设计时间安排
(1)确定题目:
2011.7至2011.10
(2)现场调研:
2011.11至2012.1
(3)查阅文献:
2012.1至2012.2
(4)资料整理分析:
2012.2至2012.3
(5)编写设计、总结:
2012.3至2012.4
(6)打印、提交、送审设计,准备答辩:
2012.5至2012.6
其中:
参考文献篇数:
5篇以上
图纸张数:
19张
说明书字数:
专业负责人意见
签名:
年月日
ZPW-2000自动闭塞设备应用研究设计
摘要
介绍了ZPW-2000A无绝缘移频闭塞系统的技术原理,在满足铁路信号系统要求的前提下,提出了进一步对其改进的ZPW-2000A发送器和接收器设计成一体的实现方法。
并对改进后的发送接收设备的抗干扰能力和可靠性方式进行分析。
铁路在国民经济的发展中起到了很重要的作用。
随着铁路技术的发展,列车在运行速度及运载能力上有了很大的提高。
为了保证行车安全,确保铁路运输的安全畅通,对列车在运行时的安全防护提出了很高的要求。
确保列车正常运行的技术手段有很多,其中轨道电路是保障列车正常运行的重要手段之一。
我国轨道电路的制式主要是移频轨道电路,包括国产18信息移频轨道电路和引进法国UM71型并加以国产化的ZPW—2000型移频轨道电路。
概述了ZPW-2000A无绝缘移频闭塞系统的技术。
重点介绍了将ZPW-2000A中的发送器和接收器设计成一体的实现方法。
并对改进后系统的抗干扰能力和冗余备份进行了详细的研究。
熟悉ZPW-2000A型无绝缘移频自动闭塞系统的设备构成、工作原理、电路原理,掌握区间工程设计的基本方法和原则。
完成了区间信号平面布置图、
发送器N+1冗余原理电路图、配线布置图等的设计。
关键词:
ZPW-2000A系统原理,发送接收,一体化,冗余备份,移频轨道电路
摘要
1.绪论8
2.ZPW-2000A无绝缘移频自动闭塞系统概述……………………………………………9
2.1ZPW-2000A概述………………………………………………………………………9
2.2ZPW-2000A型无绝缘移频自动闭塞系统特点………………………………………9
2.3ZPW-2000A型无绝缘轨道电路系统主要技术条件…………………………………10
3.ZPW-2000A型无绝缘移频自动闭塞系统原理………………………………………13
3.1系统原理…………………………………………………………
3.2发送器的原理及作用……………………………………………………
3.3接受器的原理及作用……………………………………………………
3.4衰耗盘……………………………………………………
3.5站防雷和电缆模拟网络……………………………………………………
3.6电气绝缘节及调谐单元……………………………………………………
3.7空心线圈SVA……………………………………………………
3.8匹配变压器……………………………………………………
3.9补偿电容……………………………………………………
4.ZPW-2000A发送接收器一体化实现方法
5.一体化的ZPW-2000A性能的研究……………………………………………………14
5.1设备抗干扰能力:
……………………………………………………………………14
5.2系统防雷……………………………………………………………………………15
5.3冗余可靠性方式分析………………………………………………………………15
5.4系统主要技术条件…………………………………………………………………16
6.图纸设计说明………………………………………………………………………18
6.1信号平面布置图的设计与说明……………………………………………………18
7.结论……………………………………………………………………………………20
参考文献
ZPW-2000自动闭塞设备应用研究设计
1.绪论
铁路信号是组织行车运行,保证行车安全,提高运输效率,传递信息,改善行车人员劳动条件的关键技术。
铁路信号是铁路运输生产的一个生产部门,它在铁路现代化建设和国民经济发展中起着极其重要的作用。
向发展当前,由于铁路运输已向着高速.高密和重载的方,所以铁路信号以成为实现运输管理自动化和列车运行自动控制以及改善铁路员工劳动条件的重要技术手段。
铁路信号系统按其应用场所可分为车站信号控制系统、编组站调车控制系统、区间信号控制系统、铁路行车指挥控制系统及列车运行自动控制系统等。
区间信号自动控制是铁路区间信号.闭塞及区段自动控制.远程控制技术的总称,是确保列车在区间内安全运行的技术之一。
ZPW-2000A型移频无绝缘自动闭塞系统是我国在引进的法国UM71的基础上进行消化。
吸收、创新,拥有自主知识产权的目前国内最先进的无绝缘自动闭塞制式。
这种无绝缘轨道电路以其无机械绝缘、抗干扰强、工作稳定等特点,在世界21个国家有4万余套的广泛应用,具有应用于高速铁路的成功经验。
ZPW-2000A采取的是“N+1”的冗余方式,而“N+1”冗余方式在对稳定性要求及其严格的客运专线和高速铁路来说系统稳定程度提高明显不足。
并且由于ZPW2000-A继承了原来分离元件时设备体积较大的特点,把发送器和接收器单独设计,这样不仅造成空间的极大浪费,更重要的是造成设备价格普遍较高。
而发送接收一体化设备在不增加设备数量的基础上实现了更高可靠性的“1+1”冗余方式,使得系统稳定程度有较大提高。
因此很有必要对ZPW-2000A中的冗余方式的改进进行详细的研究。
2.ZPW-2000A无绝缘移频自动闭塞系统概述
2.1ZPW-2000A概述
ZPW-2000A型无绝缘移频自动闭塞是在法国UM71无绝缘轨道电路技术引进、国产化基础上,结合国情进行的技术再开发。
较之UM71,ZPW-2000A型无绝缘移频自动闭塞在轨道电路传输安全性、传输长度、系统可靠性、可维修性以及结合国情提高技术性能价格比、降低工程造价上都有了显著提高。
该系统自1998年开始研究。
2000年10月底,针对郑州局、南昌局接连两次发生因钢轨电气分离式断轨,轨道电路得不到检查,客车脱轨的严重事故,该系统提出了解决“全程断轨检查”等四项提高无绝缘轨道电路传输安全性的技术创新方案,获得了铁道部运输局、科技司的肯定。
2001年,针对郑——武UM71轨道电路雨季多处“红光带”,该系统围绕“低道碴电阻道床雨季红光带”问题,通过对轨道电路计算机仿真系统的开发,提出了提高轨道电路传输性能的一系列技术方案,从理论和实践结合上实现了传输系统的技术优化。
2002年5月28日,该系统通过铁道部技术鉴定,确定推广应用。
2.2ZPW-2000A型无绝缘移频自动闭塞系统特点
系统的特点体现在以下几方面:
1.分肯定、保持UM71无绝缘轨道电路整体结构上的优势;
2.解决了调谐区断轨检查,实现轨道电路全程断轨检查;
3.减少调谐区分路死区;
4.实现对调谐单元断线故障的检查;
5.实现对拍频干扰的防护;
6.通过系统参数优化,提高了轨道电路传输长度;
7.提高机械绝缘节轨道电路传输长度,实现与电气绝缘节轨道电路等长输;
8.轨道电路调整按固定轨道电路长度与允许最小道碴电阻方式进行。
既满足了1Ω•km标准道碴电阻、低道碴电阻最大传输长度要求,又为一般长度轨道电路最大限度提供了调整裕度,提高了轨道电路工作稳定性;
9.用SPT国产铁路数字信号电缆取代法国ZC03电缆,减小铜芯线径,减少备用芯组,加大传输距离,提高系统技术性能价格比,降低工程造价;
10.采用长钢包铜引接线取代75m㎡铜引接线,利于维修;
11.系统中发送器采用“N+1”冗余,接收器采用成对双机并联运用,提高系统可靠性,大幅度提高单一电子设备故障不影响系统正常工作的时间。
2.3ZPW-2000A型无绝缘轨道电路系统主要技术条件
2.3.1发送器
低频频率:
10.3+n×1.1Hz,n=0~17
即10.3Hz、11.4Hz、12.5Hz、13.6Hz、14.7Hz、15.8Hz、16.9Hz、18Hz、19.1Hz、
20.2Hz、21.3Hz、22.4Hz、23.5Hz、24.6Hz、25.7Hz、26.8Hz、27.9Hz、29Hz。
载频频率:
见表2-1。
表2-1载频频率
下行:
1700-11701.4Hz
上行:
2000-12001.4Hz
1700-21698.7Hz
2000-21998.7Hz
2300-12301.4Hz
2600-12601.4Hz
2300-22298.7Hz
2600-22598.7Hz
表2-1
频偏:
±11Hz。
输出功率:
70W(400Ω负载)。
2.3.2接收器
轨道电路调整状态下:
主轨道接收电压不小于240mv;主轨道继电器电压不小于20V(1700Ω负载,无并机接入状态下);小轨道接收电压不小于42mv;小轨道继电器或执行条件电压不小于20V(1700Ω负载,无并机接入状态下)。
2.3.3直流电源电压范围
直流电源电压范围:
23.5V~24.5V。
设备耗电情况:
发送器在正常工作时负载为400Ω,功出为1电平的情况下,耗电为5.55A;当功出短路时耗电小于10.5A;接收器正常工作时耗电小于500mA。
2.3.4轨道电路
分路灵敏度为0.15Ω,分路残压小于等于140mA(带内)。
传输长度见2-2。
表2-2轨道电路传输长度
Rd*Ω\Km
载频(HZ)
1.0
0.6
0.5
0.4
0.3
1700
1500
824
674
574
424
2000
1500
824
674
574
424
2300
1500
824
624
524
424
2600
1460
774
624
524
424
3.ZPW-2000A型无绝缘轨道电路系统组成及原理
ZPW-2000A型无绝缘轨道电路分为主轨道电路和调谐区小轨道电路两部分:
主轨道电路的发送器由编码条件控制产生表示不同含义的低频调制的移频信号,该信号经电缆通道传给匹配变压器及调谐单元,因为钢轨是无绝缘的,该信号既向主轨道传送,也向调谐区小轨道传送,主轨道信号经钢轨送到轨道电路受电端,然后经室外设备调谐单元、匹配变压器、电缆通道,进入室内设备将信号传至本区段接收器。
小轨道电路视为列车运行前方主轨道电路的所属“延续段”,调谐区小轨道信号由运行前方相邻轨道电路接收器处理,并将处理结果形成小轨道电路继电器执行条件(信号继电器和信号轨道继电器)送至本区段接收器,本区段接收器同时接收道主轨道移频信号及小轨道电路继电器执行条件,判决无误后驱动轨道电路继电器轨道继电器吸起,并由此来判断区段的空闲与占用情况。
3.1系统原理
ZPW-2000A型无绝缘轨道电路系统,与UM71无绝缘轨道电路一样采用电气绝缘节来实现相邻轨道电路区段的隔离。
电气绝缘节长度改进为29m,由空心线圈、29m长钢轨和调谐单元构成。
调谐区对于本区段频率呈现极阻性,利于本区段信号的传输及接受;对于相邻区段频率信号呈现零阻性,可靠地短路相邻区段信号,防止了越区传输,这样便实现了相邻区段信号的电气绝缘。
同时为了解决全程断轨检查,在调谐区内增加了小轨道电路。
图3-1主轨道和调谐区小轨道检查原理图
ZPW-2000A型无绝缘轨道电路将轨道电路分为主轨道电路和调谐区小轨道电路两个部分,并将短小轨道电路视为列车运行前方主轨道电路的所属“延续段”。
主轨道电路发送器由编码条件控制产生表示不同含义的低频调制的移频信号,该信号经电缆通道(实际电缆和模拟电缆)传给匹配变压器及调谐单元,因为钢轨是无绝缘的,该信号既向主轨道传送,也向调谐区小轨道传送。
主轨道信号经钢轨送到轨道电路受电端,然后经调谐单元、匹配变压器、电缆通道,将信号传至本区段接收器。
调谐区小轨道信号由运行前方相邻轨道电路接收器处理,并将处理结果形成轨道电路轨道继电器执行条件通过(XG、XGH)送至本轨道电路接收器,作为轨道继电器(GJ)励磁的必要检查条件之一。
本区段接收器同时接收到主轨道移频信号及小轨道电路继电器执行条件,判决无误后驱动轨道电路继电器吸起,并由此来判断区段的空闲与占用情况。
主轨道和调谐区小轨道检查原理示意见图3-1。
该系统“电气—电气”和“电气—机械”两种绝缘节结构电气性能相同。
3.2发送器的原理及作用
原理:
同一载频编码条件,低频编码条件源,以反码形式分别送入两套微处理器CPU中,其中CPU1产生包括低频控制信号Fc的移频信号。
移频键控信号FSK分别送至CPU1、CPU2进行频率检测。
检测结果符合规定后,即产生控制输出信号,经“控制与门”使“FSK”信号送至滤波环节,实现方波——正弦波变换。
功放输出的FSK信号送至两CPU进行功出电压检测。
两CPU对FSK信号的低频、载频和幅度特征检测符合要求后发送报警继电器励磁,并使经过功放的FSK信号输出。
当发送输出端短路时,经检测使“控制与门”有10S的关闭(装死或休眠保护)。
作用:
ZPW-2000A型无绝缘轨道电路发送器,在区间适用于非电化和电化区段的多信息无绝缘轨道电路区段,在车站适用于非电化和电化区段站内移频电码化发送。
ZPW-2000A型无绝缘轨道电路发送器在使用中产生18种低频信号8种载频(上下行各四种)的高精度、高稳定的移频信号;供自动闭塞、机车信号和超速防护使用。
有足够的输出功率,且能根据需要调节发送电平;能对移频信号特征实现自检,故障时给出报警“N+1”冗余运用的转换条件。
工作原理示意图(见-):
(说明:
同一载频编码条件,低频编码条件源,以反码形式分别送入两套微处理器CPU中,其中CPU1产生包括低频控制信号Fc的移频信号。
移频键控信号FSK分别送至CPU1、CPU2进行频率检测。
检测结果符合规定后,即产生控制输出信号,经“控制与门”使“FSK”信号送至滤波环节,实现方波——正弦波变换。
功放输出的FSK信号送至两CPU进行功出电压检测。
两CPU对FSK信号的低频、载频和幅度特征检测符合要求后发送报警继电器励磁,并使经过功放的FSK信号输出。
当发送输出端短路时,经检测使“控制与门”有10S的关闭)
3.3接收器的原理及作用
原理及示意图:
接收器由本接收“主机”及另一接收“并机”两部分构成。
接收器工作原理如图3-3其中主轨道A/D、小轨道A/D为模数转换器,并机输入的模拟信号转换成计算机能处理的数字信号。
CPUl、CPU2:
是微机系统,完成主机,并机载频判决,信号采样,信息判决和输出驱动等功能[10]。
安全与门:
将两路处理器输出的动态信号变成驱动继电器(或执行条件)的直流输出。
载频选择电路:
根据要求,利用外部的接点,设定主机,并机载频信号,由处理器进行判决,确定接收盒的接收频率。
接收盒根据外部所确定载频条件,送至两处理器,通过各自识别,比较确认—致,视为正常,不—致时,视为故障并报警。
外部送进来的信号,分别经过主机、并机两路模数转换器转换成数字信号。
两套处理器对外部四路信号进行单独的运算,判决处理。
表明接收信号符合幅度、载频、低频要求时,就输出3kHz的方波,驱动安全与门。
安全与门收到两路方波后,就转换成直流电压带动继电器。
如果双处理器的结果不一致,安全与门输出不能构成,且同时报警。
电路中增加了安全与门的反馈检查,如果处理器有动态输出,那么安全与门就应该有直流输出,否则就认为安全与门故障,接收盒也报警。
如果接收盒收到的信号电压过低,就认为是列车分路。
作用:
接收器接收端及输出端均按双机并联运用设计,与另一台接收器构成相互热机并联运用系统(或称0.5+0.5),保证接收系统的高可靠运用。
用于对主轨道电路移频信号的解调,并配合与送电端相连接调谐区短小轨道电路的检查条件,动作轨道继电器。
实现对与受电端相连接调谐区短小轨道电路移频信号的解调,给出短小轨道电路执行条件送至相邻轨道电路接收器。
检查轨道电路完好,减少分路死区长度,还用接收门限控制实现对BA断线的检查。
3.4衰耗盘
1.用途
(1)用作对主轨道电路的接收端输入电平调整。
(2)对调谐区短小轨道电路的调整(含正、反方向)。
(3)给出有关发送、接收用电源电压,发送器功出电压和轨道继电器(含GJ、XGJ)电压测试条件。
(4)给出发送器、接收器的故障报警、轨道状态及正反向运行指示灯等。
(5)在N+1冗余运用中实现接收器故障转换时主轨道继电器和小轨道继电器的落下延时。
2.电路原理图说明
衰耗盘电路原理图如图
(1)主轨道输入电路
主轨道信号V1、V2自C1、C2变压器B2输入,SB1变压器阻抗约为36~55Ω(1700~2600Hz),以稳定接收器输入阻抗,该阻抗选择较低,利于抗干扰。
变压器SB1其匝比为116:
(1~146)。
次级通过变压器抽头连接,可构成1~146共146级变化。
(2)短小轨道电路输入电路
根据方向电路变化,接收端将接至不同的两端短小轨道电路。
故短小轨道电路的调整按正、反两方向进行。
正方向调整用A11~A23端子,反方向调整用C11~C23端子,负载阻抗为3.3kΩ。
为提高A/D模数转换器的采样精度,短小轨道电路信号经过1:
3升压变压器B4输出至接收器。
(3)移频报警继电器YBJ
发送工作、接收工作指示灯分别将发送器、接收器报警条件接入,通过光电耦合器构成报警接点条件(BJ-1、BJ-2、BJ-3)。
移频报警继电器YBJ,由移频架第一位衰耗器YB+引出,逐一串接各衰耗盘BJ-1、BJ-2条件至024.通过N1B受光器导通,使外接YBJ励磁。
此外,为适应微机检测的需要,预留了报警条件接点FBJ+、FBJ-、JBJ+、JBJ-,由机柜内配线引至零层。
(4)轨道状态指示电路
根据轨道继电器的状态,通过光电耦合器的开端驱动轨道状态指示灯GJ。
GJ亮绿灯,表示轨道空闲;GJ亮红灯,表示轨道占用;GJ灭灯,表示断电。
(5)测试塞孔
有关发送电源、接收电源、发送功出、输入、输入1、输入2、GJ、GJ(Z)、GJ(B)、XGJ、XG、XG(Z)、XG(B)的测试条件由有关端子及电路接通。
3.5站内防雷和电缆模拟网络
1.用途
用作对通过传输电缆引入至室内雷电冲击的防护(横向、纵向)。
通过0.5、0.5、1、2、2、2×2km六节电缆模拟网络,补偿实际SPT数字信号电缆,使补偿电缆和实际电缆总长度为10km,以便于轨道电路的调整和构成改变列车运行方向电路。
在站防雷上有室外电缆带来的雷电冲击信号,为保护模拟网络及室内发送、接收设备,采用横向与纵向雷电防护。
2.原理框图及电原理简要说明
(1)原理框图
图3-10站防雷和电缆模拟网络原理框图
(2)电路原理简要说明
压敏电阻RY采用820V/10A氧化锌压敏电阻,用于对室外通过传输电缆引入的雷电冲击信号的横向防护。
低转移系数防雷变压器B用于对雷电冲击信号的纵向防护,特别在目前钢轨线路旁没有设置贯通地线的条件下,该防雷变压器B对雷电防护有显著作用。
电缆模拟网络按0.5、0.5、1、2、2、2×2km六节设置,以便串接构成0-10km按0.5间隔任意设置补偿模拟电缆值。
模拟电缆网络值基本按以下数值设置:
R:
23.5Ω/km;
L:
0.75mH/km;
C:
29nF/km。
R、L按共模电路设计,考虑故障安全,C采用四头引线。
3.6空心线圈SVA
1.用途
逐段平衡两钢轨的牵引电流回流,实现上下行线路间的等电位连接,改善电气绝缘节的Q值,保证工作稳定性。
2.电路原理简要说明
该线圈用19×1.53mm电磁线烧制,其截面积为35mm2,电感约为33μH,直流电阻4.5mH。
中间点引出线等电位连接用。
空心线圈设置在29m长调谐区的两个调谐单元中间,由于它对50Hz牵引电流呈现很小的交流阻抗(约10mΩ),即可起到平衡牵引电流的作用。
设I1、I2有100A不平衡电流,可近似将空心线圈视为短路,则有I3=I4=(I1+I2)/2=450A。
由于空心线圈对牵引电流的平衡作用,减少了工频谐波干扰对轨道电路的影响。
对于上、下行线路间的两个空心线圈中心线可等电位连接,一方面平衡线路间牵引电流,一方面保证维修人员安全。
3.7电气绝缘节及调谐单元
1.用途
逐段平衡两钢轨的牵引电流回流,实现上下行线路间的等电位连接,改善电气绝缘节的Q值,保证工作稳
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- zpw 自动闭塞 设备 应用 研究 设计