施工專用道岔模擬試驗裝置的研制

孫國長

隨著鐵路運輸業(yè)的高速發(fā)展，信號設(shè)備不斷更新?lián)Q代，各種新建、改建、大修工程日趨增多，特別是既有線路的改造，道岔設(shè)備拆裝與更換工作量大、試驗內(nèi)容多、模擬電路連通條件不完善等，都會直接影響道岔設(shè)備的模擬試驗效果，進而影響設(shè)備的正常開通使用。通過調(diào)研分析，造成道岔設(shè)備模擬試驗不徹底的原因主要有以下幾點：①道岔扳動試驗時，有時用手搖把，有時用簡單電路；②用簡單電路試驗時，試驗內(nèi)容不全面；③采用定型組合時，還需增加笨重設(shè)備，不利于應(yīng)用；④設(shè)備連通前的各項試驗，由于連通條件不完善，易造成道岔模擬試驗不徹底，影響正常開通。

針對上述問題，唐山電務(wù)段提出并自主研制了施工專用道岔模擬試驗裝置（簡稱試驗裝置），它能夠有效地進行道岔試驗，提高道岔模擬試驗質(zhì)量，消除故障隱患，確保工程正點開通。該試驗裝置能夠?qū)⑹覂?nèi)外設(shè)備仿真綜合于一體，減少了對試驗人員的技術(shù)要求，并按確定的試驗內(nèi)容進行智能判斷、記錄、錯誤提示、缺項卡控等，確保模擬試驗完整正確。

1 設(shè)計方案

1.1 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計

試驗裝置能夠模擬不同類型道岔的室內(nèi)、外設(shè)備，適應(yīng)ZD6、ZY4、ZYJ7 等各類型道岔的安裝調(diào)試和模擬試驗，并實現(xiàn)室外道岔模擬試驗智能化。整體結(jié)構(gòu)包括：①設(shè)備連接線采用可檢測的插接方式，防錯誤配線；②操控方式與實際一致，便于應(yīng)用；③控制電路統(tǒng)一化，配有模式和類型轉(zhuǎn)換；④表示檢查電路具有二極管正向、反向和短路檢測功能；⑤具有道岔動作電流檢測，相序檢測及電源相序的轉(zhuǎn)換功能；⑥采用接觸器控制電機動作，配有300 Ω/200 W 電阻仿真電機線圈；⑦具有漏電人身防護、過流保護及錯接電源防護功能。

1.2 外部結(jié)構(gòu)設(shè)計

施工專用道岔模擬試驗裝置外觀如圖1 所示，主要由鋁質(zhì)面板，定操、反操、急停按鈕，定位、反位、動作表示燈，正相序燈，ZD6 類、ZYJ7 類表示燈，轉(zhuǎn)換相序按鈕，航插和USB 接口等組成，主要作用如下。

1） 正相序燈：紅燈顯示，亮燈表示正相序，滅燈為逆相序。

圖1 施工專用道岔模擬試驗裝置外觀

2）ZD6類燈：紅燈顯示，亮燈表示選擇的控制類型是ZD6類；穩(wěn)光表示連接正確，可以操作；閃燈表示航插連接不正確，此時自動限定道岔扳動操作。

3）ZYJ7類燈：紅燈顯示，亮燈表示選擇的控制類型是ZYJ7類；穩(wěn)光表示連接正確，可以操作；閃燈表示航插連接不正確，此時自動限定道岔扳動操作。

4） 定位燈：綠燈顯示，亮燈表示2DQJ 在吸起，穩(wěn)光說明有定位表示，閃光說明無表示。

5） 反位燈：黃燈顯示，亮燈表示2DQJ 在落下，穩(wěn)光說明有反位表示，閃光說明無表示。

6）動作燈：紅色閃光表示道岔正在送電。

7）轉(zhuǎn)換相序鈕：非自復(fù)式按壓按鈕，控制三相電源的相序轉(zhuǎn)換（禁止扳動過程中轉(zhuǎn)換）。

8）道岔類型轉(zhuǎn)換鈕：非自復(fù)式按壓按鈕，實現(xiàn)ZD6 類與ZYJ7 類的轉(zhuǎn)換，主要用于分機、單機作業(yè)使用。

9）定操鈕：綠色自復(fù)式按鈕，用于道岔向定位操縱，向反位轉(zhuǎn)換過程中也可及時操回定位。

10）反操鈕：黃色自復(fù)式按鈕，用于道岔向反位操縱，向定位轉(zhuǎn)換過程中也可及時操回反位。

11）急停鈕：紅色自復(fù)式按鈕，用于道岔轉(zhuǎn)換過程中急停，利于道岔安裝調(diào)試。

12）航空插座：包括三相電源輸入，ZD6 類、ZYJ7 類輸出航插。其中，ZYJ7 類為五線制道岔，動作電源為三相380 V；ZD6 類為四線、六線制道岔，動作電源為DC 220 V。

13）三相漏電保護器，兼作10 A 總?cè)蹟嗥鳌?/p>

14）電源插座用于供給主機AC220 V 電源。

15）USB 口用于連接主機USB。

1.3 內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計

試驗裝置主要由電源、工控系統(tǒng)、單片機和繼電器控制電路四大部分組成。其中，電源系統(tǒng)由漏電保護器、電源開關(guān)和電源控制單元組成，主要用于對工控機、單片機單元和設(shè)備動作供電；系統(tǒng)通過單片機單元實現(xiàn)電流監(jiān)測和按鈕檢測，并對繼電器驅(qū)動電路進行控制，進而實現(xiàn)對整個電路的控制，完成對室內(nèi)、外設(shè)備的動作。系統(tǒng)內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)見圖2。

2 工作原理

2.1 整機工作原理

1） 單片機具有微秒級運算和高穩(wěn)定性特點，負責(zé)對外接按鈕狀態(tài)、航空插座狀態(tài)和表示繼電器狀態(tài)進行實時監(jiān)測，同時監(jiān)測直流和三相交流動作電流，并將數(shù)據(jù)經(jīng)USB 通信傳送給工控機，同時接收工控機運算結(jié)果。

圖2 施工專用道岔模擬試驗裝置內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)

2）繼電器控制電路根據(jù)模式和類型選擇建立邏輯關(guān)系，能夠?qū)崿F(xiàn)道岔的操作、啟動、停機等功能。

3）工控機利用OpenGL 圖像處理技術(shù)，仿真觸摸屏界面按鈕和鉛封，使圖形更加逼真。當(dāng)模擬室外電路時，可實時監(jiān)測電流變化。當(dāng)電流達到額定值時，先記錄動作時間，再利用單片機控制繼電器，切斷啟動電路，構(gòu)成新的表示電路；當(dāng)模擬室內(nèi)電路時，依據(jù)按鈕的屏幕指令，驅(qū)動控制繼電器動作，向外部供電并實時監(jiān)測電流狀態(tài)；當(dāng)電流達到額定值后，保持扳動狀態(tài)，等待外部啟動電路斷開后，切斷送電，恢復(fù)初始狀態(tài)并構(gòu)成新的表示監(jiān)測電路。

室外模擬試驗時，按實際模擬試驗的步驟及內(nèi)容制定統(tǒng)一固定流程，依據(jù)檢測的動作電流大小及時長、表示繼電器及按鈕狀態(tài)，判斷道岔是定位、反位、扳動、斷表示、斷啟動、受阻試驗等，給出操作提示、標(biāo)準(zhǔn)和方法，并按秒級自動記錄成受保護的Excel 表，存為模擬聯(lián)鎖試驗基礎(chǔ)資料。

2.2 監(jiān)測表示電路原理

監(jiān)測表示電路原理如圖3 所示，選用BD1-7 型專用表示變壓器和12 V 微型繼電器BJ1～BJ5；電解電容C1～C5保證了繼電器的可靠工作；電阻R1、R2、R3具有降壓限流作用；D1～D9保證正弦交流電下BJ可靠工作，同時具有檢測外部二極管功能，如某一支路BJ4、BJ5全吸表示外部短路，BJ4單吸表示外部二極管正向、BJ5單吸表示外部二極管反向。

3 技術(shù)特點

1）分機可單獨操控，用于道岔安裝調(diào)試。

2）對模擬試驗固定試驗步驟及內(nèi)容，并給出相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及提示。

3）通過主控微機智能判斷卡控技術(shù)條件，保證模擬試驗的正確性：①道岔無表示不能啟動模擬試驗；②卡控定反位出桿方向一致；③卡控道岔類型、出桿與接點閉合的邏輯關(guān)系；④區(qū)分五線制道岔表示支路的接點；⑤區(qū)分五線制道岔的41、42（11、12） 與其他啟動接點；⑥受阻試驗如判定為比正常動作時間長5 s，即自動停機；⑦按道岔類型與航插插入位置的邏輯關(guān)系，給出正確表示，錯誤時限定道岔扳動；⑧根據(jù)各個步驟內(nèi)容有效限定道岔是否扳動，提高試驗效率；⑨詳細記錄道岔動作、表示變化的時刻和動作時間；⑩試驗內(nèi)容可部分單獨重做。

4）配合室內(nèi)道岔電路試驗，既滿足聯(lián)鎖試驗的內(nèi)容要求，又操作簡便。

5） 試驗時記錄或顯示道岔三相電源的相序，涵蓋全部試驗內(nèi)容。

4 安裝操作方法

1）電源連接。斷開分機漏電保護器開關(guān)，把電源電纜的航插對應(yīng)插入分機的三相電源引入端，然后分別按電源標(biāo)識牌連接電源，ZD6 道岔類（或模擬室外） 只連接A、N；ZYJ7 類連接A、B、C、N。

2）安全試驗。①合上漏電保護器開關(guān)，如果分機內(nèi)部聲光報警，則判斷為A、N 端220 V 錯誤接入380 V 電源，關(guān)閉開關(guān)復(fù)查，如果5 s 后表示燈亮，說明電源、設(shè)備良好；②啟動漏電保護器試驗按鈕，正常斷電，復(fù)位后送電。

3）控制線連接。按試驗的道岔類型，將控制線選擇接入ZD6 類或ZYJ7 類的航空插座中。

圖3 監(jiān)測表示電路原理

4）USB 線連接。需要主機操控時，主機與分機必須用USB 線連接；當(dāng)多機使用時，需增加USB 分配器。

5） 多機操控。一臺主機最多可帶6 個分機，按分機的出廠號從小到大排序，并與所連道岔對應(yīng)。

6）試驗道岔室內(nèi)電路。無論室外道岔定位設(shè)計是1、3 閉合，還是2、4 閉合，均按F1、2、3、4、5、6與X1、X2、X3、X4、X5、X6對應(yīng)連接（未使用的不連）。

7）試驗道岔室外電路。道岔定位設(shè)計是1、3閉合，ZD6 四線制類，按X1、X2、X3、X4 與電纜盒1、2、3、5 對應(yīng)連接；ZD6-EJ 六線制類，按X1、X2、X3、X4、X5、X6 與 電 纜 盒1、2、3、5、13、14 對應(yīng)連接；ZYJ7 五線制類，按X1、X2、X3、X4、X5 與 電 纜 盒1、2、3、4、5 對 應(yīng)連接。

道岔定位設(shè)計是2、4 閉合的，ZD6 四線制類，按X1、X2、X3、X4 與電纜盒2、1、3、5 對應(yīng)連接；ZD6-EJ 六 線 制 類，按X1、X2、X3、X4、X5、X6 與電纜盒2、1、3、5、14、13 對應(yīng)連接；ZYJ7 五線制類，按ZYJ7 單動類按X1、X2、X3、X4、X5 與電纜盒1、3、2、5、4 對應(yīng)連接。

5 結(jié)束語

施工專用道岔模擬試驗裝置已經(jīng)通過了北京局集團公司的技術(shù)評審，并經(jīng)多次調(diào)試完善，可有效縮短模擬試驗時間，提高模擬試驗質(zhì)量，可大大降低道岔模擬試驗過程中對試驗人員的要求標(biāo)準(zhǔn)。其中智能卡控環(huán)節(jié)可使模擬試驗標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化、表格化，減少了試驗過程中可能存在的丟項、漏項，試驗效率和工作質(zhì)量得到了有效提高。該裝置適用于各站段和工程局的施工道岔模擬試驗，目前已在天津、北京、北京西、石家莊、唐山電務(wù)段推廣使用。