毕业设计论文正文1.docx

1、毕业设计论文正文11 绪论为适应铁路运输的需要，实现我国铁路的跨越式发展，满足铁路运输高密度、高速度的发展，铁路电务装备大量引入新技术、新设备，我国铁路在对自闭系统的技术更新和研发上，将发展无绝缘移频自动闭塞的改造确定为我国铁路自闭的技术发展重点。在众多制式的自动闭塞系统中，ZPW-2000A系统以其高可靠和适应性广等优点，能为实现机车信号主体化创造了必备条件，成为我国铁路自动闭塞系统轨道电路的首选。ZPW-2000A无绝缘轨道电路由较为完备的轨道电路传输安全性技术及优化的传输系统参数构成。国家知识产权局已受理了有关“钢轨断轨检查”、“多路移频信号接收器”等8项专利，成为我国目前安全性高、传输

2、性能好、具有自主知识产权的一种先进自动闭塞制式，为“机车信号作为主体信号”创造了必备的安全基础条件。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、降低工程造价上都比其他制式的自动闭塞轨道电路有了显著提高。ZPW-2000A型无绝缘移频自动闭塞，每个闭塞分区分别对应发送和接收设备以及检测设备，在全程检查轨道状态的同时向机车提供多种信息。为满足机车在站内能通过轨道接收到机车信号信息的要求，站内轨道电路实施逐段预先发码的叠加方式的闭环电码化，用于连续不断地给机车信号提供可靠的地面信息，保证行车安全和提高运输能力。但是随着车站

3、控制距离的延长，无人值守站的增多，设备正常使用的问题越来越突出，单纯的故障报警已不能实现设备的智能化管理，需要增加ZPW-2000A型无绝缘移频自动闭塞的监测设备，实现ZPW-2000A型无绝缘移频自动闭塞由计划修向状态修转变。青岛电务段在胶济线的管辖范围为青岛站至平陵城站，2004年开始进行电气化改造，区间采用ZPW-2000A型无绝缘移频自动闭塞，站内采用25HZ相敏轨道电路叠加ZPW-2000A型无绝缘移频。胶济线还未实现微机监测，因此本次设计胶济线的ZPW-2000A型无绝缘移频自动闭塞监测网络。2 ZPW-2000A型自动闭塞的设备概述与监测设计的基本理念2.1 ZPW-2000A型

4、自动闭塞系统特点ZPW-2000A型无绝缘移频自动闭塞在充分肯定、保持UM71和WG-21A（国产化）型无绝缘轨道电路整体结构优势的基础上，具有如下特点： 1）解决了调谐区断轨检查，实现轨道电路的全程断轨检查，提高系统的安全性。 2）缩短了调谐区分路死区长度，由UM71（WG-21A）的20m缩短为不大于5m。 3）实现对调谐单元断线故障的检查。 4）实现对拍频干扰防护。 5）通过系统参数优化，提高了轨道电路传输长度，消除或减少轨道电路分割，减少工程总投资如在道碴电阻1.0.km时，轨道电路传输的极限长度由UM71（WG-21A）的约1000m延长到1500m。 6）提高机械绝缘节轨道电路传输

5、长度，实现与电气绝缘节轨道电路等长传输。 7）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1km标准道碴电阻和低道碴电阻传输长度要求，又提高了轨道电路工作稳定性。 8）用SPT型国产铁路信号内屏蔽数字电缆取代法国ZCO3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。 9）采用长钢包铜引接线取代短75mm2铜引接线，利于维修。 10）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，以提高可靠性。2.2 ZPW-2000A型轨道电路系统构成2.2.1无绝缘移频轨道电路系统构成示意图如图2-1。图2-1无绝缘移频轨道电路系统构

6、成示意图2.2.2室外部分1）调谐区（JESJES）按29m设计，在两端各设一个调谐单元，实现两相邻轨道电路电气隔离。2）机械绝缘节由“机械绝缘节空心线圈”与调谐单元并接而成，ZPW-2000A系统绝缘节分为“电气-电气”（JES-JES）和“电气-机械”（JES-BA/SVA）。这两种绝缘节结构电气性能相同。空心线圈的作用是逐段平衡两钢轨的牵引电流；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。3）匹配变压器一般条件下，按0.251.0km道碴电阻设计，实现轨道电路与SPT传输电缆的匹配连接。4）补偿电容根据通道参数兼顾低道碴电阻道床传输，考虑容量。使传输通道趋于阻性，

7、保证轨道电路良好的传输性能。补偿电容的安装是按照等间距设置的，表示等间距长度；与第一个电容距离为/2。计算公式：=L/Nc，其中，L：轨道电路两端调谐单元距离（并非轨道电路长度）；Nc：根据优选设计确定的补偿电容数量。现场现使用有40、46、50、55uF的电容。5）传输电缆SPT型铁路信号数字电缆，线径为1.0mm，一般条件下，电缆长度按10km考虑。根据工程需要，传输电缆长度可按12.5 km、15 km考虑。6）调谐区设备引接线采用3600mm、1600mm钢包铜引接线构成。用于BA、SVA、SVA等设备与钢轨间的连接。2.2.3室内部分1）发送器用于产生高精度、高稳定移频信号源。系统采

8、用N+1冗余设计。故障时，通过FBJ接点转至“1”发送器。发送器可发送10.3、11.4、12.5、13.6、14.7、15.8、16.9、18、19.1、20.2、21.3、22.4、23.5、24.6、25.7、26.8、27.9、29HZ共18种不同的低频信息。还可根据需要调整出8个不同的载频，即1700-1、1700-2、2000-1、2000-2、2300-1、2300-2、2600-1、2600-2。2）接收器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短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”。接收器除接收本主轨道电路频

9、率信号外，还同时接收相邻区段小轨道电路的频率信号。接收器采用DSP数字信号处理技术，将接收到的两种频率信号进行快速傅氏变换（FFT）,获得两种信号能量谱的分布，并进行判决。接收器用于接收主轨道电路信号，并在检查所属调谐区短小轨道电路状态（XGJ、XGJH）条件下，动作本轨道电路的轨道继电器（GJ）。另外，接收器还同时接收邻段所属调谐区小轨道电路信号，向相邻区段提供小轨道电路状态（XG、XGH）条件。系统采用成对双机并联运用方式。原理见图2-2图2-2双机并联运用原理框图ZPW-2000A系统中A、B两台接收器构成成对双机并联运用，即：A主机输入接至A主机，且并联接至B并机；B主机输入接至B主机

10、，且并联接至A并机。A主机输出与B并机输出并联，动作A主机相应执行对象(A GJ)；B主机输出与A并机输出并联，动作B主机相应执行对象(B GJ)。3）衰耗用于实现主轨道电路、小轨道电路的调整（含正反向）。给出发送接收故障、轨道占用表示及发送、接收用24电源电压、发送功出电压、接收GJ、XGJ测试条件。给出发送、接收故障报警和轨道占用指示灯等。4）电缆模拟网络设在室内，按0.5、0.5、1、2、2、22km六段设计，用于对SPT电缆的补偿，总补偿距离为10km，以便于轨道电路的调整和构成改变列车运行方向。2.3 ZPW-2000A型自动闭塞自身可以实现的自检功能2.3.1发送器1）低频编码条件

11、故障2）功出电压检测故障 3）低频频率检测故障 4）上边频检测故障 5）下边频检测 故障 6）型号选择条件故障 7）载频编码条件故障 2.3.2接收器1）CPU故障2）主机载频故障3）备机载频故障4）通信故障，CPLD故障或另一CPU故障5）安全与1输出电路故障 6）安全与2输出电路故障 7）安全与3输出电路故障 8）安全与4输出电路故障 9）EPROM故障2.4 ZPW-2000A型自动闭塞监测设计的基本理念2.4.1 ZPW-2000A型无绝缘移频自动闭塞监测设计的基本理念1）监测ZPW-2000A型无绝缘移频自动闭塞监测设备的主要电气特性，当电气特性偏离预定界限时及时报警；2）及时记录监

12、测对象的异常状况，具有一定的故障诊断能力；3）监测系统不得影响监测设备的正常工作；4）采用模块化、网络化结构，可分散、集中设置，适应不同站场要求；5）具有良好的人机界面，操作简单；6）采用统一接口、标准协议，能实现联网功能。2.4.2 ZPW-2000A型无绝缘移频自动闭塞监测网络实现的主要功能1）监测类型：监测ZPW-2000A型无绝缘移频自动闭塞设备。2）监测内容：闭塞分区轨道电路发送、接收端电压和发送端电流。3）监测点：发送电压0200V,接收电压05V。4）测量精度：20%。5）测试方式：周期巡测，巡测周期小于2min；动态监测，轨道有车占用时监测；命令监测，根据需要随时以命令方式监测

13、。 3 .ZPW-2000A型自动闭塞设备监测网络的结构设计青岛至平陵城共计34个车站（青岛、港湾、四方、沙岭庄、沧口、娄山、城阳、即墨、蓝村、青西上行场、青西下行场、胶州、姚哥庄、高密、蔡家庄、昌邑、安丘、潍坊东、潍坊、潍坊西、昌乐、谭家坊、青州、普通、临淄、东风、金岭镇、湖田、淄博、马尚、周村东、王村、章丘、平陵城），2个区间中继站（区间自闭中继站1、区间自闭中继站2）。区间采用ZPW-2000A型无绝缘移频自动闭塞，站内采用25HZ相敏轨道电路叠加ZPW-2000A型无绝缘移频。3.1 ZPW-2000A型自动闭塞监测网络监测区段的划分根据车间布局及管辖车站划分，青岛电务段胶济线可划分为

14、六个监测区段：(1)青岛监测区段 管辖范围包括：青岛、四方、港湾、沙岭庄、沧口、娄山、城阳、即墨共计8个车站。(2)青西监测区段 管辖范围包括：蓝村、青西上行场、青西下行场、区间自闭中继站1共计4个车站。(3)胶州监测区段管辖范围包括：胶州、姚哥庄、高密、蔡家庄、昌邑、区间自闭中继站2共计6个车站。(4)潍坊监测区段管辖范围包括：安丘、潍坊东、潍坊、潍坊西、昌乐、谭家坊、青州、普通共计8个车站。(5)东风监测区段管辖范围包括：临淄、东风、金岭镇共计3个车站。(6)淄博监测区段管辖范围包括：湖田、淄博、马尚、周村东、王村、章丘、平陵城共计7个车站。3.2 ZPW-2000A型自动闭塞监测网络结构

15、组成整个数传系统划分为青岛至即墨、蓝村至区间中继1、胶州至昌邑、安丘至普通、临淄至金岭镇、湖田至平陵城六个监测区段，每个区段采用二线制串接方式连接组成一个闭环，每个分机间使用两个协议转换器分别与前后站分机保持通信，速率为2M。为兼顾区间自闭中继站1、区间自闭中继站2，在与之接口的车站即墨和高密分别增设一个协议转换器，同时在胶州、潍坊和淄博设抽头站，分别与段总机通信，组成环网，即大环再分为4个小环，保证通道畅通。3.2.1系统通道连接系统通道连接示意图如图3-1。（图中每条细线代表1个2M数字通道）图3-1系统通道连接示意图3.2.2系统通信结构系统通信结构示意图如图3-2. 图3-2系统通信结

16、构示意图3.3 ZPW-2000A型自动闭塞监测网络通信接口3.3.1在各站与邻站和段服务器的网络连接中，通道采用光纤数据通道，信道的传输速率为2Mbps。通信接口遵循G.703 2M接口标准，采用非平衡同轴电缆连接，终端电阻为75，电缆长度应小于150m。也可采用高频对称电缆连接，终端电阻为120，电缆长度应小于600m。数据链路层遵循PPP协议，网络层采用IP协议，传输层采用TCP协议，应用层直接建立在TCP/IP协议之上。3.3.2在各个车站，模拟量采集分机与站机采用CAN总线连接，灯丝报警总机与站机采用CAN总线连接，DIB板开关量采集分机与站机采用RS422接口标准。3.3.3在站机

17、网络通信中，站机程序为Client,而服务器运行Server。当网络通信中断时，站机程序具有自动重连功能，并自动恢复正常通讯。数据通信采用主动发送和命令应答两种方式以减少数据通信流量，变化开关量和报警数据及其他实时状态采用主动发送方式，而模拟量及其他成批数据采用命令应答方式进行传输。3.4 ZPW-2000A型自动闭塞监测网络服务器及终端的配置3.4.1服务器的配置举例服务器站码=20 ；服务器机器码（网络通信用）电报码=QSV ；服务器电报码，用此码建立文件夹汉字名=服务器计算机类型=SERVER ；服务器运行程序类型IP=192.171.1.13.4.2服务器终端的配置服务器终端站码=21

18、 ；服务器终端机器码（网络通信用）电报码=QZD ；服务器终端电报码，用此码建立文件夹汉字名=服务器终端计算机类型=CLIENT ；服务器终端运行程序类型IP=192.171.1.1DOMAIN=201 202 203 . 235 236 ；所有站机的站码，本设计共36个3.4.3试验室终端的配置试验室终端站码=22 ；试验室终端机器码（网络通信用）电报码=QSY ；试验室终端电报码，用此码建立文件夹汉字名=试验室终端计算机类型=CLIENT ；试验室终端运行程序类型IP=192.171.1.2DOMAIN=201 202 203 . 235 236 ；所有站机的站码，本设计共36个3.4.4

19、车间终端的配置（举例：青岛车间终端）车间终端站码=31 ；青岛车间终端机器码（网络通信用）电报码=QQJ ；青岛车间终端电报码，用此码建立文件夹汉字名=青岛车间终端计算机类型=CLIENT ；青岛车间终端运行程序类型IP=192.171.1.11DOMAIN=201 202 . 207 208 ；所有青岛车间管辖范围内站机的站码，本设计青岛车间共8个4 ZPW-2000A型自动闭塞设备的信息采集与处理模块的设计车站数据采集系统主要由车站分机和车站PC两大部分构成，其中车站分机由分机电源防雷、分机电源板（PWR）、数据采集单元（DIB）、通信处理单元（DCOM）、模拟量采集分机、移频传感器、电流

20、采集模块、路由器、协议转换器等设备组成。4.1 ZPW-2000A型自动闭塞监测网络设备的车站硬件系统结构车站硬件系统结构图如图4-1。图4-1车站硬件系统结构图4.1.1电源防雷 每个车站安装一台电源防雷，容量为20A，信号稳压电源220V输入经防雷后输出至监测机柜及UPS，防雷接地线的电阻小于10。4.1.2 DIB板采集分机DIB板采集分机有分机电源板（PWR）、数据采集单元（DIB）、通信处理单元（DCOM）等构成。（1）电源板（PWR） PWR板提供DIB板采集分机内DIB板及DCOM板电源，输入为交流220V，输出为+5V，+12V，-12V等几种电源。（2）数据采集单元（DIB）

21、DIB板是开关量采集设备，每块DIB板上都有一微处理器（80C31）处理采集64位开关量并与采集点间光电隔离。开关量采集范围是交流12V24V。DIB板有一地址旋钮，根据车站规模大小可以选用多块DIB板。区间轨道状态和站内FBJ以及区间FBJ状态由分机DIB板采集。（3）通信处理单元（DCOM）DCOM板是整个DIB板采集分机数传系统的核心，CPU时钟频率为20MHZ，它共有6个数字口（422/232可选），分别同DIB板、车站PC和路由器连接，将DIB板采集的设备状态信息送至路由器经协议转换器，将数据送至段总机协议转换器。4.1.3模拟量采集分机模拟量采集分机，监测区间移频发送、接收电压及载

22、频、低频信息，监测站内电码化电压、电流及载频、低频信息，区间信号点点灯状态的采集，对采集的数据进行A/D转换等预处理。还可以预留其他设备的采集单元，与站机用CAN总线相连。电流采集模块，用于区间信号机点灯状态的采集，安装在区间分线盘上。4.1.4站机站机为工控机，由一台IBM PC和一台PCM 1KVA后备式UPS组成，对采集数据进行分类，存储处理，同时兼有操作界面，并通过RS422方式与DIB板采集分机DCOM相连，通过CAN总线与模拟量采集分机和灯丝报警总机相连。4.1.5网络设备网络连接通过左右邻站和段服务器通信，包括路由器、协议转换器以及各类接口线等。4.1.6 UPS的连接站机的CO

23、M2口与UPS通信。连接图如图4-2：图4-2站机与UPS的连接图4.1.7灯丝报警总机与车站PC的连接灯丝报警总机与车站PC采用CAN总线方式连接，通信按标准通信协议处理。4.2 ZPW-2000A型自动闭塞的设备区间轨道状态及区间和站内FBJ的采集4.2.1区间轨道继电器状态的采集区间轨道继电器状态采集QGJ的前接点，采集电源为JZ，环接电源为JF，当QGJ吸起时，DIB板采集到JZ电源后，与环接到的JF沟通发光二极管，使光电耦合器导通，在输出端呈现高电位，DIB板即判断采集到QGJ的吸起状态；当QGJ落下时，DIB板采集不到JZ电源时，DIB板的发光二极管不通，光电耦合器不通，在输出端呈

24、现低电位，DIB板即判断采集到QGJ的落下状态。采集示意图如图4-3所示。图4-3区间轨道继电器状态的采集示意图4.2.2区间和站内FBJ的采集区间和站内FBJ状态采集FBJ的前接点，采集电源为JZ，环接电源为JF，当FBJ吸起时，DIB板采集到JZ电源后，与环接到的JF沟通发光二极管，使光电耦合器导通，在输出端呈现高电位，DIB板即判断采集到FBJ的吸起状态；当FBJ落下时，DIB板采集不到JZ电源时，DIB板的发光二极管不通，光电耦合器不通，在输出端呈现低电位，DIB板即判断采集到FBJ的落下状态，设备为一级报警。采集示意图如图4-4所示。图4-4区间和站内FBJ的采集示意图4.3 ZPW

25、-2000A型自动闭塞设备区间的发送、接收电压及载频、低频的采集4.3.1区间发送电压及载频、低频的采集由移频传感器和模拟量采集分机完成，移频传感器的工作电源由模拟采集分机供出的+12V、-12V提供，采集到的信号经D/A转换和各种运算放大电路进行处理。移频传感器的采集线并接到发送盒的S1、S2功出端子上，对应输出电压、载频、低频，所有输出发送到模拟量采集分机。具体连接如图4-5所示。图4-5区间发送盒采集示意图4.3.2区间接收电压及载频、低频的采集由移频传感器和模拟量采集分机完成，移频传感器的工作电源由模拟采集分机供出的+12V、-12V提供，采集到的信号经D/A转换和各种运算放大电路进行

26、处理。移频传感器的采集线并接到接收盒的轨出1端子上，对应输出电压、载频、低频，所有输出发送到模拟量采集分机。具体连接如图4-6所示。图4-6区间接收盒采集示意4.4 ZPW-2000A型自动闭塞设备的站内发送电压、电流及载频、低频的采集站内发送电压、电流及载频、低频的采集同样可以由移频传感器和模拟采集分机共同完成，只是因为采集电流，需要增加霍尔元件。移频传感器的工作电源由模拟采集分机供出的+12V、-12V提供。电压的采集和区间类似，电流的采集必须把发送盒的功出线拆掉一根穿过霍尔元件后再焊接到以前的位置。因为站内电码化的功出线使用的是屏蔽线，必须换成非屏蔽线。对于预发码区段需要设置两套测试装置

27、。具体采集连线如图4-7所示。图4-7站内电码化采集示意图4.5 ZPW-2000A型自动闭塞设备区间信号机点灯状态的采集区间信号机点灯状态的采集由电流采集模块和模拟采集分机共同完成，电流采集模块的工作电源由模拟采集分机供出的+12V、-12V提供。电流采集模块的工作原理是区间信号机点灯时，利用点灯回路中的电流完成采集，电流的采集必须把点灯的去线拆掉穿过电流采集模块后再焊接到以前的位置。具体采集连线如图4-8所示。图4-8区间信号机采集示意图5 ZPW-2000A型自动闭塞设备监测网络监测软件的结构设计5.1 ZPW-2000A型自动闭塞监测网络站机监测软件的功能 5、1、1图形的生成、存储、

28、再现。a)区间移频发送电压、接收电压的日曲线b)站内电码化电压的日曲线5.1.2表格的生成、存储、再现a)区间移频发送电压、接收电压测试表b)站内电码化电压、电流测试表5.1.3报警信息的存储、再现及报警方式a)故障报警分为二级一级报警内容：区间信号点故障，移频设备故障一级报警方式：声光报警，自动切断二级报警内容：电气特性超标二级报警方式：灯光报警5.1.4向段机传送数据5.1.5接收并执行车间机控制命令5.1.6为邻站提供数据5.1.7实现人机对话5.1.8及时向车间（工区）提供报警信息5.1.9授权修改基准参数5.1.10留有原始数据输出接口（供各级分析用）5.2ZPW-2000A型自动闭

29、塞监测网络站机监测软件的原理5.2.1站机软件结构：站机软件结构如图5-1：5.2.2站机程序包括的模块及功能如下：（1）站机与模拟量采集分机通信模块采用CAN多主模式和主从模式相结合的方式与采集机进行通信，并对接收到的采集机数据按照类型处理、存放。（2）逻辑处理模块判断设备运用状态，在采集机对测试数据预处理的基础上，进一步对测试数据进行分析、处理、存储。（3）人机界面模块根据对信号设备实时监测的结果，实现列车运行状态及信号设备运用状态的实时显示，实现人机对话。（4）网络通信模块按约定的网络通信协议实现与车间机的数据传输。（5）静态资源读入及处理模块读入描述分机端子配线所有静态资源文件，并进行

30、预处理。（6）站场显示模块读入站场描述文件，在显示器上根据当前开关量的状态实时更新显示。5.3 ZPW-2000A型自动闭塞监测网络站机软件运行环境5.3.1车站PC是工控机，它的要求是：CPU：Pentium266或更高RAM：64M以上，推荐128M硬盘：10G以上显示适配器：支持800*600*64K模式另：网卡、CAN卡、声卡、打印机（可选）5.3.2支持软件：操作系统：Windows NT4.0编程环境：Visual C+ 6.0 Service Pack 6.0配置软件：网卡驱动软件，CAN卡驱动软件、显卡驱动软件、声卡驱动软件、打印机驱动软件（可选）工具软件：压缩软件WINZIP

31、325.4ZPW-2000A型自动闭塞监测网络站机软件目录结构站机所有软件需按照下列目录结构存放。其中WINNT为WINDOWS NT 4.0的安装目录，USER为站机软件使用目录，WINNT和USER目录可位于不同的驱动器，USER目录使用的驱动器应留有较大的剩余空间。目录结构见图5-2。图5-2站机软件目录结构图5.4.1车站网络设置在网络通信中，需要对各站的PC机、路由器、协议转换器等网络设备进行设置。在整个网络系统中，各站的设置不能相同，使之能在网络通信中进行识别。现将站机配置文件中的配置举例如下：站机1 ；第一个站机本地地址码=201 ；站机码（网络通信用）本地电报码=QDZ ；本地电报码，用此码建立文件夹本地汉字名=青岛站 ；本地车站名称IP