吳宏松 張 燕

（成都鐵路通信設(shè)備有限責(zé)任公司，成都 610045）

1 概述

我國鐵路的站內(nèi)軌道電路,目前均使用97型25 H z相敏軌道電路。軌道電路的抗干擾和可靠性大幅度提高。隨著電子技術(shù)尤其是微處理器技術(shù)的發(fā)展，相敏軌道電路接收器也在逐步向電子化、微處理器方向發(fā)展。微電子化接收器由于采用無機(jī)械接點等優(yōu)勢，在無卡阻、返還系數(shù)、信號過濾、故障報警等技術(shù)方面具有很高優(yōu)勢。但由于引入了微電子電路，其可靠性和安全性設(shè)計成為接收器設(shè)計的關(guān)鍵。本文主要從JXD25型接收器的設(shè)計原則、目標(biāo)、功能組成以及安全性、可靠性的設(shè)計思路進(jìn)行介紹。

2 微電子接收器開發(fā)原則及目標(biāo)

微電子接收器的開發(fā)目標(biāo)是本著滿足97型相敏軌道電路的總體要求，在電路設(shè)計上保證安全性和可靠性需求，安裝方式采用鐵路通用的插接模式，以提高工程施工的兼容性。

1）接收器采用具有故障－安全特性的二取二雙CPU結(jié)構(gòu)和動態(tài)驅(qū)動輸出電路，滿足系統(tǒng)高安全性要求。

2）信號處理采用微處理器和數(shù)字處理技術(shù)，對局部電壓和軌道電壓的25 H z信號的相位和幅度進(jìn)行采集、比較和分析，對雜波信號進(jìn)行濾波處理和邏輯判別。使系統(tǒng)在可靠性方面的性能提高，并根據(jù)運用狀況，設(shè)置多檔工作值，以適應(yīng)不同的接收電壓。

3）接收器具有多個輸入接口，可組成為一送一受、一送二受、一送三受等工作狀況，減少站內(nèi)軌道接收器的使用數(shù)量，提高系統(tǒng)的可靠性。

4）接收器可設(shè)置RS-485或CAN通信接口，實現(xiàn)集中監(jiān)測接收器的各種技術(shù)參數(shù)和報警信號等信息。

3 設(shè)計

3.1 總體設(shè)計

電子接收器總體結(jié)構(gòu)設(shè)計采用通用性較強(qiáng)的A X安全繼電器結(jié)構(gòu)型式，采用帶金屬屏蔽防護(hù)的外殼，以達(dá)到減少電磁干擾的目的。接收器采用二取二雙CPU微處理器設(shè)計，輸入信號采用隔離、濾波后直接輸入處理器，由處理器進(jìn)行波形分析得到相角和幅值。微處理器輸出采用交流動態(tài)輸出，狀態(tài)回采模式，提高系統(tǒng)的安全性。

3.2 主要功能電路

電子接收器按功能劃分為以下幾個模塊。

1）局部電壓濾波和隔離電路

局部電壓來自電源屏采用配線模式引入到本設(shè)備，由于配線較長，會引入較多的干擾信號和雜波脈沖。如不能很好地消除這些干擾，其進(jìn)入處理電路后會造成誤判、錯判，嚴(yán)重時甚至?xí)固幚砥鬟M(jìn)入死機(jī)狀態(tài)，使設(shè)備可靠性下降，因此必須對此部分干擾進(jìn)行抑制并盡量降低其幅度，此部分干擾一般是隨電源屏進(jìn)入的脈沖干擾和電源變換過程中產(chǎn)生的高頻干擾。此部分電路由無源器件和變壓器組成，對局部電壓信號進(jìn)行濾波處理，經(jīng)處理后的信號可降低脈沖雜波信號干擾和高頻信號干擾，起到對信號回路和處理回路的物理隔離，使微處理器有一個較好的工作環(huán)境，同時也降低各種干擾信號引起的誤動作，提高設(shè)備的可靠性。

2）軌道電壓輸入防護(hù)電路

由于此部分信號來自于室外軌道上，具有外界電氣干擾大，特性阻抗變化劇烈等特點，尤其是電氣化鐵路區(qū)段50 H z干擾非常明顯，必須對此部分信號進(jìn)行抑制，以避免形成對25 H z信號和相位的干擾。同時由于此部分輸入和室外線纜、軌道連接，還需要考慮可能的高電壓信號硬損傷。如不能很好的消除這些干擾，其進(jìn)入處理電路后會造成誤判、錯判，嚴(yán)重時甚至?xí)固幚砥鬟M(jìn)入死機(jī)狀態(tài)，嚴(yán)重影響設(shè)備可靠性和可用性，甚至影響到安全性，必須考慮此部分的防護(hù)。本部分電路由線路匹配、諧振選頻、過壓保護(hù)、有源濾波等電路組成，完成對輸入的軌道電壓進(jìn)行阻抗變換和信號濾波功能，使輸出信號純凈無雜波。輸入來自室外的軌道電壓，通過阻抗匹配變壓器輸入經(jīng)諧振電路選頻，和過壓保護(hù)電路保護(hù)后進(jìn)入有源濾波電路，濾除高頻干擾信號后送入CPU電路進(jìn)行處理。經(jīng)過此部分電路處理后，可將各種雜波信號濾除，使送入后級電路的信號具有較好的波形，為后級電路準(zhǔn)確分析信號創(chuàng)造良好條件。

3）微處理器電路和動態(tài)驅(qū)動電路

微處理器電路和輸出電路是本接收器的關(guān)鍵電路，也是決定安全性和可靠性的關(guān)鍵。本接收器采用二取二雙CPU微處理器分別進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣、軌道電壓的幅值與相位處理，動態(tài)輸出驅(qū)動信號，兩CPU的同步比較和結(jié)果比較以及故障-安全控制等電路功能，其流程是采集電路接收到信號后分別在兩個處理器中與設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)值比較。當(dāng)兩個運算器經(jīng)運算后滿足條件時，分別輸出各自的交流驅(qū)動信號，此驅(qū)動信號通過光電耦合器進(jìn)入驅(qū)動電路。經(jīng)過動態(tài)變換后產(chǎn)生24 V驅(qū)動電壓，驅(qū)動后級繼電器工作。如任一微處理器沒有輸出動態(tài)方波信號而是輸出高或低電平，或任意一路由于元件失效等因素未能使兩路動態(tài)方波同時到達(dá)動態(tài)變換電路，或回采的輸出信息和驅(qū)動狀態(tài)不一致時，處理器將導(dǎo)致設(shè)備倒向安全狀態(tài)。另外，在電路中還設(shè)計有可避免外電路對電源的干擾，避免內(nèi)部電路產(chǎn)生干擾信號以及電源防護(hù)措施等，使系統(tǒng)工作可靠和穩(wěn)定。

3.3 安全性設(shè)計

系統(tǒng)對安全性設(shè)計綜合來說采取了以下措施。1）輸入電路安全性設(shè)計

所有輸入信號均采用隔離輸入，避免各支路間互相干擾，避免故障時對外電路產(chǎn)生不良影響，以提高設(shè)備的安全性，并且采用雙回路輸入電路。

2）處理器及輸出電路的安全性設(shè)計

采用二取二雙CPU結(jié)構(gòu)和動態(tài)驅(qū)動輸出電路。當(dāng)兩處理器對所處理的數(shù)據(jù)滿足條件時，才開始輸出驅(qū)動信號；兩處理器的輸出信號在輸出電路中進(jìn)行硬件的“與”，并采用狀態(tài)回采方式檢測此兩輸出信號的有效性，以避免由于處理器故障而導(dǎo)致后級電路處于“吸起”狀態(tài)。每個處理器都有看門狗定時器，當(dāng)出現(xiàn)程序意外死鎖時，可自動復(fù)位；每個處理器都有電源電壓檢測，當(dāng)出現(xiàn)電源故障時，可自動復(fù)位。

3）軟件的安全性設(shè)計

軟件設(shè)計在遵循故障-安全的原則基礎(chǔ)上，采用模塊化設(shè)計，并能自我診斷以保證軟件運行的安全性和完整性；配合看門狗保證軟件的暢通性。為防止輸入、輸出信號中的干擾因素，在軟件中采用延遲和緩動設(shè)計，以保證數(shù)據(jù)處理的準(zhǔn)確性。

3.4 可靠性設(shè)計

1）采用數(shù)字信號處理技術(shù)，簡化外圍電路，降低系統(tǒng)故障率，提高了可靠性。

2）所有的輸入信號通道、局部電源設(shè)計有電壓保護(hù)以及濾波電路、有源低通濾波、隔離電路，有效濾除各種干擾信號以及軌道電壓信號上疊加的其他尖峰干擾電壓信號，在保證不損壞內(nèi)部電路前提下，還可以提高接受信號的純潔度，減少后級誤動作和受干擾停機(jī)，提高了設(shè)備的可靠性。

3）設(shè)備采用帶金屬屏蔽防護(hù)的外殼，以減少電磁干擾。

4 結(jié)束語

該接收器較好解決了原二元二位繼電器接點卡阻、抗電氣化干擾能力不強(qiáng)、返還系數(shù)低等問題，保證與原二元二位繼電器的接收阻抗、接收靈敏度相同，對配合既有線路和其他軌道電路配套器材提供了良好外部條件。同時由于采用各種安全措施，提高了接收器的安全性和可靠性。對一送多受功能的優(yōu)化和配合，給工程設(shè)計帶來很大的便利，減少布線和器材的使用，接收器從配線到器件的配置，與先期的微電子接收器相比較都節(jié)省許多，對目前接收器存在的問題還需根據(jù)工程實踐繼續(xù)完善和解決。

[1]安海軍，李建清，吳保英．25 Hz相敏軌道電路[M]．北京：中國鐵道出版社，2008．

[2]王雨新．WXJ25型微電子相敏軌道電路接收器[J]．鐵道通信信號，1999（35）：3.