孫國(guó)長(zhǎng)

隨著鐵路運(yùn)輸業(yè)的高速發(fā)展，信號(hào)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(yàn)內(nèi)容多、模擬電路連通條件不完善等，都會(huì)直接影響道岔設(shè)備的模擬試驗(yàn)效果，進(jìn)而影響設(shè)備的正常開(kāi)通使用。通過(guò)調(diào)研分析，造成道岔設(shè)備模擬試驗(yàn)不徹底的原因主要有以下幾點(diǎn)：①道岔扳動(dòng)試驗(yàn)時(shí)，有時(shí)用手搖把，有時(shí)用簡(jiǎn)單電路；②用簡(jiǎn)單電路試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)內(nèi)容不全面；③采用定型組合時(shí)，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(xiàng)試驗(yàn)，由于連通條件不完善，易造成道岔模擬試驗(yàn)不徹底，影響正常開(kāi)通。

針對(duì)上述問(wèn)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(yàn)裝置（簡(jiǎn)稱試驗(yàn)裝置），它能夠有效地進(jìn)行道岔試驗(yàn)，提高道岔模擬試驗(yàn)質(zhì)量，消除故障隱患，確保工程正點(diǎn)開(kāi)通。該試驗(yàn)裝置能夠?qū)⑹覂?nèi)外設(shè)備仿真綜合于一體，減少了對(duì)試驗(yàn)人員的技術(shù)要求，并按確定的試驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行智能判斷、記錄、錯(cuò)誤提示、缺項(xiàng)卡控等，確保模擬試驗(yàn)完整正確。

1 設(shè)計(jì)方案

1.1 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)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(yàn)，并實(shí)現(xiàn)室外道岔模擬試驗(yàn)智能化。整體結(jié)構(gòu)包括：①設(shè)備連接線采用可檢測(cè)的插接方式，防錯(cuò)誤配線；②操控方式與實(shí)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(cè)功能；⑤具有道岔動(dòng)作電流檢測(cè)，相序檢測(cè)及電源相序的轉(zhuǎn)換功能；⑥采用接觸器控制電機(jī)動(dòng)作，配有300 Ω/200 W 電阻仿真電機(jī)線圈；⑦具有漏電人身防護(hù)、過(guò)流保護(hù)及錯(cuò)接電源防護(hù)功能。

1.2 外部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

施工專用道岔模擬試驗(yàn)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(dòng)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(yàn)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(shí)自動(dòng)限定道岔扳動(dòng)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(shí)自動(dòng)限定道岔扳動(dòng)操作。

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

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

6）動(dòng)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(dòng)過(guò)程中轉(zhuǎn)換）。

8）道岔類型轉(zhuǎn)換鈕：非自復(fù)式按壓按鈕，實(shí)現(xiàn)ZD6 類與ZYJ7 類的轉(zhuǎn)換，主要用于分機(jī)、單機(jī)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(guò)程中也可及時(shí)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(guò)程中也可及時(shí)操回反位。

11）急停鈕：紅色自復(fù)式按鈕，用于道岔轉(zhuǎn)換過(guò)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(dòng)作電源為三相380 V；ZD6 類為四線、六線制道岔，動(dòng)作電源為DC 220 V。

13）三相漏電保護(hù)器，兼作10 A 總?cè)蹟嗥鳌?/p>

14）電源插座用于供給主機(jī)AC220 V 電源。

15）USB 口用于連接主機(jī)USB。

1.3 內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)裝置主要由電源、工控系統(tǒng)、單片機(jī)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(hù)器、電源開(kāi)關(guān)和電源控制單元組成，主要用于對(duì)工控機(jī)、單片機(jī)單元和設(shè)備動(dòng)作供電；系統(tǒng)通過(guò)單片機(jī)單元實(shí)現(xiàn)電流監(jiān)測(cè)和按鈕檢測(cè)，并對(duì)繼電器驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)電路的控制，完成對(duì)室內(nèi)、外設(shè)備的動(dòng)作。系統(tǒng)內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。

2 工作原理

2.1 整機(jī)工作原理

1） 單片機(jī)具有微秒級(jí)運(yùn)算和高穩(wěn)定性特點(diǎn)，負(fù)責(zé)對(duì)外接按鈕狀態(tài)、航空插座狀態(tài)和表示繼電器狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，同時(shí)監(jiān)測(cè)直流和三相交流動(dòng)作電流，并將數(shù)據(jù)經(jīng)USB 通信傳送給工控機(jī)，同時(shí)接收工控機(jī)運(yùn)算結(jié)果。

圖2 施工專用道岔模擬試驗(yàn)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(dòng)、停機(jī)等功能。

3）工控機(jī)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(shí)，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電流變化。當(dāng)電流達(dá)到額定值時(shí)，先記錄動(dòng)作時(shí)間，再利用單片機(jī)控制繼電器，切斷啟動(dòng)電路，構(gòu)成新的表示電路；當(dāng)模擬室內(nèi)電路時(shí)，依據(jù)按鈕的屏幕指令，驅(qū)動(dòng)控制繼電器動(dòng)作，向外部供電并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電流狀態(tài)；當(dāng)電流達(dá)到額定值后，保持扳動(dòng)狀態(tài)，等待外部啟動(dòng)電路斷開(kāi)后，切斷送電，恢復(fù)初始狀態(tài)并構(gòu)成新的表示監(jiān)測(cè)電路。

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

2.2 監(jiān)測(cè)表示電路原理

監(jiān)測(cè)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(shí)具有檢測(cè)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(diǎn)

1）分機(jī)可單獨(dú)操控，用于道岔安裝調(diào)試。

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

3）通過(guò)主控微機(jī)智能判斷卡控技術(shù)條件，保證模擬試驗(yàn)的正確性：①道岔無(wú)表示不能啟動(dòng)模擬試驗(yàn)；②卡控定反位出桿方向一致；③卡控道岔類型、出桿與接點(diǎn)閉合的邏輯關(guān)系；④區(qū)分五線制道岔表示支路的接點(diǎn)；⑤區(qū)分五線制道岔的41、42（11、12） 與其他啟動(dòng)接點(diǎn)；⑥受阻試驗(yàn)如判定為比正常動(dòng)作時(shí)間長(zhǎng)5 s，即自動(dòng)停機(jī)；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(cuò)誤時(shí)限定道岔扳動(dòng)；⑧根據(jù)各個(gè)步驟內(nèi)容有效限定道岔是否扳動(dòng)，提高試驗(yàn)效率；⑨詳細(xì)記錄道岔動(dòng)作、表示變化的時(shí)刻和動(dòng)作時(shí)間；⑩試驗(yàn)內(nèi)容可部分單獨(dú)重做。

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

5） 試驗(yàn)時(shí)記錄或顯示道岔三相電源的相序，涵蓋全部試驗(yàn)內(nèi)容。

4 安裝操作方法

1）電源連接。斷開(kāi)分機(jī)漏電保護(hù)器開(kāi)關(guān)，把電源電纜的航插對(duì)應(yīng)插入分機(jī)的三相電源引入端，然后分別按電源標(biāo)識(shí)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(yàn)。①合上漏電保護(hù)器開(kāi)關(guān)，如果分機(jī)內(nèi)部聲光報(bào)警，則判斷為A、N 端220 V 錯(cuò)誤接入380 V 電源，關(guān)閉開(kāi)關(guān)復(fù)查，如果5 s 后表示燈亮，說(shuō)明電源、設(shè)備良好；②啟動(dòng)漏電保護(hù)器試驗(yàn)按鈕，正常斷電，復(fù)位后送電。

3）控制線連接。按試驗(yàn)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(cè)表示電路原理

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

5） 多機(jī)操控。一臺(tái)主機(jī)最多可帶6 個(gè)分機(jī)，按分機(jī)的出廠號(hào)從小到大排序，并與所連道岔對(duì)應(yīng)。

6）試驗(yàn)道岔室內(nèi)電路。無(wú)論室外道岔定位設(shè)計(jì)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(duì)應(yīng)連接（未使用的不連）。

7）試驗(yàn)道岔室外電路。道岔定位設(shè)計(jì)是1、3閉合，ZD6 四線制類，按X1、X2、X3、X4 與電纜盒1、2、3、5 對(duì)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(duì)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(duì) 應(yīng)連接。

道岔定位設(shè)計(jì)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(duì)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(duì)應(yīng)連接；ZYJ7 五線制類，按ZYJ7 單動(dòng)類按X1、X2、X3、X4、X5 與電纜盒1、3、2、5、4 對(duì)應(yīng)連接。

5 結(jié)束語(yǔ)

施工專用道岔模擬試驗(yàn)裝置已經(jīng)通過(guò)了北京局集團(tuán)公司的技術(shù)評(píng)審，并經(jīng)多次調(diào)試完善，可有效縮短模擬試驗(yàn)時(shí)間，提高模擬試驗(yàn)質(zhì)量，可大大降低道岔模擬試驗(yàn)過(guò)程中對(duì)試驗(yàn)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(yàn)標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化、表格化，減少了試驗(yàn)過(guò)程中可能存在的丟項(xiàng)、漏項(xiàng)，試驗(yàn)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(yàn)，目前已在天津、北京、北京西、石家莊、唐山電務(wù)段推廣使用。