西南交通大学
本科毕业设计（论文）
城市轨道交通信号系统控制设计
年 级：2012级
学 号：********
* ****
专 业：电气工程及其自动化
指导老师： ***
2014年6月
院系 西南交通大学网络教育学院 专 业 电气工程及其自动化
年级 2012-20班(专本) 学 号 ******** 姓 名 许勇 学习中心 重庆轨道交通学习中心 指导教师 高国强
题目 城市轨道交通信号系统控制设计
指导教师
评 语
是否同意答辩 过程分(满分20)
指导教师 (签章)
评 阅 人
评 语
评 阅 人 (签章)
成 绩
答辩组组长 (签章)
年 月 日
毕 业 论 文 任 务 书
班 级 2012-20班(专本) 学生姓名 许勇 学 号 12823154
开题日期：2014年01月20日 完成日期： 年 月 日
题 目 城市轨道交通信号系统控制设计
1、本论文的目的、意义
1.对信号系统的整体认知
2.对信号系统中各子系统功能作用的分析
3.对以CI、ATS、ATO、ATP构成分析与设计
2、学生应完成的任务
1.查阅各信号子系统资料
2.了解各子系统的作用和功能
3.结合工作了解及熟悉信号系统的构成
4.开始资料的收集及初稿的写作
5.在老师的指导下完成终稿
3、论文各部分内容及时间分配：（共 12 周）
第一部分 毕业论文（设计）开题 (1周)
第二部分 技术资料、相关资料准备 (2周)
第三部分 毕业设计正文的书写和图表制作及绘制、内容校核、排版 ( 3-7周)
第四部分 毕业设计内容校核、排版 ( 8-9周)
第五部分 根据指导老师的修改意见进行修改、完善及定稿 (10-11周)
评阅及答辩 ( 12周)
备 注
指导教师： 年 月 日
审 批 人： 年 月 日
诚信承诺
一、本论文是本人独立完成；
二、本论文没有任何抄袭行为；
三、若有不实，一经查出，请答辩委员会取消
本人答辩（评阅）资格。
承诺人（钢笔填写）：
年 月 日
目 录
摘 要 ....................................................................................................................................................................... I 第一章 前 言 .......................................................................................................................................................... 1 第二章 信号控制方式要求 ...................................................................................................................................... 5
第一节 放大电路的主要性能指标 .................................................................................................................... 7 第二节 频率的应用 ............................................................................................................................................ 9 第三节 信号处理方法 ...................................................................................................................................... 12 第三章 联锁系统 .................................................................................................................................................... 12
第一节 联锁与行车 .......................................................................................................................................... 12 第二节 联锁功能实现的原则 .......................................................................................................................... 14 第四章
EI32-JD型计算机联锁子系统............................................................................................................. 16
第一节 设备机构与信息传递 .......................................................................................................................... 17 第二节 系统的操作与表示内容 ...................................................................................................................... 19 第三节 联锁功能 .............................................................................................................................................. 21 第四节 机械结构和工艺标 .............................................................................................................................. 28 第五节 系统安全性能 ...................................................................................................................................... 32 第五章 信号机 ........................................................................................................................................................ 33
第一节 信号机构成 .......................................................................................................................................... 34 第二节 其它性能指标 ...................................................................................................................................... 34 第六章 轨道电路 .................................................................................................................................................... 36
第一节 计轴设备技术方案概述 ...................................................................................................................... 36 第二节 计轴设备技术方案特点 ...................................................................................................................... 37
第三节 系统构成 .............................................................................................................................................. 38 第四节 室内主机柜 .......................................................................................................................................... 38 第五节 对外接口 .............................................................................................................................................. 40 第六节 电源要求 .............................................................................................................................................. 41 第七节 复零方式 .............................................................................................................................................. 41 第八节 防雷和接地 .......................................................................................................................................... 41 第九节 站间通信 .............................................................................................................................................. 41 第十节 电缆要求 .............................................................................................................................................. 42 第十一节 室外设备传感器 .............................................................................................................................. 42 第七章 转辙机 ........................................................................................................................................................ 43
第一节 ZD(J)9系列电动转辙机 .................................................................................................................... 44 第八章 继电器设备要求 ........................................................................................................................................ 46
第一节 电符号和触点形式 .............................................................................................................................. 46 第二节 继电器的工作原理或结构特征 .......................................................................................................... 47 第三节 多种用途继电器选用 .......................................................................................................................... 48 第九章 信号控制不间断电源系统 ........................................................................................................................ 52
第一节 供变电系统信号电路与操作电源 ...................................................................................................... 52 第二节 电源系统设置 ...................................................................................................................................... 54 第三节 电源系统总体要求 .............................................................................................................................. 55 第四节 内部接口 .............................................................................................................................................. 57 第五节 系统内部通讯 ...................................................................................................................................... 60 第十章 列车控制系统 ............................................................................................................................................ 60
第一节 轨道交通信号运行与管理 .................................................................................................................. 60 第二节 列车自动防护 ...................................................................................................................................... 61 第三节 列车自动控制 ...................................................................................................................................... 66 第四节 监督与控制 .......................................................................................................................................... 68 第十一章 控制中心配置 ......................................................................................................................................... 72
第一节 显示技术与工作原理 .......................................................................................................................... 72 第二节 控制室图形控制器 TRANSFORM ................................................................................................... 74 第三节 显示墙管理软件Apollo概要 ............................................................................................................ 77 总 结 ....................................................................................................................................................................... 82 致 谢 ..................................................................................................................................................................... 84 参考文献 ..................................................................................................................................................................... 84
西南交通大学网络教育毕业设计（论文） I
摘 要
轨道交通信号是组织、指挥、控制行车的技术设备，是信号、联锁、闭塞设备的总称。信号控制的主要任务是：一方面要集中控制站内信号、到查、进路，发出行车命令去指挥列车安全迅速地运行，另一方面要完成站内信号、道岔、进路之间的联锁任务，保证行车安全，提高行车效率。
轨道交通客运是高度集中统一的指挥，才能保证列车安全、迅速不间断地运行。由于车站信号在保证行车安全、提高行车密度、改善劳动条件、降低建设成本和节约运营费用用于占有重要的地位，所以在轨道交通现代化的进程中，计算机联锁技术受到日益重视和发展。
城市轨道交通信号系统化是现代运量、高密度的轨道交通自动控制系统中的重要主城部分，是一个严谨、科学、安全、可靠和先进的列车自动控制系统（ATC），由计算机联锁系统（故障-安全系统）、列车自动防护系统（ATP）、列车自动驾驶系统（ATO）和列车自动监督系统化（ATS）四个主要子系统。各个系统间相互关联，实现地面控制和车载自动控制箱结合、现地控制欲中心控制结合，构成一个安全设备为基础，集行车和运行调控等功能为一体的列车自动控制系统。通过信息交换网络构成闭环系统，充分发挥了保证行车安全、提高效率、缩短行车间隔、促进管理现代化、提高综合运营能力。
本文着重阐述信号系统的功能的需求，为设备定型提供依据。
关键字：信号，控制，联锁，移动闭塞
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第一章 前 言
城市轨道交通信号是组织指挥列车运行，保障行车安全，提高运输效率，传递信息，改善行车人员劳动条件的关键设施，信号设备是轨道交通主要技术装备之一。而信号控制设备的装备水平和技术顺祝你也是铁路现代化设施的重要标志。
轨道交通行车设备组成主要由联锁、继电设备、轨道电路、道岔（转辙机）、信号机及移动闭塞技术等构成信号系统基础，他们的质量和可靠性直接影响信号系统效能的发挥、可靠性的提高，在轨道交通运输现代化的进程中，信号基础设备在不断的发展更新和改造。
轨道交通运输已经向高速、高密度、重载发展需要现代化信号设备，计算机技术啊、网络技术、现代通信技术等现代化技术的发展为轨道交通信号构成了实现现代化的平台。信号系统现代化技术越来越成为轨道交通现代化的重要标志和主要内容。轨道交通的发展方向是数字化、网络化、智能化、和综合化。
计算机联锁运用。
控制车站站内的道岔、进路、信号机显示并实现他们之间逻辑关系的系统成为联锁系统。联锁系统经历了机械化联锁、机电联锁和电气集中联锁几个阶段，目前采用计算机联锁技术已经很成熟。
国内外计算机联锁发展情况，我国因整体工业技术水平落后于西方，工业起步较晚，在联锁及整个铁路和轨道交通行业的发展相对落后。我国的相关技术主要以引进、消化、仿制、创新为主。国内的联锁主要有铁科院研制的TYJL-II/III型，TYJL-TR9型。通号信号研究所早期的DS6-11/20,现在的DS6-60。交大微联与日本信号联合研制的EI32-JD计算机联锁系统。
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世界主要技术发达国家的计算机联锁情况如下：
德国，西门子公司，SIMIS系统。
日本，日本信号，SMILK-I/II/III型及K/N型。
美国，通用信号，GRS的VPI系统和信号公司的US&S的MICROLOCK系统。
瑞典，EBILOCK950系列。
英国，SSI系统。
无论是国内国外的计算机联锁系统，它们都有一个共性及要么是双机热备，要么是三取二表决模式。在安全性及可靠性方面，各个系统表现都相当不错。
移动闭塞技术。
在轮轨交通中, 为保证列车运行安全, 须保证列车间以一定的安全间隔运行。早期, 人们通常将线路划分为若干闭塞分区, 以不同的信号表示该分区或前方分区是否被列车占用等状态, 列车则根据信号显示运行。不论采取何种信号显示制式, 列车间都必须有一定数量的空闲分区作为列车安全间隔。地铁的信号原理也基于此。但由于地铁的特殊条件,对安全的要求更加严格,因此必须配备列车自动保护(A TP) 系统。A TP 通过列车间的安全间隔、超速防护及车门控制来保证列车运行的安全畅通。在固定划分的闭塞分区中,每一个分区均有最大速度限制。若列车进入了某限速为零或被占用的分区,或者列车当前速度高于该分区限速,A TP 系统便会实施紧急制动。A TP 地面设备以一定间隔或连续地向列车传递速度控制信息。该信息至少包含两部分:分区最高限速和目标速度(下一分区
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的限速) 。列车根据接收到的信息和车载信息等进行计算并合理动作。速度控制代码可通过轨道电路、轨间应答器、感应环线或无线通信等传输,不同的传递方式和介质也决定了不同列车控制系统的特点。为了保证安全,地铁A TP 在两列车之间还增加了一个防护区段,即双红灯区段防护。后续列车必须停在第二个红灯的外方,保证两列车之间至少间隔一个闭塞分区。
传统的固定闭塞制式下,系统无法知道列车在分区内的具体位置,因此列车制动的起点和终点总在某一分区的边界。为充分保证安全,必须在两列车间增加一个防护区段,这使得列车间的安全间隔较大,影响了线路的使用效率。
准移动闭塞在控制列车的安全间隔上比固定闭塞进了一步。它通过采用报文式轨道电路辅之环线或应答器来判断分区占用并传输信息,信息量大;可以告知后续列车继续前行的距离,后续列车可根据这一距离合理地采取减速或制动,列车制动的起点可延伸至保证其安全制动的地点,从而可改善列车速度控制,缩小列车安全间隔,提高线路利用效率。但准移动闭塞中后续列车的最大目标制动点仍必须在先行列车占用分区的外方,因此它并没有完全突破轨道电路的限制。
移动闭塞技术则在对列车的安全间隔控制上更进了一步。通过车载设备和轨旁设备不间断的双向通信,控制中心可以根据列车实时的速度和位置动态计算列车的最大制动距离。列车的长度加上这一最大制动距离并在列车后方加上一定的防护距离, 便组成了一个与列车同步移动的虚拟分区。由于保证了列车前后的安全距离,两个相邻的移动闭塞分区就能以很小的间隔同时前进,这使列车能以较高的速度和较小的间隔运行,从而提高运营效率。
移动闭塞的线路取消了物理层次上的分区划分,而是将线路分成了若干个通过数据库预先定义的线路单元,每个单元长度为几米到十几米之间,移动闭塞分区即由一定数量的单元组成,单元的数目可随着列车的速度和位置而变化,分区的长度也是动态变化的。线路单元以数字地图的矢量表示。线路拓扑结构的示意图由一系列的节点和边线表示。任何轨道的分叉、汇合、走行方向的变更以及线
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路的尽头等位置均由节点(Node) 表示,任何连接两个节点的线路称为边线。每一条边线有一个从起始节点至终止节点的默认运行方向。一条边线上的任何一点均由它与起点的距离表示,称为偏移。因此所有线路上的位置均可由【边线,偏移】矢量来定义,且标识是唯一的。
移动闭塞系统中列车和轨旁设备必须保持连续的双向通信。列车不间断向轨旁控制器传输其标识、位置、方向和速度,轨旁控制器根据来自列车的信息计算、确定列车的安全行车间隔,并将相关信息(如先行列车位置,移动授权等) 传递给列车,控制列车运行。
目前,世界上诸多信号供应商如阿尔卡特、阿尔斯通、西门子、庞巴迪和西屋等,均开发出了各自的移动闭塞技术并已在全球广泛应用。
典型的移动闭塞线路中,线路被划分为若干个区域,每一个区域由一定数量的线路单元组成。区域的组成和划分预先定义,每一个区域均由本地控制器和通信系统控制。本地控制器和区域内的列车及联锁等子系统保持连续的双向通信,控制本区域内的列车运行。列车从一个控制区域进入下一个区域的移交是通过相邻区域控制器之间的无线通信实现。当列车到达区域边界,后方控制器将列车到达信息传递给前方控制器,同时命令列车调整其通话频率;前方控制器在接收并确认列车身份后发出公告,移交便告完成。两个相邻的控制区域有一定的重叠,保证了列车移交时无线通信不中断。
移动闭塞系统通过列车与地面间连续的双向通信,实时提供列车的位置及速度等信息,动态地控制列车运行。固定闭塞、准移动闭塞与移动闭塞三种闭塞方式的比较见文献[ 3 ] 。移动闭塞制式下后续列车的最大制动目标点可比准移动闭塞和固定闭塞更靠近先行列车,因此可以缩小列车运行间隔,使运营公司有条件实现“小编组,高密度”,从而使系统可以在满足同等客运需求条件下减少旅客候车时间, 缩小站台宽度和空间,降低基建投资。此外,由于系统采用模块化设计,核心部分均通过软件实现,因此使系统硬件数量大大减少,可节省维护费用。
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移动闭塞系统的安全关联计算机一般采取三取二或二取二的冗余配置,系统通过故障安全原则对软、硬件及系统进行量化和认证,可保证系统的可靠性、安全性和可用度。
无线移动闭塞的数据通信系统对所有的子系统透明,对通信数据的安全加密和接入防护等措施可保证数据通信的安全。由于采取了开放的国际标准,可实现子系统间逻辑接口的标准化,从而有可能实现路网的互联互通。采取开放式的国际标准也使国内厂商可从部分部件的国产化着手,逐步实现整个系统的国产化。
在对既有点式A TP 或数字轨道电路系统的改造中,移动闭塞系统能直接添加到既有系统之上,因此对于混合列车运行模式来说,移动闭塞技术是非常理想的选择。
第二章 信号控制方式要求
无论是铁路信号还是轨道交通信号控制方式大体都分为两种：一种是感应接收方式，另一种则是通过无线传输通信方式。
信号（也称为讯号）是运载消息的工具，是消息的载体。从广义上讲，它包含光信号、声信号和电信号等。古代人利用点燃烽火台而产生的滚滚狼烟，向远方军队传递敌人入侵的消息，这属于光信号；当我们说话时，声波传递到他人的耳朵，使他人了解我们的意图，这属于声信号； 遨游太空的各种无线电波、四通八达的电话网中的电流等，都可以用来向远方表达各种消息，这属电信号。 人们通过对光、声、电信号进行接收，才知道对方要表达的消息。
对信号的分类方法很多，信号按数学关系、取值特征、能量功率、处理分析、所具有的时间函数特性、取值是否为实数等，可以分为确定性信号和非确定性信号（又称随机信号）、连续信号和离散信号（即模拟信号和数字信号）、能量信号和功率信号、时域信号和频域信号、时限信号和频限信
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号、实信号和复信号等。
边沿速率，信号的边沿速率是信号沿变化的响应时间，通常用信号的上升时间和下降时间来度量。器件的输出驱动电流和信号的接口标准等都会影响该参数。由于器件的速度在不断提高，所以可能导致差模电流增大，发生串扰和阻尼振荡(振铃)。
信号的边沿特性，快速的信号切换时间(边沿速率)将导致回流、串扰、阻尼振荡(振铃)及反射等问题的增加。信号的边沿速率与信号的工作频率是两个不同的概念，高的边沿速率不一定是高的频率。例如在实际的应用中，可能系统的工作频率并不高。但如果信号的上升速率过快的话，将会产生较大振铃现象，同样会带来信号完整性的问题。当振铃信号达到器件所能容忍的极限值时会使器件内部的半导体特性发生变化(电子迁移)、器件发热及功耗加大等现象，造成系统的可靠性降低，并且较快的边沿速率其功耗也越大。
信号的边沿速率与器件的输出强度(输出驱动电流)有直接的关系，过强的输出驱动电流除了能够提高信号的边沿速率之外，还会对周围的器件及传输线造成干扰(Crosstalk)。因此对电磁兼容性(EMI)非常敏感的系统，信号边沿速率是重点需要考虑的，而系统的时钟频率反而放在第二位考虑。
模拟信号与数字信号的转换。
模拟信号与数字信号。
不同的数据必须转换为相应的信号才能进行传输：模拟数据一般采用模拟信号(AnalogSignal)，例如用一系列连续变化的电磁波(如无线电与电视广播中的电磁波)，或电压信号(如电话传输中的音频电压信号)来表示；数字数据则采用数字信号(Digital Signal)，例如用一系列断续变化的电压脉冲(如我们可用恒定的正电压表示二进制数1，用恒定的负电压表示二进制数0)，或光脉冲来表示。 当
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模拟信号采用连续变化的电磁波来表示时，电磁波本身既是信号载体，同时作为传输介质；而当模拟信号采用连续变化的信号电压来表示时，它一般通过传统的模拟信号传输线路(例如电话网、有线电视网)来传输。 当数字信号采用断续变化的电压或光脉冲来表示时，一般则需要用双绞线、电缆或光纤介质将通信双方连接起来，才能将信号从一个节点传到另一个节点。
模拟信号与数字信号之间的相互转换。
模拟信号和数字信号之间可以相互转换：模拟信号一般通过PCM脉码调制(Pulse Code Modulation)方法量化为数字信号，即让模拟信号的不同幅度分别对应不同的二进制值。计算机、计算机局域网与城域网中均使用二进制数字信号，在计算机广域网中实际传送的则既有二进制数字信号，也有由数字信号转换而得的模拟信号。但是更具应用发展前景的是数字信号。
信号源的等效电路主要有：戴维宁 等效电路：电压源等效电路，以理想电压源和源内阻串联的等效信号源。诺顿 等效电路：电流源等效电路。以理想电流源和源内阻并联的等效信号源。
第一节 放大电路的主要性能指标
放大电路（amplification circuit）能够将一个微弱的交流小信号（叠加在直流工作点上），通过一个装置（核心为三极管、场效应管），得到一个波形相似（不失真），但幅值却大很多的交流大信号的输出。实际的放大电路通常是由信号源、晶体三极管构成的放大器及负载组成。
增加电信号幅度或功率的电子电路。应用放大电路实现放大的装置称为放大器。它的核心是电子有源器件，如电子管、晶体管等。为了实现放大，必须给放大器提供能量。常用的能源是直流电源，但有的放大器也利用高频电源作为泵浦源。放大作用的实质是把电源的能量转移给输出信号。输入信号的作用是控制这种转移，使放大器输出信号的变化重复或反映输入信号的变化。现代电子
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系统中，电信号的产生、发送、接收、变换和处理，几乎都以放大电路为基础。
放大电路的前置部分或集成电路元件变质引起高频振荡产生\"咝咝\"声，检查各部分元件，若元件无损坏，再在磁头信号线与地间并接一个1000PF～0．047F的电容，\"咝咝\"声若不消失，则需要更换集成块。
放大电路本身的特点：
有静态和动态两种工作状态，所以有时往往要画出它的直流通路和交流通路才能进行分析；电路往往加有负反馈，这种反馈有时在本级内，有时是从后级反馈到前级，所以在分析这一级时还要能“瞻前顾后”。
放大倍数，放大倍数又称增益，它是衡量放大电路放大能力的指标。输入电阻，放大电路的输入电阻是从输入端向放大电路内看进去的等效电阻，它等于放大电路输出端接实际负载电阻后，输入电压与输入电流之比。
输入电阻的大小反映了放大电路对信号源的影响程度。输入电阻越大，放大电路从信号源汲取的电流（即输入电流）就越小，信号源内阻上的压降就越小，其实际输入电压就越接近于信号源电压，常称为恒压输入。反之，当要求恒流输入时，则必须使Ri< 根据放大电路的作用可以将其分为：电压放大电路、电流放大电路和功率放大电路。根据放大电路的组成元件可以分为晶体管放大电路和场效应管放大电路。 晶体管放大电路的基本形式有三种：共射放大电路，共基放大电路和共集放大电路；场效应管放大电路基本形式有两种：共源放大电路，共漏放大电路。在构成多级放大器时，这几种电路常常需要相互组合使用。 共发射极放大电路,共发射极放大电路简称共射电路，输入端AA′外接需要放大的信号源；输出端BB′外接负载。发射极为输入信号ui和输出信号uo的公共端。公共端通常称为“地”（实际上并非真正接到大地），其电位为零，是电路中其他各点电位的参考点，用“⊥”表示。 功率放大电路，功率放大电路的基本概念功率放大电路的任务是输出足够的功率，推动负载工作。功率放大电路和电压放大电路都是利用三极管的放大作用将信号放大，不同的是功率放大电路以输出足够的功率为目的，工作在大信号状态；而电压放大电路的目的是输出足够大的电压，工作在小信号状态。集成功率放大电路是将功率放大电路中的各个元件及其联线制作在一块半导体芯片上的整体。 多级放大电路，实际应用中，放大电路的输入信号都是很微弱的，一般为毫伏级或微伏级。为获得推动负载工作的足够大的电压和功率，需将输入信号放大成千上万倍。由于前述单级放大电路的电压放大倍数通常只有几十倍，所以需要将多个单级放大电路联结起来，组成多级放大电路对输入信号进行连续放大。 第二节 频率的应用 频率，是单位时间内完成振动的次数，是描述振动物体往复运动频繁程度的量，常用符号f或 西南交通大学网络教育毕业设计（论文） 第10页 u表示，单位为秒分之一。为了纪念德国物理学家赫兹的贡献，人们把频率的单位命名为赫兹，简称“赫”。每个物体都有由它本身性质决定的与振幅无关的频率，叫做固有频率。频率概念不仅在力学、声学中应用，在电磁学和无线电技术中也常用。交变电流在单位时间内完成周期性变化的次数，叫做电流的频率。 物质在1秒内完成周期性变化的次数叫做频率，常用f表示。 单位，交流电的频率是指它单位时间内周期性变化的次数，单位是赫兹（Hz），与周期成倒数关系。日常生活中的交流电的频率一般为50赫兹或60赫兹，而无线电技术中涉及的交流电频率一般较大，达到千赫兹（KHz）甚至兆赫兹（MHz）的度量。 换算，物理中频率的基本单位是赫兹（Hz），简称赫，也常用千赫（kHz）或兆赫（MHz）或GHz做单位。1kHz=1000Hz，1MHz=1000000Hz 1GHz=1000MHz。 工频，我国使用的电是一种正弦交流电，其频率是50Hz,也就是它速度惊人的地方，一秒钟内做了50次周期性变化。交流电的频率，工业术语叫做工频。2013年,全世界的电力系统中，工频有两种，一种为50Hz，还有一种是60Hz。 声频，声音是机械振动，能够穿越处于各种物态的物质。这些能够传播声音的物质称为介质。声音不能传播于真空。我们听到的声音也是一种有一定频率的声波。人耳听觉的频率范围约为20－20000HZ,超出这个范围的就不为我们人耳所察觉。低于20Hz为次声波，高于20kHz为超声波。声音的频率越高，则声音的音调越高，声音的频率越低，则声音的音调越低。 角频率，交流电周期的倒数叫做频率(用符号f表示)，即 f = 1/T。 西南交通大学网络教育毕业设计（论文） 第11页 它表示正弦交流电流在单位时间内作周期性循环变化的次数，即表征交流电交替变化的速率(快慢)。频率的国际单位制是赫兹(Hz)。角频率与频率之间的关系为：ω = 2πf。 由于组成物质的原子与分子始终在做无规则运动，因此可以猜想物质本身始终在一定频率范围内振动。由于不存在绝对静止，而且物质始终振动，所以人类已知的频率范围远远不及实际存在的频率范围。已知空间不存在真正的“空”，则空间必由物质所填充，物质的振动同时可引起空间共振，因此空间在振动，而由其频率的不同，从形成不同层面的空间。不同层面的空间所具有的频率不同，因此其空间所在光波频率非人类可见光波频率，所以不同层面空间不可见。 转角频率，在控制工程学科中，当Tω=1时，ω=1/T，此时具有的ω值称为转角频率。多普勒效应，一种声音尽管只有一个恒定的频率，但是对听者来说，他有时却是变化的。当波源和听者之间发生相对运动时，听者所感到的频率改变的这种现象称为多普勒效应。 统计频率，又称相对次数，即某一事件发生的次数被总的事件数目除，亦即某一数据出现的次数被这一组数据总个数去除。频率通常用比例或百分数表示。 频率测量编辑，为了定量分析物理学上的频率，势必涉及频率测量。频率测量一般原理，是通过相应的传感器，将周期变化的特性转化为电信号，再由电子频率计显示对应的频率，如工频、声频、振动频率等。除此之外，还有应用多普勒效应原理，对声频的测量。 测量频率的方法一般分为无源测频法、有源测频法及电子计数法三种。 无源测频法(又可分为谐振法和电桥法)，常用于频率粗测，精度在1%左右。 有源比较法可分为拍频法和差频法，前者是利用两个信号线性叠加以产生拍频现象，再通过检 西南交通大学网络教育毕业设计（论文） 第12页 测零拍现象进行测频，常用于低频测量，误差在零点几Hz。 第三节 信号处理方法 在计算机科学、药物分析、电子学等学科中，信号处理（英语：signal processing）是指对信号表示、变换、运算等进行处理的过程 。 模拟信号处理，处理未被数字化的信号，包括传统收音机、电话、雷达以及电视系统。数字信号处理，处理已经经过数字化的信号，可经由数字电路如ASIC、FPGA、一般用途的微处理器或是电脑、数字信号处理芯片来进行处理。 在事件变化过程中抽取特征信号，经去干扰、分析、综合、变换和运算等处理，从而得到反映事件变化本质或处理者感兴趣的信息的过程。 第三章 联锁系统 联锁（interlocking）在铁路车站上，为了保证机车车辆和列车在进路上的安全，有效利用站内线路，高效率地指挥行车和调车，改善行车人员的劳动条件，利用机械、电气自动控制和远程控制、计算机等技术和设备，使车站范围内的信号机、进路和进路上的道岔相互具有制约关系，这种关系称为联锁。为完成联锁关系而安装的技术设备称为联锁设备。 第一节 联锁与行车 随科学技术的进步，旧的联锁设备不断被安全可靠性更高、操纵和维护更简单、技术更先进的联锁设备代替。从发展角度看，计算机联锁是发展的方向；从经济角度看，电气集中联锁在相当长 西南交通大学网络教育毕业设计（论文） 第13页 的一段时间内仍被广泛采用。 目前轨道交通使用的联锁设备按操纵的方式可以分为集中联锁和非集中联锁，按主要设备工作方式的不同可分为电锁器联锁、继电联锁和计算机联锁。 为了保证行车安全，通过技术方法，使进路、进路道岔和信号机之间按一定程序，一定条件建立起的既相互联系，而又制约关系，这种制约关系即联锁。 联锁是铁路车站联锁的简称，是铁路信号设备的重要组成部分。列车进路和调车进路是由道岔的不同开通位置所确定，进路的防护则由设于进路入口处的信号机来担当。进站信号机防护的范围是车站和列车接车进路；出站信号机防护的范围是区间；调车信号机防护的范围是调车进路和机车车辆所进入的线路。 联锁规则： 1、进路上的有关道岔开通位置不对或敌对信号机未关闭时，防护该进路的信号机不能开放； 2、防护该进路的信号机开放后，该进路上的道岔即不能扳动，其敌对信号机均不能开放； 3、主体信号机未开放时，预告信号机不能开放，正线上的出站信号机未开放时，进站信号机不能显示正线通过信号； 4、列车或机车车辆驶入进路后，防护该进路的信号机立即关闭，禁止其他列车或机车车辆再驶入。 联锁功能，计算机联锁子系统（CI子系统）是以计算机为主要技术手段实现车站联锁的信号设 西南交通大学网络教育毕业设计（论文） 第14页 备。计算机联锁能够满足各个设备集中站及其控制范围、车辆段的控制范围的规模和运输作业的需要，保证行车安全，提高运输效率，改善劳动条件，并具备大信息量和联网能力。 CI子系统主要完成以下功能，车站联锁设备与ATS子系统结合，实现车站和中心两级控制的转换。经车站值班员申请，中心行车调度人员同意后，改由车站现地控制。当ATS子系统（含通道）故障或需要的情况下,不经中心同意,由车站强行取得控制权。 在车站现地控制模式下，可将进路设为自动模式或人工模式，自动模式下联锁设备就将预先设定的进路设置为自动进路，根据列车位置及运行方向自动排列进路。在需要情况下车站值班员可人工操作联锁设备，进行进路控制、临时限速设置等操作。 正线设备集中站和车辆段设置操作员工作站，提供各种操作和表示功能；并完成本站范围内车辆位置的显示跟踪、本站信号机状态、紧急关闭、引导信号的办理、扣车、跳停、区间限速及站间自动闭塞的办理等功能。 第二节 联锁功能实现的原则 联锁子系统运作命令原则： 1、据进路的始端、终端办理进路。 2、进路的锁闭分为预先锁闭和接近锁闭。预先锁闭应在进路选通，有关联锁条件具备时构成。接近锁闭在信号开放，进路的移动授权（列车与信号机之间的安全防护距离）占用时构成。 3、能够办理引导进路的锁闭 西南交通大学网络教育毕业设计（论文） 第15页 4、锁闭的进路应能随着列车的正常运行，在满足安全防护距离后自动解锁。是否需要延时解锁在设计联络时确定。 5、能够办理取消进路、人工解锁、引导进路解锁。 6、防护道岔的信号机关闭后，未经再次办理，不得重复开放。但当正线办理了自动进路后，应使该进路保持锁闭，信号机随着列车的运行自动变换显示。 7、不允许信号出现乱显示（即不符合规定的信号显示）。在组合灯光开放和关闭时，应同时点灯或灭灯。 8、可单独操纵道岔转换。另外，可随着进路的排列自动地转换。单独转换优先于进路自动设定。 9、联锁道岔可进路锁闭、区间锁闭、人工锁闭。 10、道岔转换结束时、自动切断转辙机电源。转辙机起动时、道岔应能转到指定位置。由于某种情况被阻止时、在规定的时间(比如15s)内没有转到正常位置时、自动地切断转辙机电路、并报警。道岔可返回到原来位置。 11、道岔转辙机的电路发生故障时、自动地切断道岔电路。 保证列车运行安全，实现列车进路上保护区段、道岔、信号机之间的正确联锁关系，对于来自操作设备的错误操作，具备有效的防护能力。系统在不影响安全与效率的前提下，具有对室内继电设备及其他相关设备如ATP地面设备、电源屏等的监测功能，监测功能由维修工作站完成。 西南交通大学网络教育毕业设计（论文） 第16页 CI子系统提供与相邻有关其他子系统间的通信接口。 CI子系统完成CBTC系统后备模式和工程车在夜间运行时，根据轨道占用/空闲检测设备提供的列车位置实现联锁功能和固定闭塞。 在设备集中站和车辆段设置应急盘，在计算机联锁子系统失效时控制道岔和引导信号，能显示道岔位置等关键信息；经人工确认列车定位设备故障时，提供单操道岔功能（安全由人工保障）。 对于关键按钮，在应急盘上为有铅封的按钮；在联锁操作表示机人机界面上以密码确认的方式实施铅封保护。 第四章 EI32-JD型计算机联锁子系统 计算机联锁子系统概述子系统组成部分，设备集中站设置，包括联锁机、驱采机、操作表示机。 1、操作表示机、联锁机作用于所辖区域，分别为所辖区域内的人－机接口设备（操作表示机）、联锁运算计算机（联锁机）。 2、驱采机作用于所辖区域内车站的道岔、信号机、轨道占用/空闲检测设备、紧急停车按钮等信号设备的控制、监测以及状态采集。 非设备集中站将站台紧急停车按钮、轨道占用/空闲检测设备等设备的状态通过电缆引入设备集中站，然后经设置在设备集中站的驱采机采集各非设备集中站信号设备送入联锁机，经过联锁运算对其进行驱动控制。 西南交通大学网络教育毕业设计（论文） 第17页 3、系统结构分为人机对话层、联锁运算层、执行层三层结构：联锁机与操作表示机通过操作网互联；联锁机、驱采机通过冗余的联锁网互联，联锁网采用100MBbps光通信网；操作表示机通过维修网将计算机联锁子系统相关信息传送至维修工作站。 第一节 设备机构与信息传递 ①2×2取2联锁主机系统 联锁主机系统主要设备为联锁机，设置在设备集中站，采用日本信号株式会社（以下简称日本信号）EI32L型2取2冗余型联锁专用计算机。两套共4个CPU构成2×2取2冗余系统。 联锁机接收来自操作表示机传来的操作命令、接收驱采机传来的轨旁信号设备状态、接收ATP子系统传来的列车位置信息，进行联锁运算，并向驱采机传输轨旁信号设备的动作命令，向ATP子系统传送进路信息，同时向操作表示机传输表示信息。 ②2×2取2驱采系统 驱采系统的主要设备有驱采计算机和驱采板。驱采计算机也采用日本信号EI32L型计算机联锁子系统系列产品，同为2取2冗余结构。其作用为采集轨旁信号设备的状态，驱动轨旁信号设备动作，为安全型系统。 ③操作表示主机 操作表示机设置在设备集中站。它和联锁计算机构成上下位控制的分层结构。操作表示机采用PC系列工业控制计算机。根据系统具体配置和要求的不同可插入不同的电路板。CPU采用P4或以 西南交通大学网络教育毕业设计（论文） 第18页 上的处理器。 操作表示机的主要作用是为车站值班员提供操作显示界面，操作表示机从联锁计算机取得站场当前状态，驱动站场屏幕显示器、采集车站值班员的操作信息传输给联锁计算机、将当前联锁状态信息传输给维修工作站。 操作表示机完成所辖区域内车辆位置的显示跟踪、所辖区域内信号机状态、紧急关闭、引导信号的办理、扣车、跳停、区间限速及站间自动闭塞的办理。 操作表示机为双机热备。设备的倒接无需人工干预，不对正常行车造成干扰。 操作表示机可支持单元控制台、鼠标器、显示器等多种操作显示工具。 操作表示机与ATS子系统接口进行数据通信、信息交换。 ④电源系统 EI32-JD型计算机联锁子系统全部设备均由设于信号设备室的信号电源屏提供电力，电源屏需提供两路独立的带UPS输出的AC220V电源，每路电源2.5KVA总容量为5KVA。 EI32-JD计算机联锁设备电源入口处加浪涌保护器，防止电源屏产生的浪涌电压对联锁设备的影响。 ⑤以上各组成部分相互独立，各计算机之间通过网络实现互联、交换数据。 ⑥除计算机及电源系统外，EI32-JD型计算机联锁子系统设备集中站中还包括操作表示机倒机 西南交通大学网络教育毕业设计（论文） 第19页 单元、操作终端台等非计算机模块。 ⑦应急盘 在设备集中站设置应急盘，当计算机联锁子系统失效时显示道岔位置等关键信息、对道岔和引导信号进行实时控制。 计算机联锁子系统失效的情况下，经人工确认列车定位设备故障时，提供单操道岔功能。 第二节 系统的操作与表示内容 1、屏幕显示器上以彩色光带和图形符号模拟表示整个站场线路、区段占用、信号机以及道岔等设备的位置及实时状态，给出各种操作表示。显示方式可以根据用户的需求进行变更。 2、以文字方式显示操作错误提示、联锁状况提示、执行失败原因提示（如单操道岔不到位）等信息。 3、联锁机、操作表示机、网络通信线（包括与ATP、ATS子系统的网络通信状态）的工作状态表示。 4、操作表示机正常工作（未死机）的脉动表示。 5、提示和报警信息 办理功能，完成所辖范围内进路的办理、取消，信号机紧急关闭，道岔单操及站间自动闭塞的办理等功能。 西南交通大学网络教育毕业设计（论文） 第20页 扣车、跳停、区间限速的设置和取消： 1、联锁子系统可接收扣车/中止站停的设置和取消命令，并在操作表示机中标记出进行相应操作的显示区域，同时将设置或取消命令及范围发送给ATS计算机。 2、当因线路维修保养或其他原因需要对某段线路实施临时限速时，车站值班员可根据OCC行车调度员指令在操作员工作站上对要求的限速区域以站间或道岔区域为单元设置单一的临时低速区以确保行车安全。故障排除后，车站值班员可解除设置的限制速度，但此操作必须慎重并需得到OCC行车调度员的授权。 3、如果在操作表示机中设置或取消扣车、跳停、区间限速，需要进行用户权限检查。 4、扣车、跳停、区间限速的设置和取消命令在维修工作站中记录下来。 5、具体实现方式在设计联络确定。 信号元素封锁及解封功能，可实现对道岔、线路等信号控制元素实施封锁，以阻止列车通过该元素。同时在屏幕显示器上有相应表示，封锁后的信号元素不可以使用。 带铅封按钮的防护 使用鼠标器作为操作工具，凡对应带铅封的按钮，必须在输入口令后才能使按下的按钮有效。操作表示机和维修工作站同时记录每种带铅封按钮的操作次数。 显示器的单双屏切换 西南交通大学网络教育毕业设计（论文） 第21页 设备集中站显示器使用双屏以屏幕拼接的方式显示线路状态信息，为避免某台显示器故障导致站场显示不完整，本系统允许值班员在控制台上切换显示方式，即两台可以互为备用方式。 语音提示 系统具有通过语音或音响在控制台上播放提示信息的能力。当有多条信息需要同时播放时，这些信息轮流播放。两条信息的播放间隔时间在10s左右。各条信息的播放次数和播放方式不尽相同，例如“接近”、“闭塞”信息当首次出现后立即播放，然后停止。“道岔报警”信息产生后立即开始播放，直至操作“关闭语音提示”后才停止播放。 语音提示信息的内容可以根据用户的需求进行更改。 第三节 联锁功能 EI32-JD型计算机联锁子系统可在规定的联锁条件和规定的时序下对列车进路上保护区段、信号和道岔实行控制，保证列车运行安全、实现正确的联锁关系。对于来自操作设备的错误操作具备有效的防护能力。 进路建立 1、联锁具有正反向运行的自动排列进路功能；具体技术条件和范围在设计联络时确定。 2、联锁设备根据操作依次确定进路的始端和终端后，只能自动地选出一条与操作意图相符的列车基本进路或通过进路；依次确定进路的始端、变更点和终端后、能选出相应的列车变更进路。根据需要，所有可能的变更进路均可选出，变更进路的数量对系统的容量没有影响。 西南交通大学网络教育毕业设计（论文） 第22页 3、联锁设备集中站、非设备集中站中的敌对进路须相互照查，不能同时开通。 4、向设备集中站与非设备集中站间、非设备集中站与非设备集中站间的区间、两个联锁区域的区间，办理进路时满足区间的各项技术条件。 5、与车辆段相邻的正线车站与车辆段的敌对进路须相互照查，不能同时开通。 6、联锁设备在对正常进路防护的同时，能建立列车进路的保护区段并予以防护。 7、办理引导进路。 进路锁闭 1、进路锁闭分为预先锁闭和接近锁闭。预先锁闭在进路选通，有关联锁条件具备时构成。接近锁闭在信号开放，进路的移动授权占用时构成。 2、列车接近时进路保持在接近锁闭状态。办理取消进路时，当列车未位于联锁预定的接近区段，进路可立即取消；当列车位于联锁预定的接近区段且收到ATP子系统发出的接近列车能够安全停车的确认时，进路立即解锁；当列车位于联锁预定的接近区段且未收到ATP子系统发出的接近列车能够安全停车的确认时，进路保持接近锁闭。 3、经操作可实现引导进路锁闭。进路锁闭时须检查道岔位置正确, 并锁闭进路中的道岔和敌对信号。 进路解锁 西南交通大学网络教育毕业设计（论文） 第23页 1、进路正常解锁 进路的解锁必须在信号关闭后进行，进路解锁的方式规定为： ①锁闭的进路应能随列车车列的正常运行而自动解锁； ②进路应按分段解锁方式设计。解锁时，有条件的区段均应满足三点检查，延时3s自动解锁（也可以根据需要不设延时或调整时间）。 2、已锁闭的进路不会因丢失列车信息错误解锁。 3、取消进路 进路在预先锁闭状态时，在检查信号机关闭和进路空闲后能办理取消解锁，取消解锁不延时； 4、人工延时解锁 当列车位于联锁预定的接近区段时，需办理人工延时解锁进路，当联锁子系统收到ATP子系统发出的接近列车能够安全停车的确认时，进路可不经延时立即解锁；当列车位于联锁预定的接近区段且未收到ATP子系统发出的接近列车能够安全停车的确认时，进路保持接近锁闭，延时一定时间后方可解锁。是否需要延时解锁和延时时间在设计联络时确定。 5、引导进路建立后，可在人工确认后办理引导进路的解锁。 信号机监控 西南交通大学网络教育毕业设计（论文） 第24页 1、正常办理进路或办理了重复开放手续，防护该进路的信号机必须检查其进路空闲、有关道岔位置正确、进路已锁闭、未施行人工解锁、敌对进路未建立以及照查联锁条件正确。照查联锁条件包括结合电路技术条件中包括的全部内容。 2、信号机开放后，若信号机故障或者灯丝断丝，该信号机自动关闭。 3、信号机关闭后，未经再次办理，不得重复开放。 4、对于正向经常有连续通过列车的车站设置自动通过功能，能使该通过进路内的有关列车、信号机随列车运行自动变换相应显示。此时进路中的道岔保证处于锁闭状态。 5、正线岔区设道岔防护信号机，线路末端设阻挡信号机，车站设置出站信号机。对于全线设置的信号机，原则上设置于行车方向的右侧，CBTC模式下信号机为点灯状态。 6、在相应运营模式下，信号机显示方式为： 红灯－进路未开通，禁止越过该架信号机。 黄灯－准许列车按车内限速要求越过该信号机，准备停车。 绿灯－准许列车按车内限速要求越过该信号机，表示运行前方有足够的安全行车间隔。 绿色闪光：直向开通站间闭塞 黄色闪光：侧向开通站间闭塞 西南交通大学网络教育毕业设计（论文） 第25页 红灯+黄灯—引导信号，准许列车在该信号机前方不停车，以不超过规定速度运行，并随时准备停车。 7、信号机不出现不符合规定的信号显示和升级显示，在组合灯光开放和关闭时，同时点灯或灭灯。 8、信号开放应检查信号机的红灯灯丝完好。 道岔监控 1、设置道岔防护信号机，对道岔实施有效防护。 2、信号系统控制道岔模式有三种：联锁系统进路控制、车站值班员手动控制及现场人工控制。 3、集中联锁的道岔受进路锁闭、区段锁闭及人工锁闭。 4、道岔动作控制命令符合下列要求： 信号系统负责向道岔系统发布道岔动作控制命令。 道岔转换完毕后道岔系统向信号系统提供相应表示信息。 道岔转换控制命令，须与值班员的操纵意图一致； 道岔在任一种锁闭状态下不得发出道岔启动命令； 西南交通大学网络教育毕业设计（论文） 第26页 道岔需要启动时，根据联锁运算输出正确的同意动作道岔信息。 采取有防止列车信息丢失导致道岔错误控制命令发出的措施。 具体道岔监控技术条件可在设计联络阶段确定。 紧急停车按钮 当站台按压紧急停车按钮后，联锁设备将关闭相应范围内的信号机。在故障已排除后，车站值班员可操作紧急停车按钮恢复列车的正常通行。 站间闭塞模式下的联锁控制功能 当ATP功能丧失时，联锁设备可通过轨道占用/空闲检测设备提供的区段占用/出清条件，进行联锁进路、信号机、道岔控制，实现站间闭塞的列车追踪运行模式。 此时联锁设备还能够支持后备运营模式下折返站列车进路的自动设置。当折返站的折返信号机被设置为自动折返模式时，自动排列列车的折返进路（含折入和折出进路），开放相应信号机。 安全操作权限控制、限制功能 当联锁机接收到这些安全操作权限要求比较高的命令时，需要严格按照联锁安全逻辑要求进行合法性检查后才能执行相应任务。联锁机一旦执行一次高安全性操作任务后，即恢复操作的初始状态，当需要再次进行高安全性操作时，还需要严格执行安全操作权限控制、限制检查，以确保操作员的操作意图和实际相符。 西南交通大学网络教育毕业设计（论文） 第27页 应急盘 在设备集中站设置应急盘，当计算机联锁子系统失效时进行控制道岔和开放引导信号，并能显示道岔位置信息。应急盘的关键按钮设置为有铅封的按钮，当需要对应急盘进行操纵时，必须进行人工确认和破封手续。应急盘与计算机联锁不能同时操作。 其他功能 EI32-JD型计算机联锁子系统具有完全意义的现场脱机测试功能，当遇有站场改造等情况时，可以使用单套系统进行工作，冗余的另外一套系统脱机后，更换新的联锁软件利用仿真程序进行现场联锁试验，测试结束后恢复正常使用。 联锁子系统的性能 子系统主要的性能参数 EI32-JD型2×2取2冗余计算机联锁设备有如下的主要性能参数： 1、上电自动跟踪时间≤30S 2、LAN网络双网切换时间=0 3、无极继电器驱动参数 ①驱动电压≥22V； 西南交通大学网络教育毕业设计（论文） 第28页 ②电压不足报警值=17V； 4、驱动采集周期=200mS。 5、动态驱动切换时间：0s(无缝) 6、接插件插拔次数≥400次 传输性能 联锁系和驱采系之间采用100M双通道光网；联锁系与操作表示机之间采用带光隔离的同步双串行接口通信；操作表示机和维修工作站之间采用LAN通信，安全通信网络和维修网络之间完全独立。 设备集中站联锁设备之间采用10M双通道光网通信，双网切换时间为0s；车辆段与相邻的设备集中站联锁设备之间采用10M双通道光网通信，双网切换时间为0s。 机械结构、工艺标准 第四节 机械结构和工艺标 1、联锁子系统和驱采系统占一个机柜，操作表示系统占一个机柜。 2、采用航空插件，该插件插接牢固，接触可靠。 3、本机所有插件板均为单面走线，正面为模板面板，每块模板（印刷板）均设有若干指示灯 西南交通大学网络教育毕业设计（论文） 第29页 指示该板的工作状态。每块模板后部设两个接插件，一为控制总线使用，另一与继电器设备相接。对外配线整齐、规律、且均为插接方式。 4、采集-输出和动态驱动都设置LED指示灯，方便查找故障，缩短维修时间。 系统对环境的要求 工作环境要求 EI32-JD型计算机联锁子系统的运行对于工作环境有如下要求： 1、工作温度为-5～50℃，存放温度-20～70℃ 2、当温度为25℃时，周围空气相对湿度不大于95％。 3、大气压力满足海拔-400M～3000M。 4、周围空气介质中无导电性尘埃，无足以腐蚀金属和破坏绝缘、能引起爆炸危险的有害气体。 对空调的要求 本产品不依赖空调运行，但以在机房内安装空调为宜。暑天，在不安装空调或空调设备故障的情况下，需打开前后柜门散热。长期在无空调环境内工作，会影响设备使用寿命，增加设备的故障率。 设备采用的防尘方法和对环境尘埃的极限要求 西南交通大学网络教育毕业设计（论文） 第30页 防尘方法 1、机柜、机箱边沿加设密封条； 2、计算机内采用带过滤的冷却风扇，机箱内保持正压，防止灰尘颗粒的进入。 对尘埃的极限要求 设备能在GB2887第4.4.2条规定的B级粉尘环境下正常工作。 1、颗径≥0.5mm 2、个数≤3500/dm3 3、漂浮0.01mg/m3 4、沉积0.4mg/m3 发热指标和产生噪音的指标 发热指标 联锁柜功率：≤2.2kw。 联锁机柜在额定负载和规定的环境条件下，关闭柜门，开启顶部风扇，稳定后柜内空气温度≤60℃。 西南交通大学网络教育毕业设计（论文） 第31页 噪音指标 在距离1米内，噪音不大于60dB。 射频辐射骚扰限值 表1-3 射频辐射骚扰限值表 频率范围 准峰值限值dB（μV/m） MHz 10m测试距离 3m测试距离 30－230 40 50 230－1000 47 57 系统防雷和电磁干扰措施 电源通道的抗干扰与防雷设计 系统采取了如下电源防雷、抗干扰措施： 1、由于在供电系统中采取了多级防雷措施，系统不再单独设置电源防雷； 2、继电器驱动电源采用专用直流电源，且与电源屏提供的组合架继电器直流供电电源隔离，排除了来自组合架上各种电源的干扰。 西南交通大学网络教育毕业设计（论文） 第32页 系统结构的抗干扰与防雷设计 本机外部设备和计算机间采用光电隔离，保证系统不受外界传导干扰。 采取的抗静电措施 1、设备在生产过程中，严格按照国家规定的通信信号行业生产过程的防静电要求：职工必须穿防静电服、穿防静电鞋、带防静电手套，在通过静电测试仪后方可上岗生产。 2、机柜在生产过程中严格与大地连接，单板在生产过程中严格按照防静电要求生产测试。 3、机柜到现场后要严格按照要求接地。 4、现场机房要求安装防静电地板。 安全性、可靠性和可维修性 第五节 系统安全性能 EI32-JD型计算机联锁充分考虑了信号系统中联锁子系统的高可靠性和高安全性要求，满足故障-安全原则，采用高可靠性、高安全性硬件结构和软件设计，以及采取必要的硬件、软件冗余措施。联锁计算机在发生一处故障与一次错误办理同时存在的情况下，不会产生危险侧输出。任何一个导致非安全条件的故障表现出的发生概率小于10-11/工作小时，达到安全完善度等级4级（SIL4）的要求。 系统可靠性能 西南交通大学网络教育毕业设计（论文） 第33页 1、联锁计算机单套MTBF：2×105小时 2、2×2取2联锁计算机双套MTBF：8.86×106小时 3、CI子系统（包括联锁机、驱采系统和人机操作表示系统）MTBF：3×105小时 4、CI子系统（包括联锁机、驱采系统和人机操作表示系统）MTBSF：1012小时 5、CI子系统（包括联锁机、驱采系统和人机操作表示系统）MTBF计算模型 MTBF计算的模型根据IEC61508第6部分的要求和公式建立。通过可靠性框图分析方法计算得出。 ① 冗余结构可靠性模型的MTBF ② 可靠性框图分析 用于可靠性分析的框图如图1-3所示。可靠性数据来自OEM或者试验。 CI联锁子系统MTBF=3×105小时。 第五章 信号机 信号机，是设立在铁路道旁的机械或电子设备，用以传送路线前方状态的相关资讯给予列车驾驶，司机或调车员。列车驾驶透过理解与诠释铁路号志给予的指令意义采取相对之行动。一般来说，铁路号志会指示列车可安全行驶的速度、或指示列车停止。 西南交通大学网络教育毕业设计（论文） 第34页 第一节 信号机构成 LED光源小型信号机构主要由铝合金机构、光学透镜、LED光源和点灯单元组成。 信号机表面采用电泳工艺处理，确保在地铁环境下使用不腐蚀。信号机采用组合式结构，每个灯位均可独立，可根据需要任意组装成一显、二显、三显等。 显示距离主导信号≥400m，辅助信号≥200m。 光色显示颜色包括红、黄、绿、白（月白）、蓝五种颜色。直观感觉与现用色灯信号机构颜色一致，并满足TB2081-89《铁路灯光信号颜色》的要求。 LED发光管是新型高效发光器件，具有低能耗、长寿命的特点。寿命可达105小时。由LED发光管组成的信号光源，与传统的色灯信号机相比，具有显示效果好、寿命长、节能、免维护的特点。 信号机设计寿命为10万小时。 绝缘电阻信号机的正常绝缘电阻不小于50MΩ，经12d交变湿热试验后的潮湿绝缘电阻不小于1.5 MΩ。 第二节 其它性能指标 信号机输入电压范围：AC85-110V/50HZ，电源波动范围：±5％； 信号机额定输入电流：150mA； 西南交通大学网络教育毕业设计（论文） 第35页 LED发光管额定工作电流：20mA； 绝缘耐压：机构承受交流50Hz、电压有效值1000V、历时1min的耐压试验，无击穿或闪络现象。重复试验的电压为原试验电压的80% ； 信号机光轴方向的发光强度不低于下列表中数值的10% 灯 光 颜 色 红 黄 绿 蓝 白 光强度cd 矮型、引导 1600 3200 2200 250 800 高柱 2100 3900 2800 400 3200 电快速瞬变脉冲群抗扰度3级；静电放电抗扰度3级 ； 单灯重量：5kg； 防护等级IP53； 空气相对湿度：不大于95%（＋25℃）； 环境温度：－40℃～70℃； 接地要求（包括工作接地、安全接地和电磁兼容接地）：接地电阻小于4Ω； 安装尺寸及基础座要求：两安装孔距离185mm，螺栓M16*2； 西南交通大学网络教育毕业设计（论文） 第36页 在LED正常工作时，电流在110mA～150mA (不同的距离，调整室外点灯变压器的不同输出电压)； LED光源灭灯时，回路电流小于40mA； 依据TB/T 2653-95《铁路信号设备雷电防护用变压器技术条件》进行防雷电设计； 信号机的点灯电路符合故障-安全原则； 第六章 轨道电路 成都铁路通信设备工厂JZ型微机计轴设备是工厂研制开发的用于铁路信号控制系统的一项安全设备，其中JZ1-H主要应用于自动站间闭塞、自动闭塞、轨道区段检查。于2002年通过铁道部技术审查，审查号：运基信号［２００２］２４４号。JZ。GD-1微机计轴设备主要应用于站内轨道区段检查。2006年通过铁道部技术审查。审查号：运基信号［２００7］11号。目前运用领域已涉及国铁、地铁及地方铁路。 第一节 计轴设备技术方案概述 设备集中站安放室内主机柜，主机柜包括防雷、和主机运算单元(车辆段增设防雷柜)。对各个设备集中站所管辖的轨道区段的计轴检测设备（磁头和JCH）进行统一编号，确定每个运算单元所管辖的轨道区段，每个运算单元可输出1个轨道驱动条件（KZ，KF），同时每个运算单元需要采集相应轨道区段的复零条件，复零条件由复零继电器接点给出。各个运算单元间相对独立。单一的运算单元故障，不会影响到其他的轨道区段。每个独立的运算单元都采用双CPU判别动态输出，提高了系统的可用性和安全性。对两个设备集中站间的轨道区段的管理采用站间通信的方式，便于设备 西南交通大学网络教育毕业设计（论文） 第37页 的管理。 由于轻轨区别于大铁，有很好的不间断的电源供电系统。我们建议采用采用集中供电方式，由电源系统为计轴设备提供不间断的直流24v和交流110v，其中直流24v为室内主机运算单元和故障诊断单元供电。交流110v是为室外车轮电子检测盒供电。 各集设备中站所需电源种类和功率见运算单元数量及用电量。 第二节 计轴设备技术方案特点 对从磁头传来的轴脉冲的处理采用故障安全方式（双CPU进行独立处理） 系统设计按故障――安全原则设计。 计轴的状态信息以带效验的数字编码方式传输。 经过编码的信息通过独立的通道分别发送给对方的CPU，对方的CPU经过效验以确保信息的正确性和可用性（JZ1-H型)。 系统采用容错方式传输信息，短暂的通信中断不会导致系统出错（JZ1-H型)。 器件选择采用工业级或军级，保证设备可靠运行。 具有故障弱化功能：每个检测区段均由独立的运算单元处理，不会因某个运算单元的故障而影响到其它区段。 西南交通大学网络教育毕业设计（论文） 第38页 复零方式采用直接复零。 系统采用星型方式，不会因为某个传输问题而影响到其它区段。 对室外检测点地线要求不高，特殊地段可采用悬浮。 面板指示简单明了，便于故障查询与定位。 第三节 系统构成 安装在现场车轴检测器（含车轮传感器CC32K简称磁头和车轮电子检测盒简称JCH）。 安装于室内的计轴主机柜、防雷柜。 计轴检测点和室内主机的外部电缆连接系统（分线盘）。 室外电缆接续箱。 计轴主机与结合电路之间的接口电路。安放在组合架上的轨道继电器（1700）和复零按钮继电器（H34）。 控制台上的控制按钮（如复零按钮等）和表示灯。 故障诊断机与联锁机的接口 第四节 室内主机柜 西南交通大学网络教育毕业设计（论文） 第39页 室内主机为柜式结构，机柜外型尺寸 2200mm×600mm×800mm(高 x 宽 x 厚) 室内防雷柜为柜式结构，机柜外型尺寸 2200mm×600mm×800mm(高 x 宽 x 厚) 室内计轴主机运算单元主要完成功能： 接收室外JCH传回的轴信息。给出区段占用和空闲信息，并控制安全型继电器落下。 室内防雷柜主要完成功能： 所有室外设备需先经过防雷柜做防雷和隔离处理后再与主机柜相连接。给室外JCH供电，接收来自室外JCH返回的轴信息。除车辆段外的设备集中站，这部分功能放在主机柜中完成。 故障诊断单元主要完成功能： 对室外JCH和磁头工作状态进行监测，当磁头出现松动、发送磁头和接收磁头的相位差发生漂移时，及时输出报警信息，通过联锁机的终端设备通知维修。 主机柜（不含防雷）与外界的所有连线均由机柜零层WOGO端子连接，见示意图--附图不含防雷轨的机柜示意图。 主机柜（含防雷）与外界的所有连线均由机柜零层WOGO端子连接，见示意图—含防雷柜的机柜示意图。 防雷柜示意图--见防雷柜示意图。 西南交通大学网络教育毕业设计（论文） 第40页 第五节 对外接口 组合架 每个检测区段设有一个区段继电器，当区段占用或设备故障时，区轨继电器均落下；当区段空闲时，轨道继电器均吸起。（建议采用1700） 每个检测区段设有一个区段复原继电器，设备通过采集复原继电器的接点条件完成对该轨道区段的复原，使该区段轨道继电器均吸起。（建议采用H340） 分线盘 所有室外电缆与室内主机柜，防雷柜端子的连接需经过分线盘接续 电缆接续箱 用于室外计轴专用电缆的接续。 表示盘 建议在表示盘上设区段空闲/占用灯，区段复原按钮（带计数器和铅封） 与联锁机的接口 采用串口DB9端子 西南交通大学网络教育毕业设计（论文） 第41页 第六节 电源要求 室内计轴主机运算单元电源由不间断电源系统提供，输入电压范围 DC24V±1v 室内机柜风扇、温控器电源由不间断电源系统提供，输入电压范围 AC220V±5% 50Hz ±0。5 Hz 室外车轮电子检测盒(JCH)供电由不间断电源系统提供，输入电压范围 AC110V±5%。 第七节 复零方式 本计轴运算单元在初始工作和由于磁头损坏、计轴设备故障等特殊原因，导致计轴设备不能正常工作，相应轨道区段继电器落下，此时需进行复零操作。 每个轨道区段在控制台均有单独复零按钮，计轴主机对相应的复零条件进行采集，实现区段复零。复原条件采集如下： 第八节 防雷和接地 为保障计轴系统的正常工作，系统配置了一套较为完整的防雷设备。对电源，通道以及对车轮电子检测盒(JCH)传输线均由防雷组合模块进行防护。防雷组合模块放置于防雷柜。在雷击较多地区，建议在分线盘增加防雷设备，需工程提供。 设备地与防雷地分设，所有接地电阻≦4Ω(室外JCH点高架桥允许≦10Ω)。设备工作地悬浮。 第九节 站间通信 西南交通大学网络教育毕业设计（论文） 第42页 采用独立实回线，或一对光钎，应符合通信标准。 接地应符合有关规定。 用于计轴电缆与同沟敷设的综合护套电缆的屏蔽层应很好相连，其接地电阻在一般地区应不大于4Ω，当达不到上述指标时，应使用降阻剂，其降阻性能应在15年以上。 B、采用光钎通信。 一对通道需提供一对光钎。 通道两端的主机运算单元需各增加一个光调制解调器（由卖方提供）。 所有通道应由工程提供并负责施工、调试。 第十节 电缆要求 磁头与接线盒连接电缆由卖方提供 其它电缆由买方提供，采用专用计轴电缆（设备需用4芯，2个四芯组）。 室内计轴电源输入线采用XV2×2。5 mm2电缆。 室内继电器线，复零线，通信线，传感器送回的信号线、轨道条件采集线均用屏蔽双绞线。 第十一节 室外设备传感器 西南交通大学网络教育毕业设计（论文） 第43页 磁头为电磁式有源传感器，采用调相方式，具有较高的可靠性和良好的抗干扰性能，不受牵引电流电流的回流影响。每个室外检测点设2对传感器，每个检测点需提供4对（不含备用）专用计轴电缆。其中一对为信号线，一对为电源线。最好不在同一个四芯组。同时计轴检测点安装时需考虑方向 ，以下行为计轴参考方向，在计轴参考方向中，车辆先经过的轨道传感器为传感器1，后经过的为传感器2。磁头安装均为1在前，2在后。 第七章 转辙机 转辙机（switch machine/point machine）是道岔控制系统的执行机构。用于转换锁闭道岔尖轨或心轨，表示监督联锁区内道岔尖轨或心轨的位置和状态。 基本功能 具有道岔转换器、锁闭器和监督表示器的功能。 作为转换器，应具有足够大的牵引力以完成道岔尖轨或心轨的转换，因故转换不到其极限位置时，应能随时操纵使其返回原来的位置。 作为锁闭器,当道岔尖轨或心轨转换到一个极限位置时，对尖轨或心轨实施锁闭，不应因外力辆除该锁闭；因故转换不到极限位置时，不应实施锁闭。 作为监督表示器，应能实时反映道岔的定位、反位和挤岔四开状态。 构成 应由动力、传动、表示和锁闭等部分构成。 类型 从动力方面分为直流电动机、交流电动机；从传动机构方面分为机械传动、液压传动和风压传动3 种；从锁闭机构方面分为圆弧锁、插入锁和燕尾锁3 种。 西南交通大学网络教育毕业设计（论文） 第44页 第一节 ZD(J)9系列电动转辙机 ZD(J)9 系列电动转辙机用于转换各种铁路道岔，改变道岔开通方向，锁闭道岔尖轨，反映道岔尖轨位置状态。 转辙机订货型号及分类 注：FS（分动锁闭杆）/ FB（分动表示杆）/ LS（联动锁闭杆）/LB（联动表示杆）为可选项，例如ZDJ9- 220/2.5k/160FS 表示使用动程为160mm的分动锁闭杆，ZDJ9- 120/4.5k/85LB/T 则表示使用动程为85mm 的联动表示杆。 转辙机传动原理 1、来自道岔控制电路的电流，经由接点座的第1 排接点接至电动机，使电动机按逆时针方向旋转（从电机后端看）。 2、电动机1 输出扭矩经减速器2 放大后，驱动摩擦联接器3 按逆时针方向旋转。 3、摩擦联接器3 内的摩擦扭矩驱动内摩擦片，内摩擦片通过键联接驱动滚珠丝杠4 按逆时针方向旋转，丝杠旋转时驱动丝母做直线运动，丝母带动推板套5 做直线运动。 4、推板套5 推动动作杆10 上的锁块6，在锁闭铁7 的作用下，完成机械的解锁、转换、锁闭等动作。 5、同时通过推板套上装配的动作板8，完成接点的转换，进而实现电路的通断。 西南交通大学网络教育毕业设计（论文） 第45页 主要技术特点，推板套、动作杆、锁块和锁闭铁关系及转换锁闭原理对于右伸ZD（J）9 转辙机（人站在打开机盖一侧，面向转辙机）： 1）动作杆2 锁闭在拉入位，通电后电机旋转，带动推板套1 向右运动，动作杆开始解锁； 2）推板套1 继续向右运动，推动锁块3 并带动动作杆2 一起向右运动； 3）动作杆2 行程走完，推板套1 将锁块3 压入锁闭铁4，将动作杆2 锁闭在伸出位。 动作板、速动片和接点动作关系，在推板套上固定有动作板，动作板与动接点轴、起动片、速动片和弹簧，动作杆处于伸出位，动作板1 抬起左侧滚轮5 及起动片3，左支架向左倾斜，第1 排动作接点接通，第2 排表示接点断开；同时右侧滚轮5 及起动片3 落下，右支架向左倾斜，第4 排动作接点断开，若锁闭（表示）杆同时到位，锁闭（检查）柱正常落下，可接通第3 排表示接点。 挤岔表示，ZD（J）9 电动转辙机有可挤和不可挤型，不可挤型ZD（J）9 电动转辙机 无挤脱器，一般用于多机多点牵引的第一牵引点和可动心轨辙叉的第一牵引点，这种情况下若发生挤岔，由多机多点牵引的其它牵引点给出挤岔表示。 可挤型ZD（J）9 电动转辙机设有挤脱 器， 挤脱力为28kN±2kN。 可挤型ZD（J）9 电动转辙机在挤岔时，锁闭铁在动作杆上的锁块作用下移动，抬起挤脱柱，同时锁闭铁上的凹槽推动水平顶杆，水平顶杆推动竖顶杆，竖顶杆推动动接点支架，从而切断表示，非经人工恢复锁闭铁，不可能再接通表示。 西南交通大学网络教育毕业设计（论文） 第46页 第八章 继电器设备要求 继电器（英文名称：relay）是一种电控制器件，是当输入量（激励量）的变化达到规定要求时，在电气输出电路中使被控量发生预定的阶跃变化的一种电器。它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路）之间的互动关系。通常应用于自动化的控制电路中，它实际上是用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用 。 第一节 电符号和触点形式 继电器线圈在电路中用一个长方框符号表示，如果继电器有两个线圈，就画两个并列的长方框。同时在长方框内或长方框旁标上继电器的文字符号“J”。继电器的触点有两种表示方法：一种是把它们直接画在长方框一侧，这种表示法较为直观。另一种是按照电路连接的需要，把各个触点分别画到各自的控制电路中，通常在同一继电器的触点与线圈旁分别标注上相同的文字符号，并将触点组编上号码，以示区别。 继电器的触点有三种基本形式： 1、动合型（常开）（H型）线圈不通电时两触点是断开的，通电后，两个触点就闭合。以合字的拼音字头“H”表示。 2、动断型（常闭）（D型）线圈不通电时两触点是闭合的，通电后两个触点就断开。用断字的拼音字头“D”表示。 3、转换型（Z型）这是触点组型。这种触点组共有三个触点，即中间是动触点，上下各一个静触点。线圈不通电时，动触点和其中一个静触点断开和另一个闭合，线圈通电后，动触点就移动， 西南交通大学网络教育毕业设计（论文） 第47页 使原来断开的成闭合，原来闭合的成断开状态，达到转换的目的。这样的触点组称为转换触点。用“转”字的拼音字头“z”表示。 主要作用，继电器是具有隔离功能的自动开关元件，广泛应用于遥控、遥测、 通讯、自动控制、机电一体化及电力电子设备中，是最重要的控制元件之一。 继电器一般都有能反映一定输入变量（如电流、电压、功率、阻抗、频率、温度、压力、速度、光等）的感应机构（输入部分）；有能对被控电路实现“通”、“断”控制的执行机构（输出部分）；在继电器的输入部分和输出部分之间，还有对输入量进行耦合隔离，功能处理和对输出部分进行驱动的中间机构（驱动部分）。 第二节 继电器的工作原理或结构特征 1）电磁继电器：利用输入电路内电路在电磁铁铁芯 与衔铁间产生的吸力作用而工作的一种电气继电器。 2）固体继电器：指电子元件履行其功能而无机械运动构件的，输入和输出隔离的一种继电器。 3）温度继电器：当外界温度达到给定值时而动作的继电器。 4）舌簧继电器：利用密封在管内，具有触电簧片和衔铁磁路双重作用的舌簧动作来开，闭或转换线路的继电器 5）时间继电器：当加上或除去输入信号时，输出部分需延时或限时到规定时间才闭合或断开其被控线路继电器。 西南交通大学网络教育毕业设计（论文） 第48页 6）高频继电器：用于切换高频，射频线路而具有最小损耗的继电器。 7）极化继电器：有极化磁场与控制电流通过控制线圈所产生的磁场综合作用而动作的继电器。继电器的动作方向取决于控制线圈中流过的的电流方向。 8）其他类型的继电器：如光继电器，声继电器，热继电器，仪表式继电器，霍尔效应继电器，差动继电器等。 电磁继电器的结构，电磁继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。 只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）释放。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。继电器一般有两股电路，为低压控制电路和高压工作电路。 第三节 多种用途继电器选用 固态继电器是一种两个接线端为输入端，另两个接线端为输出端的四端器件，中间采用隔离器件实现输入输出的电隔离。 固态继电器按负载电源类型可分为交流型和直流型。按开关型式可分为常开型和常闭型。按隔离型式可分为混合型、变压器隔离型和光电隔离型，以光电隔离型为最多。 西南交通大学网络教育毕业设计（论文） 第49页 热敏干簧继电器 热敏干簧继电器是一种利用热敏磁性材料检测和控制温度的新型热敏开关。它由感温磁环、恒磁环、干簧管、导热安装片、塑料衬底及其他一些附件组成。热敏干簧继电器不用线圈励磁，而由恒磁环产生的磁力驱动开关动作。恒磁环能否向干簧管提供磁力是由感温磁环的温控特性决定的。 磁簧继电器 磁簧继电器是以线圈产生磁场将磁簧管作动之继电器， 为一种线圈传感装置。因此磁簧继电器之特征、小型尺寸、轻量、反应速度快、短跳动时间等特性。 当整块铁磁金属或者其它导磁物质与之靠近的时候，发生动作，开通或者闭合电路。由永久磁铁和干簧管组成。永久磁铁、干簧管固定在一个不导磁也不带有磁性的支架上。以永久磁铁的南北极的连线为轴线，这个轴线应该与干簧管的轴线重合或者基本重合。由远及近的调整永久磁铁与干簧管之间的距离，当干簧管刚好发生动作（对于常开的干簧管，变为闭合；对于常闭的干簧管，变为断开）时，将磁铁的位置固定下来。这时，当有整块导磁材料，例如铁板同时靠近磁铁和干簧管时，干簧管会再次发生动作，恢复到没有磁场作用时的状态；当该铁板离开时，干簧管即发生相反方向的动作。磁簧继电器结构坚固，触点为密封状态，耐用性高，可以作为机械设备的位置限制开关，也可以用以探测铁制门、窗等是否在指定位置。 光继电器。 光继电器为AC/DC并用的半导体继电器，指发光器件和受光器件一体化的器件。输入侧和输 西南交通大学网络教育毕业设计（论文） 第50页 出侧电气性绝缘，但信号可以通过光信号传输。 其特点为寿命为半永久性、微小电流驱动信号、高阻抗绝缘耐压、超小型、光传输、无接点…等。 主要应用于量测设备、通信设备、保全设备、医疗设备…等。 时间继电器。 时间继电器是一种利用电磁原理或机械原理实现延时控制的控制电器。 它的种类很多，有空气阻尼型、电动型和电子型等。 在交流电路中常采用空气阻尼型时间继电器，它是利用空气通过小孔节流的原理来获得延时动作的。它由电磁系统、延时机构和触点三部分组成。 时间继电器可分为通电延时型和断电延时型两种类型。 空气阻尼型时间继电器的延时范围大（有0。4～60s和0。4～180s两种） ，它结构简单，但准确度较低。 当线圈通电（电压规格有ac380v、ac220v或dc220v、dc24v等）时，衔铁及托板被铁心吸引而瞬时下移，使瞬时动作触点接通或断开。但是活塞杆和杠杆不能同时跟着衔铁一起下落，因为活塞杆的上端连着气室中的橡皮膜，当活塞杆在释放弹簧的作用下开始向下运动时，橡皮膜随之向下凹，上面空气室的空气变得稀薄而使活塞杆受到阻尼作用而缓慢下降。经过一定时间，活塞杆下降到一定位置，便通过杠杆推动延时触点动作，使动断触点断开，动合触点闭合。从线圈通电到延 西南交通大学网络教育毕业设计（论文） 第51页 时触点完成动作，这段时间就是继电器的延时时间。延时时间的长短可以用螺钉调节空气室进气孔的大小来改变。 吸引线圈断电后，继电器依靠恢复弹簧的作用而复原。空气经出气孔被迅速排出。 中间继电器。 中间继电器的特点： 继电器采用线圈电压较低的多个优质密封小型继电器组合而成，防潮、防尘、不断线，可靠性高，克服了电 磁型中间继电器导线过细易断线的缺点；功耗小，温升低，不需外附大功率电阻，可任意安装及接线方便；继电器触点容量大，工作寿命长；继电器动作后有发光管指示，便于现场观察；延时只需用面板上的拨码开关整定，延时精度高，延时范围可在0。02-5。00S任意整定。 中间继电器原理线圈通电，动铁芯在电磁力作用下动作吸合，带动动触点动作，使常闭触点分开，常开触点闭合；线圈断电，动铁芯在弹簧的作用下带动动触点复位，继电器的工作原理是当某一输入量(如电压、电流、温度、速度、压力等)达到预定数值时，使它动作，以改变控制电路的工作状态，从而实现既定的控制或保护的目的。在此过程中，继电器主要起了传递信号的作用 。 中间继电器的作用： 一般的电路常分成主电路和控制电路两部分，继电器主要用于控制电路，接触器主要用于主电路；通过继电器可实现用一路控制信号控制另一路或几路信号的功能，完成启动、停止、联动等控制，主要控制对象是接触器；接触器的触头比较大，承载能力强，通过它来实现弱电到强电的控制，控制对象是电器。 西南交通大学网络教育毕业设计（论文） 第52页 当输入量（如电压、电流、温度等）达到规定值时，使被控制的输出电路导通或断开的电器。可分为电气量（如电流、电压、频率、功率等）继电器及非电气量（如温度、压力、速度等）继电器两大类。具有动作快、工作稳定、使用寿命长、体积小等优点。广泛应用于电力保护、自动化、运动、遥控、测量和通信等装置中。 第九章 信号控制不间断电源系统 智能电源屏系统由A、B两台电源屏组成，是车站设计的综合供电系统。提供ATC系统电源、ATC系统控制电源、CTC设备电源、继电器动作电源、信号设备电源、微机设备电源、信号机点灯电源、道岔备用电源。 第一节 供变电系统信号电路与操作电源 智能电源屏系统采用模块化设计，系统维护方便；不同模块之间的鉴别销位置和机架上的鉴别孔位置匹配，保证模块安装准确。 信号系统供电要求。 全模块化结构，全智能化，便于组网和远程管理； 多种冗余方式及模块的热机插拔功能，保证了系统的不断电更换和故障模块的工厂化检修； 各模块的独立操作、独立显示（LED数码表）和完全隔离； 系统保护、报警功能设置齐全，集中报警：网压断电、缺相、相序错误，模块工作状态以及各 西南交通大学网络教育毕业设计（论文） 第53页 输出回路工作与故障报警； 交流供电回路采用外置式UPS集中稳压供电； 所有交流输出均经过隔离，防止任一回路输出短路影响其他回路的正常工作。 交流回路可以做到主备用并机转换，既先接通备用，再断开主用，不影响设备的正常供电。 直流供电回路采用n+1并机均流冗余技术，故障模块自动退出，其余模块自动共同承担全部负载而可靠工作； 合理的通风散热设计，模块均采用自然冷却、长期工作制； 全插接化，便于现场扩容、更换和维护。 本套屏中的输入电源及各路输出回路，均设有主、备及切换电路，从而大大提高了电源系统的供电可靠性。 使用环境：按 TB1443-82《铁路信号产品正常工作环境条件》 海拔高度≤2500m；当使用环境超过2500m时，考虑到空气的冷却效应与介电强度会下降的因素，本厂可以根据用户要求特殊设计和生产，适用于海拔3000m高度的产品； 环境温度：-5℃～+40℃；环境湿度：≤90%（室温环境）； 环境污染等级：3；存在导电性污染，或者由于凝露使干燥的非导电性污染变成导电性污染。 西南交通大学网络教育毕业设计（论文） 第54页 防护等级：IP20；安装类别：Ⅲ类。 第二节 电源系统设置 在控制中心、全线各车站及轮乘室、车辆段信号楼、派班室、培训中心、综合维修中心设置电源设备。除满足信号系统正常的设备负荷外，电源系统设备容量拥有不少于30％的剩余电量以确保电源设备的可靠性及将来的系统改动或扩展。 其中： 控制中心：智能电源屏、在线式UPS及蓄电池。 设备集中站：智能电源屏、在线式UPS及蓄电池。 非设备集中站：智能电源屏、在线式UPS及蓄电池。 轮乘室：在线式UPS及蓄电池。 试车线：智能电源屏、在线式UPS及蓄电池。 车辆段信号楼：智能电源屏、在线式UPS及蓄电池。 车辆段派班室：在线式UPS及蓄电池。 培训中心：智能电源屏，在线式UPS及蓄电池。 西南交通大学网络教育毕业设计（论文） 第55页 维修中心：UPS、蓄电池。 第三节 电源系统总体要求 信号电源为一级负荷。电源系统采用冗余设计，由智能电源屏、UPS电源及蓄电池组三部分组成。信号电源设备保证24小时连续正常运行，不间断为信号设备供电，具有集中监控、自动报警及接地漏泄检测功能。整个系统所有电压级别的支路均设有备用供电支路，系统功率余量不小于30%，便于升级扩容。 电源系统可以分为以下三种工作模式：正常工作模式、输入断电工作模式和维修工作模式。 正常工作模式 系统输入正常时，两路输入电源经输入切换电路后，分别给UPS电源和交流转辙机单元供电，UPS电源给交直流稳压模块提供输入，同时给蓄电池组充电，交直流稳压模块经输出配电单元给后级设备供电。 输入断电工作模式 系统输入断电时，系统由蓄电池组给UPS电源提供电源，经过UPS电源逆变后，给交直流稳压模块供电，经输出配电单元转换隔离后给后级设备供电，在此模式下交流转辙机单元不工作。 维修工作模式 当系统输入正常输入切换单元故障时，交流输入电源通过直供开关直接给UPS电源和交流转辙机单元供电，UPS电源给交直流稳压模块提供输入，同时给蓄电池组充电，交直流稳压模块经输出 西南交通大学网络教育毕业设计（论文） 第56页 配电单元给后级设备供电。 系统输入电压超出系统输入范围时，系统自动切除该路输入电源，保护电源设备；系统输入的过电流保护功能通过断路器实现。 隔离和分束 输入/输出之间的隔离技术：采用高频方式隔离，交流模块采用AC/DC、DC/AC变换电路，直流模块采用AC/DC、DC/DC变换电路，交流模块外加工频变压器隔离，直流模块内部实现高频隔离。 输出电源之间的相互隔离和分束：系统采用模块化设计，对于不能共用模块的输出支路采用相互隔离的模块单独供电，确保各输出支路相互隔离；对于功率较小可共用模块的支路，采用隔离变压器隔离分束，确保各个输出支路独立。 交流转辙机的隔离：智能信号电源屏（开关柜）对交流转辙机AC 380V电源，采用变压器进行隔离后输出。对交流转辙机交流输出电源设有相序检测，当断相/错相时切断输出，并给出报警信号。 系统防雷 系统采用三级防雷，分别设置在输入、输出端及模块内部，确保系统在雷击频繁区域可靠工作。系统两路输入分别设有独立的防雷模块，有效抑制系统输入部分的雷击；系统的每个输出支路均设有输出防雷防护板件，有效抑制输出部分的雷击；系统内部的电源模块设有防雷器件，确保残余雷击能量不会造成模块的损坏。 西南交通大学网络教育毕业设计（论文） 第57页 在两路电源输入端设有一级B级防雷，在电源模块的输入端设有一级C级防雷，在电源屏对外输出的各回路上也设有一级C级防雷。如下图所示： 第四节 内部接口 内部接口实现电源屏内部屏间配电和数据传输功能： 屏间配电接口：通过配电单元中的万可端子实现，插接方便，随屏配有屏间配电专用的线缆。 中心监测单元与数据各屏数据采集单元的接口：RJ45，随屏配有专用的数据通信线。 中心监测单元与UPS的接口：RS232或RJ45，随屏配有专用的数据通信线。 详细内部接口将在设计联络阶段确定 外部接口 电源系统提供足够的外部接口，保证与其它信号设备、监测设备的互联： 与配电箱接口：通过配电单元中的万可端子实现，插接方便。 与信号负载接口：通过配电单元中的万可端子实现，插接方便。同时预留一定的冗余端子，以满足现场应用需要。 监测用干结点接口：通过配电单元中的万可端子实现。（硬件由继电器实现，状态信息由电源系统监测模块提供） 西南交通大学网络教育毕业设计（论文） 第58页 与其它智能监测设备接口：RS232/RJ45 详细外部接口将在设计联络阶段确定。 切换单元工作原理 系统输入采用两路独立的交流三相电源，两路输入具用自动切换功能，为了方便维护和检修，系统还设有手动切换装置，两路切换时间小于100mS。系统还设有两路直供开关，当系统输入切换单元故障时，可以提供应急输入供电。 交流模块 交流模块采用高频开关电源技术，功率电路分为有源功率因数（PFC）校正、DC/AC变换两部分，输入和输出都有软启动和电流限制装置，带电插拔不会引起系统输出电压的扰动。交流模块采用1:1热备冗余技术，主用模块故障后能自动切换到备用模块工作，系统输出不中断。更换模块时间小于1min。高可靠快速保护以及专门设计的短路限流特性，确保模块长期短路不会损坏，完善的保护功能保证了系统与模块安全可靠运行。 交流电源模块输出切换单元置于电源模块内部，切换时间小于100ms。交流电源模块之间采用强电互锁和弱电互锁结合的可靠稳定互锁，如果当前工作的电源模块在故障和保护的状态下取消弱电互锁信号，备用模块检测到另外一个模块发出的互锁信号不存在时，同时检测原工作模块是否有实际输出，如果两个条件均不存在，该模块给出强电输出，同时给出弱电互锁信号。反之亦然。 直流模块 西南交通大学网络教育毕业设计（论文） 第59页 直流模块采用并联均流技术，采用N+1备用，自动均分负载，任意模块故障均不影响系统的输出。 直流模块功率电路分为有源PFC校正和DC/DC变换两部分，输入和输出都有软启动和电流限制装置，带电插拔不会引起系统输出电压的扰动。高可靠快速保护以及专门设计的短路回缩特性，确保模块长期短路不会损坏，完善的保护功能保证了系统与模块安全可靠运行。 智能监测单元 智能电源屏系统设有智能监测单元，主要由数据采集单元和维护诊断工作站组成。数据采集单元负责收集电源屏各屏和UPS的实时工作数据和状态，并将数据上传至中心维护诊断工作站；中心维护诊断工作站负责对采集的数据进行处理，实时显示在监测单元的LCD显示屏上，同时记录故障信息产生报警信息，并负责以特定格式将实际数据和状态上传控制中心。UPS本地监控单元，可对本地交流电源设备进行监控和维护，完成对UPS的参数设置、故障告警及电池管理等功能，同时可对机房环境（温度、湿度等）进行监控。 监测系统的特点如下： 全中文显示，界面简洁，便于操作。 检测数据量丰富。 故障信息存储量大。 可单独组网或纳入微机监测进行组网，实现远程监测和集中管理。 西南交通大学网络教育毕业设计（论文） 第60页 带电插拔维护方便。 组网功能 电源屏中心监测单元（MCU）将采集到的电源屏和UPS数据信息通过MCU的LAN端口传送到电源屏数据总线，综合维修中心和维护监测系统的计算机可以通过专用中心监测系统软件（CMS）访问IPS 服务器，调取查看各站电源屏和UPS工作信息，实现对全线信号电源屏数据的监测。 第五节 系统内部通讯 内部通讯方式是电源屏中心监测单元（MCU）与数据采集单元（DCP）及UPS的通讯 。数据采集单元负责采集电源屏输入输出数据，并通过总线上传至中心监测单元。UPS系统数据通过UPS的通信口连接至电源屏系统中心监测单元（MCU）的UPS采集通讯输入端口，因各UPS厂家的设备通讯标准不同，UPS设备的数据信息发送协议格式各不相同，UPS数据采集软件按照UPS厂家的具体标准而专门设计，以实现UPS 数据的采集。 第十章 列车控制系统 第一节 轨道交通信号运行与管理 基本运行图是指运行图编辑人员在控制中心的运行图编辑工作站上，依据实际需要编制的运行图，根据客流预测分别将日期或日期段定义在不同的实施运行图内，并存贮于ATS数据库内。 车辆运用计划包括车组号，乘务员表号，乘务员姓名，运用车，备用车，检修车(列检、月检)，采用表格的方式实现。 西南交通大学网络教育毕业设计（论文） 第61页 计划运行图是指调度员在每天运营前，依据当天的实际情况，从ATS数据库中调出相应的基本运行图，经过适当的修改后，发往车辆段派班室，由车辆段派班室按规定的格式，将该运行图中有关车辆运用计划的内容填空后发回ATS控制中心，作为当天指挥列车运行的计划。 实施运行图是指当天调度员以收到的经车辆段派班室依据车辆运用计划填空后的实施计划运行图为底图，依据列车运行的实际情况滚动调整后实时生成的阶段计划(可以选定时间段，通常采用3～4小时)。 第二节 列车自动防护 ATP功能，以联合体有经验的数字ATP列车控制技术为基础，加上无线技术，构成了联合体这次的列车控制系统。通过车-地无线通信，实现了移动闭塞，可缩短运行间隔、实现高密度运行。在无线传输上，通过加密、认证等，实现了高安全性。此外，无线故障时，可通过站间闭塞后备模式控制这样的降级控制模式，使发生故障时还可维持运行。 ATP子系统可实现以下功能： 1、ATP地面设备能够向车载设备发送必要的限速、距离、线路和停车点条件等信息，以供车载设备确定列车运行的最大安全速度，提供列车间隔保护及超速防护，在列车超速时提供最大的常用制动或紧急制动，保证列车运行安全。 2、 ATP子系统能根据联锁设备提供的区间运行方向，确定相应的列车运行方向，保证前行列车与后行列车之间的安全距离，满足正向运行时的设计行车间隔和折返间隔，并能对列车的反向运行提供ATP防护。列车反向运行与正向运行时一样，列车通过无线将位置信息传给地面ATP，进而传给CI。由CI判断运行方向，排列进路后，地面ATP生成停车点信息传给车载。 西南交通大学网络教育毕业设计（论文） 第62页 3、当列车停在停车点(正常运行方向的站台端部)，并满足停车精度要求时，ATP子系统允许ATO子系统向列车发送开门命令。在车门关闭后，才允许启动列车。列车开门方向符合站台的位置和运行方向。 4、列车在车站站台停车误差超过±300mm，ATP子系统将实施保护，不允许打开车门，并给出表示。若停车误差大于500mm，而小于5m（暂定），则由人工或自动驾驶列车前进或后退以校正停车精度。前进或后退速度不大于5Km/h（暂定），前进或后退的次数不超过2次，最大前进或后退的距离不大于5m。 5、对于反向运行的列车，停站开、关车门的安全监督和控制完全由司机负责。 6、各种标记、指示、输入输出、记录等人机界面都汉化，方便使用和操作。 7、根据无源信标的位置修正信息与速度发电机的脉冲信息进行列车位置检测。运行一定距离而未从信标接收到信息时输出紧急制动。这样，就可将列车位置的检测误差控制在一定的范围内，从而保证安全。另外，低速时利用速度传感器(PG)的信息提高位置检测精度。 8、发送安全信息，完成车门、PSD的开门控制。 9、检测列车的非正常移动(空转•打滑)，修正列车位置信息。 10、根据联锁提供的进路条件、道岔以及信号机的状态，地面设备向车载ATP／ATO发送列车控制信息。 11、车载ATP/ATO设备在下列驾驶模式中对列车实施监控： 西南交通大学网络教育毕业设计（论文） 第63页 A1。 ATO模式； A2。 ATP模式； A3。 限速模式； A4。 切除模式(无ATP防护)； A5．车辆段模式，即SH模式 12、车载ATP设备具有下列功能： 1）超速防护对实际列车运行速度与ATP允许速度进行比较,当列车超速时ATP实施常用制动或紧急制动。 2）测速：采用两套独立测速系统，速度信息输出须相互校验，并实行断线检查 A5。 测速范围：0-100km/h A6。 显示精度：土1。0km/h A7。 线性精度：土0。5km/h 3）设备故障（包括车-地通信中断）时实施紧急制动及报警。 4）有列车后退检测功能，当后退大于一定距离（具体要求设计联络时定：暂定2m）时实施紧 西南交通大学网络教育毕业设计（论文） 第64页 急制动。 5）具有允许司机开左门、允许开右门、允许开左右门的功能。 6）具有人工或自动轮径补偿功能。自动轮径补偿是在出段口处设两个信标，列车经过该两个信标时，自动计算并进行补偿。事先设定一个补偿范围，当计算结果超出该范围，则不使用该计算结果。另外，要定期地进行人工补偿。详细内容设计联络时确定。 7）对运行方向进行监督和检测。 8）有列车非正常移动的检测，当检测到非正常移动时实施紧急制动。 9）监控车门的开启及监督其关闭状态。 10）向车载ATO传送有关信息。 11）车载信号设备从ATS子系统接收到时钟信息后自动地进行时钟修正。 13、车载信号设备的显示屏的显示操作的内容如下所示∶ 1）列车的实际运行速度度； 2）ATP、ATO、自动折返模式、列车的最高速度； 3）显示以下的驾驶模式:ATO、ATP、限速模式、切除 西南交通大学网络教育毕业设计（论文） 第65页 4）目标距离/速度 5）紧急制动实施 6）列车的停车精度； 7）车门控制以及车门状态的显示； 8）强制开门的记录； 9）车载ATP、ATO设备的故障信息； 10）发车以及运行调度命令、紧急制动的起动与显示； 11）驾驶员数据的输入与修改（司机号、车次号、目的地号码等） ※人工轮径补偿设定是通过专用的SW，不从车载DMI设定。 另外，车载存储数据的输出及故障信息的自动输出不是通过DMI，而是通过PC卡，数据被存在PC卡中。 14、驾驶模式间的相互转换 1）列车按正常运行方向进行追踪运行作业时，以ATO模式为常用运行模式，当ATO设备故障或需要时，可改用ATP监控下的人工驾驶模式，这两种模式均为正常的运营模式。限速人工驾驶模式（在正线）和非限速人工驾驶模式均为非正常的运营模式。SH模式为列车进入车辆段的工作模 西南交通大学网络教育毕业设计（论文） 第66页 式。 2）各驾驶模式可人工或自动转换：列车在区间运行时由无ATP码(因故障或其它原因造成)变为收到有效ATP码时可自动转换为ATP监控下的人工驾驶模式，再人工转换为ATO模式。由正常接收有效ATP码变为无码时列车启动紧急制动，在得到调度员的许可后转换为限速人工驾驶模式。 3）各驾驶模式的转换应以不影响行车安全为原则，并应具备声光提示，任何驾驶模式下均可实现人工干预行车，任何驾驶模式之间的转换都有记录。 15、工程车上不装设简易车载设备，但可通过计轴系统实现工程车位置检测。 16、各车站的站台设紧急停车按钮。当按下紧急停车按钮后，向站台区域、接近区域和离去区域（方案、距离设计联络时定）发送紧急停车信息，经人工确认后恢复。 17、实现与ATS、ATO子系统之间的接口及信息交换。 实现与车辆的接口及信息交换。 第三节 列车自动控制 ATO功能带ATP保护的移动闭塞模式下，完成ATO自动驾驶。当发车条件成立时，列车自动发车、加牵引、加速到目标速度，然后开始匀速运行，快到下一个站时开始自动减速，并定点停车。车门和站台安全门安全地连动开关。另外，在折返站，还有自动折返功能，缩短了折返间隔。 ATO子系统具有以下功能： 西南交通大学网络教育毕业设计（论文） 第67页 1、ATO子系统是自动控制列车运行的设备。在ATP子系统的保护下，根据ATS子系统的指令，实现对列车的自动驾驶、列车在区间运行的自动调整，确保达到设计间隔及旅行速度，并实现列车的节能控制等。 2、ATO子系统实现列车在区间的自动运行，控制列车按运行图规定的区间走行时分行车，自动完成对列车的启动、加速、巡航、惰行、减速和制动的合理控制。区间走行时分误差不大于±1%。 3、ATO驾驶模式下，ATO子系统根据ATS的调整指令控制区间走行时分，达到列车运行自动调整的目的。 4、ATO子系统车站站台自动定位停车，ATO自动驾驶时的停车精度：±300mm时，正确率为：99。99%。 5、ATO子系统实现列车在区间停车后的自动启动（紧急制动除外）。 6、在ATC监控范围内转换轨、出入段线、车站站台线路、折返线、停车线及其他必要处设置车—地通信设备，通过ATO车载设备将运行列车的有关信息传递至ATS子系统，以使ATS子系统能对在线列车进行监控。 7、ATO子系统能根据车站站台位置及停车精度，对车门实施控制，当列车在车站规定位置停稳后，车载设备自动开启对应站台侧的车门，需要时，也可人工打开车门。车门的关闭需司机人工操作。 8、ATO子系统与ATS子系统和ATP子系统结合，高效、经济、合理地控制列车运行，达到正点、舒适、节能的要求。 西南交通大学网络教育毕业设计（论文） 第68页 9、车载ATO设备能识别ATC监控区，当列车自非ATC监控区进入ATC监控区时，车载设备能投入工作状态。 10、ATO子系统具有自诊断功能，发生故障时立即向司机和ATS子系统报警。根据故障性质可实施常用制动和紧急制动。 11、因ATO故障列车停车后，可人工或自动转换为ATP监督下的人工驾驶模式运行。该驾驶模式的转换应有记录。 12、系统提供正线双方向运行功能，但当列车反向运行时不具有ATO功能。 第四节 监督与控制 车次号管理。 1、车次号的构成 ATS子系统对系统内的所有列车的车次号进行管理。列车车次号和目的地号的组成的具体内容在设计联络时确定。 2、车次号自动追踪范围 ATS子系统自动完成全线监控区域内的列车跟踪及车次号显示。 3、自动追踪原则 西南交通大学网络教育毕业设计（论文） 第69页 实施运行图、车次号系统/其他系统、人工录入/修改和逻辑追踪得到的车次号采取人工录入/修改优先，取大数次之的原则得到的车次号作为系统最终的车次号。通过车地通信实时校核车次号。如果以上内容不一致，提示报警由调度员或值班员人工干预处理。 4、车次号的显示 每一虚拟分区设置一个车次窗，车站内每一股道设置一个车次窗，每一接近区段、离去区段设置一个车次窗，车辆段每一转换轨设置车次窗，分别显示车次号信息。当虚拟闭塞分区过大时，影响ATS车次窗显示精度，ATS系统可以考虑更精细的划分虚拟分区。 进路控制。 1、基本原则 平时控制中心或者车站根据预先定义的时刻表自动生成进路控制命令，排列进路，开放信号；需要时，可退出时刻表运行模式，由控制中心调度员人工操作，发出控制命令动作车站联锁设备。 车站人工控制时值班员在车站操作工作站上控制本区域内的进路和信号机。进路控制命令须经车站联锁，通过控制地点，区间封锁，车次及出发时刻等条件校核。进路控制命令输出后，有相应的执行回执信息。 2、进路控制方式及转换 ATS子系统进路控制方式有控制中心自动控制、控制中心人工控制、车站自动控制和车站人工控制四种方式。 西南交通大学网络教育毕业设计（论文） 第70页 正常情况下自动进路控制方式选择顺序为：控制中心自动控制、控制中心人工直接控制、车站自动站控和车站人工站控。 进路控制方式的优先级为：车站人工站控、车站自动站控、控制中心人工直接控制和控制中心自动控制。 列车运行监视及报警，列车运行和信号设备状态实时地显示在控制中心显示屏、调度员工作站和其他需要的功能台上。当列车运行或信号设备发生异常时，控制中心计算机自动地将有关信息在行调工作站上给出报警及故障源提示。 调度命令。 ATS系统具有调度命令的下达和签收功能。 发车指示器控制。 发车指示器设置在站台上，平时由控制中心控制；站控、控制中心故障和车站ATS设备(非发车指示器系统)故障时由车站车务终端控制。 运输报表及运输指标统计。 提供各种报表，如列车报告，车站报告，车次报告，列车里程报告，车组管理报告，操作命令使用报告，运营日记，计划时刻表(运行图)，实际时刻表(运行图)，早晚点统计等，并均能打印输出。 维护功能。 西南交通大学网络教育毕业设计（论文） 第71页 ATS子系统的维护系统主要目的是确保系统的正常运转，主要包括系统维修指导、网络管理和用户管理的功能。 时钟信息一致功能 ATS子系统使用从外部时钟设备取得的统一的时钟信息。外部时钟设备的时钟信息是通信系统提供的，被做为ATS的标准时钟信息。另外，ATS还向联锁以及ATP／ATO设备提供时钟信息。 接口设备信息交换内容如下： 与其他系统信息交换功能。 与通信时钟系统交换信息。 与通信无线系统交换信息。 与广告系统交换信息。 与联锁设备接口。 与ATP/ATO子系统接口。 与综合监控（SCADA、FAS/BAS）的接口。 与轨道交通公安安防监控指挥系统子系统接口。 西南交通大学网络教育毕业设计（论文） 第72页 第十一章 控制中心配置 ATS子系统服务器设于控制中心信号设备室，采用IBM小型机系列服务器和IBM PC级服务器组成，依据双机冗余模式配置，保证整个系统的可靠性和信息处理的实时性。 第一节 显示技术与工作原理 服务器系统是整个控制中心信息网的核心设备之一，采用双机冗余和磁盘阵列等措施提高可靠性，选用高速的服务器构成双机系统确保信息流的实时性和可靠性。 服务器系统主要完成以下功能： 1、负责各种信息的存储，如基本运行图，车站信号平面图，车次追踪结果，实际运行图，表示信息以及各种分析统计报表； 2、用于运行图的自动调整和数据存储与数据交换，负责向所有操作终端提供车站子系统传送的行车表示信息、车次号跟踪信息、列车报点信息； 3、将行车表示信息、车次号跟踪信息采用文件方式保存，并将车次号跟踪信息、列车报点信息保存到数据库。 ATS数据库服务器采用IBM的高可靠性群集系统软件HACMP-- High Availability Cluster Multi-Processing。设置并发卷组，在并发访问的环境中，共享的磁盘同时活动连接到两个节点上。因此，当节点失效时，不需要磁盘接管。从而实现双机无扰切换，提高了系统可用性和可靠性。 西南交通大学网络教育毕业设计（论文） 第73页 ATS应用服务器双机系统采用Windows环境下群集Cluster系统，具有以下鲜明的特点：简单易用，7x24小时集群应用技术，显著减少停机时间，满足灾备的需求，保证系统高可用性和可靠性。 运行图(时刻表)编辑台。 在运行图编辑室将设置运行图编辑工作站及相应的外设，实现基本运行图(时刻表)生成、修改功能。 调度长及调度台。 在中央控制室设置四个行车调度员工作站。一个行车调度工作站设于主任调度台，另三个设于行车调度员工作台。每个行车调度工作站设置两台液晶显示器(21寸)。以上工作站在硬件和软件上具有相同的结构，控制功能互为备用，外设资源共享。调度工作站的双显示器输出控制相对独立，一个显示器故障，可由另一台显示器完成全部的显示及控制功能。 工作站人―机界面对话窗口包括以下几部分：列车运行监督，联锁控制，运行图编辑，运行图管理，列车调度管理，系统监测，车辆管理，职责和授权，各类事故报警、操作记录、列车运行及事故记录、信息存储及记录报表等。在相应的对话窗中可对对应的控制对象进行监控并能调用车辆段实时信息。工作站界面内容应满足业主运营需求，具体内容在设计联络时确定。 维护管理工作站。 维护管理工作站设置在控制中心信号设备室，一台主要完成系统维护和管理功能；另一台主要完成整个ATS子系统(包括车站、车辆段和控制中心)网络系统工作状态的动态实施监测。两台工作 西南交通大学网络教育毕业设计（论文） 第74页 站功能可以相互切换，互为热备。 维护管理工作站主要完成如下功能： 1、历史信息记录及回放，对列车运行情况、设备状态和各种操作能够实时记录，存储查询和打印，历史记录有效期为1个月。 2、监视所有车站信息网和控制中心信息网的工作状态，以及设备状态。所辖车站的实际网络拓扑形状显示车站信息网的状态。提供码位表具体监视车站信息网的实际信息，其中包括车站信号设备的工作状态和报警信息。 3、采用通用的功能强大的网管系统监视和诊断控制中心信息网上的设备状态。按实际设备的拓扑结构宏观显示各设备的工作状态、IP地址和资源应用情况。提供网络诊断工具，进行网络的诊断和分析 4、监视系统的运行状况，对中心设备、车站设备所有操作控制命令，设备运用情况、故障报警信息进行存储、分类、查询、回放和打印。 5、远程维护服务，用于远程紧急技术支持。在维护人员授权的情况下，异地工程师可以访问系统网络，进行必要的修复操作或其它技术支持。 第二节 控制室图形控制器 TRANSFORM 任何控制室，Transform 是一款顶级的图形控制器，它可用于任何需要高性能的控制室。Transform 可以将从小型到特大型显示墙与许多 RGB 信号源和模拟/数字视频信号源进行集成， 西南交通大学网络教育毕业设计（论文） 第75页 以便无限制地在显示墙的任何部位显示它们。此外，在需要冗余的场合，Transform 还可以提供各种级别的冗余，从硬盘和电源到全部冗余控制器配置，以满足对任务关键的环境的需求。 Transform 组件，Transform 图形控制器由许多组件组成，每一组件都以提供最佳性能为目标。基本系统由基本单元、图形底板、插卡和输出卡等组成。由于具有灵活性和扩展能力，因此 Transform 可以按不同的布局进行配置。 在不仅需要图形应用，而且需要视频和外部 RGB 图像时，整个系统的带宽能力将是最重要的因素。在大型显示墙上，带宽使用变得更加重要。Transform主要组件是高带宽底板,在其上可以安装不同的卡（插卡和输出卡）以获得所需的配置。 图形卡直接以数字方式控制投影模块的图像处理器，以最高的质量和性能显示来自外部信号源（如 RGB 和视频）的图形应用和图像。无需任何模拟线路。直接的数字连接可以避免从数字到模拟以及从模拟到数字的转换，因此能够稳定、无闪烁地显示像素并获得稳定的颜色性能。 Transform 处理器，Transform 处理器是系统和网络的基本单元，是 Transform 图形处理器的应用接口。它是整个系统的控制器，可以运行Linux-X-Windows或Microsoft Windows NT、Windows 2000/XP等操作系统。它执行所有的计算和系统任务，并驱动图形处理器本身。 安装在处理器板上的驱动软件控制图形卡以允许多屏操作。这意味着任何显示的信息（文字、图形、视频）可以在整个投影区进行移动，并可以放大来填充投影区。投影区在物理上由多个投影模块组成，作为一个完整的显示区应用，其分辨率取决于模块的数量和单个模块的分辨率。 Transform OmniBus 是 Transform 与一台标准多头 PC 的区别所在。该智能底板能够为输入 Transform 控制器的各种输入源提供最佳性能。要通过该图形控制器将各种输入显示到大屏幕 西南交通大学网络教育毕业设计（论文） 第76页 显示墙上，需要以下三个组件： 输入卡 – 用于对各种通过底板发送至显示墙的输入信号进行数字化处理 底板 – 用于将数字化信息传输至输出卡 输出卡 – 用于生成供投影仪显示的图像。这包括显示由基本单元生成的数据应用。 “智能”来自于专有的多通道 PCI 总线架构，它允许带宽聚集到最需要它的地方。这种动态聚集来自于一个专用的底板处理器，该处理器负责管理位于底板一个小区域的相邻图像的带宽消耗。这释放了底板的剩余空间，以用于其他输入源。这种聚集是动态的，从而使得聚集性能能够自由地、无缝地在整个显示墙上移动。这样就能保证至少能同时实时处理任意64路信号（包括计算机信号和视频信号），完成任意全屏显示模式间的切换时间不大于3秒；保证在任何显示模式下，显示不会出现明显延时，杜绝任何黑屏与死机现象；保证单屏至少能同时叠加显示任意8路计算机信号或同时组合显示任意36路视频信号。 图形卡（输出卡），Transform 使用四个输出图形加速器。为了实现相当快的呈现性能，每个输出卡都配有 32MB 内存和一个专用的 MIPS 处理器。 输出卡配有双 DVI 连接器，允许高达 UXGA（1600x1200 像素）分辨率的数字连接。如果投影设备需要模拟信号，则需要专用分支电缆将 DVI 输出连接器转换为一个 HD15 模拟 RGB 连接器。 通过增加投影模块的数量和在 Transform OmniBus 中增加输出卡，在将来 西南交通大学网络教育毕业设计（论文） 第77页 第三节 显示墙管理软件Apollo概要 Apollo 软件是一款显示墙产品的完善管理解决方案。它可以帮助用户在指定的环境下调整一个或者多个显示墙，并且提高操作的效率。 显示墙的高效操作 Apollo 专门用于管理显示墙上的大量信息，致力于在任意情况下，在任何时间点都能及时提供正确的信息。 由于Apollo软件能够随时在大屏幕上显示某一环境下的特定信息，因此操作员们很少需要进行同步操作，并能够对警报进行更快的分析和决定需要采取的解决措施。 即使在大屏幕上同时显示多个不同的窗口，Apollo 也能提供这种服务。同时其功能强大的界面，能够随时从局域网的任何一台工作站上立即激活整个排列。 轻松整合到指定环境中 Apollo 软件提供了易于使用的图形用户界面，用于激活预先配置好的操作或顺序。在命令界面的基础上，所有操作还可以从第三方应用程序启动，如 SCADA解决方案、行调、电调解决方案和网络管理系统等。 基于命令界面，显示墙管理程序可以在这些特殊解决方案的应用程序内启动，通过应用程序的某项操作或者是用户的干预触发，进行事件管理。 控制器支持视频监控系统、SCADA和信号系统等调度中心现有和将来可能扩展的一切相关系 西南交通大学网络教育毕业设计（论文） 第78页 统的信息显示；这样控制器就可以通过LAN连接到网络上的所有计算机上，控制器具备有虚拟屏显示软件和网络快速显示软件，以保证各工作站上运行的高分辨率图像数据（16800×3150高分辨率的SCADA/行车调度等）均可将大屏幕作为任一工作站的虚拟屏进行全屏、快速的显示；而不仅仅是将程序装在控制器上运行，可以在控制计算机上运行，完全保证各系统之间运行的稳定性和可靠性。 可扩展性 Apollo 软件由不同的软件包组成，每个软件包都可以进行独立授权。在此基础上，用户可以针对不同的项目定制软件系统。此外，Apollo与显示墙立方体的数量有关，可支持您随着墙壁的尺寸进行扩展。 基于软件 Apollo完全与 Windows® 系统兼容，无需增加特殊的硬件。客户端和服务器都可以在任何标准的电脑或工作站上运行。如果需要整合特殊的信息源，如 RGB 信号、模拟视频信号、可视图文等，则需要安装特殊的硬件，Apollo 可以实现对相关板卡的控制和使用。 体系结构 Apollo 是一个客户端服务器系统，允许不限数量的客户端接入网络中的一台或数台服务器，并使用其服务。服务的逻辑卷由专门的服务器提供。Apollo 所采用的这一模块化设计，为创建定制解决方案提供了坚实基础。 客户端与服务器之间的通信链路，也就是所谓的控制室总线（CRB），是一种带有冗余功能的真 西南交通大学网络教育毕业设计（论文） 第79页 正的透明通信平台。由于 CRB 提供的网络透明性，只需要将服务器变更为其它计算机，就可以实现系统的负载平衡，整个过程对客户端不会产生任何影响。 体系结构视频显示墙配置 在控制中心安装高亮度、高解晰度、高智能的大屏幕投影显示系统，通过动态集成显示不同的计算机图形背景、网络信息和视频图像信息，可以为交通控制提供一个交互式的灵活系统。 按照系统操作的实际需要，推荐采用2排ｘ6列的结构，每个屏幕规格为70英寸的大屏幕投影系统，系统的相关控制和接口设备应该满足大屏幕投影显示系统的要求。大屏幕控制系统和镶嵌式控制元件应具有先进的功能，较强的图像处理能力，能够执行单独的屏幕显示、多屏幕显示、联合屏幕显示和缩放、图表和图像的移动等功能。 控制中心显示屏配置 系统：OverView D2 OV-715 屏幕规格： 数量：2x6=12 屏幕尺寸：70寸 宽：8400毫米(mm) 高：2100毫米(mm) 西南交通大学网络教育毕业设计（论文） 第80页 图形控制器配置 Transform 处理器系统配置 Transform A6主机配有1个 Transform OmniBus A18扩展单元 PC ATX技术 英特尔至强® 双核CPU，3 GHz处理器 高达 2GB的主内存 100/1000 Mbps以太网 冗余电源 SCSI RAID 1和 RAID 5 冗余以太网 热插拔冗余备份工业级电源为系统提供稳定、干净的电源供应 风扇失效报警 电源失效报警 西南交通大学网络教育毕业设计（论文） 第81页 温度感应报警 可以实现不停机维护系统电源、风扇系统，热插拔机箱风扇系统 Transform OmniBus配置 增强型多通道 PCI 64/66 背板总线架构，带宽为 533MB/s 每个 Transform OmniBus 有 18 个插槽，用于接入 Transform 扩展卡，例如 Transform 图形卡、OMNISCALER、双 RGB-输入卡和 QUAD 模拟视频卡 视频输入：BNC接口或则S-Video，输入制式NTSC、PAL或SECAM、25/50或30/60 fps，同步锁相。 满足64路数字活动视频信号：CCTV的IP视频信号的接入与实时显示 RGB输入：VGA/DVI接口，分辩率范围 640X480～2048X2048 网络视频流输入：冗余RJ45接口 100/1000 MBit，协议支持TCP/IP、UDP、RTP、IP、IGMP/压缩制式 Mpeg-2、Mpeg-4、H.264、MJPEG、VisioWave SDI输入：BNC接口（标准定义SMPTE 259-M-C 270 Mbps/在PAL和NTSC上4:2:2格式） 西南交通大学网络教育毕业设计（论文） 第82页 网络输入：RJ 45 (100/1000M)网络输入，提供ATS接入标准网络接口； 系统详细配置 英特尔至强® 双核CPU，3 GHz处理器 100/1000 Mbps 以太网 Raid 1 – 80 GB 4路 100/1000 Mbps网络输入 4路RGB 信号输入 24 路 复合视频输入 冗余电源 热插拔机箱冗余风扇 Apollo软件一套 总 结 轨道交通信号控制系统是指挥列车和保证行车安全的重要工具之一。在保证行车安全、提高运输效率方面起着不替代的作用。信号设备大体上可以分为车站联锁设备、区间闭塞设备、机车信号 西南交通大学网络教育毕业设计（论文） 第83页 和列车行车控制设备、调度监督、调度集中设备。联锁是信号、道岔、进路之间相互制约的关系。车站联锁设备完成联锁功能。 我国轨道交通信号设备的布局基本采用集中站控制模式，而继电设备则是各个子系统之间的关键接口。以现在的技术发展，继电设备逐渐被计算机软件系统所替代。计算机联锁系统应用软件来完成联锁功能在技术性上和可靠性上都优于继电设备。这也是目前普及计算机联锁的一种发展方向。 在移动闭塞技术方面，主要体现出两种模式，一种应用电磁感应式，另一种则是应用无线传输方式。无论哪种方式，在技术上各自都有各自的优势。而电磁感应式则是从铁路钢轨传输移频信号引进应用到地铁及轻轨。它的特点是分散式布局，具备抗干扰能力强的特点。信号相对稳定，但是在投资成本上相对较高。而无线传输技术，则通过天线发射信号传输给列车，通过信息的加密、传输、接受、解密、执行等环节形成路径。无线传输的基础则是计算机系统的布局。在技术上平上，无线传输系统优电磁感应式传输。但是无线信号的传输是一种开放式信号，它受到外界的环境、气候、电磁干扰等因素的影响，使信号容易受到干扰。虽然无线传输技术在抗干扰方面受到因素较多，但是完全可以通过技术上的手段弥补，比如，高低几种频率叠加传输模式等。完全可以解决抗干扰问题。 信号控制系统主要体现在安全性、可靠性以及不间断工作性。在安全性方面，目前各个子系统均采用双机备用、三机运算取二、二乘二运算取二等模式。在可靠性，系统在设计时采用故障导向安全的模式，既是故障系统自动退出运行，备用机自动升级为主用机。在不间断工作性方面，如数据库系统，服务器系统等系统采用军工级设计标准。 信号控制系统是一个联合体。由不同的设备供应商提供子系统。因此存在各个设备的接口协议，因此设计单位在设计联络初期，就必须根据甲方提供的功能要求需求，从而定义各个系统的接口标准。以业主需求，设计定义，协议制定，厂家生产的方式定制各类子系统设备。从而在设计前期中 西南交通大学网络教育毕业设计（论文） 第84页 就把各类问题协商解决好。以免后期施工接口出现问题。 城市轨道交通信号控制系统设计，必须通过客流调研、资金来源研究、可行性报考等前期的摸底调查后，通过上报审批批示后。方可进入设计联络阶段，厂家根据设计联络的要求定制系统设备。在后期既是项目工程的工程施工，联合调试等。直到最后交付业主方运营。而本文的阐述基于运营功能要求，通过功能的展示，为设计联络提供系统功能设计依据参考。从而确定设备的定型，以及厂家的定制生产。另一方面通过分析研究重庆轨道交通信号系统以日立、日信、西门子、斯诺为主的各式系统原理及构成，总结各大厂家设备的共同点与优劣。并结合电子基础学中信号的产生、放大、传输、反馈等原理来阐述信号设备的构成。从而从深到浅让信号维修人员更能掌握信号设备的运作原理，便于信号维修人员学习和维修作业。 致 谢 在本次论文设计过程中，高老师对该论文从选题，构思到最后定稿的各个环节给予细心指引与教导,使我得以最终完成毕业论文设计。在学习中,老师严谨的治学态度、丰富渊博的知识、敏锐的学术思维、精益求精的工作态度以及侮人不倦的师者风范是我终生学习的楷模，导师们的高深精湛的造诣与严谨求实的治学精神，将永远激励着我。同时感谢轨道学习中心的老师在我学习的这几年中关心支持和帮助。在此，谨向老师们致以衷心的感谢和崇高的敬意！ 最后，我要向百忙之中抽时间对本文进行审阅，评议和参与本人论文答辩的各位老师表示感谢。 参考文献 1 华中科技大学电子技术课程组. 《电子技术基础》，武汉：高等教育出版社 西南交通大学网络教育毕业设计（论文） 第85页 2 谭永霞. 《电路分析（I）》，成都：西南交通大学出版社，2010年11月第1版 3 刘黎. 《电机与拖动（II）》，成都：西南交通大学出版社，2011年10月第1版 4 刘永智. 《电力系统运动》，北京：中国电力出版社，2006年10月第二版 5 郭世明. 《电力电子技术第2版》，成都：西南交通大学出版社，2008年6月第2版 6 铁道部运输局.《全路电务事故汇编》，北京：中国铁道出版社，2011年6月第1版 7 广州地下铁道总公司. 《信号检修工》， 北京：中国劳动社会保障出版社，2010年11月第一版 8 阮振铎. 《大站电气集中设计与施工》，北京：中国铁道出版社，1993年8月第1版 9 朱得天. 《铁路信号基础》，南京：中国铁道出版社，1987年6月第一版 10 张福祥、徐建国. 《车站计算机联锁》，北京：中国铁道出版社，2000年9月第一版 11 林引清. 《车站信号》，北京：中国铁道出版社，1990年第一版 12 张保会. 《电力系统继电保护》，北京：中国电力出版社，2010年第三版 13 贺威俊. 《轨道交通牵引供变电技术》，成都：西南交通大学出版社》，2011年5月第一版 15 朱德恒. 《电气设备状态检测与故障诊断技术》，北京：中国电力出版社，2009年3月第 西南交通大学网络教育毕业设计（论文） 第86页 一版 16 中铁电化局. 《重庆轨道交通二三号线城市建设施工技术资料》 因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容