ZPW-2000移频信号检测实验仪的设计与实现

依据周期测频法设计了以FPGA为核心器件的ZPW-2000移频信号检测实验仪。该实验仪采用8个计数器实现移频信息的检测,其中,边频检测采用2个计数器分别检测计数信号上下跳沿,通过选择2组计数值中较大值,使计数误差降低至0-1个计数信号周期,在200 MHz计数信号下,边频检测误差可控制在0.07 Hz以内;低频检测采用6个异步计数器,分别实现移频信号中低频成分的获取及低频频率的检测计算,低频频率计数器通过设置前N个状态进行低频计数,第N+1个状态进行计数值锁存分析的方式,有效降低了低频获取引起的误差。分析发现,当N≥10时,最大误差可降至0.029 Hz以下。实验仪实测证明,边频、低频检测误差均能满足铁道标准TB/T 3532—2018中移频信号上下边频误差±0.15 Hz、低频误差±0.03 Hz的要求;检测实验仪能准确解算出基于FPGA的ZPW-2000移频信号发码实验仪移频信息,解决了ZPW-2000系列轨道电路移频信号教学及实验任务必须采用铁路专用设备的限制,结合发码实验仪可为学生更直观地展示轨道电路发码与检测过程,使学生更加深入地了解移频轨道的电路原理。

短区间特殊信号显示关系及点灯电路设计方案优化研究

针对短区间列车反向追踪运行的特殊需求,深入研究信号显示关系及其配套点灯电路设计方案。首先,分析车站正线与到发线列车行车组织方式和允许速度的差异性,提出基于实际允许速度设计短区间信号显示关系,取消侧线红灯重复显示,以提升到发线的行车组织效率和车站的通过能力;其次,根据信号“故障-安全”原则及点灯电路技术条件,在兼容现有四显示出站信号机点灯电路的基础上,通过增加灯丝监督继电器,优化反向发车信号显示,以适应短区间反向按四显示追踪运行的需求。经仿真测试和实际应用验证,结果表明该方案能够保障行车安全,提高短区间列车运行效率,为铁路枢纽和繁忙干线短区间特殊信号显示关系优化及点灯电路设计提供参考和借鉴。

基于多导体传输线的高速铁路站内机车信号邻线干扰研究

ZPW-2000系列轨道电路广泛应用于高速铁路区间及站内,其中站内邻线干扰问题较为复杂。为防止高速铁路站内机车信号邻线干扰导致CTCS-2和CTCS-3级列控系统车载设备误动作的情况,对站内邻线干扰的分析是非常必要的。基于多导体传输线微分方程,推导多导体传输线的阻抗差分方程和导纳差分方程。在多导体传输线差分方程的基础上,进一步建立包括轨道区段、发送设备和接收设备等的轨道电路邻线干扰模型,并对比现场数据和仿真数据,验证模型的正确性。最后,通过对机车信号邻线干扰模型的计算仿真,研究区段并行长度、线路间距、线路角度、道砟电阻和功放电压等因素对于机车信号邻线干扰数值的影响规律,主要结论为:对于同向载频干扰,机车信号干扰电流最大值随着线路间距和线路角度增大而逐渐减小,设计时线路间距不宜小于5 m,合理设置道岔区段可降低干扰;随着功放电压和道砟电阻增大而逐渐增大,设计时应采用低功放电压设计和当地可能达到的最大道砟电阻。

基于优化变分模态分解的轨道电路信号分析方法

针对轨道电路设备应用场景多样且复杂电磁骚扰源影响轨道电路信号传输的问题,提出一种基于麻雀搜索算法(Sparrow Search Algorithm,SSA)的优化变分模态分解方法 (Variational Modal Decomposition,VMD),实现轨道电路信号分析处理。首先,通过基于平均包络熵适应度函数的麻雀搜索算法,实现VMD关键参数的优化选取;其次,采用优化参数的VMD方法,分离深度耦合的轨道电路信号和随机骚扰,实现强噪声背景下轨道电路信号的检测以及骚扰成分的提取和降维;最后,基于Matlab生成仿真混叠信号进行验证,对比提出的SSA-VMD轨道电路信号处理方法与现有信号自适应分解方法的处理效果。结果表明:SSA-VMD方法较现有方法在准确性上有较大优势,处理后信号的信噪比提升可达30 dB;同时,使用现场实测含噪数据验证也表明,SSA-VMD方法对于轨道电路信号的分析处理能达到预期的应用效果。

海外套轨铁路列车轴距检查及其信号工程设计

海外铁路存在站内套轨股道向单一轨距区间发车的情况,信号工程设计应避免列车由套轨线路运行至轨距不符的单轨距线路而引发掉道事故。信号系统轨旁设备可设置套轨无岔区段双送双受轨道电路,该设备为联锁系统提供占用列车的轴距信息。联锁系统根据轴距占用信息和特殊联锁表逻辑实现进路控制,以提高车辆运营的安全性。该文从工程设计角度介绍相关方案的选定与信号工程设计情况。

一种高精度移频信号解析方法

介绍一种高精度移频信号的解析方法,实现基于铁路信号集中监测系统对铁路移频信号进行信号解析和指标监测。对铁路移频信号的载频、低频和边频进行解调和计算,采用时域方法对数据进行下采样提高计算精度,频域方法 Zoom-FFT计算载频和低频,零相移滤波方法消除滤波后的信号延迟现象,将滤波后的数据进行整形,从而定位用于计算边频的数据序列,并对该数据序列进行FFT频域计算,得到边频值。这种方法可以提高计算精度。

基于D-S证据融合理论的轨道电路补偿电容故障判决方法研究

在铁路信号系统动态检测数据中,地面轨道电路的补偿电容脉冲检测信号和轨道电路感应电压数据均可反映补偿电容的工作状态。针对单一来源数据进行补偿电容故障判别误报率高的问题,提出一种基于D-S证据融合理论的补偿电容故障判决方法。首先,针对补偿电容脉冲检测信号和轨道电路感应电压数据,提取出有效代表补偿电容状态的特征值,并基于该特征值进行正常/故障概率分配;其次,利用D-S证据融合理论,对单一判定结果进行融合,得到每个补偿电容的故障概率,从而实现补偿电容故障识别;最后,基于实际检测数据对所提方法进行验证。试验结果表明:相较于基于补偿电容脉冲或感应电压的单一来源数据故障识别方法,基于D-S证据融合理论的补偿电容识别准确率分别提升13%和5%,有效地提高了补偿电容故障识别准确率。

基于信号集中监测系统的轨道电路码序监督方法研究

自动闭塞线路通过轨道电路向列车传递低频码来反映前方空闲闭塞分区的数量,为列车运行提供行车指令,一旦轨道电路低频码错误将产生严重的安全风险。为此研究一种通过既有信号集中监测系统(CSM)实现轨道电路低频码序监督的方法。结合CSM系统的自采集数据、ZPW-2000接口数据、列控中心接口数据、联锁接口数据等,实现相邻区段(闭塞分区)低频码码序一致性分析、区段(闭塞分区)低频码与区段占用逻辑一致性分析,以及区段低频码与前方信号机显示逻辑一致性分析等。当出现不一致时,可以及时报警提醒。同时,针对一些特殊场景进行分析并提出对应规避措施。基于“仿真测试+现场跟踪”相结合的测试验证表明,该方法准确可靠,可避免误报和漏报的发生。

信号集中监测系统中轨道电路报警的优化及应用

在信号集中监测系统中,优化轨道电路报警功能,首先需要构建完善的监测系统,配置故障检测技术,同时新增报警功能,改善信号采集方式。其次,需处理好电缆不良、小轨出电压偏低、电流超标、电压下降等问题。文中简单分析了信号集中监测系统中的轨道电路报警优化及其应用,希望能为轨道安全管理工作提供借鉴。

铁路轨道信号在线测量仪补偿电容检定结果不确定度评定

为了保障铁路轨道信号在线测量仪测得的ZPW-2000A轨道电路补偿电容容值准确、可靠,依据JJG(铁道)702—2021《铁路轨道信号在线测量仪检定规程》,利用XHBQ-Ⅰ型轨道信号测试设备综合校验仪,检定铁路轨道信号在线测量仪。介绍检定方案,评定补偿电容检定结果不确定度,并进行验证。结果表明,检定方案满足量值传递要求,能保证铁路轨道信号在线测量仪测量的电容结果准确、可靠。

轨道电路智能运维技术

针对监测数据利用率低、故障诊断能力不足、运维智能化不足等轨道电路运维效率低的现状,首先提出了基于数据和机理驱动的故障诊断方法来提升故障诊断能力;然后,提出全生命周期健康管理技术体系来降低停车率,提升运维效率;最后,对跨专业、跨系统综合运维问题进行探讨,提出了建设综合运维平台的方案。

铁路信号基础设备综合巡检机器人研发与应用

针对目前采用人工手持仪表步行测试轨道区间轨道电路、应答器等轨旁设备的作业模式,造成维护人员工作量越来越大,难度越来越高等问题,研制了铁路信号基础设备综合巡检机器人。重点描述该机器人的结构组成、设计原理、模块功能及在高速铁路中的应用情况等,结合高效率、便捷化、智能化的综合巡检特点,提出对铁路运营设备进行快速检测和诊断的解决方案。

移频轨道电路发码装置的研究与设计

为提高移频轨道电路发码装置输出信号的质量及装置的可靠性,设计一种基于直接数字频率合成器(DDS,Direct Digital Synthesizer)芯片的发码装置。该装置由单片机直接控制DDS芯片产生移频信号,经过后级电路放大滤波后,输出到测试环线上,供车载天线接收;单片机提供RS-485通信电路用来接收上位机的控制数据、有机发光二极管(OLED,Organic Light-Emitting Diode)显示屏和按键,作为便携式设备的人员操作接口。通过测试验证,该装置可精确输出ZPW-2000和FTGS这2种移频轨道电路的移频键控(FSK,Frequency-Shift Keying)调制信号,提高了输出信号的分辨率和精度,从而减小相邻轨道区段间的干扰,便于机车信号设备的解调。与既有的移频轨道电路发码装置相比,该装置具有信号质量高、结构简单、可靠性高、方便操作的优点。

接触网短路电流对轨道电路的影响

接触网是给电气化铁路牵引供电的重要组成部分,一旦发生故障,短路电流将有可能损坏接触网系统的电气设备,影响行车安全,降低铁路运营效率。继电保护的可靠性尤为重要,能及时切断故障线路并反馈故障信息给电调,方便接触网的维修和抢修。本文结合ZPW-2000四显示自动闭塞轨道电路系统的接地连接方式和接触网短路电流径路,分析直接供电方式下接触网短路电流窜入贯通地线,抬升轨道电路设备对地电位,反向击穿烧坏轨道电路设备造成红光带故障的原因。从供电专业和信号专业2个方面制定并实施畅通回流通路的整改措施,以降低轨道电路设备对地电位,使其符合规定要求,从而排除设备运行安全隐患。

基于DSP的智能相敏轨道电路测试盘研究和实现

为提高25 Hz相敏轨道电路测试盘的智能化水平,设计一种基于数字信号处理的智能相敏轨道电路测试盘,增加了对分路状态下轨道电压和局部电压的相位差,以及电码化干扰信号的检测。通过对该测试盘进行测试,结果表明:该轨道电路测试盘在保证对25 Hz相敏轨道电路进行信息检测的同时,还可实现对电码化干扰信号和相位差的准确检测。

基于Hanning窗四谱线插值FFT的轨道电路信号解析研究

移频信号是ZPW-2000A轨道电路系统关键特征之一,对其高精准度解析具有重要意义。基于移频轨道电路信号特点,提出一种基于时域加窗、频域插值的高精准度解析算法,并应用模拟仿真的方法进行验证研究。研究结果表明,通过时域加窗处理可有效改善常规FFT中出现的频谱泄漏问题,进一步在频谱中插值可提高信号解析准精度。通过本算法解析移频轨道电路载频最大误差为0.000 32 Hz,解析调制频率最大误差为0.002 63 Hz,以上误差范围均能够满足对轨道电路信号解析要求。

地铁轨道工程车PLC高/低电平输入信号隔离降压板设计

轨道工程车电气控制系统的高/低电平信号电压一般为DC 110 V/0 V,而PLC高/低电平信号输入接口额定电压一般为DC 24 V/0 V和AC 220 V/0 V,因此,PLC无法直接应用到轨道工程车的电气控制系统中。为解决输入接口电压等级不匹配的问题,研发设计PLC高/低电平输入信号隔离降压板。隔离降压板主要由TLP521-4型光耦芯片、发光二极管、电阻和接线端子组等电子元件构成,经仿真试验验证,效果良好。

电子电路故障原因与检测技术分析

阐述电子电路的故障原因和检测技术的应用,包括观察法、参数检测法、信号追踪法、自动光学测试法、X-射线结合激光-红外检测法、分割检测法、旁路检测法,保障检测质量的同时提升检测效率。

基于线性拟合的区间轨道电路传输特性

分析不同载频的区间轨道电路检测数据散点图,提出采用线性拟合方法分析区间轨道电路传输特性。对不同载频不同时期的区间轨道电路检测数据进行线性拟合处理,提取衰减系数、波动系数和相关系数3个特性指标。将特性指标转化为随时间变化而变化的趋势图,用以研究区间轨道电路传输特性的变化趋势,并判断补偿电容工作状态。提出基于历史数据库的区间轨道电路动态性能评判方法,该方法与现有的标准曲线对比法相比,减少了数据需要量,增加了趋势分析功能。

基于Simulink的ZPW-2000轨道电路仿真分析

轨道电路是我国铁路列车运行控制系统的关键设备之一,在此基于Simulink建立了ZPW-2000轨道电路仿真模型,并实现了轨道信号的调制与解调。在模型基础上,分析了室外环境及故障对轨道电路性能的影响。结果表明,道床电阻值降低至0.7Ω/km时,轨道电路"红光带"故障发生;3个及其以上补偿电容断线时,轨道电路将产生错误的占用信息;电气绝缘节破损会造成机车信号设备受到干扰,破损严重时列车会收到相邻区段的错误控制信息。仿真结果与现场测试数据的比较,验证了该模型的准确性,通过该文方法,可为铁路现场的维护及调试工作提供技术支持。