专利名称：便携式转辙机动态模拟仪的制作方法
技术领域：
本实用新型属于铁路信号检测设备，特别涉及了一种铁路道岔配线的检测用的便携式转辙机动态模拟仪。
背景技术：
现有的道岔配线检测仪器有ZD6系列转辙机配线校验仪。根据《铁路通信信号》1998年03期“ZD6系列转辙机配线校验仪”介绍，它主要采用继电器接点模拟转辙机内配线动作；用表示电路的逻辑关系来检查动作电路中定、反操电路和表示电路中定、反表电路配线的正确性，从而完成对一副配线的检查。 铁路电务段及电务施工单位在验证信号楼室内及室内到室外的电缆配线是否正确的过程中，需要将转辙机抬到现场进行测试，费时、费力又不安全。现有的道岔配线检测仪器只能检测ZD6系列转辙机配线，不能适应新生产的S700K，ZD(J)9以及ZY(J7)等系列转辙机，而且不能测试转辙机动作电压，工作电流等电气参数。
实用新型内容目前电务段及电务施工单位在验证转辙机的室内、室外控制回路和表示回路电缆配线是否正确的过程中，需要将转辙机实物抬到现场进行测试，该方法费时、费力又不安全。为了解决这个问题，根据现场的实际状况，本发明提出了一种ZXZM型转辙机动态模拟仪。该仪器可完全模拟ZD6、ZY (J) 7、S700K及ZD (J) 9等系列转辙机的电气及机械特性，其特点是重量轻、体积�。耆梢蕴娲鶽D6、ZY(J) 7、S700K及ZD (J) 9等系列转辙机，并快速、准确的判断室内、室外转辙机控制回路和表示回路配线是否正确，从而大大减少了现场电务作业人员的工作量，提高了工作效率。ZXZM型转辙机动态模拟仪在现场的使用过程中，收到了很好的效果，受到了现场电务作业人员的好评。ZXZM型转辙机动态模拟仪采用点阵图形液晶显示屏显示道岔及转辙机状态，并且可测试道岔转换时，转辙机的动作电压，工作电流值。整个显示界面为中文界面，直观、方便。便携式转辙机动态模拟仪具体如下一种便携式转辙机动态模拟仪，将信号楼接出的电缆通过电缆盒连接到便携式转辙机动态模拟仪，验证ZD6，S700K, ZY(J) 7, ZD (J9)类型转辙机的室内、室外控制回路和表示回路电缆配线，其特征在于，其包括液晶显示屏、按键、硬件电路，硬件电路包括电源部分、显示部分、按键操作部分、信号采集和处理部分、继电器控制部分、时钟部分、主处理器部分；电源部分连接到液晶显示屏、按键、显示部分、按键操作部分、信号采集和处理部分、继电器控制部分、时钟部分和主处理器部分的电源输入端；液晶显示屏连接到主处理器的信号输出端、按键连接到主处理器的信号输入端；显示部分、按键操作部分、信号采集和处理部分、继电器控制部分和时钟部分连接到主处理器的信号输入端。[0009]优选地，便携式转辙机动态模拟仪的硬件电路的器件布局在主控板和测控板两块电路板上，主控板上包括主控芯片STM32F103VC及其外围电路即所述主处理器部分；液晶接口及其对比度驱动电路即所述显示部分；按键接口 ；时钟芯片模拟基准电压电路即所述时钟部分；蜂鸣器；测控板上包括电源�？榧此龅缭床糠郑患痰缙骺刂频缏芳此黾痰缙骺刂撇糠郑唤涣鞯缪够ジ衅�、交流电流互感器、直流电压霍尔传感器、直流电流霍尔传感器，以及模拟信号滤波和放大系数调整电路，即所述信号采集和处理部分。[0010]优选地，按键包括“电源”、“菜单”、“确定”、“取消”、“ <<”、“ >>”、“背光”。 优选地，便携式转辙机动态模拟仪采用镍氢充电电池供电。优选地，所述交流电压互感器、交流电流互感器，直流电压霍尔传感器，直流电流霍尔传感器和电池电压共有12路采样信号。优选地，交流电整周期截断，多周期内采样点进行方和根计算；三相交流电电压5路，电流3路，直流电电压2路，电流I路，电池电压I路，共12路，ADC转换采用STM32处理器的DMA技术。I)对比现有转辙机，我们优势I是重量轻。根据《太原电务器材厂企业标准Q/BT1011》，ZY (J) 7型电液转辙机整机重量约为175kg, ZYJ7-B1型电液转辙机整机重量交流约为190kg，直流约为195kg，SH6型转换锁闭器(不包括配ZYJ7-B1型电液转辙机的转换锁闭器)重量约为125kg，SH6型转换锁闭器(配ZYJ7-B1型电液转辙机的转换锁闭器)重量约为140kg。根据《中华人民共和国铁道行业标准TB/T3009-2002》，S700K-C型电动转辙机重量为约llOKg。根据中国铁路通信信号总公司《ZD(J)9电动转辙机使用说明书》，ZD(J)9电动转辙机重量为177-182Kg。ZXZM型便携式转辙机动态模拟仪整机重量< 8Kg，远远小于转辙机的重量，方便一个人携带。2)对比现有转辙机，我们优势2是可显示信号楼到道岔配线的电压、电流，用户不需要再使用测试仪表测量配线的电气参数。
附图I是便携式转辙机动态模拟仪的实用简图。附图2是便携式转辙机动态模拟仪结构图。附图3是便携式转辙机动态模拟仪操作中的信息页面。附图4是便携式转辙机动态模拟仪操作中的转辙机类型选择页面。附图5是便携式转辙机动态模拟仪操作中的转辙机类型选择页面。附图6是便携式转辙机动态模拟仪操作中的初始化页面。附图7是便携式转辙机动态模拟仪操作中的测量页面(a)。附图8是便携式转辙机动态模拟仪操作中的测量页面(b)。附图9是便携式转辙机动态模拟仪操作中的菜单设置页面。图11是便携式转辙机动态模拟仪V相电流增益调节电路图。图12是便携式转辙机动态模拟仪W相电流增益调节电路图。[0031]图10是便携式转辙机动态模拟仪U相电流增益调节电路图。图13是便携式转辙机动态模拟仪U相、Vl相和Wl相电压增益调节电路图。
具体实施方式
附图I中是本实用新型的便携式转辙机动态模拟仪的连接图，如图所述，由信号楼I中连出的电缆3通过信号楼中的操纵台2和外部的电缆盒4，连接到便携式转辙机动态模拟仪5，便携式转辙机动态模拟仪5安装在铁路钢轨6的道岔7处，用于检测道岔处的配线是否正确。附图2是便携式转辙机动态模拟仪结构图。在使用时将道岔电缆盒内电缆接在不锈钢面板9的接线柱10上，通过按键11控制在液晶显示屏12上选择转辙机型号，信号楼内操动转辙机时，液晶显示屏12上显示转辙机状态和工作电压及工作电流。该仪器以STM32系列高性能、低成本的Cotex-M3作为主控芯片，采用点阵图形液晶显示屏显示当前操作状态和测量结果，采用镍氢充电电池供电，具有便携式，人性化操作等特点。在硬件上还具备对信号楼给出的误动作进行安全处理的功能，保证了仪器的安全性能。转辙机动态模拟仪通过按键选择需要模拟的转辙机类型，可以模拟转辙机的定操、反操、定位、反位四个工作状态，由按键操作选择当前工作状态，并由液晶显示屏显示当前工作状态和下一个工作状态，以及动作回路的工作电压和工作电流。在动作回路出现接线错误时液晶屏会给出相应的故障提示。液晶屏还显示当前电池电量和实时时钟以方便工作人员。硬件电路包括电源部分、显示部分、按键操作部分、信号采集和处理部分、继电器控制部分、时钟部分、主处理器部分。设备供电采用镍氢充电电池供电，具备充电功能。电量低时，自动保护，不再输出继电器控制信号，并给出提示信息，电量过低时不再开机。按键部分由电源、菜单、确定、取消、< <、> >、背光7个按键组成，完成设备的开关机、转辙机型号选择、工作状态选择、液晶屏背光和对比度设定、时钟设定、等操作。信号采集和处理部分完成对动作回路三相交流电和直流电的采样、滤波、放大、采集等，最终将模拟信号转换为数字信号，并计算三相交流电的电压和电流真有效值。继电器控制部分实现对动作回路和表示回路的负载切换以及通断控制，最终实现对转辙机各个工作状态的动态模拟。I)硬件设计说明在电路结构上按功能将器件布局在主控板和测控板两块电路板上，这样设计可减小仪器的体积，并降低了后期维修的难度。主控板主要是主控芯片STM32F103VC及其外围电路，液晶接口及其对比度驱动电路，按键接口，模拟基准电压电路，时钟芯片，蜂鸣器等电路；测控板主要是电源�？椋痰缙骺刂频缏罚涣鞯缪够ジ衅�、电流互感器，直流电压霍尔传感器、电流霍尔传感器，以及模拟信号滤波、放大、系数调整等电路。仪器的各个工作状态由DC12V/5A带触电继电器进行切换，用100W功率电阻模拟转辙机负载，继电器由主控芯片给出控制信号，三极管驱动继电器线圈动作。电压互感器、电流互感器实现对三相交流电电压、电流采样，电压霍尔传感器、电流霍尔传感器实现对直流电压、电流采样，共有8路采样信号。采样信号经由运放进行滤波，放大等处理，最后送到主控芯片，由主控芯片内部12位ADC进行采集。为节约硬件成本，三相交流电的电压、电流真有效值由软件实现，省去真有效值运算芯片。整个系统中共需要三组电源继电器供电12V、数字电路部分供电5V，模拟电路供电± 12V。继电器供电直接由电池给出，数字电路和模拟电路供电分别由WRB1205ZP-6W和WRA1215ZP-6W电源模块提供。液晶对比度调节电压由主控芯片内部DAC设定，通过LM358和78L15把液晶屏内部提供的高压调整为合适电压值再输入到液晶对比度电压输入端，以实现液晶对比度的调整。该设计比以往常规思路大大节约了硬件成本，充分发挥了主控芯片的内部资源。按键由主控芯片I/O 口直接驱动。时钟由DS1302时钟芯片提供。2)程序设计说明程序主要完成液晶显示控制、按键输入响应、继电器控制、电压电流采集等功能。页面显示操作如下按下电源键开机，开机首先进入信息页面，持续时间大概4秒，如图3所示。在该页面下按下按键无响应。然后进入转辙机类型选择页面，如图4所示。在该页面下按下“<<”键降低液晶对比度，按下“>> ”键增大液晶对比度，按下“背光”键开启或关闭液晶背光，按下“菜单”键进入转辙机型号选择菜单，如图5所示。按其他键无响应。在图5页面下按下“<<”键或“>>”键选择需要的转辙机型号，按“取消”键回到图4页面，按“确定”键进入图6所示的初始化页面，初始化页面大约持续2S。初始化后进入测量页面。S700K，ZD(J)9类型进入图7所示测量页面，ZD6_E(1)，206-了(2)，2064(3)、四线制，206-了(4)类型进入图8测量页面。 在测量页面下按下“确定”键进入动作状态(定操或反操)，在动作状态下检测动作回路是否故障，若三相交流电相序错误，则工作状态中显示接线错误；若三相交流电缺相显示缺相。动作状态下按下“取消”键结束动作，进入表示状态(定位或反位)。表示状态下若交流电高于300V，直流电高于160V，工作状态显示动作回路接线错误。在表示状态下按下“菜单”键进入菜单设置页面，如图9所示。在菜单设置页面下连续按“菜单键”键，光标在工作状态和时间日期中轮换选择。按“ < < ”或“ > > ”键对工作状态或时间日期进行设置。按“确定”键保存设置，按“取消”键退出设置，并进入测量页面。在测量页面下按“ << ”或“ >> ”键设置液晶对比度，按“背光”键开启或关闭液晶背光。交流电真有效值计算交流电真有效值的离散化计算方法为整周期截断，多周期内采样点进行方和根计算。综合考虑精度和主控芯片的运行速率，在本设计中将50Hz交流电单周期内采样40点，三个周期进行一次方和根运算，计算值完全符合精度要求。同时对计算后的真有效值进行平均值滤波，使得数据更加稳定和准确。由于需要AD采集的参数比较多，有三相交流电电压5路，电流3路，直流电电压2路，电流I路，电池电压I路，共12路，ADC转换采用STM32处理器的DMA技术，大大提高程序的运行效率。电压、电流增益标定参见附图10至附图13中的电压、电流增益标定电路图，选择转辙机类型为S700K，ZD (J) 9，ZY (J) 7时，在测量页面下给交流电流互感器接入大于I. 5A的交流电流，电流回路串入电流表，调节R5，R29，R50分别调整U相、V相和W相电流值的增益系数，使得液晶屏显示的A、B、C三个电流值与串入电流表示值基本接近即可。在定位状态下接入三相交流电至U、V1、W1电压输入端，调节R6、R32、R67分别调整U相、Vl相和Wl相电压值的增益系数，使得液晶屏显示的A、B、C电压值与用电压表测得各相线电压示值基本接近即可。在反位状态 下接入三相交流电至U、V2、W2电压输入端，调节R51、R86分别调整V2相和W2相电压值的增益系数，使得液晶屏显示的B、C电压值与用电压表测得各相线电压示值基本接近即可。选择转辙机类型为ZD6-E(1)，ZD6_J(2)，ZD6-E (3)、四线制，ZD6_J(4)时，电压标定方法与上述类似，直流电流增益系数电路无法调节。交流电压和电流零点通过软件自动修正，在硬件电路中无零点标定环节。直流电压和电流值的零点标定选择转辙机类型为ZD6-E(1)，ZD6_J(2)，ZD6-E (3)、四线制，ZD6_J(4)时，在表示状态下且同时按下“背光”和“取消”键IS完成对直流电压和电流值的零点标定，此时电压和电流应均显示位O。该标定值保存在DS1302的RAM数据存储单元中，掉电不丢失。ZXZM型便携式转辙机动态模拟仪可模拟ZD6，S700K, ZD (J) 9，ZY (J) 7系列转辙机电气特性及机械特性，检测道岔配线，可帮助方便用户查找配线故障。用户使用现有的道岔配线检测仪器只能检测ZD6转辙机道岔配线，不能检测其他转辙机道岔配线。用户使用转辙机检测道岔配线，费时费力，检测一处道岔配线至少需要30分钟时间；使用我公司生产的便携式转辙机动态模拟仪检测道岔配线最多需要10分钟时间。
权利要求1.一种便携式转辙机动态模拟仪，将信号楼接出的电缆通过电缆盒连接到便携式转辙机动态模拟仪，验证ZD6，S700K, ZY(J) 7, ZD(J9)类型转辙机的室内、室外控制回路和表示回路电缆配线，其特征在于，其包括液晶显示屏、按键、硬件电路，硬件电路包括电源部分、显示部分、按键操作部分、信号采集和处理部分、继电器控制部分、时钟部分、主处理器部分；电源部分连接到液晶显示屏、按键、显示部分、按键操作部分、信号采集和处理部分、继电器控制部分、时钟部分和主处理器部分的电源输入端；液晶显示屏连接到主处理器的信号输出端、按键连接到主处理器的信号输入端；显示部分、按键操作部分、信号采集和处理部分、继电器控制部分和时钟部分连接到主处理器的信号输入端。
2.根据权利要求I所述的便携式转辙机动态模拟仪，其特征在于，硬件电路的器件布局在主控板和测控板两块电路板上， 主控板上包括主控芯片STM32F103VC及其外围电路即所述主处理器部分；液晶接ロ及其对比度驱动电路即所述显示部分；按键接ロ ；时钟芯片模拟基准电压电路即所述时钟部分；蜂鸣器； 测控板上包括电源�？榧此龅缭床糠郑患痰缙骺刂频缏芳此黾痰缙骺刂撇糠郑唤涣鞯缪够ジ衅�、交流电流互感器、直流电压霍尔传感器、直流电流霍尔传感器，以及模拟信号滤波和放大系数调整电路，即所述信号采集和处理部分。
3.根据权利要求I所述的便携式转辙机动态模拟仪，其特征在于，按键包括“电源”、“菜単”、“确定”、“取消”、“ < < ”、“ > > ”、“背光”。
4.根据权利要求2所述的便携式转辙机动态模拟仪，其特征在于，动态模拟仪的供电电池为镍氢充电电池。
5.根据权利要求4所述的便携式转辙机动态模拟仪，其特征在干，所述交流电压互感器、交流电流互感器、直流电压霍尔传感器、直流电流霍尔传感器和电池电压共有12路采样信号。
6.根据权利要求I所述的便携式转辙机动态模拟仪，其特征在于，具有三相交流电电压5路，电流3路，直流电电压2路，电流I路，电池电压I路，共12路电路；ADC转换采用STM32处理器的DMA技术。
专利摘要一种铁路道岔配线的检测用的便携式转辙机动态模拟仪，将信号楼接出的电缆通过电缆盒连接到便携式转辙机动态模拟仪，验证ZD6，S700K，ZY(J)7，ZD(J9)等类型转辙机的室内、室外控制回路和表示回路电缆配线，该模拟仪包括液晶显示屏、按键、硬件电路，硬件电路包括电源部分、显示部分、按键操作部分、信号采集和处理部分、继电器控制部分、时钟部分、主处理器部分。由按键操作选择当前工作状态，并由液晶显示屏显示当前工作状态和下一个工作状态，以及动作回路的工作电压和工作电流。该便携式转辙机动态模拟仪重量轻；可显示信号楼到道岔配线的电压、电流，并快速、准确的判断室内、室外转辙机控制回路和表示回路配线是否正确，从而大大减少了作业人员的工作量，提高了工作效率。
文档编号G01R31/02GK202372594SQ20112039271
公开日2012年8月8日 申请日期2011年10月15日 优先权日2011年10月15日
发明者吴清军, 张鸿斌, 李志辰, 苏有斌 申请人:陕西正信铁路器材有限公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
