调车信号机主灯丝断丝智能报警系统的研究

　　0 引 言
　　目前，我国铁路主要以地面信号为引导来指挥线路上列车的运行，地面信号依然起着不可替代的作用，因此地面信号的好坏直接影响着铁路运输的效率和安全。为了时刻确保信号机显示处于良好的工作状态，对信号机状态进行实时的监督就显得十分重要了。调车信号机是指挥和保证车站安全进行调车任务最重要的信号设备，但是根据文献可知,现有的调车信号机还存在如下明显不足：①普遍没有主、副灯丝转换报警功能;②突加的电压对灯丝存在冷丝冲击，影响灯丝的寿命;③报警信息不能显示断丝信号机的号码和具体灯位。
　　针对传统调车信号机灯丝转换报警电路存在不能实时监测主灯丝状态、报警显示不能精确到具体故障灯位等缺点，提出一种调车信号机主灯丝断丝智能报警系统。本报警系统具有智能显示报警信息，如灯位、断丝时间、断丝类型等功能，同时车站基础信息可由上位机通过串口通信自动配置下载，避免了车站工作人员手动输入的繁杂工作。系统通过CAN通信上传报警信息，同时LOW(行车值班员操作终端)和MMI(行车调度操作终端)将出现报警图像警示;还通过设置的安全电路，可以使室内与主灯丝串联的主灯丝报警继电器有相应动作。系统具有声光报警功能，以提醒车站工作人员及时检修室外故障的信号机。对车站调车信号机的工作状态进行实时严格地监测与控制是本报警系统的主要任务。
　　1 报警系统工作原理
　　在铁路信号系统中使用的信号机灯泡为双灯丝制，平时点亮主灯丝，当主灯丝熔断时，将会瞬时切换到副灯丝，以保障现场的信号机灯位显示。传统的铁路信号机灯丝转换报警系统采用继电器作为主、副灯丝切换及报警器件。当主灯丝断丝时，连接在主灯丝回路的继电器动作，将信号灯回路切换到副灯丝工作回路，由副灯丝正常显示灯信息，同时接通报警电路。此类信号机主灯丝断丝故障虽然不影响信号机在室外的正常显示，但存在严重的安全隐患，如不能及时的更换主灯丝，必将影响行车安全和效率。但是如果主灯丝断丝故障未能及时发现和处理，同时如副灯丝已断丝，则将直接影响到调车运输的秩序。
　　在灯丝断丝报警系统中，当室外信号机主灯丝断丝以后，
　　在很短的时间内，智能点灯单元自动转向副灯丝点灯。此时智能点灯单元通过电缆芯线将灯丝断丝信息传达到信号机械室，信号值班人员根据灯丝报警主机显示终端的信息来判断灯丝断丝的位置，在最短的时间内更换灯泡。常态时，室外信号机灯转均处于落下状态并使电路断路，当某一处发生灯丝断丝时，对应的灯转吸起，接通电路，使灯丝报警继电器吸起。
　　智能铁路信号点灯系统是铁路行车信号的灯丝自动转换装置，是保证铁路行车安全的重要信号器材，是集交流点灯、灯丝转换、故障定位报警为一体的多功能智能点灯系统。目前我国铁路市场中现有的智能点灯系统主要是利用继电器接点通过报警线缆来传输报警信息的。智能点灯单元具有非常高的安全性，能对信号机点灯位置进行准确定位，并且能对异常情况进行报警。
　　2 硬件设计
　　由于铁路行业标准要求主电路与检测电路的电源不能混用，所以智能报警系统具有独立的供电系统，并且智能报警系统主机和现场点灯单元各自独立运行。智能报警系统通过变压器先使AC220V变为AC24V，再通过电源模块降压到DC5V给CPU供电。系统采用单片机作为中心控制器，以电压互感器为报警信息监测元件，以电压跟随器、反相比较器和运算放大电路组成报警信号的放大滤波处理电路，同时以RS-232总线和CAN通信总线作为报警信号显示和传输通道。报警系统工作原理为：当信号机故障时，点灯单元将故障信息以及故障灯位的地址信息传输到传输电缆上面，经过主机的滤波电路将信息实时传输给采集机，再由采集机向中心控制器发送信息，中心控制器根据报警信息进行声光报警并上传和显示。本系统与传统电路相比增加了声光报警电路、故障灯位显示和故障信号处理电路，提高了电路的性能，完善了电路的功能，增强了电路的实用性。
　　在系统的设计过程中，点灯单元的选型十分重要。其主要实现了在主灯丝故障断丝时，副丝能有效切换和精确上传故障灯位信息的功能。智能点灯单元选用西安信通的DZD-X(DDX1-3)型多功能智能点灯单元。该单元是集变压器点灯、灯丝转换继电器转换、灯丝断丝定位报警和采集装置分机功能自检为一体的点灯装置，适用范围0 30公里。其利用两根报警电缆进行传输即可实现灯丝断丝定位报警。主机系统结构以AT89C52单片机作为主控制芯片，整流滤波电路、运算放大器电路、电流型继电器作为辅助电路，RS-232总线传输显示报警信息和CAN通信电路作为信息传输电路。
　　2.2 LCD控制电路设计
　　LCD液晶屏的智能显示，是系统整体设计中较为重要的环节。因为其是系统与用户的直接交互的窗口，用户的体验和对报警信息的读取就是从液晶屏上直接获得的。所以液晶屏的选型及界面设计都是相当重要的。本设计中，LCD液晶屏直接通过UART串行接口与MCU连接通信，使用RS-232电平。液晶屏选择金鹏显示器的OCM480272T470-1A型LCD，其规格为4.7英寸，16:9横屏，像素数480272，只需通过串口向LCD发命令，便可完成相应的图像显示的操作。
　　3 软件设计
　　根据用户需求报告和实际调研情况，列举出智能报警系统的基本功能需求。程序主体设计包括以下9个部分：开机初始化模块，用户选择登陆模块，系统工作模块，系统报警模块，系统时间日期设置模块，历史报警信息查询及上报模块，清除历史报警信息模块，新车站数据配置模块，系统自检报错进入重启模块。
　　主机软件设计均采用模块化设计，整个程序模块之间可以相互切换。在工作模块中，系统实时的上传主机本身工作状态和调车信号机状态信息的数据，实现主机与微机监测中心的通信功能。其调车信号机状态数据信息包括：调车信号机工作状态，断丝灯位所在编组，灯位编号和名称，报警时间及类型。
　　4 结束语
　　系统克服了现有调车信号机主灯丝断丝后，报警信息不能精确到具体灯位的缺点。车站工作人员使用本智能报警系统，当有灯丝断丝时，就可以根据控制台上液晶屏显示的报警信息及时的判断出是哪个咽喉的哪个信号机发生了断丝，极大的缩小了查找灯丝断丝的范围，减少了工作量。同时该系统具有体积小，安装方便，操作简单等特点，具有较强的实用价值。