專利名稱：鐵路信號zpw-2000設(shè)備衰耗器自動檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種基于虛擬儀器的自動檢測裝置，用于對鐵路信號 ZPW-2000系列無絕緣移頻自動閉塞設(shè)備(以下簡稱ZPW-2000)的衰耗器進(jìn)行 自動檢測和相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理。
背景技術(shù)：
信號設(shè)備是保障鐵路運(yùn)輸?shù)陌踩托实幕A(chǔ)設(shè)施，先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用對設(shè) 備的維護(hù)和管理提出了更高層次的要求，主要表現(xiàn)為檢測的項(xiàng)目明顯增多、檢 測精度提高；同時(shí)，隨著從設(shè)備故障修向狀態(tài)修的轉(zhuǎn)變，檢測任務(wù)量顯著增加。 中國鐵路區(qū)間信號控制主要采用ZPW-2000系列設(shè)備，是新建線路和舊線改造的 主流設(shè)備。ZPW-2000設(shè)備的衰耗器完成信號的隔離和放大，可靠性要求很高。衰耗器 主要由調(diào)整變壓器和衰耗電阻組成，檢測項(xiàng)目主要考察調(diào)整變壓器匝比和衰耗 電阻的阻值是否合格，這里簡要說明衰耗器檢測的復(fù)雜性和精度要求調(diào)整變 壓器的檢測有9項(xiàng)，需要12種端子連接，檢測信號頻率為2000Hz，電壓誤差范 圍為士lmV;衰耗電阻檢測項(xiàng)目有12項(xiàng)，需要24種端子連接，要求衰耗電阻 的誤差不大于±0.5%。目前現(xiàn)場應(yīng)用中，ZPW-2000衰耗器的檢測平臺是針對具體產(chǎn)品而設(shè)計(jì)的， 利用數(shù)字電壓表和信號發(fā)生器等獨(dú)立的測量儀器組合搭建，通過手動檢測來完 成，檢測數(shù)據(jù)手工填表。主要缺陷是(1)由獨(dú)立儀器構(gòu)成，投入費(fèi)用較高， 檢測平臺體積大。(2)手動檢測連接繁瑣，效率較低，易帶來人為誤差。(3) 檢測數(shù)據(jù)需手工抄錄，數(shù)據(jù)管理未實(shí)現(xiàn)電子化，不利于數(shù)據(jù)的檢索共享
實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型主要解決的技術(shù)問題是在對ZPW-2000設(shè)備衰耗器的技術(shù)指標(biāo) 進(jìn)行檢測時(shí)，原有檢測采用人工連接、測量、讀數(shù)、記錄數(shù)據(jù)，勞動強(qiáng)度大、 檢測效率低、易出錯、紙質(zhì)數(shù)據(jù)難于管理。因此，主要應(yīng)解決如何有效提高檢 測效率，同時(shí)保證檢測精度，還應(yīng)提高檢測數(shù)據(jù)的信息化、降低勞動強(qiáng)度、兼 顧裝置成本。為此，基于美國NI公司接口卡和LabVIEW軟件環(huán)境組成虛擬檢測平臺， 界面友好，基本實(shí)現(xiàn)自動化，還可通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程檢測；檢測接口電路(接 口板)采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的模塊化結(jié)構(gòu)，易于擴(kuò)展；自動生成檢測數(shù)據(jù)報(bào)表，采用 Microsoft Excel格式，便于數(shù)據(jù)管理和共享。采用的技術(shù)方案是鐵路信號ZPW-2000衰耗器自動檢測裝置，該裝置包括工業(yè)控制機(jī)、虛擬 儀器采集卡、1/0卡、信號發(fā)生器板、接口板。接口板電路包括繼電器陣列和基 準(zhǔn)電壓和精密放大器電路；1/0卡的輸出端子分別與繼電器線圈連接，分別控制 第一至第三十九個(gè)繼電器接點(diǎn)的通斷；第一至第三十九個(gè)繼電器接點(diǎn)分別與衰 耗器的端子連接第一至第十三個(gè)繼電器接點(diǎn)的一端分別接調(diào)整變壓器端子；第一至第三個(gè) 繼電器接點(diǎn)的另一端分別接調(diào)整變壓器端子；第四至第七個(gè)繼電器接點(diǎn)的另一 端接信號調(diào)理電路的反相輸入電阻；第八至第十三個(gè)繼電器接點(diǎn)的另一端接采 集卡；信號調(diào)理電路中運(yùn)算放大器的正相輸入端經(jīng)電阻接地，輸出與采集卡連接。第十四至第三十九個(gè)繼電器接點(diǎn)的一端分別接衰耗電阻端子；第十四至第二 十七個(gè)繼電器接點(diǎn)的另一端接射極跟隨電路的正相輸入端；第二十八至第三十
九個(gè)繼電器接點(diǎn)的另一端分別接測量電阻電路的反相輸入端；基準(zhǔn)電壓源經(jīng)限流電阻接射極跟隨電路的正相輸入端，射極跟隨電路的反相輸入端接輸出端，并接采集卡；第二十八個(gè)和第三十四個(gè)繼電器接點(diǎn)接第一個(gè)精密放大器的反相輸入端，經(jīng)第一個(gè)精密電阻與模擬開關(guān)第一通道的一端連接，并與放大器輸出端連接； 第三十個(gè)和第三十六個(gè)繼電器接點(diǎn)接第二個(gè)精密放大器的反相輸入端，經(jīng)精密 電阻與模擬開關(guān)第二通道的一端連接，并與放大器輸出端連接；第三十二個(gè)和 第三十八個(gè)繼電器接點(diǎn)接第三個(gè)精密放大器的反相輸入端，經(jīng)精密電阻與模擬 開關(guān)第三通道的一端連接，并與放大器輸出端連接；第二十九個(gè)和第三十五個(gè) 繼電器接點(diǎn)接第四個(gè)精密放大器的反相輸入端，經(jīng)精密電阻與模擬開關(guān)第四通 道的一端連接，并與放大器輸出端連接；第三十一個(gè)和第三十七個(gè)繼電器接點(diǎn) 接第五個(gè)精密放大器的反相輸入端，經(jīng)精密電阻與模擬開關(guān)第五通道的一端連 接，并與放大器輸出端連接；第三十三個(gè)和第三十九個(gè)繼電器接點(diǎn)接第一個(gè)精 密放大器的反相輸入端，經(jīng)精密電阻與模擬開關(guān)第六通道的一端連接，并與放 大器輸出端連接；各精密放大器的正相輸入端經(jīng)電阻接地；模擬開關(guān)的第一通 道至第六通道的另一端均與采集卡連接。本實(shí)用新型的有益效果是操作界面采用虛擬儀器面板，操作簡便；不同 的檢測項(xiàng)目采用繼電器陣列自動切換，無需人工連接，從而顯著縮短了測量和 記錄時(shí)間，時(shí)間可減少50%以上；避免了人為誤差；降低了勞動強(qiáng)度；自動完 成數(shù)據(jù)的存儲，便于檢索和信息管理，并可遠(yuǎn)程檢測。


圖1是鐵路信號ZPW-2000系列設(shè)備工作原理圖。圖2是鐵路信號ZPW-2000設(shè)備衰耗器自動檢測裝置原理圖。
圖3是ZPW-2000衰耗器接口板的電路框圖。 圖4是ZPW-2000衰耗器接口板電路原理圖。圖4中cl和c2為調(diào)整變壓器輸入端，al a10為調(diào)整變壓器可調(diào)端子， all a23、 cll c23為衰耗電阻可調(diào)端子。cin+和cin-為信號發(fā)生器板的輸出端。 M1 M6為模擬幵關(guān)的第一通道至第六通道。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型進(jìn)一步說明在圖1中，ZPW-2000發(fā)送器輸出的FSK (頻移鍵控)信號經(jīng)過多個(gè)環(huán)節(jié)構(gòu) 成的傳輸通道后，輸入衰耗器，通過不同的調(diào)整變壓器(以下簡稱變壓器)端 子和衰耗電阻端子的連接組合，完成信號隔離并調(diào)整接收電平；最后，信號進(jìn) 入接收器，完成分析處理。在圖2中，工業(yè)控制機(jī)(包括顯示器)安裝LabVIEW軟件環(huán)境，操作界面 (即檢測面板)在顯示器上顯示。釆用NI公司的PCI總線采集卡(也稱多功能 卡)和i/o卡(也稱數(shù)字i/o卡)，采集卡主要對輸入模擬信號進(jìn)行采樣和模數(shù) 轉(zhuǎn)換(ADC); I/O卡用來輸出開關(guān)量信號，控制接口板上的繼電器接點(diǎn)導(dǎo)通或 斷開。采樣數(shù)據(jù)由軟件處理后，按照判據(jù)確定其是否合格，完成該項(xiàng)檢測。信號發(fā)生器板提供檢測所需的標(biāo)準(zhǔn)音頻信號，衰耗器接口板與被測設(shè)備連 接，由電源和總線板(背板)統(tǒng)一提供工作電源，各板的物理尺寸采用4U工業(yè) 標(biāo)準(zhǔn)，便于擴(kuò)展和在機(jī)柜安裝。接口板電路主要包括繼電器陣列、基準(zhǔn)電壓源 和精密放大器電路。信號發(fā)生器板的核心器件是直接數(shù)字合成器(DDS)和微 控制器(MCU)，微控制器從RS-232串行口接收有關(guān)信號頻率和幅度的命令， 然后控制DDS輸出相應(yīng)的信號，其輸出與接口板連接。圖3所示為ZPW-2000衰耗器接口板的框圖。其工作流程是按照檢測項(xiàng)目 要求，1/0卡輸出與繼電器線圈J1 J39連接，控制相應(yīng)的接點(diǎn)K1 K39導(dǎo)通或斷 開，即在變壓器端子或衰耗電阻端子中選通其中一種連接組合。信號發(fā)生器板 輸出作為變壓器的輸入電壓，通過測量變壓器輸出電壓，可計(jì)算得到變壓器的 匝比?；鶞?zhǔn)電壓源和精密放大器測衰耗電阻的阻值，即通過測量被測衰耗電阻 上和已知精密電阻上的電壓，計(jì)算得到衰耗電阻阻值。鐵路信號ZPW-2000衰耗器自動檢測裝置，見圖2、 3、 4。該裝置包括工 業(yè)控制機(jī)、虛擬儀器釆集卡、1/0卡、信號發(fā)生器板、接口板電路。接口板電路主要包括繼電器陣列、基準(zhǔn)電壓和精密放大器電路。1/0卡輸出 端子與各繼電器線圈J1-J39分別連接，分別控制繼電器接點(diǎn)K1 K39的通斷； 繼電器接點(diǎn)K1 K39分別與衰耗器的端子連接繼電器接點(diǎn)K4 K13的一端分別接調(diào)整變壓器端子al、 a5、 a7、 a8、 a2、 a3、 a4、 a6、 a9、 a10， K4 K7的另一端接信號調(diào)理電路的反相輸入電阻R2; K8 K13 的另一端接采集卡；Kl、 K2、 K3的一端分別接調(diào)整變壓器端子al、 a3、 a6; 另一端分別接a5、 a7、 al0;信號調(diào)理電路中運(yùn)算放大器的正相輸入端經(jīng)電阻Rl接地，反相輸入端經(jīng)反 饋電阻R3接輸出，輸出與采集卡連接。繼電器接點(diǎn)K14 K20的一端分別接衰耗電阻端子all、 a13、 a15、 a17、 a19、 a21、 a23， K21 K27的一端分別接衰耗電阻端子cll 、 c13、 c15、 c17、 c19、 c21、 c23; K14 K27的另一端接射極跟隨電路的正相輸入端，并經(jīng)限流電阻R4接基 準(zhǔn)電壓源；射極跟隨電路的反相輸入端接輸出端；繼電器接點(diǎn)K28 K33的一端分別接衰耗電阻端子a12、 a14、 a16、 a18、 a20、 a23，K34 K39的一端分別接衰耗電阻端子Cl2、cl4、cl6、cl8、c20、c22; K28 K39 的另一端接精密放大器的反相輸入端；
繼電器接點(diǎn)K28和K34接第一個(gè)精密放大器A的反相輸入端，經(jīng)精密電阻 R6與模擬開關(guān)第一通道Ml的一端連接，并與該放大器輸出端連接；K30和K36 接精密放大器B的反相輸入端，經(jīng)精密電阻R8與模擬開關(guān)第二通道M2的一端 連接，并與該放大器輸出端連接；K32和K38接精密放大器C的反相輸入端， 經(jīng)精密電阻R10與模擬開關(guān)第三通道M3的一端連接，并與該放大器輸出端連 接；K29和K35接精密放大器D的反相輸入端，經(jīng)精密電阻R12與模擬開關(guān)第 四通道M4的一端連接，并與該放大器輸出端連接；K31和K37接精密放大器E 的反相輸入端，經(jīng)精密電阻R14與模擬開關(guān)第五通道M5的一端連接，并與該 放大器輸出端連接；K33和K39接精密放大器F的反相輸入端，經(jīng)精密電阻R16 與模擬開關(guān)第六通道M6的一端連接，并與該放大器輸出端連接；精密放大器 A F的正相輸入端經(jīng)電阻R5、 R7、 R9、 Rll、 R13、 R15接地；模擬開關(guān)的第 一通道至第六通道M1 M6的另一端均與采集卡連接。工業(yè)控制機(jī)可采用研華等公司的產(chǎn)品。根據(jù)被測設(shè)備工作頻率、精度要求、 連接端子數(shù)量，采集卡和I/0卡采用高性價(jià)比的PCI總線，采集卡選用NI6220 多功能采集卡，具有8個(gè)差分或16個(gè)單端輸入通道，ADC分辨率為16bits，采 樣率可達(dá)250 kS/s; I/O卡選用NI 6503數(shù)字I/O卡，具有24路TTL電平兼容的 輸入和輸出通道。信號發(fā)生器板上DDS芯片AD7008 (美國AD公司產(chǎn)品)，頻率精度為 0.01Hz，輸出電壓精度O.lmV。微控制器采用AT89C51 (美國Atmd公司產(chǎn)品)。衰耗器接口板中，繼電器技術(shù)指標(biāo)為動作時(shí)間《10ms、接點(diǎn)接觸電阻《 50mQ、絕緣電阻1000MQ、電流通流量5A、可靠性即動作次數(shù)2xl0"欠；基 準(zhǔn)電壓源為2.5V士0.1。/。，精密電阻的精度為±0.1%;模擬開關(guān)動作時(shí)間《lps。下面簡要說明檢測裝置的工作流程。應(yīng)用軟件基于LabVIEW環(huán)境運(yùn)行，操
作界面在顯示器上顯示。軟件的流程嚴(yán)格符合相關(guān)的操作規(guī)范，檢測前需按要 求輸入檢測員等參數(shù)。I/O卡輸出開關(guān)量信號是軟件操作命令中的高低電平序 列，用來控制接口板中的繼電器陣列，以選通某種組合。采集卡對采集的模擬 電壓信號，在顯示器上動態(tài)顯示時(shí)域波形。數(shù)據(jù)處理后，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的合格判據(jù)，給出判定結(jié)論并顯示，檢測結(jié)束后將數(shù)據(jù)以Microsoft Excel格式存儲。
權(quán)利要求1.鐵路信號ZPW-2000衰耗器自動檢測裝置，其特征在于該裝置由工業(yè)控制機(jī)、采集卡、I/O卡和信號發(fā)生器板、接口板構(gòu)成，其接口板電路包括繼電器陣列、基準(zhǔn)電壓和精密放大器電路；I/O卡的輸出端子與各繼電器線圈(J1～J39)分別連接，分別控制繼電器接點(diǎn)(K1～K39)的通斷；繼電器接點(diǎn)(K1～K39)分別與以下衰耗器的端子連接繼電器接點(diǎn)(K4～K13)的一端分別接調(diào)整變壓器端子(a1、a5、a7、a8、a2、a3、a4、a6、a9、a10)，繼電器接點(diǎn)(K4～K7)的另一端經(jīng)電阻(R2)接信號調(diào)理電路的反相輸入；繼電器接點(diǎn)(K8～K13)的另一端接采集卡；繼電器接點(diǎn)(K1、K2、K3)的一端分別接調(diào)整變壓器端子(a1、a3、a6)；另一端分別接(a5、a7、a10)；信號調(diào)理電路中運(yùn)算放大器的正相輸入端經(jīng)電阻(R1)接地，反相輸入端經(jīng)反饋電阻(R3)接輸出，輸出與采集卡連接；繼電器接點(diǎn)(K14～K20)的一端分別接衰耗電阻端子(a11、a13、a15、a17、a19、a21、a23)，繼電器接點(diǎn)(K21～K27)的一端分別接衰耗電阻端子(c11、c13、c15、c17、c19、c21、c23)；繼電器接點(diǎn)(K14～K27)的另一端接射極跟隨電路的正相輸入端，并經(jīng)限流電阻(R4)接基準(zhǔn)電壓源；射極跟隨電路的反相輸入端接輸出端，并與采集卡連接；繼電器接點(diǎn)(K28～K33)的一端分別接衰耗電阻端子(a12、a14、a16、a18、a20、a22)，繼電器接點(diǎn)(K34～K39)的一端分別接衰耗電阻端子(c12、c14、c16、c18、c20、c22)；繼電器接點(diǎn)(K28～K39)的另一端接精密放大器的反相輸入端繼電器接點(diǎn)(K28)和(K34)接第一個(gè)精密放大器(A)的反相輸入端，經(jīng)精密電阻(R6)與模擬開關(guān)第一通道(M1)的一端和該放大器輸出端連接；繼電器接點(diǎn)(K30)和(K36)接精密放大器(B)的反相輸入端，經(jīng)精密電阻(R8)與模擬開關(guān)第二通道(M2)的一端和該放大器輸出端連接；繼電器接點(diǎn)(K32)和(K38)接精密放大器(C)的反相輸入端，經(jīng)精密電阻(R10)與模擬開關(guān)第三通道(M3)的一端和該放大器輸出端連接；繼電器接點(diǎn)(K29)和(K35)接精密放大器(D)的反相輸入端，經(jīng)精密電阻(R12)與模擬開關(guān)第四通道(M4)的一端和該放大器輸出端連接；繼電器接點(diǎn)(K31)和(K37)接精密放大器(E)的反相輸入端，經(jīng)精密電阻(R14)與模擬開關(guān)第五通道(M5)的一端和該放大器輸出端連接；繼電器接點(diǎn)(K33)和(K39)接精密放大器(F)的反相輸入端，經(jīng)精密電阻(R16)與模擬開關(guān)第六通道(M6)的一端和該放大器輸出端連接；精密放大器(A～F)的正相輸入端分別經(jīng)電阻(R5、R7、R9、R11、R13、R15)接地；模擬開關(guān)的第一通道至第六通道(M1～M6)的另一端均與采集卡連接。
專利摘要本實(shí)用新型鐵路信號ZPW-2000設(shè)備衰耗器自動檢測裝置，用于對鐵路信號ZPW-2000系列無絕緣移頻自動閉塞設(shè)備的衰耗器進(jìn)行自動檢測和相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理。裝置由工業(yè)控制機(jī)、采集卡、數(shù)字I/O卡和接口板、信號發(fā)生器板構(gòu)成，接口板采用符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的模塊化結(jié)構(gòu)，主要包括繼電器陣列、基準(zhǔn)電壓和精密放大器電路。NI公司PCI采集卡、I/O卡與LabVIEW軟件環(huán)境組成虛擬檢測平臺，操作界面友好，實(shí)現(xiàn)檢測自動化，動態(tài)顯示檢測過程中的時(shí)域波形，自動生成檢測結(jié)果的數(shù)據(jù)報(bào)表，還可通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作?？娠@著提高檢測效率、保證檢測精度、有利于檢測數(shù)據(jù)的信息化。
文檔編號G01R31/28GK201016000SQ20072010310
公開日2008年2月6日 申請日期2007年1月4日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月4日
發(fā)明者楊世武, 振 王, 黃贊武 申請人:北京交通大學(xué)