CN108032870A - 道岔控制模块及其全电子化的实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种道岔控制模块及其全电子化的实现方法，其道岔驱动电路是由2个FPGA分别向驱动电路发出驱动道岔的控制命令，三相交流电经过驱动电路以及电缆线与道岔电动机线圈构成回路，电动机通电开始转动；道岔转到底后撤销三相电源，道岔转动动作完成。此时与道岔的自动开闭器相连的线缆将表示电压通过检测电路转换为电平信号输出给2个FPGA，由此判断道岔的位置。道岔控制模块作为室外设备道岔的接口模块，通过内部总线接收联锁主机驱动命令转动外部道岔，当道岔转到位后，表示电路采集道岔的位置信息通过内部总线发送给联锁主机。

Description

道岔控制模块及其全电子化的实现方法

技术领域

本发明涉及一种适用于针对全电子计算机联锁，道岔控制模块全电子化的实现方法，尤其涉及道岔驱动电路和表示电路全电子化的实现方法。

背景技术

传统的6502电气集中执行组继电器实现的道岔控制电路使用一个单动道岔组合、一个阻容插件、一个二极管。其中单动道岔组合内包含表示变压器、一道岔启动继电器、锁闭继电器、二道岔启动继电器、道岔按钮继电器、定操继电器、反操继电器、定位表示继电器、反位表示继电器、一个0.5A的熔断器、两个3A的熔断器以及一个5A熔断器。电路中的继电器都是安全继电器，体积很大，需要安装在继电器组合柜上，且继电器间由很多导线连接，在接线上难免会出错。由安全继电器实现的道岔控制电路存在体积大、易出错、维护难和可扩展性差的问题。

发明内容

为了替代传统的6502电气集中执行组继电器实现的道岔控制电路，在进行道岔控制模块的设计中，本发明提供了一种道岔控制模块及其全电子化的实现方法，采用了新型电子器件来实现道岔驱动电路和表示电路。

为了解决以上问题本发明提供了一种道岔控制模块，其特征在于，包括FPGA、道岔驱动电路、表示电路；所述的FPGA包括FPGA1、PGA2；所述的道岔驱动电路包括保险丝、隔离电路、电流检测电路、电源开关电路和逻辑换相开关电路；所述的表示电路包括表示检测电路、表示电压产生电路；FPGA1、PGA2分别向道岔驱动电路发出驱动道岔的控制命令，三相交流电经过道岔驱动电路以及电缆线与道岔电动机线圈构成回路，道岔电动机通电开始转动；道岔转到底后撤销三相电源，道岔转动动作完成；此时与道岔的自动开闭器相连的线缆将表示电压产生电路表示的电压通过表示检测电路转换为电平信号输出给FPGA，由此判断道岔的位置。

所述的道岔驱动电路包括保险丝、隔离电路、电流检测电路、电源开关电路和逻辑换相开关电路；所述隔离电路使用电子负载继电器实现了直流和交流的隔离；所述电流检测电路包括电流互感器、运算放大电路，用于实现转辙机动作电路电流信息的实时监测；所述电源开关电路包括光耦器件和继电器，通过FPGA1和FPGA2控制光耦以导通继电器；所述电源开关电路的继电器包括开关K1，开关K2，开关K3，开关K4；所述逻辑换相开关电路包括光耦、MOS管和继电器，通过控制光耦导通MOS管，由MOS管来控制继电器，逻辑换相开关的继电器分为左位继电器和右位继电器，左位继电器包括开关K7，开关K8，右位继电器包括开关K5，开关K6；联锁主机发送驱动道岔命令，FPGA1和FPGA2分别通过隔离电路发出驱动道岔的控制命令，首先控制逻辑换相开关闭合，接着控制电源开关全部闭合。

当联锁主机发送道岔由右位转向左位的命令时，FPGA通过隔离电路发出由右位向左位的控制命令，首先控制左位继电器K7，K8闭合，接着控制电源开关K1，K2，K3，K4全部闭合；三相交流电经过保险丝、隔离电路、电源开关、电流检测电路和左位继电器K7，K8以及电缆线X1，X2，X3和X4与转辙机电动机线圈构成回路，电动机通电开始转动；转辙机转动后，电缆线X1，X2，X3中就有了稳定的电流，此时电缆线X1，X2，X3中的有电流，电流检测电路开始实时检测电缆线X1，X2，X3中的电流是否正常，如果正常则保持当前驱动状态，否则立刻切断驱动电路；转辙机转到底后，断开电源开关撤销三相电源，反操动作完毕。转辙机进行定操动作时，使用的换相开关K5，K6，其工作过程和原理与反操动作一致。

所述的表示电路包括表示检测电路、表示电压产生电路，所述的表示检测电路包括表示检测电路Ⅰ、表示检测电路Ⅱ；为了进行道岔位置的检测，表示电压产生电路会产生+60V和-60V两种电压，经由电缆X3和X4加在转辙机上，表示电压经由电缆X1和X2再回流。道岔处于右位时，道岔的自动开闭器将线缆X1和X4接通，X2和X3接通，+60V电压通过线缆X3流出模块，经由转辙机通过线缆X2流进表示检测电路Ⅰ，通过光耦传输给FPGA1和FPGA2中；-60V电压通过线缆X4流出模块，经由转辙机通过线缆X1流进表示检测电路Ⅱ，通过光耦传输给FPGA1和FPGA2中，由此判定道岔处于右位。道岔处于左位时，道岔的自动开闭器将线缆X1和X3接通，X2和X4接通；+60V电压通过线缆X3流出模块，经由转辙机通过线缆X1流进表示检测电路Ⅱ，通过光耦传输给FPGA1和FPGA2中；-60V电压通过线缆X4流出模块，经由转辙机通过线缆X2流进表示检测电路Ⅰ，通过光耦传输给FPGA1和FPGA2中，由此判定道岔处于左位。

还提供了一种道岔控制模块的全电子化实现方法，其特征在于，FPGA1、PGA2分别向道岔驱动电路发出驱动道岔的控制命令，三相交流电经过道岔驱动电路以及电缆线与道岔电动机线圈构成回路，道岔电动机通电开始转动；道岔转到底后撤销三相电源，道岔转动动作完成；此时与道岔的自动开闭器相连的线缆将表示电压产生电路表示的电压通过表示检测电路转换为电平信号输出给FPGA，由此判断道岔的位置。

当联锁主机发送道岔由右位转向左位的命令时，FPGA通过隔离电路发出由右位向左位转换的控制命令，首先控制换相开关K7，K8闭合，接着控制电源开关K1，K2，K3，K4全部闭合；三相交流电经过保险丝、隔离电路、电源开关、电流检测电路和逻辑换相开关K7，K8以及电缆线X1，X2，X3和X4与转辙机电动机线圈构成回路，电动机通电开始转动；转辙机转动后，电缆线X1，X2，X3中就有了稳定的电流，此时电缆线X1，X2，X3中的有电流，电流检测电路开始实时检测电缆线X1，X2，X3中的电流是否正常，如果正常则保持当前驱动状态，否则立刻切断驱动电路；转辙机转到底后，断开电源开关撤销三相电源，反操动作完毕。转辙机进行定操动作时，使用的换相开关K5，K6，其工作过程和原理与反操动作一致。

为了进行道岔位置的检测，道岔控制模块会产生+60V和-60V两种电压，经由电缆X3和X4加在转辙机上，表示电压经由电缆X1和X2再流回道岔控制模块。道岔处于右位时，道岔的自动开闭器将线缆X1和X4接通，X2和X3接通；+60V电压通过线缆X3流出模块，经由转辙机通过线缆X2流进表示检测电路Ⅰ，通过光耦传输给FPGA1和FPGA2中；-60V电压通过线缆X4流出模块，经由转辙机通过线缆X1流进表示检测电路Ⅱ，通过光耦传输给FPGA1和FPGA2中，由此判定道岔处于右位。道岔处于左位时，道岔的自动开闭器将线缆X1和X3接通，X2和X4接通；+60V电压通过线缆X3流出模块，经由转辙机通过线缆X1流进表示检测电路Ⅱ，通过光耦传输给FPGA1和FPGA2中；-60V电压通过线缆X4流出模块，经由转辙机通过线缆X2流进表示检测电路Ⅰ，通过光耦传输给FPGA1和FPGA2中，由此判定道岔处于左位。

本发明的有益效果：本发明提供了一种可靠性高、安全性高、操作简单、成本低的道岔控制模块，道岔控制模块由电源电路、FPGA、驱动电路和表示电路组成。道岔控制模块作为室外设备道岔的接口模块，通过内部总线接收联锁主机驱动命令转动外部道岔，当道岔转到位后，表示电路采集道岔的位置信息通过内部总线发送给联锁主机。该模块对外接口只有4根线缆，通过1个连接器将4根线缆引出与道岔相连，接线简单，操作完全由联锁主机控制，无需人工干预。该模块内部设计保护电路、检测电路和冗余电路保证了驱动电路的有效性和表示电路的准确性。

附图说明

图1是道岔控制模块的示意图；

图2是道岔驱动电路示意图；

图3是道岔表示电路示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作进一步详细说明。

如图1至3所示，该道岔控制模块能够控制三相四线制380VAC驱动道岔，且能准确判断道岔所处的位置。道岔以西门子转辙机S700K为例。

本发明提供了一种道岔控制模块，包括FPGA、道岔驱动电路、表示电路。

所述的FPGA包括FPGA1、PGA2。

所述的道岔驱动电路包括保险丝、隔离电路、电流检测电路、电源开关电路和逻辑换相开关电路。所述隔离电路使用电子负载继电器实现了直流和交流的隔离。所述电流检测电路包括电流互感器、运算放大电路，用于实现转辙机动作电路电流信息的实时监测。所述电源开关电路包括光耦器件和继电器，通过FPGA1和FPGA2控制光耦以导通继电器。所述电源开关电路的继电器包括开关K1，开关K2，开关K3，开关K4。所述逻辑换相开关电路包括光耦、MOS管和继电器，通过控制光耦导通MOS管，由MOS管来控制继电器，逻辑换相开关的继电器分为左位继电器和右位继电器，左位继电器包括开关K7，开关K8，右位继电器包括开关K5，开关K6。

道岔控制模块接收到联锁主机发送的驱动道岔命令，FPGA1和FPGA2分别通过隔离电路发出驱动道岔的控制命令，首先控制逻辑换相开关闭合，接着控制电源开关全部闭合。三相交流电经过保险丝、隔离电路、电源开关、电流检测电路和逻辑换相开关以及电缆线X1，X2，X3和X4与转辙机电动机线圈构成回路，电动机通电开始转动；转辙机转动后，电缆线X1，X2，X3中就有了稳定的电流，这时电流检测电路开始实时检测电缆线中的电流是否正常，如果正常则保持当前驱动状态，否则立刻切断驱动电路；转辙机转到底后，断开电源开关撤销三相电源，转辙机转动动作完成。此时与转辙机相连的线缆X1，X2，X3和X4有+60V和-60V两种电压，通过表示检测电路将+60V和-60V转换为表示信号送入FPGA1和FPGA2中，FPGA1和FPGA2将转辙机位置信息分别发送给联锁主机。

下面主要介绍道岔驱动电路和道岔表示电路全电子化的实现方法。

如图2所示，以右位向左位转换为例，对道岔驱动电路的过程进行介绍：FPGA通过隔离电路发出由右位向左位转换的控制命令，首先控制换相开关K7，K8闭合，接着控制电源开关K1，K2，K3，K4全部闭合；三相交流电经过保险丝、隔离电路、电源开关、电流检测电路和逻辑换相开关K7，K8以及电缆线X1，X2，X3和X4与转辙机电动机线圈构成回路，电动机通电开始转动；转辙机转动后，电缆线X1，X2，X3中就有了稳定的电流，此时电缆线X1，X2，X3中的有电流，电流检测电路开始实时检测电缆线X1，X2，X3中的电流是否正常，如果正常则保持当前驱动状态，否则立刻切断驱动电路；转辙机转到底后，断开电源开关撤销三相电源，反操动作完毕。转辙机进行定操动作时，使用的换相开关K5，K6，其工作过程和原理与反操动作基本一致。

道岔驱动电路是通过FPGA控制光耦来控制换相开关和电源开关之间的相互配合来完成三相电源的正常输出，从而驱动转辙机进行定反位操作的。在道岔控制模块驱动转辙机进行转换的过程中，电流检测电路将采集的电流信号反馈到FPGA中，形成闭环监测，如果出现了缺相、混线等故障，能够及时发现并报警，同时自动切断驱动电源的输出，导向安全侧。

如图3所示，所述的表示检测电路包括表示检测电路Ⅰ、表示检测电路Ⅱ；为了进行道岔位置的检测，道岔控制模块会产生+60V和-60V两种电压，经由X3和X4线加在转辙机上，表示电压经由X1和X2线再流回道岔控制模块。

道岔处于右位时，道岔的自动开闭器将线缆X1和X4接通，X2和X3接通；+60V电压通过线缆X3流出模块，经由转辙机通过线缆X2流进表示检测电路Ⅰ，通过光耦传输给FPGA1和FPGA2中；-60V电压通过线缆X4流出模块，经由转辙机通过线缆X1流进表示检测电路Ⅱ，通过光耦传输给FPGA1和FPGA2中，由此判定道岔处于右位。

道岔处于左位时，道岔的自动开闭器将线缆X1和X3接通，X2和X4接通；+60V电压通过线缆X3流出模块，经由转辙机通过线缆X1流进表示检测电路Ⅱ，通过光耦传输给FPGA1和FPGA2中；-60V电压通过线缆X4流出模块，经由转辙机通过线缆X2流进表示检测电路Ⅰ，通过光耦传输给FPGA1和FPGA2中，由此判定道岔处于左位。

随着微电子技术、控制技术、信息技术和总线技术的快速发展，以及电子设备的可靠性、安全性和容错技术的提高，全电子计算机联锁比现有计算机联锁更具有优势：取消现有计算机联锁***中的轨道电路，信号机点灯电路和道岔控制电路中继电器，减少了继电器组合柜、组合柜中的配线、组合柜与联锁柜间的配线；减少了***的使用空间，精简了***的维护工作。全电子计算机联锁具有易扩展、易操作、易维护等特点，全电子技术逐渐成为轨道交通信号***信号设备的发展趋势。

道岔作为联锁***中的重要信号设备，决定着列车在站内的行车安全和运行效率，道岔控制模块的全电子化加快了计算机联锁的全电子化的步伐。基于总线技术与新型电子器件的道岔控制模块实现了传统道岔控制电路的功能，具有体积小，操作简单的特点；使用道岔控制模块可以缩短施工周期，降低运营维护成本，延长设备的使用寿命，提高了联锁***的可靠性和安全性。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不限制于本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (7)

1.一种道岔控制模块，其特征在于，包括FPGA、道岔驱动电路、表示电路；所述的FPGA包括FPGA1、FPGA2；所述的表示电路包括表示检测电路、表示电压产生电路；

FPGA1、PGA2分别向道岔驱动电路发出驱动道岔的控制命令，三相交流电经过道岔驱动电路以及电缆线与道岔电动机线圈构成回路，道岔电动机通电开始转动；道岔转到底后撤销三相电源，道岔转动动作完成；此时与道岔的自动开闭器相连的线缆将表示电压产生电路表示的电压通过表示检测电路转换为电平信号输出给FPGA，由此判断道岔的位置。

2.根据权利要求1所述的道岔控制模块，其特征在于，

所述的道岔驱动电路包括保险丝、隔离电路、电流检测电路、电源开关电路和逻辑换相开关电路；

所述隔离电路使用电子负载继电器实现了直流和交流的隔离；

所述电流检测电路包括电流互感器、运算放大电路，用于实现转辙机动作电路电流信息的实时监测；

所述电源开关电路包括光耦器件和继电器，通过FPGA1和FPGA2控制光耦以导通继电器；

所述电源开关电路的继电器包括开关K1，开关K2，开关K3，开关K4。

所述逻辑换相开关电路包括光耦、MOS管和继电器，通过控制光耦导通MOS管，由MOS管来控制继电器，逻辑换相开关的继电器分为左位继电器和右位继电器，左位继电器包括开关K7，开关K8，右位继电器包括开关K5，开关K6，

联锁主机发送驱动道岔命令，FPGA1和FPGA2分别通过隔离电路发出驱动道岔的控制命令，首先控制逻辑换相开关闭合，接着控制电源开关全部闭合。

3.根据权利要求2所述的道岔控制模块，其特征在于，

当联锁主机发送道岔由右位转向左位的命令时，FPGA通过隔离电路发出由右位向左位转换的控制命令，首先控制换相开关K7，K8闭合，接着控制电源开关K1，K2，K3，K4全部闭合；

三相交流电经过保险丝、隔离电路、电源开关、电流检测电路和逻辑换相开关K7，K8以及电缆线X1，X2，X3和X4与转辙机电动机线圈构成回路，电动机通电开始转动；

转辙机转动后，电缆线X1，X2，X3中就有了稳定的电流，此时电缆线X1，X2，X3中的有电流，电流检测电路开始实时检测电缆线X1，X2，X3中的电流是否正常，如果正常则保持当前驱动状态，否则立刻切断驱动电路；

转辙机转到底后，断开电源开关撤销三相电源，反操动作完毕。

转辙机进行定操动作时，使用的换相开关K5，K6，其工作过程和原理与反操动作一致。

4.根据权利要求1所述的道岔控制模块，其特征在于，所述的表示检测电路包括表示检测电路Ⅰ、表示检测电路Ⅱ；

为了进行道岔位置的检测会产生+60V和-60V两种电压，经由电缆X3和X4加在转辙机上，表示电压经由电缆X1和X2再回流；

道岔处于右位时，道岔的自动开闭器将线缆X1和X4接通，X2和X3接通，

+60V电压通过线缆X3流出模块，经由转辙机通过线缆X2流进表示检测电路Ⅰ，通过光耦传输给FPGA1和FPGA2中，

-60V电压通过线缆X4流出模块，经由转辙机通过线缆X1流进表示检测电路Ⅱ，通过光耦传输给FPGA1和FPGA2中，由此判定道岔处于右位；

道岔处于左位时，道岔的自动开闭器将线缆X1和X3接通，X2和X4接通；

+60V电压通过线缆X3流出模块，经由转辙机通过线缆X1流进表示检测电路Ⅱ，通过光耦传输给FPGA1和FPGA2中，

-60V电压通过线缆X4流出模块，经由转辙机通过线缆X2流进表示检测电路Ⅰ，通过光耦传输给FPGA1和FPGA2中，由此判定道岔处于左位。

5.根据权利要求1所述道岔控制模块的全电子化实现方法，其特征在于，FPGA1、PGA2分别向道岔驱动电路发出驱动道岔的控制命令，三相交流电经过道岔驱动电路以及电缆线与道岔电动机线圈构成回路，道岔电动机通电开始转动；道岔转到底后撤销三相电源，道岔转动动作完成；此时与道岔的自动开闭器相连的线缆将表示电压产生电路表示的电压通过表示检测电路转换为电平信号输出给FPGA，由此判断道岔的位置。

6.根据权利要求5所述道岔控制模块的全电子化实现方法，其特征在于，当联锁主机发送道岔由右位转向左位的命令时，FPGA通过隔离电路发出由右位向左位转换的控制命令，首先控制换相开关K7，K8闭合，接着控制电源开关K1，K2，K3，K4全部闭合；

三相交流电经过保险丝、隔离电路、电源开关、电流检测电路和逻辑换相开关K7，K8以及电缆线X1，X2，X3和X4与转辙机电动机线圈构成回路，电动机通电开始转动；

转辙机转动后，电缆线X1，X2，X3中就有了稳定的电流，此时电缆线X1，X2，X3中的有电流，电流检测电路开始实时检测电缆线X1，X2，X3中的电流是否正常，如果正常则保持当前驱动状态，否则立刻切断驱动电路；

转辙机转到底后，断开电源开关撤销三相电源，反操动作完毕。

转辙机进行定操动作时，使用的换相开关K5，K6，其工作过程和原理与反操动作一致。

7.根据权利要求5所述道岔控制模块的全电子化实现方法，其特征在于，

为了进行道岔位置的检测，道岔控制模块会产生+60V和-60V两种电压，经由电缆X3和X4加在转辙机上，表示电压经由电缆X1和X2再流回道岔控制模块；

道岔处于右位时，道岔的自动开闭器将线缆X1和X4接通，X2和X3接通，

+60V电压通过线缆X3流出模块，经由转辙机通过线缆X2流进表示检测电路Ⅰ，通过光耦传输给FPGA1和FPGA2中，

-60V电压通过线缆X4流出模块，经由转辙机通过线缆X1流进表示检测电路Ⅱ，通过光耦传输给FPGA1和FPGA2中，由此判定道岔处于右位；

道岔处于左位时，道岔的自动开闭器将线缆X1和X3接通，X2和X4接通；

+60V电压通过线缆X3流出模块，经由转辙机通过线缆X1流进表示检测电路Ⅱ，通过光耦传输给FPGA1和FPGA2中，

-60V电压通过线缆X4流出模块，经由转辙机通过线缆X2流进表示检测电路Ⅰ，通过光耦传输给FPGA1和FPGA2中，由此判定道岔处于左位。