基于全电子计算机联锁的道岔控制监测模块设计

摘要

目前，在我国铁路车站中，6502电气集中联锁已经基本被计算机联锁取代。计算机联锁系统运营的高效性、显示的直观性、操作的便利性以及其强大的通信能力得到了实践的肯定和认可。但是，现有铁路系统中的计算机联锁系统存在着一大不足，那就是联锁系统从6502电气集中联锁向计算机联锁升级过程中保留的执行表示层的安全型继电器电路。随着我国铁路的快速发展，车站的改造和站内联锁系统的扩展等改造必不可少，基于安全型继电器电路的执行表示层的不足越来越成为制约计算机联锁系统发展的瓶颈，其复杂的电路和扩展上的不便性以及通信接口的薄弱性严重制约着计算机联锁系统的发展。因而，电路简单、易于扩展、通信功能强大、高度标准化的全电子智能执行表示模块应运而生。
　　本文以全电子计算机联锁系统道岔控制和状态采集单元为研究对象，以ZD6直流转辙机为被控对象，设计了采用三取二冗余微处理器组为局域控制中心的智能道岔控制和采集电子电路模块。该模块通过若干功能电路和功能芯片建立起对转辙机动作的控制以及转辙机定位状态和反位状态的采集，同时，通过冗余的CAN通信线路，建立起与联锁计算机的可靠通信。
　　本文设计了将三取二冗余结构应用于执行表示层的道岔控制采集单元，使得全电子道岔模块具有了一定的容错能力。冗余CAN通信线路方案的提出，使得联锁系统执行表示层与联锁逻辑层之间的通信更加可靠，软硬件容错能力更强。光耦合隔离器件的灵活合理运用，做到了强电弱电之间的有效隔离，保障了道岔模块电路系统的安全性和使用寿命。
　　另外，本文还简单介绍了本全电子道岔模块抗干扰方面的相关设计方法，并从理论角度对本全电子道岔模块进行了可靠性分析建模，并进行了简单的可靠性分析。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景及研究意义

1．2 国内外研究现状

1．3 论文研究内容及结构

第2章 全电子计算机联锁系统简介

2．1 全电子计算机联锁系统的组成

2．2 全电子联锁系统结构层次

2．2．1 人机会话层

2．2．2 联锁逻辑层

2．2．3 执行表示层

2．2．4 室外设备

2．3 道岔模块需求分析

2．3．1 道岔模块功能需求

2．3．2 道岔模块运营要求

2．3．3 道岔模块设计的重点问题

第3章 道岔模块设计

3．1 道岔模块硬件设计

3．1．1 ZD6直流电动转辙机简介

3．1．2 三取二微处理器单元

3．1．3 道岔驱动电路

3．1．4 道岔状态采集电路

3．1．5 转辙机电流检测电路

3．1．6 稳压模块

3．1．7 通信和调试模块

3．1．8 其他模块

3．1．9 印刷电路板

3．2 道岔模块的软件设计

3．2．1 模块主程序框架

3．2．2 CAN通信控制方案

3．2．3 SPI通信控制方案

3．3 故障-安全的实现

3．4 道岔模块测试结果

3．4．1 预期功能

3．4．2 功能实现情况

第4章 抗干扰设计

4．1 抗干扰的意义

4．2 硬件抗干扰相关设计

4．3 软件抗干扰相关设计

4．4 PCB设计相关注意事项

第5章 系统可靠性分析

5．1 可靠性概述

5．2 MCU模块可靠性分析

5．3 道岔状态采集模块可靠性分析

5．4 其他功能模块可靠性分析

5．5 全电子道岔模块整体可靠性分析

总结与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文