王翀 張義政
(1.西安郵電學(xué)院電子工程學(xué)院,光信息實(shí)驗(yàn)室,西安 710121;2.西安先導(dǎo)鐵路器材有限責(zé)任公司,西安 710048)
隨著當(dāng)今鐵路、城市軌道交通和公路交通事業(yè)的快速發(fā)展和新技術(shù)的應(yīng)用,需要越來(lái)越多的滿足多方面要求的信號(hào)設(shè)備?,F(xiàn)有的鐵路軌道交通信號(hào)點(diǎn)燈模塊,一般只能實(shí)現(xiàn)燈絲點(diǎn)燈。但傳統(tǒng)的采用燈絲白熾燈泡為光源的色燈信號(hào)機(jī),具有可靠性差、壽命短、易斷絲、功效低等缺點(diǎn)[1]。隨著對(duì) LED新材料研究的進(jìn)一步深入,LED光源技術(shù)迅速發(fā)展,并越來(lái)越多地應(yīng)用于鐵路軌道交通領(lǐng)域。
我們研制了一種新型多用途鐵路交通智能信號(hào)燈控制模塊[2],它能同時(shí)使用 LED燈和燈絲燈泡,還能利用原報(bào)警線纜實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離定點(diǎn)定位智能報(bào)警。它能實(shí)現(xiàn)的功能多且操作簡(jiǎn)單,可使鐵路點(diǎn)燈模塊由定期維修改為狀態(tài)維修,從而能達(dá)到提高效率且節(jié)約成本的目的。
國(guó)內(nèi),鐵路信號(hào)點(diǎn)燈模塊需求量很大,雖然我國(guó)國(guó)內(nèi)鐵路信號(hào)廠家眾多,但國(guó)內(nèi)廠家目前開發(fā)的可用于鐵路軌道交通的鐵路信號(hào)點(diǎn)燈模塊,大都沿用過(guò)去產(chǎn)品,功能較為單一,自主開發(fā)不足[3],主要采用燈絲轉(zhuǎn)換繼電器為核心來(lái)控制,均不具有能同時(shí)使用燈絲燈泡點(diǎn)燈和LED點(diǎn)燈的多功能模塊[4][5][6]。雖然有試驗(yàn)中的 LED 鐵路信號(hào)燈,但由于溫度、質(zhì)量等問(wèn)題的困擾而未能廣泛應(yīng)用。比如:在2003年信號(hào)大修工程中,湘桂線柳黎段良江站的信號(hào)機(jī)采用了LED信號(hào)點(diǎn)燈裝置,在2004年1月13日和2月18日,兩次發(fā)生SII出站信號(hào)機(jī)在點(diǎn)綠燈或白燈時(shí),誤使黃燈閃光或紅燈閃光[7];又比如:大秦線區(qū)間全部使用了LED信號(hào)機(jī),自2006年開通以來(lái),發(fā)生了4起點(diǎn)燈故障,其中兩起影響了行車[8]。
國(guó)外,目前來(lái)說(shuō),由于相對(duì)于燈絲信號(hào)燈,LED燈具有節(jié)能、長(zhǎng)壽命等優(yōu)勢(shì),美國(guó)的GELcore公司 (世界主要 LED生產(chǎn)商)、英國(guó)的 Variable Masseage Sins Limited公司和 Roxboro集團(tuán)下屬的Diallight公司、德國(guó)的西門子公司等均在鐵路軌道交通領(lǐng)域積極推廣 LED 鐵路信號(hào)產(chǎn)品[9,10]。雖然LED的光學(xué)問(wèn)題已基本解決,但由于LED與燈泡發(fā)光原理不同,燈絲繼電器工作時(shí)、電流不能減小,使直接替換比較困難。為了與既有設(shè)備能直接連接,國(guó)外公司均人為增大LED發(fā)光盤的使用壽命。除此之外,既有點(diǎn)燈模塊還存在燈絲檢測(cè)、燈絲安全等問(wèn)題。
模塊結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。它由防雷變壓器、整流和開關(guān)反饋修正電路、四檔精密可調(diào)穩(wěn)壓電路、LED脈沖點(diǎn)燈檢測(cè)電路、故障監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)換電路、單片微處理器電路、燈絲檢測(cè)電路、報(bào)警電路和車站接收顯示等電路組成。防雷變壓器輸出端接副絲監(jiān)測(cè)點(diǎn)燈電路和開關(guān)反饋修正電路,副絲監(jiān)測(cè)點(diǎn)燈電路輸出端接故障監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)換電路,開關(guān)反饋修正電路輸出端接四檔精密可調(diào)穩(wěn)壓電路,四檔精密可調(diào)穩(wěn)壓電路輸出端接故障監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)換電路、LED脈沖點(diǎn)燈監(jiān)測(cè)電路和單片機(jī)電路;故障監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)換電路與單片機(jī)電路和主燈絲相連,單片機(jī)電路經(jīng)報(bào)警電路、車站時(shí)間繼電器后接車站終端接受顯示。
圖1 模塊結(jié)構(gòu)原理圖
模塊的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu),能實(shí)現(xiàn)LED電流監(jiān)測(cè)、光度監(jiān)測(cè)、LED脈沖點(diǎn)燈,且LED、燈絲和智能報(bào)警器件為一體;它利用單片機(jī)控制和報(bào)警,同時(shí)由硬件完成監(jiān)測(cè)任務(wù),所有的狀態(tài)都由軟件來(lái)分析完成,在事故處理方面更加靈活、準(zhǔn)確,保證該模塊既能準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)點(diǎn)燈相關(guān)各種功能,又能在主副燈絲斷絲、LED達(dá)到30%損壞及電路故障時(shí),均能利用原報(bào)警電纜實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離智能報(bào)警。
模塊運(yùn)行時(shí),防雷變壓器分別輸出兩路電壓:一路為12V,經(jīng)整流后送副絲在線監(jiān)測(cè)點(diǎn)燈電路,由監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)換電路供副絲在線監(jiān)測(cè),副燈絲及主燈絲斷絲時(shí),監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)換繼電器電路轉(zhuǎn)換動(dòng)作后供副燈絲點(diǎn)燈并向嵌入式單片機(jī)電路送出故障信號(hào);另一路為160V,由整流開關(guān)反饋修正電路,實(shí)現(xiàn)11V直流高精度穩(wěn)壓功能。11V電壓經(jīng)四檔可調(diào)穩(wěn)壓電路調(diào)整為四檔以供選擇。經(jīng)選擇的某檔電壓分別送到以下電路:1.模塊監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)換繼電器電路,經(jīng)電流繼電器線圈供主燈絲點(diǎn)燈和監(jiān)測(cè);2.送LED脈沖點(diǎn)燈監(jiān)測(cè)電路,在單片機(jī)電路控制下實(shí)現(xiàn)脈沖調(diào)制供LED燈點(diǎn)燈,同時(shí)將LED監(jiān)測(cè)結(jié)果送模塊監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)換繼電器監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)換;3.送微機(jī)電路,經(jīng)5V穩(wěn)壓后作為單片機(jī)電源,當(dāng)單片機(jī)電路查詢到模塊監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)換電路為故障時(shí),即向報(bào)警電路發(fā)出該故障點(diǎn)信息的定位報(bào)警信號(hào),經(jīng)報(bào)警電路處理后,直接利用原報(bào)警電纜遠(yuǎn)距離傳送到車站SJ-850時(shí)間繼電器,車站收到終端從時(shí)間繼電器采集到的信號(hào)后進(jìn)行終端處理、報(bào)警和顯示。
該模塊大都由外購(gòu)成品部件和自制模塊組裝而成,生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、對(duì)環(huán)境的污染小。同時(shí),該模塊優(yōu)化了LED發(fā)光盤功耗,減少了發(fā)光盤的發(fā)熱,并增加了發(fā)光盤的使用壽命;且恒流準(zhǔn)確、發(fā)光效率高 (比同條件LED燈高10%);在正脈沖工作時(shí)發(fā)出的熱量能在負(fù)脈沖時(shí)得到發(fā)散,同時(shí)省去燈絲轉(zhuǎn)換繼電器,既節(jié)省了器材,又少了故障點(diǎn)與故障發(fā)生率。解決了與原點(diǎn)燈裝置的功率匹配、發(fā)熱等問(wèn)題,更加節(jié)能、耗電量小,而且耐高溫、壽命長(zhǎng)、成本低。主要應(yīng)用于鐵路交通,經(jīng)重新調(diào)整設(shè)計(jì)后,還可應(yīng)用于城市軌道交通和城市公路交通。它的使用符合國(guó)內(nèi)外鐵路交通信號(hào)發(fā)展的方向,符合鐵路軌道交通現(xiàn)實(shí)和長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的需要[11,12]。
其主要技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)包括:
1)LED、雙絲燈兼用及報(bào)警電路技術(shù);
2)四檔開關(guān)反饋修正高精度穩(wěn)壓電路技術(shù);
3)軌道交通信號(hào)LED脈沖點(diǎn)燈技術(shù);
4)LED燈電流及光度雙監(jiān)測(cè)技術(shù);
5)嵌入式軌道交通信號(hào)控制技術(shù)。
通過(guò)對(duì)該模塊設(shè)計(jì)方案結(jié)構(gòu)及原理的闡述,以及對(duì)比國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品的情況,可知該設(shè)計(jì)采用LED點(diǎn)燈裝置,維修安裝方便、靈活,施工周期短,可實(shí)現(xiàn)多種功能,具有突出的優(yōu)點(diǎn)。技術(shù)處于國(guó)際先進(jìn)和國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平,填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)外鐵路軌道交通信號(hào)點(diǎn)燈裝置的空白,具有廣闊的市場(chǎng)前景。
[1]楊先成.鐵路LED信號(hào)機(jī),鐵道通信信號(hào),2004,40(4),10~11.
[2]張義政.一種新型多用智能鐵路信號(hào)點(diǎn)燈系統(tǒng),出處:中國(guó)專利數(shù)據(jù)庫(kù),專利公開號(hào):CN201023492,公開日:2008.02.20.
[3]馮金洲,錢旭人.信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈電路新技術(shù)方案,鐵道通信信號(hào),1996,32(12),8~9.
[4]王東華,王朝霞.鐵路色燈信號(hào)機(jī)采用LED的技術(shù)條件及建議,鐵道通信信號(hào),2003,39(2),33~34.
[5]魏顯舜.信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈檢測(cè)裝置日常維護(hù)及常見故障分析,鐵道通信信號(hào),2008,44(12),24~25.
[6]梁福平,馬牧燕,李澤峰,劉壯.LED信號(hào)機(jī)的檢測(cè)報(bào)警技術(shù)研究,儀器儀表學(xué)報(bào),2006(z2),1240~1241.
[7]賈琨,沙斐.LED信號(hào)機(jī)閃燈現(xiàn)象的原因分析,鐵路通信信號(hào)工程技術(shù),2007,4(3),11~13.
[8]朱文福,蔚海英.XSL型LED信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈裝置故障分析及改進(jìn)建議,太原鐵道科技,2007(2),24~25.
[9]成遠(yuǎn).國(guó)外鐵路LED信號(hào)機(jī)發(fā)展與應(yīng)用,中國(guó)鐵路,2007(5),54~56.
[10]張濟(jì)民,吳文麟.西門子的城市軌道交通信號(hào)控制系統(tǒng)分析,城市軌道交通研究,1998,1(3),71~73.
[11]呂永宏,劉紅燕.3種城市軌道交通信號(hào)控制系統(tǒng),甘肅科技,2008,24(11),115~117.
[12]唐德瑜,許琛國(guó).LED鐵路色燈信號(hào)機(jī),成鐵科技,2002(2),42~43.