一種新型多用鐵路智能點(diǎn)燈模塊

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)

1 引言

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。

2 國(guó)內(nèi)外狀況分析

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。

3 功能模塊及原理

3.1 功能模塊

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。

3.2 工作原理

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。

3.3 創(chuàng)新點(diǎn)

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)。

4 結(jié)束語(yǔ)

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.