提速道岔控制設(shè)備故障診斷儀轉(zhuǎn)轍機(jī)模擬模塊的設(shè)計(jì)

劉小溪,曠文珍,何 濤

(蘭州交通大學(xué)光電技術(shù)與智能控制教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,蘭州 730070)

提速道岔控制設(shè)備故障診斷儀轉(zhuǎn)轍機(jī)模擬模塊的設(shè)計(jì)

劉小溪,曠文珍,何 濤

(蘭州交通大學(xué)光電技術(shù)與智能控制教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,蘭州 730070)

目前國(guó)內(nèi)新建鐵路及客運(yùn)專(zhuān)線多設(shè)計(jì)為提速道岔,采用三相五線制交流轉(zhuǎn)轍機(jī),在道岔故障維修時(shí),根據(jù)流程,逐步排查,過(guò)程耗時(shí)耗力。針對(duì)提速道岔室內(nèi)道岔控制電路故障維修,設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)轍機(jī)模擬模塊。模塊現(xiàn)場(chǎng)代替室外道岔動(dòng)作電路部分,與室內(nèi)控制電路部分相連接,在模擬轉(zhuǎn)轍機(jī)動(dòng)作過(guò)程中,采集分析三相電流及電壓等數(shù)據(jù),智能判斷室內(nèi)道岔控制電路的在線工作狀態(tài)。所采集數(shù)據(jù)經(jīng)模塊處理并通過(guò)通信上傳至上位機(jī),進(jìn)行數(shù)據(jù)模擬,信號(hào)維修員可據(jù)此對(duì)室內(nèi)道岔控制電路工作狀態(tài)進(jìn)行人工判斷。使用此設(shè)備在道岔室內(nèi)線路故障維修時(shí)準(zhǔn)確、便捷,減少工作量,節(jié)約勞動(dòng)成本。

道岔故障；智能診斷；轉(zhuǎn)轍機(jī)；模擬

在鐵路提速道岔及客運(yùn)專(zhuān)線建設(shè)中，三相五線制交流道岔信號(hào)控制設(shè)備應(yīng)用廣泛。但由于建設(shè)條件受限，道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)安裝通常滯后，與室內(nèi)道岔信號(hào)控制設(shè)備的聯(lián)合調(diào)試不能同步進(jìn)行，室內(nèi)道岔控制電路是否正確得不到事先驗(yàn)證，影響工期。如果能提前完成預(yù)裝三相交流轉(zhuǎn)轍機(jī)室內(nèi)道岔控制電路的檢測(cè)，可節(jié)約施工內(nèi)計(jì)劃。且根據(jù)鐵路提速發(fā)展的需求，信號(hào)設(shè)備要由傳統(tǒng)的計(jì)劃修向狀態(tài)修轉(zhuǎn)變，能否在現(xiàn)場(chǎng)可靠、快速地判斷信號(hào)設(shè)備及線路工作狀態(tài)對(duì)于能否安全、效率行車(chē)顯得十分重要，據(jù)此要求設(shè)計(jì)了能智能判斷室內(nèi)道岔控制電路工作狀態(tài)的提速道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)模擬模塊[1]。

1 模塊整體設(shè)計(jì)

虛擬轉(zhuǎn)轍機(jī)模擬模塊分為硬件和軟件兩部分設(shè)計(jì)。該模塊代替三相五線制室外動(dòng)作電路部分與室內(nèi)道岔控制電路連接方式如圖1所示，使用時(shí)，模塊通過(guò)對(duì)外接口連接在道岔控制電路的X1～X5上，根據(jù)上位機(jī)的指令使模塊模擬轉(zhuǎn)轍機(jī)的定位、反位、四開(kāi)等狀態(tài)。模塊在模擬轉(zhuǎn)轍機(jī)動(dòng)作同時(shí)，采集動(dòng)作過(guò)程中道岔控制電路的電壓、電流的大小及相位，計(jì)算有效電流及功率，分析出室內(nèi)道岔控制電路的工作狀態(tài)[2]，如果電路異常，發(fā)出報(bào)警并給出可能的故障原因。

圖1 虛擬交流轉(zhuǎn)轍機(jī)模塊與室內(nèi)道岔控制電路連接示意

2 模塊硬件設(shè)計(jì)

虛擬交流轉(zhuǎn)轍機(jī)模擬模塊硬件部分由Protel 99SE設(shè)計(jì)，為電子電路板。設(shè)計(jì)的電路原理圖分為MCU控制電路、RS485通信及對(duì)外接口、電流檢測(cè)電路、電壓檢測(cè)電路、五線制轉(zhuǎn)轍機(jī)等效電路等5部分[3]。

2.1 MCU控制電路

MCU控制電路以單處理器為核心，形成獨(dú)立的控制電路，采用AT90CAN128型號(hào)單片機(jī)[4]，64引腳，電源電壓5 V，存儲(chǔ)器容量為128 kB，設(shè)計(jì)采用晶振為11.059 2 MHz。MCU控制電路設(shè)計(jì)了以下功能。

(1)能夠發(fā)送手動(dòng)模擬數(shù)據(jù)幀指令，通過(guò)手動(dòng)按鈕實(shí)現(xiàn)虛擬交流轉(zhuǎn)轍機(jī)手動(dòng)定位、手動(dòng)反位、手動(dòng)四開(kāi)狀態(tài)模擬。

(2)能夠在室內(nèi)道岔控制電路與虛擬交流轉(zhuǎn)轍機(jī)連接時(shí)，分析控制電路的電流、電壓的大小及相位差，檢查有無(wú)缺相、過(guò)流、混線等故障，無(wú)故障情況下判斷轉(zhuǎn)轍機(jī)的正、反轉(zhuǎn)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)模擬模塊的定、反操作。

(3)能夠在模擬轉(zhuǎn)換過(guò)程中由傳感器采集數(shù)據(jù)信息，如轉(zhuǎn)轍機(jī)動(dòng)作過(guò)程中A、B、C三相電流曲線值、平均電流、表示電壓、動(dòng)作功率曲線等。單片機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)、分析，信息以數(shù)據(jù)幀格式通過(guò)RS485通信發(fā)送給上位機(jī)，即與該模塊配套設(shè)計(jì)的顯示存儲(chǔ)模塊，該顯示存儲(chǔ)模塊可進(jìn)行曲線模擬，并直觀顯示，信號(hào)維修員可根據(jù)數(shù)據(jù)曲線進(jìn)行人工判斷。

2.2 RS485通信及對(duì)外接口

電子電路板設(shè)計(jì)了RS485通信部分，模塊通過(guò)RS485通信與上位機(jī)進(jìn)行連接，連接方式如圖2所示。圖示J5CS-Ⅱ型交流五線制轉(zhuǎn)轍機(jī)模擬箱圖片所示的是模擬模塊正面設(shè)計(jì)圖，設(shè)計(jì)有3個(gè)手動(dòng)操作按鈕，即定位、反位、四開(kāi)按鈕，設(shè)置定、反表及四開(kāi)表示燈與其余故障表示燈。電纜1為轉(zhuǎn)換器所附帶的USB電纜，電纜2可以為市場(chǎng)出售的LAN電纜[5]。通過(guò)RS485通信將所編寫(xiě)的程序?qū)懭雴纹瑱C(jī)中并可進(jìn)行更改，單片機(jī)可以通過(guò)RS485通信將所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，即道岔控制電路動(dòng)作過(guò)程中的電壓、電流的大小及相位，有效電流及功率上傳到上位機(jī)中，上位機(jī)可進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，供電務(wù)維修員人工分析。

對(duì)外接口電路部分能夠外接X(jué)1～X5等5條等效電路線。外接220 V交流電，該交流電通過(guò)印制電路板上的變壓器220轉(zhuǎn)24、24轉(zhuǎn)5、+5轉(zhuǎn)-5等為各元器件提供合適電源。

圖2 RS485通信和計(jì)算機(jī)的連接

2.3 電流檢測(cè)電路

模塊電流檢測(cè)電路部分用于采集表示回路和動(dòng)作回路中電流數(shù)據(jù)，通過(guò)設(shè)置霍爾互感器實(shí)現(xiàn)功能，霍爾傳感器為非接觸式互感器，與被監(jiān)測(cè)電路沒(méi)有電氣連接，目標(biāo)采集電流以穿心方式通過(guò)模塊，虛擬模塊模擬轉(zhuǎn)轍機(jī)動(dòng)作時(shí)進(jìn)行監(jiān)測(cè)A、B、C三相電流的變化，檢測(cè)到的電流數(shù)據(jù)通過(guò)運(yùn)算放大器變換[6]，存儲(chǔ)在單片機(jī)中。由單片機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)道岔控制電路動(dòng)作過(guò)程中對(duì)三相電流的過(guò)大或過(guò)小進(jìn)行檢測(cè)。

模擬模塊數(shù)據(jù)采集設(shè)計(jì)采集200次，將所得電流數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在單片機(jī)中，由單片機(jī)根據(jù)所編寫(xiě)程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行分析，計(jì)算平均電流及模擬轉(zhuǎn)換時(shí)間，子程序運(yùn)行時(shí)，對(duì)所得電流數(shù)據(jù)與設(shè)定基準(zhǔn)值進(jìn)行比較，若電流不合適，相應(yīng)的故障標(biāo)志位置起，點(diǎn)亮相應(yīng)的故障指示燈，實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)道岔控制電路工作狀態(tài)的智能判斷。

模塊上單片機(jī)存儲(chǔ)的電流變化數(shù)據(jù)，可通過(guò)RS485通信上傳至上位機(jī)，上位機(jī)根據(jù)數(shù)據(jù)繪制道岔模擬轉(zhuǎn)換過(guò)程中A相電流變化曲線值、B相電流變化曲線值、C相電流變化曲線值，電務(wù)維修員以此對(duì)室內(nèi)道岔控制電路工作狀態(tài)進(jìn)行人工分析。

2.4 電壓檢測(cè)電路

電壓檢測(cè)也通過(guò)霍爾傳感器實(shí)現(xiàn)，在五線制轉(zhuǎn)轍機(jī)等效電路X1與其他四線之間設(shè)置霍爾傳感器，將測(cè)的數(shù)據(jù)通過(guò)運(yùn)算放大器換算后，存儲(chǔ)在傳單片機(jī)中，由單片機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算分析。模塊能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)X1與X2、X1與X5、X2與X5、X1與X3、X1與X4、X3與X4之間電壓的檢測(cè)，能夠?qū)θ毕啵炀€的監(jiān)測(cè)。模塊設(shè)置有相應(yīng)的電壓故障指示燈，子程序?qū)λ脭?shù)據(jù)進(jìn)行判斷，如果電路電壓異常，點(diǎn)亮相應(yīng)故障指示燈并跳出程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)故障的智能判斷。

2.5 五線制轉(zhuǎn)轍機(jī)等效電路

國(guó)內(nèi)提速道岔多采用三相五線制交流轉(zhuǎn)轍機(jī)，虛擬轉(zhuǎn)轍機(jī)模擬模塊為針對(duì)提速道岔與客運(yùn)專(zhuān)線設(shè)計(jì)[7]。五線制道岔控制電路的連線方式為：X1用于定反位動(dòng)作、表示公用線，X2用于反位向定位動(dòng)作及定位表示線，X3用于定位向反位動(dòng)作及表示公用線，X4用于定位向反位動(dòng)作及定位表示線，X5用于反位向定位動(dòng)作及反位表示線。虛擬轉(zhuǎn)轍機(jī)模塊等效電路根據(jù)室外道岔動(dòng)作電路進(jìn)行模擬搭建，實(shí)現(xiàn)功能為現(xiàn)場(chǎng)道岔的定操、反操、四開(kāi)操作。等效電路設(shè)計(jì)3個(gè)繼電器，即K1、K2、K3，來(lái)實(shí)現(xiàn)功能[8]：K1↓、K2↓——定操、K1↑、K2↑——反操、K1↓、K2↑——四開(kāi)，K3繼電器用于控制X1X2X3的斷開(kāi)或閉合，檢測(cè)到室內(nèi)道岔控制電路故障時(shí)，例如斷相、混線，K3落下，切斷電源。

3 模塊軟件設(shè)計(jì)

軟件程序分為6個(gè)部分進(jìn)行編寫(xiě)，主程序、設(shè)備初始化子程序、按鈕檢測(cè)子程序、動(dòng)作檢測(cè)子程序、AD中斷服務(wù)子程序及定時(shí)器中斷服務(wù)子程序。

3.1 主程序

主程序流程由關(guān)中斷、設(shè)備初始化、開(kāi)全局中斷、按鈕檢測(cè)模塊、動(dòng)作檢測(cè)模塊等部分組成，其中主程序中涉及調(diào)用設(shè)備初始化部分子程序如下：

…

void main(void)

{

unsigned int i，temp;

init_devices(); //設(shè)備初始化

for(;;)

if(g_uart1_flag==RISE)

{

uart1_receive_treat(); //串口數(shù)據(jù)接收處理

g_uart1_flag=～RISE; //清除串口數(shù)據(jù)接收標(biāo)志

}

…

主程序中手動(dòng)模擬部分如下：

if(g_orderflag==STATE_DATA)

{

button_detection(); //按鈕檢測(cè)

ENABLE_TX; //發(fā)送使能

for(i=0; i < 100; i++); //延時(shí)，保證數(shù)據(jù)正常

send_state_data(); //上傳手動(dòng)模擬數(shù)據(jù)

for(i=0; i < 100; i++);

g_orderflag=0;

}

及動(dòng)作模擬部分如下：

if(g_orderflag==CURRENT_DATA)

{

PORTA &=～(1 << PA4); //K3吸起

DY_detect();

//電壓檢測(cè)判斷三相電是否合適

for(i=0; i < 100; i++);

operation_dl_detection();

//電流檢測(cè)同電壓檢測(cè)結(jié)果

//判斷定反操動(dòng)作模擬

DZDL_delete(); //動(dòng)作中電流檢測(cè)

for(i=0; i < 100; i++);

DZDY_delete() //動(dòng)作中電壓檢測(cè)

for(i=0; i < 100; i++);

dz_dy_judge();

//動(dòng)作中線電壓計(jì)算并上傳

send_dz_sj();

//動(dòng)作中電流及功率計(jì)算并上傳

ENABLE_TX;

for(i=0; i < 100; i++);

send_current_data(); //上傳動(dòng)作模擬數(shù)據(jù)

g_orderflag=0;

…

}

3.2 設(shè)備初始化子程序

程序運(yùn)行之前需對(duì)模塊上單片機(jī)及各元器件設(shè)備進(jìn)行初始化[9]，設(shè)備初始化內(nèi)容包括I/O端口初始化，即設(shè)置輸出I/O口為安全側(cè)；需要對(duì)箱地址、板地址進(jìn)行讀取與設(shè)置，因模擬模塊設(shè)計(jì)有對(duì)道岔多機(jī)牽引配置轉(zhuǎn)轍機(jī)同步操作功能，即實(shí)現(xiàn)單機(jī)、雙機(jī)、三機(jī)、五機(jī)、九機(jī)等不同牽引數(shù)量的同步操作；還包括對(duì)定時(shí)器T/C1的初始化、模擬轉(zhuǎn)轍機(jī)定位初始化及其他如看門(mén)狗初始化及MCU數(shù)據(jù)區(qū)的刷新等。

以設(shè)置輸出I/O口為安全側(cè)子程序?yàn)槔f(shuō)明如下：

voidset_port(void)

{

DDRA =0b00010101;

DDRB =0b00000000;

DDRC =0b00000000;

DDRD =0b10001010;

DDRE =0b00000000;

DDRF =0b00000000;

DDRG =0b00000000;

}

設(shè)計(jì)中在對(duì)多機(jī)牽引進(jìn)行模擬時(shí)，程序初始化對(duì)模擬模塊箱地址及板地址進(jìn)行設(shè)置和讀取，模擬箱內(nèi)設(shè)6個(gè)模擬模塊插槽，實(shí)現(xiàn)板地址1～6的設(shè)置，道岔超過(guò)6機(jī)牽引時(shí)，需對(duì)箱地址進(jìn)行擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)板地址7～12、12～18的設(shè)置，可完成目前采用最高十五機(jī)牽引道岔的模擬操作。以箱地址設(shè)置為例程序如下：

void set_config(void)

{

unsigned char a;

unsigned int i;

a=0x00;

for(i=0; i < 2; i++)

{

if(g_kglcount[i+7] >=COUNT_LIMIT)

{

a |=1 << i;

}

}

g_state[0]+=a << 4;

}

3.3 按鈕檢測(cè)子程序

虛擬轉(zhuǎn)轍機(jī)模擬模塊設(shè)置了3個(gè)手動(dòng)模擬按鈕，如圖2中所示的定位、反位、四開(kāi)按鈕。按鈕檢測(cè)子程序主要實(shí)現(xiàn)虛擬轉(zhuǎn)轍機(jī)手動(dòng)模擬功能。當(dāng)手動(dòng)按鈕被按下，程序檢測(cè)到1次手動(dòng)操作信號(hào)，按鈕采集計(jì)數(shù)器AnCount+1。子程序運(yùn)行流程以手動(dòng)定操為例如下：如果定位手動(dòng)按鈕被按下，檢測(cè)到手動(dòng)定位信號(hào)，定位按鈕采集計(jì)數(shù)器Dcount+1，程序返回按鈕檢測(cè)位置，循環(huán)。當(dāng)Dcount > 200 時(shí)，設(shè)置按鈕標(biāo)志位AnFlag為SDDW(手動(dòng)定位)，然后將K1落下、K2落下，進(jìn)行轉(zhuǎn)轍機(jī)手動(dòng)定位模擬。

以定操按鈕采集為例程序如下：

void button_detection(void)

{

AnCount=0;

while(AnCount <=200)

{

Get_Key_Val(); //讀取PD口按鈕值

AnCount+=1;

}

AnFlag=0; //按鈕標(biāo)志位初始化

if(Dcount>180)

{

AnFlag |=0X01; //設(shè)置按鈕標(biāo)志

}

…

switch (AnFlag)

{

case 0X01:

DC_start(); //定操啟動(dòng)

break;

…

}

}

其中定操動(dòng)作子程序如下：

void DC_start(void)

{

PORTA |=(1 << PA0) ; //K1落下

PORTA |=(1 << PA2) ; //K2落下

for(i=0; i < 50; i++)

relay_delay();

BsFlag=DB;

}

3.4 動(dòng)作檢測(cè)子程序

當(dāng)虛擬轉(zhuǎn)轍機(jī)模擬模塊如圖1所示連接時(shí)，由室內(nèi)道岔控制電路進(jìn)行控制模擬，不再借助手動(dòng)按鈕，此時(shí)可以對(duì)室內(nèi)道岔控制電路進(jìn)行過(guò)流、混線、斷相等方面的檢測(cè)，若室內(nèi)控制電路無(wú)以上方面故障，程序進(jìn)而采集三相電流、電壓相位等數(shù)據(jù)[10]，數(shù)據(jù)如X1～X5及三相電之間的相位差經(jīng)AD轉(zhuǎn)換并進(jìn)行判斷，分析模擬模塊當(dāng)模擬轉(zhuǎn)轍機(jī)進(jìn)行正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn)，單片機(jī)根據(jù)判斷結(jié)果控制繼電器K1、K2的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)控制模塊的定操及反操操作。并在模擬模塊模擬轉(zhuǎn)轍機(jī)動(dòng)作過(guò)程中采集動(dòng)作電壓、動(dòng)作電流及功率數(shù)據(jù)[11]，將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在單片機(jī)中，分析轉(zhuǎn)轍機(jī)動(dòng)作過(guò)程中，室內(nèi)道岔控制電路的工作狀態(tài)。

子程序計(jì)算A和B、A和C相之間的相位差，判斷是否進(jìn)行定操或反操。以定操為例：確定定操操作命令，判斷表示標(biāo)志位BsFlag是否已在定位表示，即DB，若已在DB，點(diǎn)亮缺相、混線燈，K3落下。若不在DB，則把啟動(dòng)標(biāo)志QdFlag置定操轉(zhuǎn)換開(kāi)始DCTURNSTART，然后將K1落下，K2落下，等待繼電器延時(shí)，定位操作完成，程序返回。

以判斷定操并動(dòng)作為例做程序說(shuō)明如下：

void BSIjudge(void)

{

int i，j，a，b;

switch(FlagI)

{

…

case 0x07:

a=CalXw(Wad，Uad，Wi，Ui);

b=CalXw(Wad，Vad，Wi，Vi);

…

if((a > ADMIN) && (a < ADMAX)

&& (b > (360-ADMAX)) && (b < (360-ADMIN)))

//判定是否定操操作

{

if(BsFlag==DB)

//如果已在定位，則不執(zhí)行

{

HxError(); //點(diǎn)亮混下燈

break;

}

if(QdFlag==DCTURNSTAT)

//判斷是否正在轉(zhuǎn)動(dòng)

{

if(ZDTimeCount==0)

//判斷轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間是否為0

{

DC_start(); //定操啟動(dòng)

for(i=0; i < 10000; i++);

QdFlag=TURNENDSTAT;

//標(biāo)志位設(shè)置轉(zhuǎn)動(dòng)完畢

for(i=0; i < 100; i++)

//延時(shí)

for(j=0; j < 10000; j++)

NOP();

}

}

else //啟動(dòng)標(biāo)志不是定操

{

SK_start(); //設(shè)置標(biāo)志位四開(kāi)

ZDTimeCount=ZDTIME;

QdFlag=DCTURNSTAT;

}

…

電流動(dòng)作子程序流程設(shè)計(jì)如下：采集室內(nèi)控制電路電壓及電流數(shù)據(jù)，分析有無(wú)故障，判斷模擬模塊當(dāng)模擬轉(zhuǎn)轍機(jī)正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn)；進(jìn)而進(jìn)行模擬模塊定操或反操模擬，模擬動(dòng)作過(guò)程中再次采集室內(nèi)控制電路電壓及電流數(shù)據(jù)，分析室內(nèi)電路的工作狀態(tài)。

3.5 AD中斷服務(wù)子程序

單片機(jī)ADC工作方式采用多通道、單序列轉(zhuǎn)換模式，需采集A、B、C三相電壓的AD采樣值，同時(shí)能采集X1X2、X1X3、X1X4、X1X5之間的電壓值，因此程序加入AD中斷服務(wù)。中斷1次只采取1個(gè)AD通道并轉(zhuǎn)換1次，得到1個(gè)AD值[9]。以相電壓采集為例，采集開(kāi)始，啟動(dòng)C相電壓采集通道，存儲(chǔ)1次C相電壓AD采樣值，采樣點(diǎn)數(shù)加1，設(shè)置采樣次數(shù)，采樣完成，啟動(dòng)B相電壓采集通道，直至A相電壓采集完成。所有采樣點(diǎn)數(shù)完成后設(shè)置AD采樣完成標(biāo)志FlagAD=ADEND，并返回。

子程序取其中一個(gè)通道作說(shuō)明如下：

#pragma interrupt_handler adc_isr∶26

void adc_isr(void)

{

unsigned char channels;

unsigned int val;

if(FlagAD !=ADEND)

//判斷AD轉(zhuǎn)換是否完成

{

val=ADC & 0x03ff; //讀入AD采樣值

channels=ADMUX; //讀入采集通道

switch(channels)

{

case 0x00: //通道0

g_A_ad[CNT]=val;

//存儲(chǔ)A相電壓AD采樣值

CNT++;

if(CNT >=ADNUM)

//判斷采樣是否完成

{

CNT=0;

ADMUX=0X01; //選擇通道1

ADCSRA |=(1<

//使能AD轉(zhuǎn)換

}

else //采樣未完成

{

ADMUX=0X00; //返回通道0

ADCSRA |=(1 << ADEN)|(1 << ADSC);

}

break;

case 0x01:

…

}

3.6 定時(shí)器中斷服務(wù)子程序

采用定時(shí)器中斷服務(wù)控制程序中各計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)，如命令計(jì)數(shù)器OrderCount、電流檢測(cè)時(shí)間計(jì)數(shù)器DLCount、缺項(xiàng)計(jì)數(shù)器QXCount、動(dòng)作時(shí)間計(jì)數(shù)器ZDTimeCount等。以定時(shí)器中斷來(lái)控制轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間計(jì)數(shù)器ZDTimeCount為例，在現(xiàn)場(chǎng)室外道岔動(dòng)作電路中，轉(zhuǎn)轍機(jī)動(dòng)作時(shí)限一般不超過(guò)30 s，正常工作情況下，ZD系列轉(zhuǎn)轍機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間為3.8～7.2 s，ZK系列不超過(guò)0.8 s。若30 s之內(nèi)道岔未能轉(zhuǎn)到位，需切斷電源，停止轉(zhuǎn)轍機(jī)動(dòng)作，即動(dòng)作電路的30s自動(dòng)停機(jī)保護(hù)功能[12]。定時(shí)器進(jìn)行一次中斷時(shí)間設(shè)置為0.25 s，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間計(jì)數(shù)器ZDTimeCount設(shè)置為120，中斷1次，ZDTimeCount-1，當(dāng)ZDTimeCount=0時(shí)，轉(zhuǎn)轍機(jī)未能轉(zhuǎn)到位，則切斷電源，停止轉(zhuǎn)轍機(jī)動(dòng)作。

其中定時(shí)器初始化設(shè)置定時(shí)程序如下：

void TC1_init(void)

{

TCNT1H=TIMEH; //設(shè)置TC1寄存器初值

TCNT1L=TIMEL;

TCCR1A=0X00; //普通端口模式

TCCR1B |=(1 << CS12)|(1 << CS10);

//1024分頻

TIMSK1 |=(1 << TOIE1);

//使能T/C1溢出中斷

}

4 模塊現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試分析

虛擬轉(zhuǎn)轍機(jī)模擬模塊如圖1所示與室內(nèi)道岔控制電路連接模擬時(shí)，未加負(fù)載阻力，相當(dāng)于電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)空轉(zhuǎn)情況，在模塊模擬轉(zhuǎn)轍機(jī)動(dòng)作過(guò)程中采集所需測(cè)量數(shù)據(jù)。原始數(shù)據(jù)通過(guò)各類(lèi)子程序計(jì)算得到平均電流、動(dòng)作時(shí)間、動(dòng)作功率變化值、X1與X2至X5電壓、ABC三相電流曲線值等。所有數(shù)據(jù)通過(guò)RS485通信，以?xún)?nèi)部通信協(xié)議幀格式上傳至上位機(jī)，由上位機(jī)進(jìn)行模擬供信號(hào)維修員進(jìn)行人工分析。

以上位機(jī)模擬的功率變化曲線值為例，如圖3所示。

圖3 虛擬交流轉(zhuǎn)轍機(jī)模塊零負(fù)載功率曲線

5 結(jié)語(yǔ)

虛擬交流轉(zhuǎn)轍機(jī)模擬模塊體積小、便于攜帶，故障分析智能、效率，可靠性高。在現(xiàn)場(chǎng)室內(nèi)道岔控制電路狀態(tài)修及鐵路提速道岔和客運(yùn)專(zhuān)線建設(shè)信號(hào)控制線路預(yù)檢驗(yàn)過(guò)程中，可以減少勞動(dòng)量，節(jié)約勞動(dòng)成本，縮短工程工期。

[1] 王安，于娜，程傳暢.電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)測(cè)試儀道岔阻力測(cè)試方法設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2011，34(8):207-210.

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The Design of Point Switch Simulator of High-speed Turnout Diagnostic Apparatus

LIU Xiao-xi, KUANG Wen-zhen, HE Tao

(Key Laboratory of Opto-Technology and Intelligent Control Ministry of Education,Lanzhou Jiaotong University, Lanzhou 730070, China)

Most of the newly-built railways and the dedicated passenger lines are designed with high speed turnouts of five-wire-three-phase AC point switch, and the maintenance and repairing are time consuming. This paper designs the point switch simulator, focusing on the breakdown maintenance of the indoor turnout control circuit. A module is used to replace outdoor turnout action circuit, and connected with indoor turnout control circuit. It collects data such as three phase circuit and voltage when it simulates the act of turnout, and judges the working conditions of the indoor turnout control circuit. All of the data are handled by the module and transmitted to upper computer with communication for digital simulation to allow signal maintenance man to judge the indoor turnout control circuit. The processes are accurate and speedy during the breakdown maintenance of indoor circuit, and workload and labor costs are reduced.

Turnout breakdown; Intelligent diagnosis; Point switch; Simulation

2015-04-07；

2015-05-09

甘肅省高校科研項(xiàng)目(2013A-050)；甘肅省青年科技基金計(jì)劃項(xiàng)目(145RJYA251)；蘭州交通大學(xué)校青年基金項(xiàng)目(2012033)。

劉小溪(1990—)，男，碩士研究生，E-mail：924508992@qq.com。

1004-2954(2015)12-0105-06

U284.2

A

10.13238/j.issn.1004-2954.2015.12.025