全電子移頻電碼化驅(qū)動(dòng)模塊分析與應(yīng)用

馬 銳 胡春鳳 楊曉波

隨著我國(guó)鐵路事業(yè)的逐步發(fā)展，對(duì)軌道電路安全性的要求也逐漸提高，稍有疏忽，將危及行車安全。為實(shí)現(xiàn)移頻電碼化信號(hào)的正確驅(qū)動(dòng)與發(fā)送，需搭建較為復(fù)雜的繼電電路和監(jiān)測(cè)電路，這使得實(shí)際設(shè)計(jì)和施工中需要較多繼電器，這些繼電器成本較高，且會(huì)在機(jī)房占用較大空間，也不方便現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)［1-6］。因此，移頻電碼化信號(hào)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，它是實(shí)現(xiàn)區(qū)段正確編碼的重要基礎(chǔ)，而移頻電碼化驅(qū)動(dòng)模塊是該系統(tǒng)的核心組成部分。本文將重點(diǎn)分析移頻電碼化信號(hào)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中驅(qū)動(dòng)模塊的原理與組成，詳細(xì)分析四顯示自動(dòng)閉塞區(qū)段情況下移頻電碼化驅(qū)動(dòng)模塊的編碼模式，并給出對(duì)于賽音溫都日站的應(yīng)用情況。

1 移頻電碼化驅(qū)動(dòng)模塊

移頻電碼化信號(hào)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要由冗余聯(lián)鎖下位機(jī)（IPS）、全電子通信模塊（EIOCOM）、移頻電碼化驅(qū)動(dòng)模塊（CDDM） 及發(fā)碼器（FM） 組成，如圖1 所示［7］。其中，移頻電碼化驅(qū)動(dòng)模塊CDDM是移頻電碼化信號(hào)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)軌道區(qū)段編碼的關(guān)鍵組件，它通過IPS 獲取編碼和發(fā)碼命令，并向FM 發(fā)送編碼信號(hào)，驅(qū)動(dòng)FM 產(chǎn)生相應(yīng)的移頻信號(hào)，同時(shí)根據(jù)發(fā)碼命令選擇發(fā)送移頻信號(hào)的軌道區(qū)段，將編碼信號(hào)發(fā)送到相應(yīng)的軌道區(qū)段。

圖1 移頻電碼化信號(hào)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

CDDM 主要由中央邏輯處理模塊、編碼模塊、發(fā)碼模塊、電源模塊、發(fā)碼器報(bào)警繼電器FBJ 采集模塊、自檢及安全處理模塊以及相應(yīng)的隔離防護(hù)模塊組成，如圖2 所示。每一個(gè)電碼化模塊可控制8 路編碼信號(hào)和4路發(fā)碼信號(hào)。

圖2 CDDM 內(nèi)部原理圖

1）中央邏輯處理模塊：是電碼化模塊的邏輯運(yùn)算核心，采用二取二的設(shè)計(jì)，綜合協(xié)調(diào)各個(gè)模塊銜接，處理控制命令和采集信息。

2） 編碼模塊：在中央邏輯處理模塊的控制下，輸出編碼信息，控制發(fā)碼器的編碼條件。

3）發(fā)碼模塊：在中央邏輯處理模塊的控制下，輸出發(fā)碼信息，控制發(fā)碼區(qū)段的選擇。

4）FBJ 采集模塊：對(duì)發(fā)碼器的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)督，當(dāng)發(fā)現(xiàn)發(fā)碼器故障時(shí)上傳FBJ 信息。

5）自檢及安全保護(hù)模塊：通過相應(yīng)的自檢設(shè)計(jì)，判斷電碼化模塊各器件的健康狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)有異常發(fā)生，則進(jìn)行安全保護(hù)，關(guān)斷所有輸出。

2 工作原理

傳統(tǒng)的移頻電碼化控制是通過計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖運(yùn)算出發(fā)碼條件，通過一系列繼電器組合來給發(fā)碼器編碼；再根據(jù)列車走行的位置，通過軌道繼電器等控制發(fā)碼區(qū)段的選擇［8］。

CDDM 采用電子化器件替代傳統(tǒng)的繼電器編發(fā)碼電路，直接控制發(fā)碼器的編碼控制端以及發(fā)碼區(qū)段的選擇，減少了施工調(diào)試的復(fù)雜度，縮小了占用的空間。CDDM 工作原理見圖3。

圖3 CDDM 工作原理圖

CDDM 經(jīng)全電子通信模塊EIOCOM，從聯(lián)鎖下位機(jī)IPS 獲取編碼命令和發(fā)碼命令。CDDM 內(nèi)部的邏輯處理單元根據(jù)所收到的命令，控制編碼端口給出相應(yīng)的編碼信號(hào)，發(fā)碼器FM 收到該編碼信號(hào)后，產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的移頻電碼化信號(hào)，當(dāng)列車進(jìn)入相應(yīng)區(qū)段時(shí)，IPS 再發(fā)送相應(yīng)的指令給CDDM，CDDM 通過控制發(fā)碼端口，控制向?qū)?yīng)的區(qū)段發(fā)出移頻信號(hào)。

FBJ 采集模塊周期性地采集FBJ 狀態(tài)，并將該狀態(tài)發(fā)送給EIOCOM，進(jìn)而發(fā)送給IPS 及維護(hù)設(shè)備。

考慮到車站站型多種多樣，進(jìn)路區(qū)段有多有少，編碼信息可多達(dá)18 種，如果針對(duì)每一種應(yīng)用開發(fā)一種板卡，則成本較高，備品備件也無法通用，因此，CDDM 可設(shè)計(jì)成靈活組合和拆分的應(yīng)用模式。單個(gè)CDDM 模塊支持2 種應(yīng)用模式：一種為外接1 臺(tái)發(fā)送器的“8 路編碼+4 路發(fā)碼”；另一種為外接2 臺(tái)發(fā)送器的“4 路編碼+2 路發(fā)碼”［7］。

3 應(yīng)用模式

針對(duì)四顯示自動(dòng)閉塞制式，結(jié)合平面站場(chǎng)圖站場(chǎng)內(nèi)區(qū)段發(fā)碼的可能情況分析，CDDM 模塊的模式選擇和多模塊組合使用時(shí)，CDDM 模塊應(yīng)以發(fā)碼器為單位，由該發(fā)碼器關(guān)聯(lián)的信號(hào)機(jī)顯示對(duì)應(yīng)的碼序和發(fā)碼區(qū)段的數(shù)量，共同決定CDDM 模塊的數(shù)量及模式選擇。

3.1 “4 路編碼+2 路發(fā)碼”模式

當(dāng)存在2 個(gè)發(fā)碼器對(duì)應(yīng)的碼序不超過4 種、對(duì)應(yīng)的需發(fā)碼區(qū)段不超過2 個(gè)時(shí)，可采用一塊CDDM板外接2 個(gè)發(fā)碼器的“4 路編碼+2 路發(fā)碼”模式，將2 個(gè)發(fā)碼器的編發(fā)碼組合實(shí)現(xiàn)。

以圖4 所示四顯示自動(dòng)閉塞制式的站場(chǎng)圖為例。信號(hào)機(jī)X3 的可能顯示為紅、黃、綠黃、綠［9］，但因X3 至S 的進(jìn)路為側(cè)線發(fā)車進(jìn)路，故X3 在側(cè)線發(fā)車進(jìn)路建立且信號(hào)開放時(shí)，無論前方有幾個(gè)閉塞分區(qū)空閑，均發(fā)雙黃碼UU；在發(fā)車進(jìn)路未建立或X3 信號(hào)未開放時(shí)，則發(fā)紅黃碼HU［10］。即X3 可以發(fā)的碼序?yàn)镠U 與UU，其外方的區(qū)段有股道3G。信號(hào)機(jī)S3 與X3 類似，也為側(cè)線發(fā)車信號(hào)，即S3的可發(fā)碼序與X3 一致，也為HU 與UU，其外方也僅有股道3G。

綜上，X3 與S3 的可能碼序均為2 種，可發(fā)碼的區(qū)段也均為1 個(gè)，故可采用外接2 個(gè)發(fā)碼器的“4 路編碼+2 路發(fā)碼”模式，即可達(dá)到一塊CDDM板實(shí)現(xiàn)2 個(gè)信號(hào)機(jī)對(duì)應(yīng)的2 個(gè)區(qū)段的發(fā)碼。“4 路編碼+2 路發(fā)碼”模式見圖5。

圖4 四顯示自動(dòng)閉塞制式示例

圖5 “4 路編碼+2 路發(fā)碼”模式

由圖5 可知，“4 路編碼+2 路發(fā)碼”模式時(shí)，對(duì)CDDM 板的FBJ 采集、編碼信號(hào)及發(fā)碼信號(hào)端口均進(jìn)行了拆分使用。

3.2 “8 路編碼+4 路發(fā)碼”模式

當(dāng)存在發(fā)碼器對(duì)應(yīng)的碼序超過4 種，或?qū)?yīng)的發(fā)碼區(qū)段超過2 個(gè)時(shí)，則不可采用CDDM 板的“4 路編碼+2 路發(fā)碼”模式，而需使用CDDM 模塊的“8 路編碼+4 路發(fā)碼”模式。此時(shí)，一方面CDDM 模塊可單獨(dú)外接發(fā)碼器，實(shí)現(xiàn)既不超過8 路編碼、也不超過4 路發(fā)碼的場(chǎng)景；另一方面也可將CDDM 模塊的FBJ 采集、編碼信號(hào)及發(fā)碼信號(hào)進(jìn)行組合，實(shí)現(xiàn)超過8 路編碼、不超過4 路發(fā)碼，不超過8 路編碼、超過4 路發(fā)碼，超過8 路編碼、超過4 路發(fā)碼但不超過8 路發(fā)碼等場(chǎng)景。

以圖4 中進(jìn)站信號(hào)機(jī)X 為例，其可能的發(fā)碼情況如下。

1）若未建立以信號(hào)機(jī)X 為始端的進(jìn)路，即X顯示紅燈時(shí)，對(duì)應(yīng)碼序?yàn)榧t黃碼HU。

2）若建立以信號(hào)機(jī)X 為始端的引導(dǎo)進(jìn)路，即X 顯示紅白燈時(shí)，對(duì)應(yīng)碼序?yàn)榧t白碼HB。

3）若建立以信號(hào)機(jī)X 為始端的正線接車進(jìn)路，且發(fā)車信號(hào)XI 未開放，即X 顯示黃燈時(shí)，對(duì)應(yīng)碼序?yàn)辄S碼U。

4）若建立以信號(hào)機(jī)X 為始端的側(cè)線接車進(jìn)路，且發(fā)車信號(hào)X3 未開放，即X 顯示雙黃燈時(shí)，對(duì)應(yīng)碼序?yàn)殡p黃碼UU。

5）若建立以信號(hào)機(jī)X 為始端的側(cè)線接車進(jìn)路，且發(fā)車信號(hào)X3 開放時(shí)，因建立的是側(cè)線發(fā)車進(jìn)路，股道發(fā)送雙黃UU 碼，則X 對(duì)應(yīng)碼序?yàn)辄S2 碼U2。

6）若建立以信號(hào)機(jī)X 為始端的正線接車進(jìn)路，且發(fā)車信號(hào)XI 開放黃燈，表示前方有1 個(gè)閉塞分區(qū)空閑，即X 顯示綠黃燈時(shí)，對(duì)應(yīng)碼序?yàn)榫G碼LU。

7）若建立以信號(hào)機(jī)X 為始端的正線接車進(jìn)路，且發(fā)車信號(hào)XI 開放綠黃顯示，表示前方有2 個(gè)閉塞分區(qū)空閑，即X 顯示綠燈時(shí)，對(duì)應(yīng)碼序?yàn)榫G碼L［10］。

綜上，信號(hào)機(jī)X 可以發(fā)的碼序?yàn)镠U、HB、U、UU、U2、LU、L，其外方的區(qū)段僅有接近區(qū)段JG，共計(jì)7 路編碼，1 路發(fā)碼。信號(hào)機(jī)X 對(duì)應(yīng)的碼序不超過8 路編碼，對(duì)應(yīng)的區(qū)段也未超過4 路發(fā)碼，但因超過4 路編碼，故不可采用“4 路編碼+2 路發(fā)碼”模式，而需單獨(dú)使用一塊CDDM 板，才可實(shí)現(xiàn)區(qū)段的發(fā)碼。此時(shí)CDDM 板與發(fā)碼設(shè)備的連接見圖6。

針對(duì)超過8 路編碼、不超過4 路發(fā)碼，不超過8 路編碼、超過4 路發(fā)碼，超過8 路編碼、超過4 路發(fā)碼但不超過8 路發(fā)碼等場(chǎng)景，CDDM 板的FBJ 采集、編碼信號(hào)及發(fā)碼信號(hào)的組合情況各有不同。當(dāng)碼序超過8 路編碼，但區(qū)段未超過4 路發(fā)碼時(shí)，需2 塊CDDM 板，共用FBJ 采集，擴(kuò)展編碼信號(hào)；當(dāng)碼序不超過8 路編碼，但其對(duì)應(yīng)的區(qū)段超過4 路發(fā)碼時(shí)，需共用發(fā)碼輸入信號(hào)，擴(kuò)展發(fā)碼輸出信號(hào)；若編碼超過8 路、發(fā)碼超過4 路但不超過8 路發(fā)碼時(shí)，需共用發(fā)碼輸入信號(hào)及FBJ 采集信號(hào)，擴(kuò)展編碼信號(hào)及發(fā)碼輸出信號(hào)，以此類推。

3.3 應(yīng)用分析

在賽音溫都日站的編碼應(yīng)用中，綜合考慮該站的可編碼碼序及可發(fā)碼區(qū)段，發(fā)現(xiàn)本站需編碼區(qū)段的可編碼碼序不超過4 路，各類可發(fā)碼個(gè)數(shù)也不超過2 路，故僅采用了“4 路編碼+2 路發(fā)碼”的應(yīng)用模式。這種可據(jù)實(shí)際站場(chǎng)進(jìn)行靈活搭配的使用形式，既為現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用節(jié)省了板卡數(shù)量，也使板卡上的通道得到了有效的利用和分配。

圖6 “8 路編碼+4 路發(fā)碼”模式，不超過8 路編碼、4 路發(fā)碼場(chǎng)景

4 結(jié)語

本文根據(jù)CDDM 模塊的原理及組成，并針對(duì)四顯示自動(dòng)閉塞制式，結(jié)合站場(chǎng)圖，分析了不同碼序及區(qū)段情況對(duì)應(yīng)的CDDM 模塊的應(yīng)用場(chǎng)景，對(duì)采用電碼化模塊的工程應(yīng)用具有一定的指導(dǎo)作用。賽音溫都日站的應(yīng)用，也為后續(xù)移頻電碼化驅(qū)動(dòng)模塊的使用提供了應(yīng)用基礎(chǔ)。本次僅對(duì)“4 路編碼+2 路發(fā)碼”的編碼模式進(jìn)行了實(shí)際站場(chǎng)應(yīng)用，而“8 路編碼+4 路發(fā)碼”編碼模式及該模式下各組合形式的實(shí)際應(yīng)用還需進(jìn)一步驗(yàn)證。