论文总字数：19541字

摘 要

随着技术水平的发展，在铁路系统上控制上应用微型计算机技术具有了越来越重要的技术、经济和社会上的意义。特别是在铁路运输自动化方面，应用微型计算机，不仅可以提高铁路系统的运输能力、运营管理水平和效率，减小铁路系统的维修工作量，还能让铁路系统更加适应现代运输业的扩大和发展的进度。

当今社会，研究和逐渐推广使用具有外观小、质量轻、可靠性高、设计、施工周期短、扩展方便、拥有记录动作、诊断故障等功能、操作便捷、维修方便等优点的车站微机联锁装置，已成为世界各国共同的目标。

本文介绍从原理、层次结构和软硬件结构等方面介绍了基于铁路控制的微机联锁系统，研究和分析了转辙机的结构和工作原理，设计了一种的铁路控制系统的主回路，并且分析得到铁路控制系统的工作时序，最后设计出铁路道岔机控制系统的表示电路模块，以表示转辙机的工作状态。

关键词：微机联锁，转辙机，表示电路

Abstract

With the development and improvement of computer technology, the application to the railway is of great significance to the society, the technology and the economy. The application to the automatic transportation of the railway especially benefits. The transportation capacity has been greatly improved as well as the level and efficiency of the operation management. The work for maintenance is also reduced. The application can quickly adjust to the expansion and development of the modern railway transportation.

Today, researching on the station computer interlocking devices and gradually promoting the use of them have become the common concern of all countries around the world, as the computer interlocking device has many advantages. Such as small size, light weight, high reliability, short design and construction cycle, easy expansion, achieving the function of movement records and fault diagnosis, convenient operation, easy maintenance, etc.

The computer-based interlocking system for railway control is introduced from the principle, hierarchical structure and the structure of the hardware and software. The structure and the working principle of the switch machine is studied and analysed. Then a simple and practical control system of the railway main circuit is designed, and the work timing of the railway control system is got by a lot of analysis. At last, a Monitoring circuit module from the railway switch machine control system is designed to represent the working condition.

KEYWORDS: computer interlocking ,switch machine, Monitoring Circuit

目录

摘要 1

Abstract II

目录 III

第一章 绪论 1

1.1 研究背景和目的 1

1.2 铁路联锁系统的发展趋势和研究现状 1

1.2.1 联锁概述 1

1.2.2 继电联锁 2

1.2.3 微机联锁 3

1.3 本论文主要的研究内容 7

第二章 联锁系统 7

2.1 微机联锁的功能 7

2.2 微机联锁控制系统的层次结构 9

2.3 微机联锁控制系统的硬件结构 10

2.4 微机联锁控制系统的软件结构 11

2.5 微机联锁控制系统的可靠性和安全性分析 13

第三章 转辙机的工作原理分析 14

3.1 转辙机的基本功能和分类 14

3.2 ZD6系列转辙机结构和原理 14

3.2.1 ZD6系列电动转辙机的结构 14

3.2.4 ZD6系列电动转辙机原理 15

第四章 道岔机控制系统主回路的设计 17

4.1 道岔机控制系统主回路的结构 17

4.2 道岔机控制系统的工作时序分析 17

4.2 道岔机控制系统主回路的设计 19

第五章 表示模块的设计 20

5.1 表示模块的作用和要求 20

5.2 表示模块冗余结构分析 20

5.3 表示模块的结构 22

5.3.1 积分环节 22

5.3.2 迟滞比较环节 24

5.3.3 表示电路设计 25

第六章 表示模块的仿真与检验 30

第七章 结论与展望 36

致谢

参考文献 37

第一章 绪论

1.1 研究背景和目的

随着科技的进步，可靠性和容错技术也在不断提高。具有体积轻巧、安全可靠、设计耗时短、扩展便捷、功能多样、操作简洁方便、维修简易等优点的微机联锁装置，在一些技术发达的国家已经得到了大面积推广使用。

我国第一条营业铁路上海吴淞铁路于1876年通车至今，已有近一百四十年的历史，在促进经济的发展和推动社会的进步过程中，铁路始终扮演着十分重要的角色，特别是在未来，铁路向着高速和重载方向的发展，它在国民经济的建设和发展中的作用无法取代。随着铁路在快速发展，列车的运行速度也得到大幅度提升，列车的运行系统对道岔转换以及其他相关设备的可靠性和安全性的要求越来越高。目前, 在地方厂矿铁路和国家运营铁路上, 安装使用的微机联锁控制系统已达几十个车站, 从而为我国在开发、设计与使用微机联锁控制系统方面, 积累了较多的经验。

列车从一条轨道转向另一条轨道时，两条轨道间的连接设备，称为道岔。铁路道岔是铁路运输中的薄弱环节。因此，铁路道岔机控制系统在保障铁路运输安全, 提高铁路运输自动化和工作效率方面发挥着重要的作用。铁路道岔的设计，需要综合运用车站信号控制、计算机工业控制、可靠性设计等多方面的知识。选用微型计算机和相关的实现联锁的软件等来代替先前的继电集中联锁用继电器组合, 同时保证系统稳定性和可靠性而构成的新一代铁路道岔机控制系统将落后的控制台按钮操作方式，改变为人机交互式, 从而大大提高了操作的便捷性和安全性，使铁路道岔机的控制变得更加可靠稳定。

1.2 铁路联锁系统的发展趋势和研究现状

1.2.1 联锁概述

车站联锁系统作为铁路信号控制的最基本的系统，实现联锁关系。联锁是一种为了保证行车的安全，在信号、进路和岔道间建立的制约关系和操作顺序。联锁系统指挥站内列车的运行进路，保证列车能够在车站内安全运行，提高了运输效率。联锁系统不仅要在正常工作时可以保证行车的安全，而且在发生故障的时候要求不影响行车的安全。

联锁的基本内容包括：（1）防止出现车辆会相互发生冲突的道路；（2）让列车、被调动列车所经过的路上的所有道岔都和进路的开通方向相吻合，且闭锁；（3）信号机能够忠实的反应当前进路的情况；（4）只有当各区段都空闲的时候，才可以开放信号；只有在满足以上全部条件时，联锁才能成立，才能安全地进行列车行驶与调动的相关活动[3]。

我国列车的道岔和信号间的联锁控制先后经历了三大阶段：机械联锁控制、电气集中联锁控制和电子联锁控制^[2]。

下图是一般联锁设备原理图，从图中可以看到信号室与现场的联锁设备是如何协调完成联锁控制： 

操作命令输入

CRT

人机界面

联锁计算机

表示输入

信号室

命令输出

道岔

………………………………………………………………………………………………………

现场

信号机

机车

轨道电路

图1-1 联锁设备原理图

1.2.2 继电联锁

通过控制台，将控制信号机和电动转辙机的指令，传送到操纵车站内的信号机和转辙机，使信号机、进路和道岔这三者形成联锁的设备，称为继电联锁。同时，继电联锁还可以监督列车的运行状况、线路占用情况的设备。而其中，实现联锁的关键元件，则是继电器：控制室的指令传送到继电器室内的继电器组合上，继电器在接收到指令后，衔铁吸动或复原，这些动作信号又传送到相应的信号机和转辙机上，信号机接收信号后，切换到对应的状态（开放/关闭），转辙机也将道岔处于相应状态（定位/反位），至此形成一套完整的联锁。

继电联锁具有安全性好，可靠性高，操作简单快捷等优点。建立进路时，工作人员只需要在控制台上通过按钮选择出进路的始端和终端，无论进路上有多少道岔，只要在需要建立的进路范围内没有其它车辆占用情况，同时也没有敌对进路的安排，所有道岔就可以转换到规定位置并锁定，同时，保护该进路的信号机也会自动打开亮起。当列车驶入这条进路时，信号机将自动关闭，此时，信号复示器上原本的绿灯会变为红灯，表示进路的白色光带会随着列车的前进逐步变为红色，当灯熄灭时，则表示列车已经开出这段区域，同时，该区段也回到解锁状态。

继电联锁有两种解锁方式，一种是分段解锁，另一种是全进路一次性解锁。

而按站场规模及运用条件划分的话，继电联锁有大站、中站和小站三种类型；按操纵方式区分的话，有单独操纵、进路操纵以及其他方式操纵三大类；按组装型式区分，则有组合式、组匣式及插接组合式四种；按型号分，在中国有6026型、6031型、6032型、6512型、6501型及6502型等^[5]。

6502型继电联锁在我国运用最为广泛。其最突出的是安全性高，6502型采用的是双按钮进路式选路法，能够对进路实行自动分段解锁，若调车中途返回，则能自动解锁，此外，道岔也不需保持定位。

随着社会的发展和科技的进步，从20 世纪90年代开始，不少国家已大面积推广应用计算机联锁系统，继电联锁的时代就此宣告终结。

1.2.3 微机联锁

微机联锁控制系统^[3]是以微型计算机为核心构成的车站信号联锁控制系统。微机联锁控制系统能够有效地代替继电联锁控制系统,而且相比继电联锁控制系统，微机联锁控制系统具有更多的优越性,是车站联锁控制系统的发展方向^[16]。

近年来，我国在微机联锁上发展十分迅速。据不完全统计，至今全路使用各种计算机联锁设备的车站已达一百多个（不包过路外），微机联锁已成为我国铁路车站信号控制设备的发展方向。可以认为，在不久的将来，计算机联锁设备将替代继电联锁设备。

在新技术的不断涌现和现代化铁路日益提高的需求下，车站计算机联锁系统将朝着以下几个方面发展^[5]：

一、全电子化

目前广泛被使用的计算机联锁系统仍然是由继电器来完成对信号机和道岔的控制，并且保留了轨道电路。而相比继电器，电子单元具有体积小巧、功能强大、方便组网、可以远程管理和远程诊断等优点，还可以提供基础信息，为铁路自动化、信息化做出贡献。因此，用电子单元取代继电器，从而实现全电子化控制，势必是我国计算机联锁系统发展的方向。

二、高可靠性，高安全性

当前，计算机联锁系统已经完全可以投入使用，但在可靠性和安全性方面，现有的计算机联锁系统仍有较大的提升空间。例如，双机热备系统在长期的使用和发展中已经逐步趋于成熟和稳定，但由于它先天上的不足，双机热备系统在软、硬件设计上仍有很多的缺欠。随着速度提升、客运专线、大型客运站等的建设和改造，对计算机联锁系统的可靠性、安全性的要求也势必不断提升以适应铁路发展的需要。

三、信息化、智能化和综合自动化

可以说，在较长的一段时间内，信息化都将会是社会发展的基本潮流。而信息化的突出标志，则是人工智能的不断涌现和应用。这些人工智能的广泛运用，不仅能够取代大量的人工，更具有扩展、延伸人类信息器官的功能的优点。因此，计算机联锁系统也需要努力适应当今铁路信号系统的需求，向信息化、智能化和综合化不断发展。

四、站区一体化、区域化

如今，在法、日、德、意等铁路发达国家，一体化、区域化技术已经得到了实际应用。计算机联锁系统可以多层次控制，扩大控制范围，例如，使用计算机联锁系统，就可以用一个枢纽站控制周边的站及站间的道岔控制点，这样既能优化控制，又减少了投资和运营的成本。

1.3 本论文主要的研究内容

铁路道岔控制系统需要综合运用车站信号控制、计算机工业控制、可靠性设计等学科；铁路道岔控制系统包括采集控制模块、功率驱动模块、安全控制模块和表示电路模块四个模块；一个成功的铁路道岔机控制系统，需要用微型计算机及实现联锁的软件等来替代继电集中联锁用继电器组合。

要设计铁路道岔控制系统，首先需要分析所要设计的系统的功能上的需求。铁路系统的道岔转撤机能转换道岔的位置，根据需要转换至定位或反位。本课题要求设计的电路能够控制和监视道岔。那么可以将它分为执行转撤机动作的电路和监视转撤机位置的电路两部分。在供电方面，使用220V直流电源对电机供电；用110V交流电源进行馈电。位置数据和电机电流数据则使用单片机来控制。表示电路的功能就是把表示杆的触点状态可靠地转换成电信号。

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