信号模拟试验仪的研究

摘要：近年来，随着中国经济的大发展，原有铁路网已不能满足日益增长的旅客和货物运输的要求。为了提高铁路的运输能力，铁道部提出规划“四纵四横”铁路快速客运通道以及发达地区城际快速客运系统，建设1.6万公里的客运专线，以及运煤专线，货运专线的快速货运系统，并对原有既有线也进行大规模升级改造。随着铁路建设步伐的不断加快，设计者对铁路施工速度、精度以及工艺等都提出了更高的要求，特别是铁路信号在铁路运输中发挥的作用越来越大，智能化水平也不断提高，信号设备也在不断的发展与更新，施工过程中现有老方法、原始仪器已经远远不能满足新建铁路和改造铁路的设计要求。因此，对信号施工中的施工方法和施工仪器进行研究是非常必要和迫切的。

Abstract： In recent years， with the great development of Chinese economy， the original railway network has been unable to meet the growing demands of passenger and freight transportation. In order to improve the ability of railway transportation， the railway ministry puts forward the railway speeding passenger transportation channel plan called "four vertical and four horizontal" and intercity railway speeding passenger transport system in the developed areas， plans the construction of special railway lines for passenger transport about 16 thousand kilometers， coal lines and special railway lines for speeding freight traffic system and also will take a large-scale upgrading and reconstruction to the existing railway. With the accelerating pace of railway construction， the designers have put forward higher requirements for railway construction speed， precision and technics， especially when the railway signal is playing an increasingly important role in railway transportation and the intelligent level is also improved continuously， and signal equipment is also in constant development and updates， which make the existing old methods and the original instruments in the process of construction can not meet design requirements of the new railway construction and reconstruction. Therefore， it is very necessary and urgent to study the construction method and the construction equipment in the signal construction.

关键词：铁路信号；实验；联锁；施工

Key words： railway signal；experiment；interlock；construction

中图分类号：U284 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）12-0115-03

0 引言

①主要研究背景。

在信号工程施工结束后，要进行模拟联锁试验，核实室内联锁设备的逻辑关系及电路接配线的正确性，这是信号施工中重要环节。模拟试验是指用各种临时模拟条件代替室外信号设备的电气特性以及逻辑条件，并对电路接配线作必要的临时调整，达到检验电气逻辑关系正确性的目的。模拟试验仪器应能真实、准确的反映室外设备的状态，最大限度的配合试验人员检查室内联锁设备及电路配线的正确。

国内常用的信号模拟试验仪器老方法情况如下：

1）轨道电路、信号机模拟仪主要是将小扳闸固定在三合板上以模拟轨道电路的占用和空闲，而信号机主要以220V、50W白炽灯泡模拟信号灯显示，或降低信号机点灯电源，在分线仪处将信号机点灯电路去回线进行连接。所存在的问题主要是：占地面积大，连接散件太多，工作量大，不能重复使用，不美观，不能直观反映出信号机灯光显示和电路准确性，所用模拟设备只能一次使用，造成工程成本的浪费。

2）微机联锁驱动、采集试验中，驱动模拟主要是直供24V直流电源，外挂试验继电器，采集试验需单独再次试验，手续繁琐，容易出错，效率低。

3）道岔表示模拟试验中主要是将二极管直接固定在分线盘端子上，配线凌乱且试验前准备工作复杂，试验过程中二极管容易脱落，影响正常试验，另外二极管重复利用率低，增加成本。

4）三相五线道岔模拟试验在以往信号模拟试验中一直是一个空白领域，但是随着ZYJ系列、S700K电动液压转辙机在铁路上的广泛使用，面临大修的车站，为了减少投资，均采用室内大修、室外利旧的施工方案，为了保证开通时室内电路的准确性，需将室内每个相应道岔组合连接真实的电液转辙机进行试验，以确保室内外电路的正确，减少开通时间，实际应用中费工费时，效率低、成本高。

②主要研究方向。

本课题主要是对信号模拟试验中的试验仪器和方法进行了研究，在信号施工中试验占据着举足轻重的位置，信号模拟试验的准确性直接影响运输安全及是否能正点开通，为此我们对信号试验中的几个关键程序进行了研究，并成立研究课题小组对信号机及轨道模拟试验、微机联锁驱动采集模拟试验，道岔表示模拟试验，三相五线制道岔启动模拟试验四项信号试验，研制出四款相应信号专用试验仪器。同时替补信号模拟试验专用仪器在国内外信号模拟试验中的空白。

1 信号模拟试验仪

1.1 信号机及轨道模拟试验仪

在铁路施工中信号的模拟试验主要是利用220V、50W白炽灯泡直接接入灯丝继电器中，当信号机较多时就需要大量白炽灯泡，并需要繁琐的连线，且不能直接反映出信号机灯光颜色，每次需要核对灯光、浪费大量时间。轨道模拟盘多用小板闸固定在三合板上，按照站场形状固定小板闸，占用空间大，无法重复使用。为了提高试验效率和精度我们设计出了利用发光二极管来模拟信号机，并将信号机、轨道集成于一体的信号综合模拟试验仪。

首先：由于传统白炽灯泡不能直观反映信号机颜色显示，因此采用发光二极管不同颜色模拟信号机显示，可准确反映信号机灯位颜色。

其次：为了解决试验前模拟配线复杂繁琐，新产品应采用简单快捷的插接式配线。

最后：传统模拟信号机试验，占用空间大，重复利用率低，新产品将出站、进站、调车、区间通过信号机集成在一起，占用面积小，能直观的反映出各架信号机之间联锁关系。

信号机模拟电路原理如图1所示。

电路原理：信号机去线和回线从分线仪或者区间综合柜引入到模拟仪所对应信号机的万科端子上，发光二级管经过与电阻串联并与电容并联后，使信号机回路中电流满足DJ继电器励磁条件，当联锁条件构成后接通相应信号机去线及回线，对应的发光二级管就会工作，表示该信号开放。

轨道电路模拟电路原理如图2。

电路原理：站内轨道区段的去线从分线盘引入到试验仪所对应万科端子上，经过双向开关后所有区段共用一个回线，而区间轨道区段每一个区段一根回线。当开关闭合时表示所对应区段占用，当开关断开时表示该轨道区段空闲。

1.2 微机联锁驱动、采集模拟试验仪

随着信号微机联锁技术的不断推广，一些改造站或新建站联锁计算机设备无法到位的情况，为了缩短联调联试时间，必须提前进行点对点核对试验。原有驱动模拟试验主要是对所要驱动继电器直供24V电源而采集采用外挂试验继电器通过观察试验继电器状态来确定采集信息。传统方法效率低，准确性低，容易漏项。为了提高试验效率与准确性，经过多次的试验，反复考证电阻、发光二级管的型号，并进行了破坏性拷机试验，设计了微机联锁驱动、采集模拟试验仪。

新型模拟试验仪与外配线的接口采用32位航空插头，与微机接口柜保持一致，同时可以实现单驱单采、双驱单采、双驱双采模式转换，能够对驱采电路断线、错线、混线检查，并能够对信号设备单项及整体的联锁试验。

在进行驱动、采集模拟试验时，计算机联锁单驱、单采使用时将直流24V电引入模拟试验仪接线端子，同时-24V电源引锁采集接口插头电源端子（DY24），在联锁机柜将对应的驱动采集插头插入模拟试验仪，Q1-1按钮对应航空插头Q1-1，L1-1发光管对应航空插头L1-1（以此类推），将功能转换钮子开关向上打，轻轻点击驱动按钮，被驱动继电器吸起，对应采集点发光二极管点亮。而做为计算机联锁双驱、双采使用时将直流24V电引入模拟试验仪接线端子同时+24V电源引锁驱动接口插头电源端子、-24V电源引锁采集接口插头电源端子，在联锁机柜将对应的驱动采集插头插入模拟试验仪，Q1-1按钮对应航空插头Q1-1，L1-1发光管对应航空插头L1-1（以此类推），将功能转换钮子开关向下打，轻轻点击驱动按钮，被驱动继电器吸起，对应采集点（A采、B采）发光二极管同时点亮。

驱动、采集模拟电路如图3。

电路原理：采集试验时采集电源回线长供24V负电，当所采集继电器满足采集条件时，采集电源去线产生24V正电，经过R1降压满足发光二级管发光条件时，二极管工作表明达到采集条件。驱动试验时开关闭合，驱动电源通过开关送给继电器，继电器吸起，反之继电器落下已达到驱动的目的。

1.3 道岔表示模拟试验仪

信号施工中，室内设备试验条件具备，室外设备无法达到试验条件情况下进行联锁试验，需制做一个道岔表示模拟仪以反映出联锁道岔位置。传统道岔表示模拟是将两个二极管直接连接分线盘定反位端子，用以模拟道岔的定反位。当联锁道岔多时就需要使用多组二极管去模拟道岔表示，因此分线盘配线比较凌乱且准备工作时间长。为此我们经过多次试验，反复考证电阻及发光二极管的型号，设计出了新型道岔表示模拟试验仪。

新型道岔模拟试验仪将多组二极管整合在一起，利用指示灯绿黄两种颜色去分辨道岔的定反位，外接线采用34芯电缆，按照线缆标注的定、反、回连接每组道岔的定位、反位、回线端子。

道岔表示模拟电路如图4。

电路原理：当道岔定位去线和道岔表示回线有交流110V电压时，经过D2整流后，满足道岔定位、反位表示继电器励磁条件，R2和R1降压分流后满足发光二级管工作条件，D1亮绿灯表示道岔定位，D4亮黄灯，表示道岔反位。

1.4 相五线制道岔模拟试验仪

随着ZYJ系列电动液压转辙机在铁路上的广泛应用，面临大修的车站，为了减少投资，均采用室内大修、室外利旧的施工方案，为了保证开通时的准确性，需采用单独使用一套电液转辙机由人工搬运逐个试验的方式实现对室、内外电路的核对。三相五线道岔模拟试验仪始终是一个空白领域，这就致使我们努力要研制一套便于携带、体积轻便、功能齐全可靠的道岔动作检查仪器，进而取代以往笨重的电液转辙机。经过多次试验，反复考证电阻、微型继电器、相序检查器的型号，并对每个微型继电器进行可靠吸起、落下试验，设计出了三相五线制道岔模拟试验仪。

三相五线制道岔启动模拟试验仪用以对室内电路、室外电缆的检查，完整模拟电机的转动过程（3-5S），并给出道岔表示（2-3S），对道岔电路断线，错线具有检测功能。

模拟实验仪能同时模拟两台电机，分为A、B两组道岔，X1、X2、X3、X4、X5用于连接室内端子并有2根连接电缆，工作电源为12V直流电源，面板设充电插孔，并配有一个电源按钮，用于连通设备的电源，当按压ZJ按钮K1或K2时，ZJ1、ZJ2未顺序点亮，说明电源电压不足，应及时充电，停止使用后应及时断开电源开关。DY1、DY2为A、B两组道岔的电源指示灯，DZ灯为定位转动灯，FZ灯为反位转动灯。

2 主要创新点

研制成功四项模拟试验专用仪器，解决了联锁试验中多项难题，在国内外信号模拟试验中尚属首例。代表了国内同行业的先进水平。与以往信号模拟试验中所采用的老仪器，老方法相比较，本次四项模拟试验专用仪器具有以下特点：

①信号机及轨道模拟试验仪彻底解决了室内轨道、信号机试验时程序繁琐、工作量大、占用空间等缺点，具有美观、携带方便易于观察轨道电路、信号机联锁变化等优点。

②微机联锁驱动、采集试验仪能实现单驱单采、双驱单采、双驱双采。

③道岔表示模拟试验仪采用电路板高度集成，能同时反映多组道岔状态，使用方便。

④三相五线道岔模拟试验仪填补了ZYJ系列电动液压转辙机试验中无有效方法的空白，不仅方便施工、也大大降低了施工成本和施工风险。

3 效果检查

通过对四项信号试验专用仪器在现场实际使用的效果检查显示，主要体现在人力成本和材料成本的大幅度减少：

人力成本：在原有方法中信号综合模拟试验、微机联锁驱动采集模拟试验、道岔表示模拟试验通常需要3-4人，20天左右的时间可以完成一个站场试验，缩短为只需1个人，3天左右的时间即可完成一个站场的试验任务。尤其是在道岔启动试验中表现的尤为突出，原有方法需10人左右将笨重的试验用转折机搬运至每个HZ24盒附近进行道岔启动试验，不仅人员劳动强度大，还存在巨大的安全施工风险，而且试验周期长需要20天左右时间由于使用了新型三相五线制道岔启动模拟器，只需一人即可搬动，3天时间便可单独完成每个站场的道岔启动模拟试验，在人力成本方面，这四项信号专用仪器的投入使用便可为工程节28万余元。

材料成本：在四项信号试验专用仪器投入使用之前，由于国内信号试验专用仪器的空白，在信号综合模拟试验，须根据站场场型临时用白炽灯泡和小板闸模拟信号机和轨道做一个实验板，不仅制作麻烦且无法重复利用，一次使用即可作废，而道岔表示模拟试验，需将二极管外挂在分线仪定反位端子上，因此分线仪及其凌乱且准备时间长，由于采用了新型专用信号试验仪器，不仅可以不受站场限制可重复利用，也大大节省了材料成本，总计节约2万余元。

四项信号试验专用仪器的研制成功，在京沪高铁天津西站施工使用中体现了十分可观的经济效益，仅四项仪器的投入使用就为工程节约近30余万元，如果能得到广泛的推广和普及，远期效益是非常可观的。

4 结语

随着各条高速铁路和客运专线的大规模开工建设，铁路迎来了一个大发展时期，对铁路信号模拟试验专用仪器将有大量需求，也将提出更高的要求，尽管开发出了四项信号模拟试验专用仪器，但也没有得到广泛的普及，为此专用仪器的生产需走规模化、集成化，标准化配备的道路，还需要更加深入的研究，不断向纵向发展开发出更好的信号专用仪器。

参考文献：

[1]刘霄.我国铁路信号系统存在的问题及对策[J].四川建筑， 2016（01）.

[2]张立文.铁路信号系统故障维修工作中存在问题的解决措施[J].中国科技投资，2013（26）.

[3]刘大为，郭进，王小敏，陈建译，杨扬.智能铁路信号系统展望[J].中国铁路，2013（12）.