一种移频轨道电路故障诊断教学考核系统

本发明属于轨道交通，尤其涉及一种移频轨道电路故障诊断教学考核系统。

背景技术：

1、轨道电路是铁路信号系统重要的地面设备，是提速的重要保障，在普速及高速铁路线上被广泛使用。目前大量应用的轨道电路主要是zpw-2000a型无绝缘移频轨道电路，它不仅具有轨道区间占用检测功能，还具有调谐区短小轨道完整性检测以及地-车通信功能，车载设备通过车载天线不断感应钢轨上传输的移频信号，然后对采集到的感应电压进行解调得到低频调制信号，从而可获知前方区段占用情况，指导列车安全运行。轨道电路是铁路信号系统重要的地面设备，是提速的重要保障，在普速及高速铁路线上被广泛使用。目前大量应用的轨道电路主要是zpw-2000a型无绝缘移频轨道电路，它不仅具有轨道区间占用检测功能，还具有调谐区短小轨道完整性检测以及地-车通信功能，车载设备通过车载天线不断感应钢轨上传输的移频信号，然后对采集到的感应电压进行解调得到低频调制信号，从而可获知前方区段占用情况，指导列车安全运行。

2、zpw-2000a轨道电路利用钢轨传送移频信号，采用相位连续的移频键控技术。四种载频信号分别为1700hz，2000hz，2300hz和2600hz，每种载频又分为-1型和-2型，下行线路按照1700-1（1701.4hz），2300-1（2301.4hz），1700-2（1698.7hz），2300-2（2298.7hz），1700-1（1701.4hz）的顺序交替排列，上行线路按2000-1（2001.4hz），2600-1（2601.4hz），2000-2（1998.7hz），2600-2（2598.7hz），2000-1（2001.4hz）的顺序交替排列。使用-1型和-2型的载频进行信号的传输，可以防止区段间的信号越区传输。共有18种低频调制信号，每种低频调制信号代表1种特定信息，从10.3hz开始按1.1hz等差数列递增至29.0hz。移频信号的变化规律是以上述8种载频信号f0为中心，根据低频调制信号的高低电平作上、下边频偏移，频偏为±11.0hz。相邻区段采用不同的频率，在电气绝缘节的作用下，将各区段的移频信号作用范围限定在各自的区段内。但在实际工作过程中，如果线路中调谐单元等电路发生故障，可能造成相邻区段移频信号干扰等故障。

3、zpw-2000a轨道电路主要由室内设备、室外设备及系统防雷设备三部分组成。室外设备主要包含引接线、匹配变压器、空心线圈、补偿电容，以及调谐单元等。室内设备主要包含发送器、接收器、衰耗冗余控制器、分线采集器、防雷模拟网络盘、轨道继电器以及电缆等。系统防雷主要包含设于防雷模拟网络盘内发送端、接收端的保护器件等。zpw-2000a轨道电路系统复杂，设备多且遍布室内外各处，外部环境因素复杂，在应用的过程中容易受到周边因素的影响而发生故障，进而影响到铁路列车的安全运行。例如，zpw-2000a的移频信号与列车牵引回流共用钢轨作为传输媒介，不平衡牵引电流干扰会对移频信号产生影响，布置在室外大地上的钢轨也极易遭受雷击，这些因素导致系统发生故障的范围较广，故障点也多。其一旦发生故障，例如轨道线路故障、电缆故障、室内、外设备故障等，往往故障情况复杂。现有监测诊断类产品，并不能做到对所有故障点的准确诊断，往往需借助信号设备维护人员的经验进行二次分析和判断，因而需要维护人员具有丰富的经验。如现场维护人员业务能力不强，对设备原理及性能状态不清楚，处理电路故障往往比较困难，就会导致故障排查时间长，影响铁路运输效率。因此，在实际的运营维护过程中，如何精准判断出各种故障是信号维护人员必备的技能。

4、为了使学员尽快掌握这一技能，目前的技能培训基地一般建设有轨道电路教学平台，这些教学平台是按照现场设备进行设计，将包含室内设备、室外设备的最小实验系统集中设置于教学平台中。系统一般由调谐单元、空心线圈、匹配变压器、发送器、接收器、衰耗冗余控制器、防雷模拟网络盘、轨道继电器，以及交流220v电源、直流24v控制电源等设备组成，如图1所示。为了模拟故障，教学考核系统通常设置一台故障模拟控制器。由于培训基地不涉及行车运输安全，所以在故障模拟用继电器的选型上从节约设备空间和教学考核系统造价角度考虑，一般选择小型继电器作为驱动器件。在故障模拟控制器中集成若干小型继电器，通过延长线将这些继电器的常开/常闭触点以串联或并联的形式连接到控制线路中需要模拟断路/短路故障的线段处。每个触点有“接通”和“断开”两种状态，当所有串联在线路中的触点接通，且所有并联在线路中的触点断开的情况下，表示控制电路的所有线缆是正常的，学员可以在这种状态下查看正常的轨道电路状态，可以在轨道上放置具有金属轮对的列车模型来模拟轨道电路的调整状态或分路状态，也可使用移频表测量各处的波形频率、电压等信号。如果将某个串联在线路中的触点（例如图1中的k2）设置在“断开”状态，就可模拟调谐单元到匹配变压器的一根控制线处于断路状态，此时接收器将不能收到钢轨上发出的移频信号，轨道继电器gj将落下，此时虽然轨道上无车辆占用，但轨道电路判断为有车辆占用，导致系统无法正常工作。如果将某个并联在线路中的触点（例如图1中的k1）设置在“接通”状态，就可模拟调谐单元两端处于短路状态，此时接收器将不能收到钢轨上发出的移频信号，导致系统无法正常工作。在教学考核系统具体实施过程中，也有些厂家提供的故障模拟控制器没有使用继电器，而是采用手动开关来控制各线路的“接通”和“断开”状态。

5、在平时的学习过程中，学员可自行设置故障，然后根据故障现象，借助移频表找出故障原因。在学员正式考核前，首先由考官避开学员设置好故障点，使学员无法事先获知故障点。学员考核时，借助移频表测量电路，找出故障原因并填写答题卷，到了规定的考核时间上交答题卷。但是在这类教学平台下学习及考核，还存在一些如下局限性：

6、（1）zpw-2000a轨道电路系统复杂，设备多且遍布室内外各处，外部环境因素复杂，在应用的过程中容易受到周边因素的影响而发生故障，除了存在断路/短路故障外，还存在接触不良、相邻区段移频信号干扰、50hz牵引电流不平衡对移频信号的干扰等问题，使故障现象都略有不同。但上述教学平台仅能设置断路/短路故障，无法模拟其它各类故障，致使通过考核的学员在实际工作中动手能力仍存在不足。

7、（2）zpw-2000a轨道电路系统电气器件较多，电路较复杂，故障种类繁多，学员在上述教学平台上学习，仅依靠移频表对各处频率、电压、电流进行测量，而对整个电路中各点的电参数没有一个直观的、全面的了解，学习效果不是太好。

技术实现思路

1、发明目的：为了解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种zpw-2000a移频轨道电路故障诊断教学考核系统。

2、技术方案：本发明提供了一种移频轨道电路故障诊断教学考核系统，包括m个功率电阻和故障模拟控制器，所述故障模拟控制器包括第一组继电器，所述第一组继电器包括m+1个继电器；针对任意一段轨道区段，第i个功率电阻与第一组继电器中第i个继电器的常开触点连接组成故障控制组，i=1,2,…,m，m个电阻故障控制组并联后连接在钢轨和连接线之间，且m个电阻故障控制组与第一继电器组中第m+1个继电器的常闭触点并联；

3、所述故障模拟控制器用于模拟轨道电路系统的各种故障，所述轨道电路系统的故障包括引接线和钢轨连接不良导致的故障，相邻轨道区段移频信号干扰导致的故障和50hz牵引电流不平衡对移频信号干扰导致的的故障；

4、故障模拟控制器通过控制m个继电器常开触点的接通和一个常闭触点的断开从而模拟出引接线和钢轨连接不良的故障；故障模拟控制器生成模拟的干扰移频信号输入到轨道电路系统中用于模拟相邻轨道区段移频信号干扰导致的故障，故障模拟控制器生成工频信号输入到轨道电路系统用于模拟50hz牵引电流不平衡对移频信号干扰导致的故障。

5、进一步的，针对任意一段轨道区段，所述轨道电路系统包括电气绝缘节，主轨道，第二组继电器和轨道区段状态判断器；所述第二组继电器设置在故障模拟控制器内，第二组继电器包括若干个继电器，所述电气绝缘节位于相邻两个轨道区段之间，电气绝缘节的两侧轨道之间连接第一、第二调谐单元和空心线圈；主轨道的一侧钢轨包括若干个钢轨，相邻两个钢轨之间连接电感；主轨道的另一侧钢轨包括若干个钢轨，相邻两个钢轨之间连接电感；在主轨道区段中每隔一定的距离设置一个补偿电容，该补偿电容对应第二组继电器中的一个继电器，该补偿电容的一端连接主轨道的一侧钢轨，另外一端连接相应的继电器常闭触点的一端，该常闭触点的另外一端连接主轨道的另一侧钢轨，所述第一调谐单元连接当前轨道区段的上一个轨道区段的轨道区段状态判断器，第二调谐单元连接当前轨道区段的轨道区段状态判断器。

6、进一步的，所述故障模拟控制器包括移频信号模块，所述移频信号模块包括移频信号生成模块，数字音频功率放大器和信号变压器，所述移频信号生成模块用于生成模拟的干扰移频信号，所述数字音频功率放大器用于对信号进行放大，所述信号变压器对信号进行隔离，当故障模拟控制器模拟相邻轨道区段移频信号干扰故障时，断开相邻区段之间的空心线圈或调谐单元，当断开空心线圈时则将模拟的干扰移频信号传送至调谐单元，若断开调谐单元，则将模拟的干扰移频信号传送至空心线圈。

7、进一步的，所述轨道区段状态判断器包括列控中心模拟器，通信接口板，接收器，发送器，衰耗冗余控制器，防雷模拟网络盘和匹配变压器，列控中心模拟器用于产生包含低频和载频信号的编码信息，并将编码信息通过cana和canb两路总线传送给通信接口板，通信接口板通过cand和cane两路总线将编码信息分别传送给接收器和发送器，所述发送器根据编码信息中的低频和载频信号产生相应的移频信号，该移频信号依次通过衰耗冗余控制器、防雷模拟网络盘、室外电缆、匹配变压器及第一调谐单元，最后发送到钢轨上，所述第一调谐单元为当前轨道区段与下一个轨道区段之间电气绝缘节中的第一调谐单元；然后钢轨上的移频信号依次通过第二调谐单元、匹配变压器、室外电缆、防雷模拟网络盘和衰耗冗余控制器，最终传送至接收器，所述第二调谐单元为当前轨道区段与上一个轨道区段之间电气绝缘节中的第二调谐单元，所述接收器根据通信接口板发来的编码信息和接收到钢轨传来的信号进行判断当前轨道区段是否为占用状态。

8、进一步的，该系统还包括第三和第四电器，故障模拟控制器还能够模拟断线故障和短路故障，第三继电器的常闭触点串联接在待模拟故障的线段处，第四继电器的常开触点并联接在待模拟故障的线段两端，当模拟断线故障时，故障模拟控制器控制第三继电器的常闭触点断开，当模拟短路故障时，故障模拟控制器控制第四继电器的常开触点闭合；所述第三、第四继电器设置在故障模拟控制器内。

9、进一步的，该系统还包括人机交互界面，该人机交互界面中包括管理员模块，教师模块和学员模块；

10、所示管理员模块由管理员登录，管理员具有最高权限，能够对教师及学员进行管理，在首次开展教学活动前，需要由管理员身份登录系统，创建不同等级用户账号，通过人机交互界面选择控制电路类型，实现所有参数的初始化；

11、所述教师模块由教师登录，教师模块中具有教学模块和考核模块；

12、在教学模块中，教师能够设置各种故障指令，并将故障指令传送至故障模拟控制器，由故障模拟控制器模拟各种故障，人机交互界面上实时显示出故障类型、故障现象描述，以及所有关键点的参数信息，所述参数信息包括频率、电压/电流值以及关键点的电参数正常范围参考值，学员们观看此界面显示内容进行学习；所述关键点参数信息由故障模拟器采集；

13、所述考核模块包括考题设置模块，下发考题模块，答题模块；

14、所述考题设置模块用于教师通过人机交互界面设置各种故障指令，并将故障指令传送至故障模拟控制器，由故障模拟控制器模拟各种故障；

15、所述下发考题模块用于教师下发考题；

16、所述答题模块用于考生答复考题；

17、所述学员模块用于学员登录系统进行考核。

18、进一步的，教师模块中还包括评判模块，用于给出考题的评判标准。

19、有益效果：本发明可设置的故障类型丰富，包括实际工作中碰到的绝大多数故障，且本发明具有友好的人机交互界面，可通过人机界面设置各种故障，实时采集轨道电路所有关键点的频率、电压及电流值，在人机交互界面上以友好的图形及数字方式显示在同一幅画面中。在学习过程中，学员可通过人机界面总览所有关键点的频率、电压及电流信号，借助移频表测量，达到对各种类型故障发生后各测量点信号有较深层次理解，有助于迅速排查、解决现场发生的各类复杂故障。