施工专用道岔模拟试验装置的研制

孙国长

随着铁路运输业的高速发展，信号设备不断更新换代，各种新建、改建、大修工程日趋增多，特别是既有线路的改造，道岔设备拆装与更换工作量大、试验内容多、模拟电路连通条件不完善等，都会直接影响道岔设备的模拟试验效果，进而影响设备的正常开通使用。通过调研分析，造成道岔设备模拟试验不彻底的原因主要有以下几点：①道岔扳动试验时，有时用手摇把，有时用简单电路；②用简单电路试验时，试验内容不全面；③采用定型组合时，还需增加笨重设备，不利于应用；④设备连通前的各项试验，由于连通条件不完善，易造成道岔模拟试验不彻底，影响正常开通。

针对上述问题，唐山电务段提出并自主研制了施工专用道岔模拟试验装置（简称试验装置），它能够有效地进行道岔试验，提高道岔模拟试验质量，消除故障隐患，确保工程正点开通。该试验装置能够将室内外设备仿真综合于一体，减少了对试验人员的技术要求，并按确定的试验内容进行智能判断、记录、错误提示、缺项卡控等，确保模拟试验完整正确。

1 设计方案

1.1 整体结构设计

试验装置能够模拟不同类型道岔的室内、外设备，适应ZD6、ZY4、ZYJ7 等各类型道岔的安装调试和模拟试验，并实现室外道岔模拟试验智能化。整体结构包括：①设备连接线采用可检测的插接方式，防错误配线；②操控方式与实际一致，便于应用；③控制电路统一化，配有模式和类型转换；④表示检查电路具有二极管正向、反向和短路检测功能；⑤具有道岔动作电流检测，相序检测及电源相序的转换功能；⑥采用接触器控制电机动作，配有300 Ω/200 W 电阻仿真电机线圈；⑦具有漏电人身防护、过流保护及错接电源防护功能。

1.2 外部结构设计

施工专用道岔模拟试验装置外观如图1 所示，主要由铝质面板，定操、反操、急停按钮，定位、反位、动作表示灯，正相序灯，ZD6 类、ZYJ7 类表示灯，转换相序按钮，航插和USB 接口等组成，主要作用如下。

1） 正相序灯：红灯显示，亮灯表示正相序，灭灯为逆相序。

图1 施工专用道岔模拟试验装置外观

2）ZD6类灯：红灯显示，亮灯表示选择的控制类型是ZD6类；稳光表示连接正确，可以操作；闪灯表示航插连接不正确，此时自动限定道岔扳动操作。

3）ZYJ7类灯：红灯显示，亮灯表示选择的控制类型是ZYJ7类；稳光表示连接正确，可以操作；闪灯表示航插连接不正确，此时自动限定道岔扳动操作。

4） 定位灯：绿灯显示，亮灯表示2DQJ 在吸起，稳光说明有定位表示，闪光说明无表示。

5） 反位灯：黄灯显示，亮灯表示2DQJ 在落下，稳光说明有反位表示，闪光说明无表示。

6）动作灯：红色闪光表示道岔正在送电。

7）转换相序钮：非自复式按压按钮，控制三相电源的相序转换（禁止扳动过程中转换）。

8）道岔类型转换钮：非自复式按压按钮，实现ZD6 类与ZYJ7 类的转换，主要用于分机、单机作业使用。

9）定操钮：绿色自复式按钮，用于道岔向定位操纵，向反位转换过程中也可及时操回定位。

10）反操钮：黄色自复式按钮，用于道岔向反位操纵，向定位转换过程中也可及时操回反位。

11）急停钮：红色自复式按钮，用于道岔转换过程中急停，利于道岔安装调试。

12）航空插座：包括三相电源输入，ZD6 类、ZYJ7 类输出航插。其中，ZYJ7 类为五线制道岔，动作电源为三相380 V；ZD6 类为四线、六线制道岔，动作电源为DC 220 V。

13）三相漏电保护器，兼作10 A 总熔断器。

14）电源插座用于供给主机AC220 V 电源。

15）USB 口用于连接主机USB。

1.3 内部结构设计

试验装置主要由电源、工控系统、单片机和继电器控制电路四大部分组成。其中，电源系统由漏电保护器、电源开关和电源控制单元组成，主要用于对工控机、单片机单元和设备动作供电；系统通过单片机单元实现电流监测和按钮检测，并对继电器驱动电路进行控制，进而实现对整个电路的控制，完成对室内、外设备的动作。系统内部逻辑结构见图2。

2 工作原理

2.1 整机工作原理

1） 单片机具有微秒级运算和高稳定性特点，负责对外接按钮状态、航空插座状态和表示继电器状态进行实时监测，同时监测直流和三相交流动作电流，并将数据经USB 通信传送给工控机，同时接收工控机运算结果。

图2 施工专用道岔模拟试验装置内部逻辑结构

2）继电器控制电路根据模式和类型选择建立逻辑关系，能够实现道岔的操作、启动、停机等功能。

3）工控机利用OpenGL 图像处理技术，仿真触摸屏界面按钮和铅封，使图形更加逼真。当模拟室外电路时，可实时监测电流变化。当电流达到额定值时，先记录动作时间，再利用单片机控制继电器，切断启动电路，构成新的表示电路；当模拟室内电路时，依据按钮的屏幕指令，驱动控制继电器动作，向外部供电并实时监测电流状态；当电流达到额定值后，保持扳动状态，等待外部启动电路断开后，切断送电，恢复初始状态并构成新的表示监测电路。

室外模拟试验时，按实际模拟试验的步骤及内容制定统一固定流程，依据检测的动作电流大小及时长、表示继电器及按钮状态，判断道岔是定位、反位、扳动、断表示、断启动、受阻试验等，给出操作提示、标准和方法，并按秒级自动记录成受保护的Excel 表，存为模拟联锁试验基础资料。

2.2 监测表示电路原理

监测表示电路原理如图3 所示，选用BD1-7 型专用表示变压器和12 V 微型继电器BJ1～BJ5；电解电容C1～C5保证了继电器的可靠工作；电阻R1、R2、R3具有降压限流作用；D1～D9保证正弦交流电下BJ可靠工作，同时具有检测外部二极管功能，如某一支路BJ4、BJ5全吸表示外部短路，BJ4单吸表示外部二极管正向、BJ5单吸表示外部二极管反向。

3 技术特点

1）分机可单独操控，用于道岔安装调试。

2）对模拟试验固定试验步骤及内容，并给出相关标准及提示。

3）通过主控微机智能判断卡控技术条件，保证模拟试验的正确性：①道岔无表示不能启动模拟试验；②卡控定反位出杆方向一致；③卡控道岔类型、出杆与接点闭合的逻辑关系；④区分五线制道岔表示支路的接点；⑤区分五线制道岔的41、42（11、12） 与其他启动接点；⑥受阻试验如判定为比正常动作时间长5 s，即自动停机；⑦按道岔类型与航插插入位置的逻辑关系，给出正确表示，错误时限定道岔扳动；⑧根据各个步骤内容有效限定道岔是否扳动，提高试验效率；⑨详细记录道岔动作、表示变化的时刻和动作时间；⑩试验内容可部分单独重做。

4）配合室内道岔电路试验，既满足联锁试验的内容要求，又操作简便。

5） 试验时记录或显示道岔三相电源的相序，涵盖全部试验内容。

4 安装操作方法

1）电源连接。断开分机漏电保护器开关，把电源电缆的航插对应插入分机的三相电源引入端，然后分别按电源标识牌连接电源，ZD6 道岔类（或模拟室外） 只连接A、N；ZYJ7 类连接A、B、C、N。

2）安全试验。①合上漏电保护器开关，如果分机内部声光报警，则判断为A、N 端220 V 错误接入380 V 电源，关闭开关复查，如果5 s 后表示灯亮，说明电源、设备良好；②启动漏电保护器试验按钮，正常断电，复位后送电。

3）控制线连接。按试验的道岔类型，将控制线选择接入ZD6 类或ZYJ7 类的航空插座中。

图3 监测表示电路原理

4）USB 线连接。需要主机操控时，主机与分机必须用USB 线连接；当多机使用时，需增加USB 分配器。

5） 多机操控。一台主机最多可带6 个分机，按分机的出厂号从小到大排序，并与所连道岔对应。

6）试验道岔室内电路。无论室外道岔定位设计是1、3 闭合，还是2、4 闭合，均按F1、2、3、4、5、6与X1、X2、X3、X4、X5、X6对应连接（未使用的不连）。

7）试验道岔室外电路。道岔定位设计是1、3闭合，ZD6 四线制类，按X1、X2、X3、X4 与电缆盒1、2、3、5 对应连接；ZD6-EJ 六线制类，按X1、X2、X3、X4、X5、X6 与 电 缆 盒1、2、3、5、13、14 对应连接；ZYJ7 五线制类，按X1、X2、X3、X4、X5 与 电 缆 盒1、2、3、4、5 对 应连接。

道岔定位设计是2、4 闭合的，ZD6 四线制类，按X1、X2、X3、X4 与电缆盒2、1、3、5 对应连接；ZD6-EJ 六 线 制 类，按X1、X2、X3、X4、X5、X6 与电缆盒2、1、3、5、14、13 对应连接；ZYJ7 五线制类，按ZYJ7 单动类按X1、X2、X3、X4、X5 与电缆盒1、3、2、5、4 对应连接。

5 结束语

施工专用道岔模拟试验装置已经通过了北京局集团公司的技术评审，并经多次调试完善，可有效缩短模拟试验时间，提高模拟试验质量，可大大降低道岔模拟试验过程中对试验人员的要求标准。其中智能卡控环节可使模拟试验标准化、规范化、表格化，减少了试验过程中可能存在的丢项、漏项，试验效率和工作质量得到了有效提高。该装置适用于各站段和工程局的施工道岔模拟试验，目前已在天津、北京、北京西、石家庄、唐山电务段推广使用。