直流转辙机限时保护报警系统

丁 倩 王晓静 米 恒 徐万俊

（陕西长岭特种设备股份有限公司，陕西 宝鸡 721006）

转辙机是重要的信号基础设备，对于保障行车安全，提高运输效率，减轻行车人员的劳动强度具有非常重要的作用。目前，市面上的转辙机种类有很多，可按动作能源和传动方式、供电电源种类、动作速度以及闭锁方式等进行分类，按供电电源种类分又分为直流转辙机和交流转辙机。直流转辙机限时保护主要用来解决直流转辙机的保护问题，当道岔进入转换状态时开始计时，到达设定的时间停止计时，限时时间达到设定时间时，道岔控制继电器应落下。当发生故障道岔长时间不能转换到位，保护机构会切断道岔转换回路，到达保护直流转辙机直流电机不会被烧毁的目的。

直流转辙机限时保护报警系统应用在直流转辙机道岔控制电路中，直流转辙机限时报警系统由直流转辙机限时报警总机（以下简称总机）和直流转辙机限时报警分机（以下简称分机）两部分构成。在道岔工作过程中，当转辙机受影响不能转换到位时，保护器会在限定时间内切断转辙机动作电源，同时，通过报警端子输出报警信号至分机进行汇总，然后上传给总机进行处理，一般分机可以同时支持处理8 路保护报警信息。

1 系统功能

直流转辙机限时保护报警系统具备以下功能：

1.1 室外的监测分机与室内的监测总机能够进行实时通信，总机显示分机的状态。

1.2 报警总机连接微机监测系统，从而实现两者间通信。

1.3 可存储报警信息，并提供报警信息查询功能。

1.4 具有人机界面，通过该界面对系统进行配置。

1.5 报警信息可通过人机界面进行显示。

2 系统设计

直流转辙机限时保护报警系统由两部分组成：分别为位于室外的监测分机和位于室内的监测总机。监测分机由电源部分、单片机控制部分和通信部分组成，电源部分为单片机和通信电路提供合适、稳定的工作电源，通信部分则分为两个方面通信，分别是：第一方面防护器与分机的通信，主要是通过光耦合器将防护器状态信息传给单片机；第二方面是分机将状态信息通过通信总线发送给总机。一个监测分机可监测8 路防护器的工作状态，主要功能是监测防护器的工作状态，并把防护器的状态信息发送给主机。分机整个电路所使用的元器件均集中安装到分机结构壳体中，对外预留直流24V 电源接口、8 路防护器接口及通信接口。

监测总机有2 路检测通道，每路检测通道最多设置100 个监测分机的寻址地址,2 路通道共计连接200 个监测分机，每一个监测分机监测8 路防护器的工作状态.总机能够显示每个检测分机的故障状态，实现实时定位报警。主机整个电路所使用的元器件均集中安装到主机结构壳体中，对外预留220V 电源接口和通信接口。

2.1 硬件电路设计

2.1.1 分机硬件设计

2.4.3 浸出物检测 采用热浸法测定，直接粉碎得到的枸杞子粉末与经上述3种预处理方法得到的枸杞子粉末，其浸出物量分别为75.4%、75.6%、72.6%、72.5%，均未少于55.0%。

a.电源电路

电源电路如图1 所示，电源可直接利用防护器的直流电源，输入端KZ 和KF 则为从防护器获得的直流24V电压。分机系统需要5V 和3.3.V 电源电压，直接利用输入电源经过降压后取得。设计中电源电压经过防雷电路和滤波电路后输入到LM2576-12 稳压器输出12V 电压，经过滤波进而通过LM7805 转换成5V 电压。单片机供电电源3.3V 通过简单的转换芯片即可完成。

图1 电源电路

b.MCU 电路

单片机硬件电路如图 2 所示，MCU 采用STM32F103RBT6 是由法意半导体公司（ST）开发的以ARM Cortex-M 为内核的32 位嵌入式微控制器，具有运算速度快、体积小、功耗低、丰富外围接口等优点。最高工作频率72MHz，128KbFlash 程序存储器，提供功能强大的库函数，编程简单。单片机最小系统使用外部晶振，SWD 作为编程口，使用拨码盘进行地址设置，通过LED0显示系统的工作状态。

图2 单片机硬件图

c.通信电路

通信电路采用MAX487 进行分机和总机之间的通信，MAX487 是美国MAXIM 公司生产的新型光电隔离新接口转换器，可实现单端或差分信号之间的相互转换，并可有效的防止雷击和共地干扰。总机允许最多100个MAX487 收发器接在总线上，在最后一个连接的分机上加上120 欧姆的匹配电阻。由于MAX487 收发器工作电压为5V，而单片机工作电压为3.3V，因此设计中使用EL3H7 光耦隔离解决电平匹配问题。在A、B 信号线上加上了TVS 和电阻防止信号浪涌冲击。如图3 所示。

图3 通信电路图

2.1.2 总机硬件设计

a.电源电路

电源电路分为两部分功能，第一部分将交流220V 电压转成直流24V 电压，设计中采用的是金升阳LH05-10B24 型的电源模块，该模块具有稳压输出、低纹波噪声、输出短路、过流过压保护功能，并且转换效率高达84%原理如图4（a）所示。然后将24V 电压经过滤波，通过 PWB4805 转 换 成 5V 给 MCU 最 小 系 统 和MAX487CSA 通信电路提供工作电源电压。原理如图4（b）所示。

图4

b.MCU 电路

总机的MCU 电路和分机的MCU 电路相同，根据外围电路不同配置不同的IO 口即可，具体详情参见2.2.1节第2 项内容。

c.通信电路

总机的通信电路和分机通信电路相同，具体详情参见2.2.1 节第3 项内容。

d.时钟电路

时钟电路的原理如图5 所示。时钟芯片采用美国ALLAS 公司推出的DS1302，该芯片具有涓细电流充电能力，采用串行数据传输，可为掉电保护电源提供可编程的充电供电功能，也可实现关闭充电功能。电路外接普通的32.768kHz 晶振。

图5 时钟电路图

e.CAN 通信电路通信电路采用CAN 的通信方式，原理如图6 所示。电路使用的主要芯片为MCP2551， 该芯片是MACROSHIP 生产一款高速CAN 收发器，具有容错功能，可作为CAN 协议控制器和物理总线接口，可为CAN协议控制器提供差分收发能力。它的工作效率高达1Mb/s，可连接节点高达112 个。

图6 CAN 通信电路图

2.2 软件设计

2.2.1 检测分机程序设计

直流转辙机限时保护报警系统采用主机轮询的方式进行通信，即主机向分机发送请求发送状态命令，当分机匹配到自己的地址后向主机发送状态消息，如果没有匹配到自身的地址，则处于等待状态。检测分机程序流程图如图7 所示。

图7 检测分机程序流程图

2.2.2 检测总机

显示程序用来显示监测分机监测的保护器工作状态。显示界面主要有故障记录，分机状态，时间设置，分机设置。分机设置界面可以设置连接了的分机，主机会给这些分机发送请求命令。分机状态用来显示分机状态，分机状态共有三种，当分机工作正常时，在对应的分机框中显示“√”，对应的主界面右下角显示“系统正常”字样；当分机发生故障时，在对应的分机框中显示“×”，对应的主界面右下角显示“分机故障”字样；当分机未连接时，会默认显示“-”。显示程序流程图如图8 所示。

图8 显示程序流程图

2.2.3 通信

通讯程序用于支持直流转辙机限时保护报警系统监测主机与室外监测分机的通信。为了避免多台分机同时报警造成总线上数据冲突，故采用轮询方式进行通信，确保不会总线同时被占用导致通信线上的数据冲突。

通信协议的原理如下：分机在平时保持监听状态，当接收到报警线上总机发送的请求发送状态信息时，将接收到的信息解码得到地址码。分机识别到与自身地址码相同时，分机发送自身状态信息，否则不会发送，处于监听状态，避免了总线上数据冲突。通信软件流程图如图9所示。

图9 通信软件流程图

3 解决技术问题

本文提供了一种直流转辙机限时保护报警系统的设计方法。实现了分机与总机实时通信、显示分机状态、可查询报警信息、可通过人机界面系统配置以及可同通过人机界面对报警信息的显示功能。实用性强，便于推广使用。