谈新型铁路信号测试系统的应用

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摘 要：随着铁路技术的飞速发展，铁路信号系统越来越复杂，设备间和信号间的相关性越来越大，这使得实际中出现的故障呈现复杂化和多样化。为了更好的发现和诊断故障，保障铁路安全、高效运行，因此研究开发一种新型铁路信号测试系统是十分必要的。
关键词：铁路信号；测试系统；安全
铁路信号系统，通常是由多种机电设备组成的复杂控制系统，对铁路运行的安全、高效、快捷起着重要作用。为了更好的发现和诊断故障，保障铁路安全、高效运行，因此研究开发一种新型铁路信号测试系统是十分必要的。信号设备是铁路运输的耳目，对行车安全关系很大。它分为信号、联锁设备和闭塞设备三类。为了保证设备质量，铁路信号设备所命名用的器材和配件，必须符合部颁标准。当变更设备结构时，须经铁道部批准。
1 对各类信号设备安全的共同要求
各种信号均须符合下列各项要求：①除与机车车辆发生直接相互作用的设备如车辆减速器、限界检查器等以外，信号设备的任何部门不得侵入现行国标GB146-59规定的建筑接近限界（包括曲线部分的加宽）。②所有信号设备的安装，均须符合批准的安装标准图和设计图的要求。③信号设备的联锁关系，必须与批准的联锁图表一致，并满足《铁路技术管理规程》的要求。④各种基础或支持物不应有影响强度的裂纹，安装稳固，其倾斜限度不得超过10mm。信号机柱应垂直安装，其倾斜限度不应超过36mm。⑤各种信号设备的机械部分和电气特性，都应符合规定的技术标准。⑥对设有加锁、加封的信号设备，均应加锁、加封或装设计数器。⑦铁路信号设备及其电路，应保护在发生故障时导向安全，以免出现危及行车安全的后果。⑧凡与交流电源引入、架空线（包括架空线电缆接入）及轨道电路等外线连接的信号设备，必须设置外部防护设施（雷电防护、安全地线等）。⑨在交流电力牵引区段的防护要求：a为了保证人身安全，信号设备外缘距接触网带电部分的距离不得少于2m；b距接触网带电部分5m范围内的金属结构如信号机构、梯子、安全栅网以及继电器箱箱体、转辙握柄等均须接地。c同一设备接地时，严禁既接向牵引轨条或扼流变压器中点，又接向专用地线。
2 对各类信号设备的具体安全要求
1、对信号（装置或显示）的安全要求：①对信号的基本要求是显示明确，有足够的显示距离，当发生故障时能给出最大限制的显示，保证行车安全。②信号机（含表示器，下同）的显示方向，应使接近的列车或车列容易辩认信号显示，并不致被误认为邻线的信号机。 信号机的显示，均应使其达到最远。曲线上的信号机，应使接近的列车能尽量不间断地看到它的显示。③各种信号机及表示器的显示距离，在正常情况下应符合下列规定：a.进站、通过、遮断、防护信号机，不得少于100m；b.出站、进路、预告、驼峰、驼峰辅助信号机，不得少于400m；c.调车、矮型出站、复示信号机，容许、引导信号机及各种表示器，不得少于200m；在地形、地物影响视线的地方，进站、通过、预告、遮断、防护信号机的显示距离，最少不得少于200m。④各种信号机开放后，均应按《铁路技术管理规程》规定的条件，在列车或车列运行的适当时期及时关闭，若恢复定位状态。⑤进站、出站、进路、通过和防护信号机的灯光熄灭、显示不明或显示不正确时，均应视为停车信号。⑥色灯信号机的机构及灯光配列形式，应符合规定的标准。以两个基本灯光组成一种信号显示时，应在一条垂直线上，并应有一定的间隔。由两个同色灯光组成的一种信号显示时，其颜色一致。⑦同一机柱上有几块臂板时，各臂板的显示方向应一致，动作角度互相偏差不得超过5°。在关闭状态时，主臂板和通过臂板应水平，上下误差均不得超过2°角。开放信号时，臂板开放角度为40～70°。
2、对联锁设备的安全要求：为保证站内的列车运行、调车作业安全，站内正线、到发线上的道岔，及联锁区范围内的道岔，均须与有关信号机联锁。区间内正线上的道岔，也必须与有关信号机或闭塞设备联锁。①各种联锁设备均须满足下列安全、要求：a.当进路上的道岔开通位置不正确、或敌对信号机未关闭时，防护该进路的信号机不能开放；信号机开放后，该进路上的有关道岔不能扳动，其敌对信号机不能开放。b.正线上的出站信号机未开放时，进站信号机不能开放为通过信号；主体信号机未开放时，其预告信号机不能开放；色灯复示信号机应保证不间断地检查主体信号机的开放条件。c.装有转换锁闭器、电动或电空转辙机的道岔，当第一连接杆处的尖轨与基本轨间有4mm及其以上间隙时，不能锁闭或开放信号机。②电气集中联锁设备还应保证下列要求：a.当机车车辆通过道岔时，该道岔不能转换。b.向有车占用的线路排列列车进路时，有关信号机不能开放。c.能监督道岔是否被挤，并能在挤岔的同时，使防护该进路的信号机自动关闭。d.在控制台上应能监督线路和道岔区段是否占用、进路的开通与锁闭状态，复示有关信号机的显示等。③电锁器联锁设备应保证：车站值班员能控制与监督接、发车进路的排列、信号机的开放与关闭等。
3 对闭塞设备的安全要求
①区间内正线上的道岔必须与闭塞设备联锁。当区间道岔未开通正线时，两端站不得开放有关信号机。②当列车或后部补机需由区间返回原发车站时，自动闭塞或半自动闭塞应设钥匙路签。在钥匙路签未放入原设备以前，掺有钥匙路签的列车或后部补机占用的区间，不得解除闭塞，出站信号机不得开放。③自动闭塞设备应保证：当闭塞分区被占用或轨道电路失效时，防护该分区的信号机自动关闭；当进站及通过信号机红灯灭灯时，其前一个信号机应自动显示红灯；当闭塞设备中任何元件或部件发生故障时，不得出现信号的升级显示；在站内控制台上应有相应的区间情况的表示。
④继电半自动闭塞设备应满足下列要求：①出站（或通过）信号机开放的条件是，单线区间在得到对方站的同意接车信号后，双线区间在得到对方站的列车到达信号后。②电锁器联锁的车站，操纵发车手柄（或按钮）后，电气集中联锁的车站，出站信号机开放后，均不能按正常办法取消闭塞。③列车从发车站进入区间后，出站信号机应自动关闭，并使双方站闭塞机处于闭塞状态，在列车到达接车站以前不能解除，有关出站信号机，不能开放。
4 基于ARM9的通用铁路信号测试系统的研究
一种基于ARM9的通用铁路信号测试系统，用以帮助工作人员发现和分析诊断故障。整个系统分为两大部分，即基于单片机的前端采集部分和基于ARM9的主板部分，两部分之间通过双口RAM进行双机通信。前端采集部分选用SST公司的89E58RD单片机做主控制器，主要完成信号采集、数据存储等功能。主板部分采用三星公司ARM9系列的S3C2440A处理器作为核心处理器，并采用Linux操作系统，实现对双口RAM数据读取、处理、显示、存储、传输和前端采集路数控制及存储数据二次处理分析等功能。系统设计实现了对通用铁路信号量的多路采集、处理显示、带时间信息的大容量数据存储、组成柔性多点测试网络和对存储数据简单二次分析处理等功能。本文在对系统采集量、功能要求、关键技术进行了分析基础上，给出了系统总体设计方案。对于基于单片机的前端采集部分，设计了采集板硬件电路，并给出了相应信号采集和存储等软件程序。对于ARM9主板部分，设计了主板硬件电路，在此基础上建立软件开发环境，移植Bootloader和Linux操作系统，然后设计了双口RAM驱动程序和相应应用程序，并进行基于QT的用户图形界面设计。
本文实现了对两路牵引电流的测试、存储和对存储数据的片上二次处理分析，满足基本功能要求，证实了系统可行性。为了完善系统对测试信号的分析能力，本文又采用了基于最小二乘法的曲线拟合对系统存储的带时间信息的测试数据进行了后期处理分析，得出了测试信号的基本规律，完善了系统功能。最后对本文所研究内容进行了总结并指出系统的不足和改进方法。