TW-2系統雷達踏板接口改進的研究

許鴻飛 李茲生

(1．北京全路通信信號研究設計院集團有限公司，北京 100070；2．北京市高速鐵路運行控制系統工程技術研究中心，北京 100070)

TW-2型駝峰控制系統（簡稱TW-2系統）是自動化駝峰場實現駝峰溜放進路及車輛調速自動控制的設備。駝峰測速雷達、計軸踏板作為TW-2系統調速自動控制的核心設備。通過駝峰測速雷達可實時測量鉤車在減速器上的實時速度，通過雷達積分距離確定鉤車較為準確的物理位置，為間隔調速及途停判斷等提供速度參數，實現鉤車減速器上全程速度跟蹤等重要功能。通過踏板的計軸信息準確掌握輛數及相對位置，實現對摘錯鉤判斷及減速器放頭攔尾控制等功能。

1 現有雷達踏板接口

1.1 雷達測速原理及接口描述

當駝峰測速雷達以一個固定的頻率向在減速器上運行的車輛發射連續信號時，如果目標相對于雷達運動（接近或遠離），則雷達收到的反射波會發生頻率變化，且相對運動的速度越快，接收頻率相對于發射頻率的變化量越大，這種現象稱為多普勒效應。引起的頻率變化量稱為多普勒頻率。

TW-2系統通過設置在減速器前方或后方的駝峰測速雷達進行雷達信號采集，雷達接口電路如圖1所示，系統通過測量雷達多普勒脈沖周期，進而實時計算出運動中的車輛在減速器上的走行速度。

1.2 計軸踏板原理及接口描述

TW-2系統的計軸踏板是駝峰自動控制系統必要的基礎設備，用于計量鉤車軸數信息，一般選用無源車輪傳感器。

計軸踏板的基本工作原理就是電磁感應。計軸踏板主體由感應線圈和永磁鐵氧體構成，感應線圈處于永磁鐵氧體恒定磁場中，計軸踏板的感應線圈兩端分別連接系統機柜內板卡引出的DC 12 V電源。計軸踏板安裝在鋼軌的內側，當車輪經過時，永磁鐵氧體恒定的磁場被擾動，感應線圈瞬間產生電流，感應信號形式為正弦波，幅值為0.5～3 V，計軸踏板每經過一個車輪就發給駝峰系統一個計數脈沖，經系統檢測處理后，就可以計算出鉤車輛數。系統踏板接口電路如圖1所示。

2 現有雷達踏板接口存在的問題

TW-2系統雷達常規接口方式為：全場雷達的工作電源為DC 12 V，安裝在室外的駝峰測速雷達的信號電源采用機柜電流環的供電方式。全場駝峰測速雷達的DC 12 V的Z12為共用。TW-2駝峰測速雷達的采集原理結構如圖2所示。

圖中前級光耦為雷達輸出光耦，由機柜直流開關電源供電，雷達信號通過電纜傳輸到機柜光耦，形成一個完整的電流環的環路。

TW-2系統踏板接口采集原理如圖3所示，其方式為機柜直流開關電源為踏板信號供電，踏板感應信號通過電纜傳輸到機柜內，形成一個完整的閉合回路。

經過現場工程的實際使用，目前TW-2系統駝峰雷達測速和踏板計軸中存在以下問題。

1）雷達電源共用問題

雷達信號輸出的兩根芯線，其中一根為共用線，即DC 12 V的Z12，另一根線為獨立芯線，當站場干擾信號較大時，每臺雷達兩根芯線上感應的干擾信號的幅值不盡相同。機柜輸入光耦發光管的正負極輸入幅值不同的干擾信號，由于直流開關電源DC 12 V的內阻極小，正負極交流信號阻抗幾乎為零，易形成了雷達干擾，且這種干擾是一種差模干擾，難以消除。

2）機柜電源直接出樓的不隔離問題

由于雷達信號機柜供電電流環的特點，并且雷達和踏板都需要共用電源，形成的機柜直流開關電源出樓，易引起雷達和踏板的干擾。信號傳輸通道上發生異常接地，或者踏板絕緣層損壞造成的接地，都可能對雷達和踏板的采集造成影響。

3）峰上踏板丟軸問題

TW-2型系統的峰上踏板采集為A、B機并聯方式。由于踏板工作電源與板卡直接連接，且感應信號未經處理直接并聯兩路采集電路，在踏板接地、性能下降和信號干擾等條件下，峰上踏板采集易出現丟軸問題。

3 雷達踏板接口改進方法

3.1 雷達采用獨立供電和光耦隔離

T.CL-2A型雷達可以通過雷達工作電源（AC 220 V）變換提供雷達信號供電的DC 12 V電源，信號供電電源可更改為雷達供電電流環方式，按照電源分散的原則將雷達信號供電由機柜供電電流環改為雷達供電電流環。雷達信號周期通斷信息的輸出由新增光耦完成，變化后的接口采集示意電路如圖4所示。

圖4中前級光耦為新增光耦，后級光耦為機柜光耦，在前級光耦的輸入端由于沒有共用線，兩根線上的干擾信號的幅值基本相等，實現差模干擾變為共模干擾，而光耦前級對共模干擾有較強的抑制作用，可較大程度改善控制系統對雷達信號的接收條件。

3.2 采集工作電源和室外工作電源相互獨立、相互隔離

雷達接口電路改進后，控制系統采集使用的DC 12 V經雷達采集通道已不需出樓，而常用的無源踏板則需要信號電源。對此，為每臺踏板設計獨立的室外工作電源，該電源采用DC-DC變換器，將電源屏DC 24 V電源變換為DC 12 V踏板工作電源。同時，為減少峰上踏板丟軸問題，對踏板信號增加一次信號濾波整形放大電路處理，通過運算放大器比較后經兩路新增光耦實現踏板信號雙輸出，解決峰上踏板信號未經相關處理前并聯采集易丟軸的問題。

3.3 采用獨立的雷達踏板接口單元盒

基于電源分散、光耦隔離的思路設計雷達踏板接口單元盒，雷達信號采集由機柜供電電流環更改為室外雷達自身供電電流環方式，實現每臺雷達電源獨立，針對踏板設置獨立電源經雷達踏板接口盒變換后供室外踏板信號感應使用，實現控制系統雷達、踏板信號采集工作電源和室外雷達、踏板工作電源相互獨立。同時對雷達踏板信號增加光耦隔離，且在雷達和踏板的輸入電路均增加低壓壓敏電阻，進一步增加了室外信號的防雷效果。雷達踏板接口盒電路原理如圖5所示。

雷達踏板接口盒主要由運放、光耦、DC-DC變換器、壓敏電阻等組成，全部器件安裝在一塊印制板上，放入安全型繼電器盒內，設計電路如圖6所示。

通過光耦隔離方式完成保護功能，雷達踏板輸入信號與輸出信號占空比相同，頻率也相同，幅值則沒有比例關系。當輸入電壓信號經比較器輸出到光耦器件，光耦導通，模塊輸出高電平信號；當輸入電壓為零時，光耦關斷，模塊輸出低電平信號，輸入與輸出電源隔離。

當輸入出現超高壓信號時，首先經過防雷器件，同時隔離光耦也起保護作用，不會影響到輸出端的設備，從而保障了駝峰室內設備安全可靠地運行。

4 工程應用

4.1 雷達踏板接口電路工程設計修改

TW-2系統雷達踏板接口改進后，需對工程設計電路圖進行同步修改，雷達輸入接口電路圖和踏板接口電路圖分別如圖7所示。駝峰測速雷達需經供電改造，同時為雷達踏板盒提供電源屏DC 24 V供電。

4.2 現場應用效果

改進后的方案已經在白羊墅、德州上行、臨沂、蘇家屯下行駝峰等站場使用。雷達踏板接口更改后，有效解決了駝峰場速度控制過程中雷達測速、踏板計軸的干擾問題，接口改進站場雷達曲線平滑，均未再發生雷達干擾問題，接口改進前后典型雷達曲線對比如圖8所示。

雷達踏板接口盒設置的信號LED顯示燈設置規范直觀，踏板脈沖計數準確，各路信號采集明晰，便于現場日常維護和故障判斷，現場反應良好。

5 結束語

基于電源分散、光耦隔離設計的雷達踏板接口盒通過工程實踐應用，有效解決了TW-2型駝峰控制系統測速設備雷達踏板信號干擾的問題，可在后續的自動化駝峰場中可進一步推廣使用。