一种新型多用铁路智能点灯模块

王翀 张义政

(1.西安邮电学院电子工程学院，光信息实验室，西安 710121;2.西安先导铁路器材有限责任公司，西安 710048)

1 引言

随着当今铁路、城市轨道交通和公路交通事业的快速发展和新技术的应用，需要越来越多的满足多方面要求的信号设备。现有的铁路轨道交通信号点灯模块，一般只能实现灯丝点灯。但传统的采用灯丝白炽灯泡为光源的色灯信号机，具有可靠性差、寿命短、易断丝、功效低等缺点［1］。随着对 LED新材料研究的进一步深入，LED光源技术迅速发展，并越来越多地应用于铁路轨道交通领域。

我们研制了一种新型多用途铁路交通智能信号灯控制模块［2］，它能同时使用 LED灯和灯丝灯泡，还能利用原报警线缆实现远距离定点定位智能报警。它能实现的功能多且操作简单，可使铁路点灯模块由定期维修改为状态维修，从而能达到提高效率且节约成本的目的。

2 国内外状况分析

国内，铁路信号点灯模块需求量很大，虽然我国国内铁路信号厂家众多，但国内厂家目前开发的可用于铁路轨道交通的铁路信号点灯模块，大都沿用过去产品，功能较为单一，自主开发不足［3］，主要采用灯丝转换继电器为核心来控制，均不具有能同时使用灯丝灯泡点灯和LED点灯的多功能模块［4］［5］［6］。虽然有试验中的 LED 铁路信号灯，但由于温度、质量等问题的困扰而未能广泛应用。比如:在2003年信号大修工程中，湘桂线柳黎段良江站的信号机采用了LED信号点灯装置，在2004年1月13日和2月18日，两次发生SII出站信号机在点绿灯或白灯时，误使黄灯闪光或红灯闪光［7］;又比如:大秦线区间全部使用了LED信号机，自2006年开通以来，发生了4起点灯故障，其中两起影响了行车［8］。

国外，目前来说，由于相对于灯丝信号灯，LED灯具有节能、长寿命等优势，美国的GELcore公司 (世界主要 LED生产商)、英国的 Variable Masseage Sins Limited公司和 Roxboro集团下属的Diallight公司、德国的西门子公司等均在铁路轨道交通领域积极推广 LED 铁路信号产品［9，10］。虽然LED的光学问题已基本解决，但由于LED与灯泡发光原理不同，灯丝继电器工作时、电流不能减小，使直接替换比较困难。为了与既有设备能直接连接，国外公司均人为增大LED发光盘的使用寿命。除此之外，既有点灯模块还存在灯丝检测、灯丝安全等问题。

3 功能模块及原理

3.1 功能模块

模块结构原理如图1所示。它由防雷变压器、整流和开关反馈修正电路、四档精密可调稳压电路、LED脉冲点灯检测电路、故障监测转换电路、单片微处理器电路、灯丝检测电路、报警电路和车站接收显示等电路组成。防雷变压器输出端接副丝监测点灯电路和开关反馈修正电路，副丝监测点灯电路输出端接故障监测转换电路，开关反馈修正电路输出端接四档精密可调稳压电路，四档精密可调稳压电路输出端接故障监测转换电路、LED脉冲点灯监测电路和单片机电路;故障监测转换电路与单片机电路和主灯丝相连，单片机电路经报警电路、车站时间继电器后接车站终端接受显示。

图1 模块结构原理图

模块的设计结构，能实现LED电流监测、光度监测、LED脉冲点灯，且LED、灯丝和智能报警器件为一体;它利用单片机控制和报警，同时由硬件完成监测任务，所有的状态都由软件来分析完成，在事故处理方面更加灵活、准确，保证该模块既能准确实现点灯相关各种功能，又能在主副灯丝断丝、LED达到30%损坏及电路故障时，均能利用原报警电缆实现远距离智能报警。

3.2 工作原理

模块运行时，防雷变压器分别输出两路电压:一路为12V，经整流后送副丝在线监测点灯电路，由监测转换电路供副丝在线监测，副灯丝及主灯丝断丝时，监测转换继电器电路转换动作后供副灯丝点灯并向嵌入式单片机电路送出故障信号;另一路为160V，由整流开关反馈修正电路，实现11V直流高精度稳压功能。11V电压经四档可调稳压电路调整为四档以供选择。经选择的某档电压分别送到以下电路:1.模块监测转换继电器电路，经电流继电器线圈供主灯丝点灯和监测;2.送LED脉冲点灯监测电路，在单片机电路控制下实现脉冲调制供LED灯点灯，同时将LED监测结果送模块监测转换继电器监测转换;3.送微机电路，经5V稳压后作为单片机电源，当单片机电路查询到模块监测转换电路为故障时，即向报警电路发出该故障点信息的定位报警信号，经报警电路处理后，直接利用原报警电缆远距离传送到车站SJ-850时间继电器，车站收到终端从时间继电器采集到的信号后进行终端处理、报警和显示。

3.3 创新点

该模块大都由外购成品部件和自制模块组装而成，生产工艺简单、对环境的污染小。同时，该模块优化了LED发光盘功耗，减少了发光盘的发热，并增加了发光盘的使用寿命;且恒流准确、发光效率高 (比同条件LED灯高10%);在正脉冲工作时发出的热量能在负脉冲时得到发散，同时省去灯丝转换继电器，既节省了器材，又少了故障点与故障发生率。解决了与原点灯装置的功率匹配、发热等问题，更加节能、耗电量小，而且耐高温、寿命长、成本低。主要应用于铁路交通，经重新调整设计后，还可应用于城市轨道交通和城市公路交通。它的使用符合国内外铁路交通信号发展的方向，符合铁路轨道交通现实和长远发展的需要［11，12］。

其主要技术创新点包括:

1)LED、双丝灯兼用及报警电路技术;

2)四档开关反馈修正高精度稳压电路技术;

3)轨道交通信号LED脉冲点灯技术;

4)LED灯电流及光度双监测技术;

5)嵌入式轨道交通信号控制技术。

4 结束语

通过对该模块设计方案结构及原理的阐述，以及对比国内外同类产品的情况，可知该设计采用LED点灯装置，维修安装方便、灵活，施工周期短，可实现多种功能，具有突出的优点。技术处于国际先进和国内领先水平，填补了国内外铁路轨道交通信号点灯装置的空白，具有广阔的市场前景。

［1］杨先成.铁路LED信号机，铁道通信信号，2004，40(4)，10～11.

［2］张义政.一种新型多用智能铁路信号点灯系统，出处:中国专利数据库，专利公开号:CN201023492，公开日:2008.02.20.

［3］冯金洲，钱旭人.信号机点灯电路新技术方案，铁道通信信号，1996，32(12)，8～9.

［4］王东华，王朝霞.铁路色灯信号机采用LED的技术条件及建议，铁道通信信号，2003，39(2)，33～34.

［5］魏显舜.信号机点灯检测装置日常维护及常见故障分析，铁道通信信号，2008，44(12)，24～25.

［6］梁福平，马牧燕，李泽峰，刘壮.LED信号机的检测报警技术研究，仪器仪表学报，2006(z2)，1240～1241.

［7］贾琨，沙斐.LED信号机闪灯现象的原因分析，铁路通信信号工程技术，2007，4(3)，11～13.

［8］朱文福，蔚海英.XSL型LED信号机点灯装置故障分析及改进建议，太原铁道科技，2007(2)，24～25.

［9］成远.国外铁路LED信号机发展与应用，中国铁路，2007(5)，54～56.

［10］张济民，吴文麟.西门子的城市轨道交通信号控制系统分析，城市轨道交通研究，1998，1(3)，71～73.

［11］吕永宏，刘红燕.3种城市轨道交通信号控制系统，甘肃科技，2008，24(11)，115～117.

［12］唐德瑜，许琛国.LED铁路色灯信号机，成铁科技，2002(2)，42～43.