TW-2系统雷达踏板接口改进的研究

许鸿飞 李兹生

(1．北京全路通信信号研究设计院集团有限公司，北京 100070；2．北京市高速铁路运行控制系统工程技术研究中心，北京 100070)

TW-2型驼峰控制系统（简称TW-2系统）是自动化驼峰场实现驼峰溜放进路及车辆调速自动控制的设备。驼峰测速雷达、计轴踏板作为TW-2系统调速自动控制的核心设备。通过驼峰测速雷达可实时测量钩车在减速器上的实时速度，通过雷达积分距离确定钩车较为准确的物理位置，为间隔调速及途停判断等提供速度参数，实现钩车减速器上全程速度跟踪等重要功能。通过踏板的计轴信息准确掌握辆数及相对位置，实现对摘错钩判断及减速器放头拦尾控制等功能。

1 现有雷达踏板接口

1.1 雷达测速原理及接口描述

当驼峰测速雷达以一个固定的频率向在减速器上运行的车辆发射连续信号时，如果目标相对于雷达运动（接近或远离），则雷达收到的反射波会发生频率变化，且相对运动的速度越快，接收频率相对于发射频率的变化量越大，这种现象称为多普勒效应。引起的频率变化量称为多普勒频率。

TW-2系统通过设置在减速器前方或后方的驼峰测速雷达进行雷达信号采集，雷达接口电路如图1所示，系统通过测量雷达多普勒脉冲周期，进而实时计算出运动中的车辆在减速器上的走行速度。

1.2 计轴踏板原理及接口描述

TW-2系统的计轴踏板是驼峰自动控制系统必要的基础设备，用于计量钩车轴数信息，一般选用无源车轮传感器。

计轴踏板的基本工作原理就是电磁感应。计轴踏板主体由感应线圈和永磁铁氧体构成，感应线圈处于永磁铁氧体恒定磁场中，计轴踏板的感应线圈两端分别连接系统机柜内板卡引出的DC 12 V电源。计轴踏板安装在钢轨的内侧，当车轮经过时，永磁铁氧体恒定的磁场被扰动，感应线圈瞬间产生电流，感应信号形式为正弦波，幅值为0.5～3 V，计轴踏板每经过一个车轮就发给驼峰系统一个计数脉冲，经系统检测处理后，就可以计算出钩车辆数。系统踏板接口电路如图1所示。

2 现有雷达踏板接口存在的问题

TW-2系统雷达常规接口方式为：全场雷达的工作电源为DC 12 V，安装在室外的驼峰测速雷达的信号电源采用机柜电流环的供电方式。全场驼峰测速雷达的DC 12 V的Z12为共用。TW-2驼峰测速雷达的采集原理结构如图2所示。

图中前级光耦为雷达输出光耦，由机柜直流开关电源供电，雷达信号通过电缆传输到机柜光耦，形成一个完整的电流环的环路。

TW-2系统踏板接口采集原理如图3所示，其方式为机柜直流开关电源为踏板信号供电，踏板感应信号通过电缆传输到机柜内，形成一个完整的闭合回路。

经过现场工程的实际使用，目前TW-2系统驼峰雷达测速和踏板计轴中存在以下问题。

1）雷达电源共用问题

雷达信号输出的两根芯线，其中一根为共用线，即DC 12 V的Z12，另一根线为独立芯线，当站场干扰信号较大时，每台雷达两根芯线上感应的干扰信号的幅值不尽相同。机柜输入光耦发光管的正负极输入幅值不同的干扰信号，由于直流开关电源DC 12 V的内阻极小，正负极交流信号阻抗几乎为零，易形成了雷达干扰，且这种干扰是一种差模干扰，难以消除。

2）机柜电源直接出楼的不隔离问题

由于雷达信号机柜供电电流环的特点，并且雷达和踏板都需要共用电源，形成的机柜直流开关电源出楼，易引起雷达和踏板的干扰。信号传输通道上发生异常接地，或者踏板绝缘层损坏造成的接地，都可能对雷达和踏板的采集造成影响。

3）峰上踏板丢轴问题

TW-2型系统的峰上踏板采集为A、B机并联方式。由于踏板工作电源与板卡直接连接，且感应信号未经处理直接并联两路采集电路，在踏板接地、性能下降和信号干扰等条件下，峰上踏板采集易出现丢轴问题。

3 雷达踏板接口改进方法

3.1 雷达采用独立供电和光耦隔离

T.CL-2A型雷达可以通过雷达工作电源（AC 220 V）变换提供雷达信号供电的DC 12 V电源，信号供电电源可更改为雷达供电电流环方式，按照电源分散的原则将雷达信号供电由机柜供电电流环改为雷达供电电流环。雷达信号周期通断信息的输出由新增光耦完成，变化后的接口采集示意电路如图4所示。

图4中前级光耦为新增光耦，后级光耦为机柜光耦，在前级光耦的输入端由于没有共用线，两根线上的干扰信号的幅值基本相等，实现差模干扰变为共模干扰，而光耦前级对共模干扰有较强的抑制作用，可较大程度改善控制系统对雷达信号的接收条件。

3.2 采集工作电源和室外工作电源相互独立、相互隔离

雷达接口电路改进后，控制系统采集使用的DC 12 V经雷达采集通道已不需出楼，而常用的无源踏板则需要信号电源。对此，为每台踏板设计独立的室外工作电源，该电源采用DC-DC变换器，将电源屏DC 24 V电源变换为DC 12 V踏板工作电源。同时，为减少峰上踏板丢轴问题，对踏板信号增加一次信号滤波整形放大电路处理，通过运算放大器比较后经两路新增光耦实现踏板信号双输出，解决峰上踏板信号未经相关处理前并联采集易丢轴的问题。

3.3 采用独立的雷达踏板接口单元盒

基于电源分散、光耦隔离的思路设计雷达踏板接口单元盒，雷达信号采集由机柜供电电流环更改为室外雷达自身供电电流环方式，实现每台雷达电源独立，针对踏板设置独立电源经雷达踏板接口盒变换后供室外踏板信号感应使用，实现控制系统雷达、踏板信号采集工作电源和室外雷达、踏板工作电源相互独立。同时对雷达踏板信号增加光耦隔离，且在雷达和踏板的输入电路均增加低压压敏电阻，进一步增加了室外信号的防雷效果。雷达踏板接口盒电路原理如图5所示。

雷达踏板接口盒主要由运放、光耦、DC-DC变换器、压敏电阻等组成，全部器件安装在一块印制板上，放入安全型继电器盒内，设计电路如图6所示。

通过光耦隔离方式完成保护功能，雷达踏板输入信号与输出信号占空比相同，频率也相同，幅值则没有比例关系。当输入电压信号经比较器输出到光耦器件，光耦导通，模块输出高电平信号；当输入电压为零时，光耦关断，模块输出低电平信号，输入与输出电源隔离。

当输入出现超高压信号时，首先经过防雷器件，同时隔离光耦也起保护作用，不会影响到输出端的设备，从而保障了驼峰室内设备安全可靠地运行。

4 工程应用

4.1 雷达踏板接口电路工程设计修改

TW-2系统雷达踏板接口改进后，需对工程设计电路图进行同步修改，雷达输入接口电路图和踏板接口电路图分别如图7所示。驼峰测速雷达需经供电改造，同时为雷达踏板盒提供电源屏DC 24 V供电。

4.2 现场应用效果

改进后的方案已经在白羊墅、德州上行、临沂、苏家屯下行驼峰等站场使用。雷达踏板接口更改后，有效解决了驼峰场速度控制过程中雷达测速、踏板计轴的干扰问题，接口改进站场雷达曲线平滑，均未再发生雷达干扰问题，接口改进前后典型雷达曲线对比如图8所示。

雷达踏板接口盒设置的信号LED显示灯设置规范直观，踏板脉冲计数准确，各路信号采集明晰，便于现场日常维护和故障判断，现场反应良好。

5 结束语

基于电源分散、光耦隔离设计的雷达踏板接口盒通过工程实践应用，有效解决了TW-2型驼峰控制系统测速设备雷达踏板信号干扰的问题，可在后续的自动化驼峰场中可进一步推广使用。