ELECTRONICS WORLD・技术交流普速铁路车站调度集中系统
电源切换研究
引言
既有调度集中车站子系统一般采用单路输入电源供电，输入电源通过一个电源切换箱实现A、B系UPS冗余供电，并在A、B系UPS均故障的情况下，能够自动切换到旁路供电。该切换箱虽然在过去发挥了一定作用，但随着近几年调度集中系统的发展，该切换箱已经在多个路局的个别车站出现故障，已逐渐无法满足系统需要。1.既有切换方案
图1为电源箱原理图。
图1 既有电源切换原理图
1.1 原理
既有调度集中车站分机电源切换通过三个交流接触器分别控制UPS-A、UPS-B、电源屏直接供电。通过三个交流接触器的互锁逻辑保证只能有一个输出，而通过两个延时继电器J1、J2实现UPS-A、UPS-B任何一路正常时优先选择UPS-A或UPS-B供电而不转为电源屏直接供电，电源切换过程约在100～120ms内完成。1.2 主要故障现象
1）电源屏模块自保护，调度集中车站子系统断电；2）电源切换时导致部分负载设备断电重启，如工控机、路由器；3）对于较大车站，电源切换不成功，调度集中车站子系统断电。1.3 分析
1）电源屏模块自保护，经过分析，有如下原因：
a）电源切换时产生了很大的冲击电流，正常工作电流为7.5A，电源切换时冲击电流峰值达到了70A，如图2所示；
b）电源屏模块容量偏小，并且没有对瞬间冲击电流进行保护性设置。
卡斯柯信号有限公司 杜 鑫 刘可昌
图2 现有电源切换箱切换波形
2）部分设备断电重启
a）故障车站断电重启的设备主要是工控机、路由器、交换机等设备，经分析发现，这些设备多数已在现场运行了多年。由于设备电源在长期使用后电容性能下降，导致设备对电源切换中断恢复的时间要求越来越苛刻。一般工控机电源断电保持时间是40ms左右，但性能下降后，示波器捕捉到有个别工控机在25ms就出现断电重启的情况。
b）对于特别大的站，由于负载更大，电源切换过程中冲击电流也更大，造成交流接触器不能正常快速吸起、落下，整个电源切换过程的时间拉长，进而出现设备断电重启，甚至整个调度集中车站子系统负载断电的情况。
3）电源切换不成功
对于规模较大的车站，由于设备更多，所以电源负载大，系统UPS已接近80%，转换过程的瞬间冲击电流的有可能造成UPS启动自保护，引起交流接触器无法正常吸起或落下，电源切换不成功，调度集中车站子系统断电。
以上故障给车务行车指挥和电务维护都带来了很大的影响。为此，必须研究一种新的电源供电方案解决上述问题。
图3 改进型电源方案原理图
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ELECTRONICS WORLD・技术交流2.新电源方案
当电源屏为调度集中车站子系统提供两路电源时，A、B系电源完全。在A、B系中分别增加了一个电源电子切换装置，在UPS正常的情况下，负载设备电源由UPS来提供；一旦UPS故障，电源电子切换装置能够自动切换到旁路供电。以下图3为原理图。2.1 实现原理
电源屏提供两路输入电源模块，调度集中系统将A、B系电源分开供电，保证任一系断电另一系仍能正常供电。
电源屏模块输入经UPS接入电源电子切换装置输入端口1；同时，将电源屏模块输入直接接入电源电子切换装置输入端口2，并设置UPS供电为默认状态。
当电源屏模块供电正常，UPS工作正常时，系统默认由UPS输出正常供电。
当电源屏模块供电正常，UPS故障时，系统自动转换为电源屏模块直接供电。
当电源屏模块供电故障，UPS工作正常时，系统由UPS电池逆变输出供电；电池放电完成前如果电源屏模块供电恢复正常，则系统由UPS输出正常供电；否则电池电量放完后该系调度集中车站子系统负载断电。
当电源屏模块供电故障，UPS故障时，该系调度集中车站子系统负载断电。2.2 实验验证
3～4A，有效降低了单个电源模块和单台UPS的负荷；且A、B系供电，保证一系停电，另一系能够正常工作，满足QCR 518-2016《调度集中系统技术条件》的要求。
2）引入电子双路电源切换装置，该装置切换时间短，两路切换时间典型值为8-12ms，最大值为18ms；
3）双路电源切换装置还能实现在零相位点切换，从而可以防止大的冲击电流的产生。
4）旁路电路的设计，尽可能保证了UPS故障时系统仍持续供电，也便于用户维修、更换UPS。
图4 改进方案电源切换波形
3.结束语
本文对普速铁路车站调度集中系统电源切换方案进行了研究，引入了电子的双路电源切换装置，该装置既加快了电源切换时间，有效避免负载断电重启；也有效抑制电源切换过程中产生的瞬间冲击电流，大大提高了系统的可靠性和可用性。该方案已经在卡斯柯信号有限公司许多普速调度集中、列车调度指挥系统项目中试用，现场反馈效果良好，有很好的借鉴价值。
参考文献
[1]董军旺.CTC系统中电源控制部分的设计和研究[J].铁道通信信号,2008,44(6):27-28.
1）根据图3改进型电源方案搭建测试环境，经测试，切换波形如图4所示；
2）从图4可看出，电子电源切换装置切换时间短，即使在7A正常工作情况下，切换时冲击电流也只有28A，相比图2大幅下降。2.3 可行性分析
1）实现A、B系电源供电完全，即电源屏提供两个不同的电源模块分别给A、B系供电，改进后正常工作的电流降低为
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2.3 系统软件设计
具体的测距原理就是：前车防碰撞系统会在时间点t1，t2，...，tm发连续发射m个脉冲信号，由于后车与前车保持一定的距离，后车在时间点T1，T2，...，Tm接收到m个脉冲信号，则可以求出前车与后车的距离：试，要确保硬件设计焊接没有问题。软件的设计要配合硬件电路进行调试，分模块的调试最小系统、距离探测单元、声光报警单元及辅助制动模块，最后完成整机调试。
3.结束语
由于电磁波的速度与光速接近，这里脉冲波速度采用光速c。在汽车启动后，汽车防碰撞系统开始初始化，前车定时先后车发送特定的脉冲波，后车通过接收脉冲波来计算与前车的距离。由于汽车行车速度不同需要的安全距离也不同，当汽车速度达到20km以上的时候，汽车开始进入监控状态，汽车在行进过程中要保持足够的安全距离[4]。一般来说人们常常以“3s原则”来判断，比如行驶速度108km/h，也就是30m/s，则安全距离就是90m；行驶速度72km/h，也就是20m/s，则安全距离就是60m，则根据速度以“3s原则”来求得的距离作为安全距离的标定值。
后车防碰撞系统不断测定与前车的行车距离，依据行车速度不同，与相应的安全距离标定值进行比较，行车距离接近安全距离15%范围内，系统开始提示驾驶员提示预警信息采取措施，如果驾驶员没有动作，则汽车防碰撞系统辅助制动，直到驾驶员踩下刹车或到达安全距离，辅助制动停止。2.4 系统调试
系统分为软件和硬件两部分，硬件部分包括最小系统的调试，距离探测单元，声、光及显示器预警单元以及汽车辅助制动模块调
传统的汽车防碰撞系统，大都是基于红外雷达、超声波及毫米波等雷达测距完成的，红外探测范围有限，超声波测距容易受外界环境影响，毫米波测距系统结构复杂成本高等不足。本文提出的汽车防碰撞系统，通过前车向后车主动发送信号，由后车完成测距，可靠性更高，系统简单易用、成本较低，同时系统还具有进一步升级定位、导航功能的潜力，更易融入未来发展的车载物联网。参考文献
[1]《道路交通运输安全发展报告（2017）》.
[2]马骏.高速公路行车安全距离的分析与研究[J].西安公路交通大学学报,1998,18(4):90-94.
[3]STM32F103中文数据手册.
[4]于广鹏等.汽车防碰撞预警／碰撞算法研究现状及分析[J].山东理工大学学报,2014,6(28):1-5.
作者简介：张红月（1988－），男，汉族，陕西宝鸡人，现就职于陕西国防工业职业技术学院教师，硕士，助教。
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