專業(yè)基礎(chǔ)訓(xùn)練報告

1、 專業(yè)基礎(chǔ)訓(xùn)練報告 學(xué)生成績： 學(xué)生學(xué)號： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 提交日期： 電氣信息學(xué)院通信教研室目錄1.實習(xí)內(nèi)容概述22國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析及評價23.實習(xí)理論知識準(zhǔn)備33.1 多車四顯示自動閉塞系統(tǒng)33.2移頻信號基本原理43.3移頻信號的產(chǎn)生方法63.4閉塞區(qū)間信號燈的意義及編碼部分74.LabVIEW仿真具體實施過程74.1信號燈顯示前面板仿真設(shè)計74.2列車移頻信號顯示程序設(shè)計105專業(yè)實習(xí)的目的與意義136參考文獻(xiàn)：131. 實習(xí)內(nèi)容概述隨著我國高速鐵路和地鐵的快速發(fā)展，自動閉塞系統(tǒng)作為鐵路信號最關(guān)鍵的技術(shù)之一，這也備受各國的普遍重視。自動閉塞技術(shù)經(jīng)濟效果顯著，為適應(yīng)我國鐵路運輸

2、現(xiàn)代化的需要，我們提出了“多車自動四顯示閉塞系統(tǒng)的設(shè)計”并對其進(jìn)行建模和仿真。我們選用具有LabVIEW成熟技術(shù)工具的PC機作為上位機，對模擬列車的控制，完成對列車區(qū)間運行過程的全景模擬，完成區(qū)間信號的傳遞模型建立與顯示，完成信號機的實時邏輯控制，完成列車的行進(jìn)速度控制。2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析及評價我國以前運用的自動閉塞系統(tǒng)主要是交流計數(shù)電碼自動閉塞系統(tǒng)、極性頻率脈沖自動閉塞系統(tǒng)（簡稱極頻）、移頻自動閉塞系統(tǒng)三種。交流計數(shù)電碼閉塞系統(tǒng)是20世紀(jì)50年代后期從當(dāng)時的蘇聯(lián)引進(jìn)的，極頻、移頻自動閉塞系統(tǒng)是我國20世紀(jì)60年代自行研制的。包括交流計數(shù)電碼、極頻制式，以及4信息、8信息、18信息移頻自動閉

3、塞系統(tǒng)。他們共同的特點是可靠性不夠高，信息量太少，抗干擾能力不夠高，不能滿足列車提速、增加行車密度、增大載重量和電氣化的需要。 到了20世紀(jì)90年代，隨著我國鐵路運輸?shù)陌l(fā)展，需要發(fā)展四顯示自動閉塞系統(tǒng)、雙線雙向自動閉塞系統(tǒng)以及列車超速防護(hù)，而原來的自動閉塞系統(tǒng)不能滿足這些要求，急需研制新型的自動閉塞系統(tǒng)。新型的自動閉塞系統(tǒng)必須適應(yīng)提高列車運行速度和行車密度的需要，適應(yīng)重載運輸?shù)男枰?，適應(yīng)電氣化鐵路發(fā)展的需要，提高設(shè)備的可靠性和安全性，并逐步建立起我國的自動閉塞系統(tǒng)、機車信號和列車運行超速防護(hù)的完整體系。但如果丟開現(xiàn)有的發(fā)展基礎(chǔ)，重新開始研制新制式，無論從是時間上還是技術(shù)發(fā)展上都不現(xiàn)實，無疑會延

4、誤我們的發(fā)展進(jìn)程。最好的辦法是選擇一條有中國特色的符合國情的便捷的道路。即在我國現(xiàn)有的自動閉塞系統(tǒng)基礎(chǔ)上，吸收國外先進(jìn)技術(shù)，對現(xiàn)有制式作進(jìn)一步改進(jìn)和提高。所以，經(jīng)過比選和考查，1992年在京廣線鄭州鐵路局“鄭武線”上首次引進(jìn)了法國的um71和tvm300系統(tǒng)。引進(jìn)后馬上進(jìn)行了二次開發(fā)，以適應(yīng)我國有別于國外的客貨混運、股道沒有保護(hù)區(qū)段等特點，后推廣至京廣線、廣深線、京山線和沈山線，并迅速實現(xiàn)國產(chǎn)化，適應(yīng)了我國的需要。 在UM71型無絕緣移頻自動閉塞系統(tǒng)國產(chǎn)化的進(jìn)程中，我國自行開發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的WG-21A和ZPW-2000系統(tǒng)無絕緣移頻自動閉塞系統(tǒng)。WG-21A型在UM71的基礎(chǔ)上，用單片

5、微機和數(shù)字信號處理技術(shù)代替了晶體管分立元件，提高了系統(tǒng)的可靠性。ZPW-2000系統(tǒng)對UM71進(jìn)行了重大改進(jìn)，除采用單片微機和數(shù)字信號處理技術(shù)以外，還解決了調(diào)諧區(qū)段鬼檢查、諧振單元斷線和調(diào)諧區(qū)死區(qū)長度以及拍頻干擾等技術(shù)難題，是目前最為先進(jìn)的制式。ZPW-2000系統(tǒng)自動閉塞系統(tǒng)具有自主知識產(chǎn)權(quán)，有較高的安全度、可靠的分路保證、斷軌檢查功能，能抗電氣化大電流干擾，傳輸特性好，適應(yīng)于無縫線路、雙方向、四顯示以及發(fā)展列車自動控制的要求。采用ZPW-2000系列統(tǒng)一我國鐵路自動閉塞制式，這是今后一個時期自動閉塞發(fā)展的基本技術(shù)政策。所以，我國自動閉塞系統(tǒng)基本建設(shè)、更新改造和大修工程中，統(tǒng)一采用ZPW-2

6、000系列，加速淘汰交流計數(shù)電碼、極頻制式，以及4信息、8信息、18信息移頻自動閉塞系統(tǒng)。ZWP-2000系列無絕緣移頻自動閉塞系統(tǒng)包括ZPW-2000A型和ZPW-2000R型無絕緣移頻自動閉塞系統(tǒng)?，F(xiàn)在主要使用的是ZPW-2000A型無絕緣移頻自動閉塞系統(tǒng) ，到2005年底，全國鐵路有自動閉塞22432.5km，其中四顯示自動閉塞15479.9km，ZPW-2000等主流制式自動閉塞13519.6km，占自動閉塞的60.3%，占四顯示自動閉塞的87.3%。3.實習(xí)理論知識準(zhǔn)備3.1 多車四顯示自動閉塞系統(tǒng)當(dāng)信號燈顯示為紅燈時，仿真列車速度自動減至0;當(dāng)前方信號機顯示為黃燈時，仿真列車速度會

7、自動減到第一檔次0 Km/h到80 Km/h，當(dāng)前方信號燈為黃綠時，列車速度會自動減到第二檔次0 Km/h到150 Km/h，當(dāng)前方信號燈顯示綠色時，列車速度可在第三檔次0 Km/h到350 Km/h內(nèi)自由選擇。（1）初始條件下各信號機全點亮綠燈；（2）前列車進(jìn)入?yún)^(qū)間1，信號燈1由綠轉(zhuǎn)紅；（3）前列車正常進(jìn)入?yún)^(qū)間2，信號燈2由綠轉(zhuǎn)紅，信號燈1由紅轉(zhuǎn)黃，同時后列車可緩慢前行，減速進(jìn)入?yún)^(qū)間1，信號燈1由黃轉(zhuǎn)紅；（4）如果信號燈2一直持續(xù)紅，則后列車將會停在區(qū)間1某點；（5）前列車進(jìn)入?yún)^(qū)間3，信號燈3由綠轉(zhuǎn)紅，信號燈2由紅轉(zhuǎn)黃，此時后列車在區(qū)間1，后列車可減速前行；（6）如果信號燈3一直紅，則后列車

8、進(jìn)入?yún)^(qū)間2將會停在某點；（7）前列車進(jìn)入?yún)^(qū)間4，信號燈4由綠轉(zhuǎn)紅，信號燈3由紅轉(zhuǎn)黃，則后列車可正常進(jìn)入?yún)^(qū)間2；（8）前列車進(jìn)入?yún)^(qū)間5，信號燈5由綠變?yōu)榧t，信號燈4由紅變?yōu)辄S，信號燈3由黃變?yōu)辄S綠，后列車若沒有進(jìn)來則其余信號燈均為綠色。（9）同上，以此類推。3.2移頻信號基本原理移頻信號是利用載波的頻率變化來傳遞數(shù)字信息的一種信號。鐵路上通用的移頻信號為2FSK。在2FSK 中，載波的頻率隨2 進(jìn)制基帶信號在f1和f2 兩個頻率點間變化。故其表達(dá)式為：典型波形如圖1.2.1 所示.圖1.2.1 2FSK典型波形圖有圖可見，2FSK 信號可以看成是有兩個不同載頻的2ASK 信號的疊加。因此，2FS

9、K 信號的時域表達(dá)式為：式中：g(t)為單個矩形脈沖，脈寬為Ts；jn 和qn 分別是第n 個信號碼元（1 或0）的初始相位，通?？闪钇錇榱恪Ｒ虼?，2FSK 信號的表達(dá)式可簡化為:其中移頻信號產(chǎn)生與顯示程序如圖1。用兩個不同的載頻通過正弦信號發(fā)生器得到兩個不同頻率的載波，載頻值由局部變量讀取區(qū)間位置信息后輸入到正弦信號發(fā)生器的輸入端，基頻信號也由局部變量讀取區(qū)間位置信息后輸入到方波信號發(fā)生器的輸入端。幅度與偏移量均設(shè)定為0.5，原因為產(chǎn)生占空比為50%的0、1方波，初始相位設(shè)為0 便于觀測。由于最高載頻高達(dá)2700 以上，所以采樣率統(tǒng)一設(shè)為8K，為兼顧程序運行的效率和滿足監(jiān)測需求，采樣點數(shù)設(shè)定

10、為1K?；l信號經(jīng)減一后取絕對值就完成了反相功能，此時用不同的載波和基頻信號以及反向后的基頻信號相乘疊加就會出現(xiàn)出所需移頻信號。由于載頻較高且兩個載頻相差不大，所以得到的移頻信號并不典型，為更便于觀測，筆者設(shè)計了均方根FFT頻譜顯示，表示出功率密度與頻譜的關(guān)系。如圖1為基頻為23.5，載頻為1998.7HZ和2001.4HZ 時的頻移信號，圖3 為此時的頻譜圖。3.3移頻信號的產(chǎn)生方法2FSK 信號的產(chǎn)生方法主要有2 種。一種是采用模擬調(diào)頻電路來實現(xiàn)：信號在相鄰碼元之間的相位是連續(xù)變化的；另一種是鍵控法來實現(xiàn)：相鄰碼元之間的相位不一定連續(xù)。本設(shè)計是采用鍵控法來產(chǎn)生2FSK 信號的,其圖如1.3

11、.1所示。圖1.3.1 鍵控法產(chǎn)生2FSK 信號原理圖3.4閉塞區(qū)間信號燈的意義及編碼部分通過LabVIEW 中的顯示控件可以模擬出所有的信號燈，由于本次設(shè)計針對的是高速鐵路的閉塞區(qū)間防護(hù)，所以信號燈組合有綠、綠黃、雙黃、雙黃閃、半紅半黃閃、紅黃五種?？刂贫擞奢斎肟丶械拈_關(guān)按鈕實現(xiàn)，信息的編碼和顯示按照相關(guān)技術(shù)條例進(jìn)行。上行線使用2000 HZ 和2600 HZ 交替排列，下行線用l700HZ和2300 Hz 交替排列。頻偏為11HZ。低頻調(diào)制信號Fc(低頻信息)從10.3 HZ至29 HZ 按1.1 HZ 遞增共18 種。即這18 種低頻信息分別為：10.3 HZ、11.4HZ、12.5

12、HZ、13.6 HZ、14.7 HZ、15.8 HZ、16.9 Hz、18 HZ，19.1 HZ、20.2 HZ、21.1H2、22.4 HZ、23.5 HZ、24.6 HZ、25.7HZ、26.8 HZ、27.9 HZ、29 HZ。通過條件選擇與組合可以實現(xiàn)所需功能。FSK 信號邏輯是按照ZPW-2000 型無絕緣移頻自動閉塞系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計的，其標(biāo)準(zhǔn)載頻為1700、2000、2300、2600Hz。其中，上行線使用2000Hz 和2600Hz交替排列，下行線使用1700Hz 和2300Hz 交替排列。地面信號低頻頻率如下：1.L 碼為11.4Hz。2.LU 碼為13.6Hz。3.U碼為16.

13、9Hz。4.H 碼碼為29Hz。4.LabVIEW仿真具體實施過程4.1信號燈顯示前面板仿真設(shè)計（1）創(chuàng)建一個新的VI。在LabVIEW2013的啟動界面，執(zhí)行菜單命令“文件”/“新建VI”，創(chuàng)建一個新的VI。此時會出現(xiàn)LabVIEW的前面板，如圖2.1所示。圖2.1 LabVIEW的前面板（2）執(zhí)行菜單命令“窗口”/“顯示程序框圖”，進(jìn)入程序框圖界面，如圖2.2所示。圖2.2 新建VI的程序框圖界面（3）在前面板界面右鍵選擇“布爾”中的 “圓形指示燈“，右鍵“指示燈”在屬性中設(shè)置燈顏色；因為在我們的仿真中一共是6個區(qū)間，因此共設(shè)置6架信號機，如下圖2.3所示：圖2.3 信號機前面板設(shè)計仿真圖

14、（4）用同樣的方法，在前面板上添加“水平互動桿”控件，在右鍵屬性中修改滑動桿的長度為011000，設(shè)置合適的滑動桿長度，并通過右鍵控件在“高級”“自定義”中將游標(biāo)替換成小火車圖標(biāo)。如下圖2.4所示：圖2.4 鐵路軌道前面板設(shè)計仿真圖（5）在前面板上添加給定速度值，數(shù)值為雙精度64位實數(shù)，并添加列車運行速度儀表盤。并添加停止按鈕。圖2.5 列車模擬運行過程前面板設(shè)計（6）后面板程序設(shè)計使用“條件結(jié)構(gòu)”， 條件選擇器標(biāo)簽顯示相關(guān)分支執(zhí)行的值?？芍付▎蝹€值或一個值范圍。通過條件選擇器標(biāo)簽還可指定默認(rèn)分支。子程序框圖（分支）包含連線至條件選擇器接線端的值與條件選擇器標(biāo)簽中的值相匹配時，執(zhí)行的代碼。右鍵

15、條件結(jié)構(gòu)邊框并選擇相應(yīng)選項，可修改子程序框圖的數(shù)量或順序。選擇器接線端根據(jù)輸入數(shù)據(jù)的值，選擇要執(zhí)行的分支。輸入數(shù)據(jù)可以是布爾、字符串、整數(shù)、枚舉類型或錯誤簇。連線至選擇器接線端的數(shù)據(jù)類型決定了可在條件選擇器標(biāo)簽中進(jìn)入的分支。（7）根據(jù)信號燈的顯示邏輯進(jìn)行后面板的連線設(shè)計。共設(shè)計7個case分支，每個分支根據(jù)各個區(qū)間信號機的顯示情況進(jìn)行連線，程序設(shè)計框圖2.6如下所示：圖2.6 信號機顯示程序設(shè)計（8）整個運行程序放置于while循環(huán)中子程序框圖包含每個迭代While循環(huán)執(zhí)行一次的代碼。計數(shù)接線端(i)提供當(dāng)前的循環(huán)計數(shù)。第一個迭代的循環(huán)計數(shù)始終從零開始。如循環(huán)計數(shù)超過2,147,483,647

16、（即231-1），在后續(xù)循環(huán)中，計數(shù)接線端的值保持為2,147,483,647。如需保存大于2147483647的循環(huán)次數(shù)，可使用表示更大范圍整數(shù)的移位寄存器。條件接線端根據(jù)布爾輸入值決定是否繼續(xù)執(zhí)行While循環(huán)。如需指定循環(huán)是否在布爾值為TRUE或FALSE時停止，請配置循環(huán)的連續(xù)動作。還可通過連線錯誤簇至條件接線端配置循環(huán)停止的時間。其中列車運行速度由數(shù)值如控件輸入，為了實現(xiàn)列車運行速度檔的合理設(shè)計，我們將給定的速度進(jìn)行5倍的放大處理，以滿足仿真的實際需求。在while循環(huán)中添加移位寄存器。實現(xiàn)當(dāng)列車運行一圈之后，列車?yán)^續(xù)從零點開始運行，因此我們在設(shè)計中添加了，具有“真假”邏輯值的cas

17、e語句。所述的case語句分支選擇器判斷根據(jù)列車在一圈的行程來判斷。Case語句功能為當(dāng)檢測到列車運行里程數(shù)超過11000時將移位寄存器清零，當(dāng)列車運行行程未超過11000時，將已行駛里程數(shù)送入while循環(huán)移位寄存器中，并將里程數(shù)值輸入到滑動桿控件里，并通過有標(biāo)的指示來模擬顯示列車的實際運行情況。其整體程序框圖設(shè)計如下圖2.9所示：圖2.9 列車運行情況程序設(shè)計框圖4.2列車移頻信號顯示程序設(shè)計（1）創(chuàng)建一個子VI，在前面板上創(chuàng)建兩個波形圖控件，并分別修改標(biāo)簽為波形圖和2FSK信號波形，如圖2.10所示，圖2.10 波形圖及頻譜（2）切換至程序框圖，從“函數(shù)”-“波形”-“模擬波形”-“生成

18、波形子選板中選擇方波，函數(shù)放入程序框圖中。（3）設(shè)置方波接線端，其中偏移量為0.5，頻率為基頻，幅值為0.5，相位為0，采樣頻率為8k，采樣點數(shù)為200個，占空比為50%。（4）按照步驟（2）和步驟（3）重新創(chuàng)建兩個正弦波形函數(shù)，并設(shè)置相應(yīng)的輸入控件值為載頻值1，載頻值2，輸入相位值，采樣頻率值為8K，采樣點數(shù)為200個。根據(jù)2FSK 信號的表達(dá)式，將兩個正弦波的輸出量分別與方波的輸出量相乘，結(jié)果求和后作為輸出，加入頻譜測量后輸出波形圖，并輸出2FSK 信號信號波形。后面板程序設(shè)計如圖所示。圖2.11 后面板程序設(shè)計（5）編輯VI圖標(biāo)。用鼠標(biāo)右鍵單擊VI右上角的圖標(biāo)-選擇“編輯圖標(biāo)選項，打開V

19、I圖標(biāo)編輯器-創(chuàng)建子VI的圖標(biāo)。（4）建立連接端子。連接端子用于子VI的數(shù)據(jù)輸入和輸出。用鼠標(biāo)右鍵單擊VI前面板右上角的圖標(biāo)-選擇“顯示連線板”，此時圖標(biāo)會變成 ，其中的每一個小方格代表一個端子。再次用鼠標(biāo)右鍵單擊該圖標(biāo)-選擇模式下的兩端子模式-單擊左側(cè)的小方格，光標(biāo)會變成線軸形狀-單擊輸入控件“區(qū)間基頻”和“區(qū)間載頻”，就實現(xiàn)了該端子與輸入控件的相連。用同樣的方法連接波形顯示”輸出控件。連接完成后，打開”幫助“下拉菜單的“顯示即時幫助”選項，將光標(biāo)放在右上角剛剛創(chuàng)建的圖標(biāo)上，即可看見子VI的預(yù)覽，如圖2.11所示。圖2.11 子VI預(yù)覽（5）保存該VI，命名為“未命名3”。保存該VI后，就可

20、以在其他VI中調(diào)用剛剛保存的子VI。（6）在前面板上右鍵鼠標(biāo)，添加“波形圖”控件，點擊控件進(jìn)入后面板編輯界面，如圖所示在之前創(chuàng)建的VI程序中繼續(xù)編輯，首先新增一個case條件結(jié)構(gòu)，將列車在不同區(qū)間內(nèi)的移頻信號信息填寫到case語句內(nèi)。仿真機目前已通過第一分區(qū)。圖2.12 見面板波形控件位于第一分區(qū)內(nèi)：第一分區(qū)信息碼為：L基帶頻率為11.4Hz第二分區(qū)信息碼為：L基帶頻率為11.4Hz第三分區(qū)信息碼為：L基帶頻率為11.4Hz第四分區(qū)信息碼為：L基帶頻率為11.4Hz第五分區(qū)信息碼為：L基帶頻率為11.4Hz第六分區(qū)信息碼為L基帶頻率為11.4Hz位于第二分區(qū)內(nèi)：第一分區(qū)信息碼為：U基帶頻率為16.9Hz第二分區(qū)信息碼為：H基帶頻率為29Hz第三分區(qū)信息碼為：L基帶頻率為11.4Hz第四分區(qū)信息碼為：L基帶頻率為11.4Hz第五分區(qū)信息碼為：L基帶頻率為11.4Hz第六分區(qū)信息碼為：L基帶頻率為11.4Hz位于第三分區(qū)內(nèi)：第一分區(qū)信息碼為：LU基帶頻率為13.6Hz第二分區(qū)信息碼為：U基帶頻率為16.9Hz第三分區(qū)信息碼為：H基帶頻率為29Hz第四分區(qū)信息碼為：L基帶頻率為11.4Hz第五分區(qū)信息碼為：L基帶頻率為11.4H