CN111152816A - 一种分布式的智能信号机控制*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分布式的智能信号机控制***，包括一全电子联锁控制单元和靠近相应信号机呈分布式设置的若干远程信号机控制单元，全电子联锁控制单元和远程信号机控制单元之间通过交换机进行以太网通信；全电子联锁控制单元由互为冗余的全电子联锁控制单元A系和全电子联锁控制单元B系组成，全电子联锁单元A系和B系均包括安全控制板1、安全控制板2以及安全监控板，远程信号机控制单元A系和B系均包括安全监控单元、安全控制器1、安全控制器2、安全驱动单元和安全采集单元。本发明极大程度减少了继电器的使用和室外电缆的使用，缩短了施工周期，同时也降低了***的故障概率和维护成本，提升了***可用性。

Description

一种分布式的智能信号机控制***

技术领域

本发明涉及轨道交通技术领域，具体涉及信号机控制***。

背景技术

信号机是铁路及城市轨道交通的轨旁基础设备，以地面信号为主体信号的铁路信号***，司机必须按照信号机的显示运行。因此信号机的正确显示是保障列车安全运营的基础。由于近年来，我国轨道交通的迅速发展，对施工周期的缩短，建设成本的降低以及后期现场维护成本的降低和运营效率的提升，都对信号***设计提出了新的要求。目前，既有的信号机控制方案已经由集中式的传统计算机联锁方案过渡到全电子联锁方案，在一定程度上降低了继电器的的使用程度，降低了室外电缆的使用总量，对可实施性和可维护性都有一定提升。

现有的全电子连锁***一般是采用机笼式安装的“集中式”的控制架构，不利于信号机分布密度低的场景。

集中式架构特点是：把***的安全电源板、安全控制板、安全输入输出板都放置在一个机笼，信号机板的输出通过长距离走线与信号机连接，如图1所示。

“集中式”控制方案最大的缺陷在于：输出板通过长距离走线控制信号机和采集信号机的状态信息，需要大量使用室外电缆。因为长距离走线对施工工艺要求高，且较多数量的电缆极易发生由混线导致的信号设备故障，甚至超过一定距离的信号机就不能直接长距离硬线控制。

为了解决信号机控制线长距离走线的问题，现有的一种方案是：使用“轨旁信号机控制单元”。如图2所示，与方式1最大区别在于长距离走线更改为通信单元，这种方式可以突破信号机输出板输出控制线长度的限制，更改为通过网络等方式进行长距离通信，减少的室外电缆的使用量。但这种方式最大缺点是：每一系轨旁控制单元需要1块电源安全板、2块安全控制板，1块信号机驱动板，如果两系的话需要2块电源安全板、4块安全控制板，2块信号机驱动板，成本极高，特别在于一个轨旁信号机控制单元只控制1台信号机的情况。

发明内容

本发明所要解决的技术问题就是提供一种分布式的智能信号机控制***，减少继电器的使用和室外电缆的使用，降低成本，并保证安全性和可用性。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种分布式的智能信号机控制***，包括一全电子联锁控制单元和靠近相应信号机呈分布式设置的若干远程信号机控制单元，所述全电子联锁控制单元和远程信号机控制单元之间通过交换机进行以太网通信，且采用铁路安全通信协议保障通信安全；

所述全电子联锁控制单元由互为冗余的全电子联锁控制单元A系和全电子联锁控制单元B系组成，所述全电子联锁单元A系和B系均包括安全控制板1、安全控制板2以及安全监控板，所述安全控制板1和安全控制板2采取双通道2取2同步比较，所述安全监控板实时监控安全控制板1和安全控制板2的状态，如果安全控制板故障，将输出通信关闭；

所述远程信号机控制单元由互为冗余的远程信号机控制单元A系和远程信号机控制单元B系组成，所述远程信号机控制单元A系和B系均包括安全监控单元、安全控制器1、安全控制器2、安全驱动单元和安全采集单元，所述安全控制器1和安全控制器2分别定时接收安全控制板1和安全控制板2下发的安全比较数据，当比较一致后输出喂狗脉冲信号DOG_Pluse1和DOG_Pluse2给安全监控单元，且定时上传安全采集单元的信息给全电子联锁控制单元，所述安全监控单元输出整个控制单元的看门信号，只有当看门信号有效时，才控制安全驱动单元正常进行驱动输出动作，从而驱动信号灯。

本发明采用上述技术方案，具有如下有益效果：

1、分布式智能信号机远程控制极大程度减少了继电器的使用和室外电缆的使用，缩短了施工周期，降低了施工工艺要求，降低了建设成本，同时也降低了***的故障概率和维护成本，提升了***可用性。

2、为满足***可用性，***中所有单元均有备份，即全电子联锁控制单元由互为冗余的全电子联锁控制单元A系和全电子联锁控制单元B系组成，远程信号机控制单元由互为冗余的远程信号机控制单元A系和远程信号机控制单元B系组成。

3、全电子联锁控制单元中，安全监控板实时监控安全控制板状态，如果安全控制板故障，将输出通信关闭；远程信号机控制单元中，安全监控单元输出整个控制单元的看门信号，只有当看门信号有效时，才能驱动信号灯，当***故障时，关闭安全电源，信号机输出为失电安全状态，当***采集到信号机状态异常时，如灯丝电流过大或过小等，当采集到信号机状态异常时，***会切断对外输出。因此，安全性高，满足安全完整性等级SIL4的要求。

本发明的具体技术方案及其有益效果将会在下面的具体实施方式中结合附图进行详细的说明。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述：

图1为集中式架构示意图；

图2为轨旁信号机控制单元架构示意图；

图3为本发明一种分布式的智能信号机控制***的***架构示意图；

图4为本发明远程信号机控制单元的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图3和图4所示，一种分布式的智能信号机控制***，包括一全电子联锁控制单元和靠近信号机呈分布式设置的若干远程信号机控制单元，所述全电子联锁控制单元和远程信号机控制单元之间通过交换机进行以太网通信，且采用铁路安全通信协议保障通信安全。

其中，所述全电子联锁控制单元由互为冗余的全电子联锁控制单元A系和全电子联锁控制单元B系组成，所述全电子联锁单元A系和B系均包括安全控制板1、安全控制板2、安全电源板、安全监控板，所述安全监控板实时监控安全控制板1和安全控制板2的状态，如果安全控制板故障，将输出通信关闭。

安全控制板1和安全控制板2承担着***的安全业务，采取双通道2取2同步比较，通过交换机实现与远程信号机控制单元进行数据信息交换。如图3所示，安全控制板1和安全控制板2分别通过通信A1和通信A2与交换机相连，远程控制单元A1、A2…AN的安全控制器1和安全控制器2分别通过通信A1-1、通信A1-2…通信A1-N和A2-1、通信A2-2…通信A2-N与交换机相连。一方面采集***所需的状态信息，另一方面表决后下发驱动指令，比如点亮通行灯或者点亮禁止灯等。同时，安全控制板的对外通信口受安全监控板监测，当安全监控板测到危险失效后会及时关闭对外通信网口的电源，切断对外通信。

所述远程信号机控制单元由互为冗余的远程信号机控制单元A系和远程信号机控制单元B系组成，所述远程信号机控制单元A系和B系均包括安全监控单元、安全控制器1、安全控制器2、安全驱动单元和安全采集单元，所述安全控制器1和安全控制器2分别定时接收安全控制板1和安全控制板2下发的安全比较数据，当比较一致后输出喂狗脉冲信号DOG_Pluse1和DOG_Pluse2给安全监控单元，且定时上传安全采集单元的信息给全电子联锁控制单元，所述安全监控单元输出整个控制单元的看门信号，只有当看门信号有效时，才控制安全驱动单元正常进行驱动输出动作，从而驱动信号灯。

综上，本发明采用分布式信号机远程控制，极大程度减少了继电器的使用和室外电缆的使用，缩短了施工周期的，降低了施工工艺要求，降低了建设成本，同时也降低了***的故障概率和维护成本，提升了***可用性。

本发明为满足***可用性，***中所有单元均有备份，即图中所示A、B系，互为冗余。全电子联锁单元A系和B系互为冗余，与远程信号机控制单元通信，一个信号机由两个互为冗余的远程信号机控制单元进行控制。

其中，所述远程信号机控制单元安装在信号机背部，有且只有以太网口与全电子联锁控制单元相连，并采用RSSP-II，即铁路安全通信协议II保证通信安全。一个全电子联锁控制单元可以与N个远程信号机控制单元相连接控制N个信号机，全电子联锁控制单元的性能和交换机的性能决定了***可以控制信号机的总量。

如图4所示，安全控制器1和安全控制器2定时接受通信1和通信2下发的安全比较数据，通信1和通信2是由安全控制板1和安全控制板2下发的，当比较一致后输出喂狗脉冲信号DOG_Pluse1和DOG_Pluse2给安全监控单元，只有当DOG_Pluse1和DOG_Pluse2两次脉冲时间在规定范围内，监控电路才输出稳定的有效电平信号DOG_Ctl_P和DOG_Ctl_N。

只有当DOG_Ctl_P有效时，信号机的点灯电源LED POWER才能顺利通过电源看门单元LED DOG的监测产生看门点灯电源DOG_LED_POWER输入到安全驱动单元。

安全控制器1和安全控制器2输出的控制信号MCU_Ctl_P和MCU_Ctl_N必须和DOG_Ctl_P和DOG_Ctl_N同时有效，安全驱动单元才能接收到有效的Ctl_P和Ctl_N信号，进行驱动输出动作，产生安全点灯电源SV_LED_POWER。

监控电路通过单稳态触发器实现，当有上升沿或者下降沿来临时，单稳态触发器从稳态切换到暂稳态，经过一定时间后，单稳态触发器又从暂稳态切换到稳态并且保持在稳态。单稳态触发器的暂稳态时间根据电阻电容确定。

监控电路的单稳态触发器对DOG_Pluse1和DOG_Pluse2的脉冲周期是否符合条件进行判断。

（1）当脉冲周期满足设计要求时，DOG_Ctl_P和DOG_Ctl_N输出有效，安全驱动单元可以被使能。

（2）当脉冲周期不满足设计要求时，DOG_Ctl_P和DOG_Ctl_N输出无效，安全驱动单元无法被使能。

将安全监控单元、安全控制器1、安全控制器2放置在同一个单板上。因而体积小，成本低，内置于信号机。

安全控制器1和安全控制器2通过通信1和通信2定时上传安全采集单元采集的信息给全电子联锁单元。

***内部也会有一系列的监测，监测数据反馈回异常时，就认为***故障了，比如通信中断，比如回检状态异常等。当***故障时，安全监控单元会切断安全驱动单元的输出控制，使得保持输出保持为失电安全状态。

当***采集到信号机状态异常时，如灯丝电流过大或过小等，安全监控单元会切断安全驱动单元的输出。

因而，通过上述多种安全设置，本发明满足安全完整性等级SIL4的要求。

除上述优选实施例外，本发明还有其他的实施方式，本领域技术人员可以根据本发明作出各种改变和变形，只要不脱离本发明的精神，均应属于本发明权利要求书中所定义的范围。

Claims (8)

1.一种分布式的智能信号机控制***，其特征在于：包括一全电子联锁控制单元和靠近相应信号机呈分布式设置的若干远程信号机控制单元，所述全电子联锁控制单元和远程信号机控制单元之间通过交换机进行以太网通信，且采用铁路安全通信协议保障通信安全；

所述全电子联锁控制单元由互为冗余的全电子联锁控制单元A系和全电子联锁控制单元B系组成，所述全电子联锁单元A系和B系均包括安全控制板1、安全控制板2以及安全监控板，所述安全控制板1和安全控制板2采取双通道2取2同步比较，所述安全监控板实时监控安全控制板1和安全控制板2的状态，如果安全控制板故障，将输出通信关闭；

所述远程信号机控制单元由互为冗余的远程信号机控制单元A系和远程信号机控制单元B系组成，所述远程信号机控制单元A系和B系均包括安全监控单元、安全控制器1、安全控制器2、安全驱动单元和安全采集单元，所述安全控制器1和安全控制器2分别定时接收安全控制板1和安全控制板2下发的安全比较数据，当比较一致后输出喂狗脉冲信号DOG_Pluse1和DOG_Pluse2给安全监控单元，且定时上传安全采集单元的信息给全电子联锁控制单元，所述安全监控单元输出整个控制单元的看门信号，只有当看门信号有效时，才控制安全驱动单元正常进行驱动输出动作，从而驱动信号灯。

2.根据权利要求1所述的一种分布式的智能信号机控制***，其特征在于：所述远程信号机控制单元安装在信号机内部。

3.根据权利要求1所述的一种分布式的智能信号机控制***，其特征在于：当DOG_Pluse1和DOG_Pluse2两次脉冲时间在规定范围内，安全监控单元才输出稳定的有效电平信号DOG_Ctl_P和DOG_Ctl_N；只有当DOG_Ctl_P有效时，信号机的点灯电源才能输入到安全驱动单元；安全控制器1和安全控制器2输出的控制信号MCU_Ctl_P和MCU_Ctl_N必须和DOG_Ctl_P和DOG_Ctl_N同时有效，安全驱动单元才能正常进行驱动输出动作。

4.根据权利要求3所述的一种分布式的智能信号机控制***，其特征在于：所述安全监控单元包括单稳态触发器，所述单稳态触发器对DOG_Pluse1和DOG_Pluse2的脉冲周期是否符合条件进行判断。

5.根据权利要求1所述的一种分布式的智能信号机控制***，其特征在于：所述安全监控单元、安全控制器1、安全控制器2设置在同一个单板上。

6.根据权利要求1所述的一种分布式的智能信号机控制***，其特征在于：VC单板的对外通信口受安全电源板监测，当安全电源板测到危险失效后会及时关闭系对外通信网口的电源，切断对外通信。

7.根据权利要求1所述的一种分布式的智能信号机控制***，其特征在于：当***故障时，安全监控单元会切断安全驱动电源的输出控制，使得保持输出保持为失电安全状态。

8.根据权利要求1所述的一种分布式的智能信号机控制***，其特征在于：当采集到信号机状态异常时，***会切断对外输出。

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