CN212098886U - 一种冗余结构轨道电路读取器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种冗余结构轨道电路读取器，包括TCR主机和接收线圈；所述TCR主机，用于接收并处理来自接收线圈的轨道信号，译码出相应的机车信号信息，并将译码出的机车信号信息传送给ATP；所述接收线圈，用于通过电磁感应原理从轨道电路中接收轨道信号，并将接收的轨道信号发送给TCR主机，TCR主机对接收的轨道信号进行处理。本实用新型在不改变、不增加ATP的接口形式、接口通讯协议的情况下，无缝切换故障的轨道电路读取器系，实现了轨道电路读取器完全冗余，在轨道电路读取器单系故障的情况下，不需要ATP切系，提高了列车的运营效率。

Description

一种冗余结构轨道电路读取器

技术领域

本实用新型属于轨道电路领域，特别涉及一种冗余结构轨道电路读取器。

背景技术

列车运行控制***是目前高速铁路的核心安全***，其中轨道电路***作为列车运行控制***的基础设备，用于检查钢轨的断轨与列车的占用位置，同时向列车传送前方区段空闲的数量及前方的区段的情况等，以确保列车的安全可靠运行。

如图11所示的现有技术中，其适应的应用场景为ATP(Automatic TrainProtection：列车自动防护***)冷备方式(构成冗余的2系ATP只有一系上电，另一系断电，切换时需要关断故障系ATP电源，打开备用系ATP电源)。2块主控模块为冗余结构，2块通信模块只有一块处于工作状态(和主系ATP连接的通信模块处于工作状态，另一块处于备用状态，在ATP切系时，原工作通信模块宕机，原备用通信模块在ATP切系后进入工作状态)。

例如，当和第一通信模块连接的ATP处于工作状态时，第一通信模块也处于工作状态，第二通信模块处于备用状态，第一主控模块和第二主控模块将自身的输出结果传输给第一通信模块，并受第一通信模块的命令控制。第一或第二主控模块通过竞争机制决定出工作的主控模块(另一主控模块为备用主控模块)。第一通信模块将工作的主控模块的信息输出给ATP，在工作的主控模块故障的情况下，另一备用主控模块成为工作的主控模块(原工作的主控模块宕机)。

这种冗余结构可实现主控模块的冗余，但不能实现通信模块的冗余。若处于工作状态的第一通信模块发生故障宕机后，和第一通信模块连接的主系ATP将宕机。车辆将制动停车，司机需要关断原主系ATP的电源，给备用系ATP电源上电，并重新开始初始化列车自动防护***。由于通信模块不能做到真正的冗余，故障的情况下，需要ATP切系，直接影响了列车的运营效率。

因此，如何解决通信模块无法冗余工作的问题越来越成为亟待解决的技术问题。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型涉及一种冗余结构轨道电路读取器，包括TCR主机和接收线圈；

所述TCR主机，用于接收并处理来自接收线圈的轨道信号，译码出相应的机车信号信息，并将译码出的机车信号信息传送给ATP；

所述接收线圈，用于通过电磁感应原理从轨道电路中接收轨道信号，并将接收的轨道信号传输给TCR主机，TCR主机对接收的轨道信号进行处理。

优选的，所述TCR主机包括主控模块、通信模块和记录模块；

所述主控模块与所述通信模块通过CAN通信连接；

所述主控模块，用于对轨道信号进行处理，然后将处理后的结果发送给所述通信模块；

所述通信模块，用于接收ATP的控制命令，比较后发送给主控模块；用于接收所述主控模块发送的轨道信号，比较后发送给ATP；

所述记录模块，用于存储所述接收线圈上的轨道信号。

优选的，所述主控模块包括第一译码单元和第二译码单元；

所述第一译码单元和所述第二译码单元通过SPI通信连接；

所述第一译码单元、第二译码单元，分别对轨道信号进行独立译码，译码出相应的机车信号信息，并将译码出的机车信号信息分别发送给所述通信模块。

优选的，所述通信模块包括第一通信单元和第二通信单元；

所述第一通信单元和所述第二通信单元通过SPI通信连接；

所述第一通信单元：用于与所述第二通信单元同时接收ATP的控制命令，并与所述第二通信单元对比一致后，发送给所述第一译码单元和第二译码单元；

所述第二通信单元：用于与所述第一通信单元同时接收所述第一译码单元和第二译码单元的译码结果，并与所述第一通信单元对比一致后，发送给所述ATP。

优选的，所述TCR主机与所述ATP连接；

所述TCR主机通过监测串口传输第一通信单元和第二通信单元之间的CAN通信数据，用于实现主备系的竞争及冗余的切换。

优选的，所述接收线圈包括单接收线圈和组合接收线圈；

所述单接收线圈包括两个线圈，两个所述线圈分开放置，分别形成第一回路和第二回路，第一回路和第二回路均与TCR主机连接；

所述组合接收线圈包括四个线圈，四个所述线圈内部组合成第一子线圈和第二子线圈；

列车每一端均包含一个所述组合接收线圈，所述第一子线圈和第二子线圈分别安装在所述列车的左轮和右轮；

所述第一子线圈中的一个线圈和所述第二子线圈中的一个线圈形成第三回路，所述第一子线圈中的另一个线圈和所述第二子线圈中的另一个线圈形成第四回路；

第三回路和第四回路均与TCR主机连接。

优选的，所述主控模块还包括转换单元器；

所述转换单元，用于在所述第一译码单元和第二译码单元对轨道信息进行译码之前，将接收的轨道信号转化为数字信号。

优选的，所述TCR主机分别对第三回路和第四回路进行探测，并根据探测结果判断是否执行第三回路与第四回路之间的切换。

本实用新型的技术效果：本实用新型在不改变、不增加ATP的接口形式、接口通讯协议的情况下，无缝切换故障的轨道电路读取器系，实现了轨道电路读取器完全冗余。在轨道电路读取器单系故障的情况下，不需要ATP切系，提高了列车的运营效率。

本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了根据本实用新型实施例的轨道电路读取器的构成结构图；

图2示出了根据本实用新型实施例的单系TCR主机硬件结构框图；

图3示出了本实用新型实施例的单接收线圈的结构框图；

图4示出了本实用新型实施例的左右接收线圈组合结构框图；

图5示出了本实用新型实施例的通信模块双通道上行数据处理流程图；

图6示出了本实用新型实施例的通信模块双通道下行数据处理流程图；

图7示出了本实用新型实施例的双系TCR主机冗余运用结构框图；

图8示出了本实用新型实施例的冷备模式下TCR主机和ATP连接关系图；

图9示出了本实用新型实施例的冗余结构轨道电路读取器的结构框图；

图10示出了本实用新型实施例的轨道电路读取器中主控模块与通信模块的连接框图；

图11示出了现有技术中的轨道电路读取器结构框图；

图12示出了现有技术的轨道电路读取器中主控模块与通信模块的连接框图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图1示出了本实用新型实施例的轨道电路读取器的构成结构图，如图1所示，本实用新型涉及一种冗余结构轨道电路读取器，包括TCR(Track circuit reader：轨道电路读取器)主机和接收线圈。

TCR主机接收并处理来自接收线圈的轨道信号，译码出相应的机车信号信息，并将译码出的机车信号信息传送给ATP(Automatic Train Protection:列车自动保护***)；

接收线圈通过电磁感应原理从轨道电路中接收轨道信号，并将接收的轨道信号发送给TCR主机，TCR主机对接收的轨道信号进行处理。

示例性的，轨道电路读取器作为一种机车信号车载设备，和地面轨道电路一同构成了机车信号***。从列车最前面的第一对车轮轧在轨道电路上时起，被列车第一对车轮短路的轨道电路中的轨道信号电流就会在钢轨周围产生磁场，接收线圈就连续不断地向TCR主机传送感应到的地面轨道信号，TCR主机处理后，译码出相应的机车信号信息，将译码后的机车信号信息发送给ATP。

在图1中，电源为轨道电路读取器提供工作电源。其中，实线端的接收线圈和虚线端的接收线圈为轨道电路读取器的双端安装的连接方式。当轨道电路读取器处于单端安装时，实线端的接收线圈为TCR主机提供轨道信号，而虚线端的接收线圈不存在。

图2示出了本实用新型实施例的单系TCR主机硬件结构框图。如图2所示，TCR主机包括主控模块、通信模块和记录模块。其中主控模块用于对轨道信号进行处理，然后将处理后的结果发送给所述通信模块；通信模块用于接收ATP的控制命令，比较后发送给主控模块；通信模块还用于接收所述主控模块发送的轨道信号，比较后发送给ATP；记录模块用于存储所述接收线圈上的轨道信号和通讯信息。

主控模块包括第一译码单元、第二译码单元和转换单元；

主控模块采用“二取二”架构，第一译码单元和第二译码单元对轨道信号进行取样，转换单元将轨道信号转换为数字信号，第一译码单元和第二译码单元分别对转化后的数字信号进行独立译码，译码出相应的机车信号信息，并将译码出的机车信号信息分别发送给通信模块。

转换单元用于将所述第一译码单元和第二译码单元取样的轨道信号转化为数字信号。转换单元设置为AD转换器(Analog-to-Digital Convert)。

通信模块包括第一通信单元和第二通信单元；

通信模块采用“二取二”架构，第一通信单元和第二通信单元同时接收ATP的控制命令，第一通信单元与第二通信单元比较接收的控制命令，若比较结果一致，则由第一通信单元同时发送给第一译码单元和第二译码单元。第一通信单元和第二通信单元同时接收第一译码单元和第二译码单元发送的译码结果，并对译码结果进行比较，若比较结果一致，则由第二通信单元发送给ATP。

记录模块包括记录MCU(Microcontroller Unit：微控制单元)和记录FPGA(FieldProgrammable Gate Array：现场可编程逻辑门阵列)。

记录FPGA和记录MCU配合将接收线圈上的轨道信号进行取样和信号转换，并将转换后的数据信号进行存储。同时记录MCU记录CAN(Controller Area Network：控制器局域网络)通信和串口通信的数据，并将记录的数据进行存储。

轨道电路读取器通过接收线圈接收轨道信号，其中接收线圈包括单接收线圈和组合接收线圈。图3示出了本实用新型实施例的单接收线圈的结构框图。如图3所示，两个线圈分开放置，分别形成第一回路和第二回路，第一回路和第二回路均与TCR主机的一端连接，在单端安装的情况下，每端的TCR主机只能接收本端线圈信息。如图1所示，轨道电路读取器处于双端安装的情况时，TCR主机需要采集Ⅰ/Ⅱ端的开关状态信号，进而通过Ⅰ/Ⅱ端的开关信号状态来选择使用Ⅰ端或Ⅱ端的线圈。

图4示出了本实用新型实施例的组合接收线圈结构框图。如图4所示，组合接收线圈包括四个线圈，四个线圈内部组合成第一子线圈和第二子线圈。示例性的，列车每一端均包含一个所述组合接收线圈，第一子线圈和第二子线圈分别安装在列车的左轮和右轮，第一子线圈中的一个线圈和第二子线圈中的一个线圈形成第三回路，第一子线圈中的另一个线圈和第二子线圈中的另一个线圈形成第四回路。第三回路和第四回路均与TCR主机连接。当组合接收线圈中的任一路子线圈发生故障时，TCR主机可以对发生故障的线圈进行探测并切换，增加***的可靠性。

轨道电路读取器读取接收线圈的轨道信号时，需要对接收线圈进行故障检测，如图4所示，具体的，对接收线圈的故障检测，如下所示：

接收线圈中两条回路的轨道信号进入同一第一译码单元(或第二译码单元)，第一译码单元使用第三回路接收线圈的轨道信号，第三回路接收线圈的轨道信号如果***且信号幅度小于限值时，第一译码单元将第三回路接收线圈的疑似断线状态上报给通信模块；第三回路接收线圈的信号幅度大于限值时，接收线圈能够收到轨道信号；示例性的，***是TCR主机未解出信号，包括接收线圈未能接收到轨道的信号，以及接收线圈断线。

接收线圈的轨道信号发送到TCR主机前，通信模块需要对主控模块进行断线检查，过程如下：

第一译码单元和第二译码单元连接的接收线圈出现故障特征(疑似断线)时，第一译码单元和第二译码单元将故障特征上报给通信模块，通信模块对故障特征进行判断。通信模块向主控模块发送方波检测信号，主控模块上报给通信模块方波检测状态，若第一译码单元和第二译码单元的上报结果均为接收线圈故障，通信模块向主控模块发送接收线圈切换命令，TCR主机使用另一路接收线圈。若通信模块判断第一译码单元和第二译码单元的上报结果中，使用的接收线圈故障特征不一致，第一通信单元向主控模块发出简易断线检查模式命令，同时通信模块发送至主控模块的命令中两路接收线圈均可用时，主控模块使用简易断线检查方法进行检查，执行一次接收线圈切换，TCR主机使用另一路接收线圈。若两路接收线圈中发生过断线，即只有一路接收线圈能够使用，主控模块使用简易断线检查方法进行检测时，主控模块无法进行接收线圈切换。

示例性的，主控模块的第一译码单元在接收到简易断线检查模式命令后，检查当前使用的第三回路接收线圈的信号幅度持续10s小于第四回路接收线圈信号幅度的20％(示例数据)时，且第四回路接收线圈信号幅度大于判定门限，第一译码单元判定第三回路接收线圈出现断线；主控模块的第二译码单元在接收到简易断线检查模式命令后，检查第三回路接收线圈的信号幅度持续10s小于第四回路接收线圈信号幅度的20％(示例数据)时，且第四回路接收线圈信号幅度大于判定门限，第二译码单元判定第三回路接收线圈出现断线；当第一译码单元和第二译码单元均判断第三回路接收线圈出现断线。第一译码单元和第二译码单元切换使用第四回路接收线圈。

轨道电路读取器中“取二”过程：

TCR主机中的主控模块主要是采集轨道信号，并将轨道信号译码成载频信号和低频信号，然后将译码后的载频信号和低频信号上传给通信模块。通信模块分别与主控模块和ATP连接，实现主控模块和ATP之间的通信，其中，通信模块能够用于接收主控模块发送的译码后的载频信号和低频信号，并上传至ATP；以及通信模块还用于接收ATP下发的控制命令，并对控制命令进行比较，比较后将控制命令发送至主控模块。

TCR主机与ATP之间基于通信总线进行连接。示例性的，TCR主机与ATP之间基于串行RS422(平衡电压数字接口电路的电气特性)通信总线进行通讯连接，串口通讯速率为9600bps(Bits per Second：数据传输速率的常用单位：比特)，1位停止位，无校验。当前ATP与TCR主机之间的协议为私有协议，协议包含帧头、包类型、包长度、时间戳、数据和CRC32(Cyclic redundancy check：循环冗余校验)。开机时，ATP连续向TCR主机至少发送16次校时信息，每次间隔固定时间，当ATP接收到TCR主机的校时反馈之后，ATP每隔一定时间下发一次校时帧，第一通信单元和第二通信单元会根据ATP下发的校时信息的时间戳检查时间漂移情况。

示例性的，ATP向TCR主机发送的数据包括：控制命令、索要自检信息、载频信号、锁频信号和校时信息等。ATP向通信模块发送控制命令，第一通信单元和第二通信单元分别对接收的所述控制命令进行拆包，并进行比较；若第一通信单元与第二通信单元接收的所述控制命令一致，则第一通信单元和第二通信单元采用拼帧的方式对所述控制命令进行处理，并通过第一通信单元发送至所述主控模块；若第一通信单元与第二通信单元接收的所述控制命令不一致，第一通信单元与第二通信单元重新对拆包的控制命令进行比较，若连续预设次数不一致,则宕机。其中，拼帧的方式为：一个通信单元的数据内容和另一个通信单元的帧序号以及CRC值。

本实用新型通过通信模块向ATP发送的轨道信号进行判断，判断如下：

图5示出了本实用新型实施例的通信模块双通道上行数据处理流程图。如图5所示，主控模块的第一译码单元和第二译码单元不比较译码结果，向所述通信模块发送轨道信号。第一通信单元和第二通信单元均能收到轨道信号，比较一致才使用，通信模块若在同一个周期没有收到第一译码单元和第二译码单元发送的数据，会丢掉本次数据，冗余等待固定的一段时间，该段时间内不输出，超过该段时间则宕机。

示例性的，第一译码单元、第二译码单元、第一通信单元和第二通信单元在同一总线上，通信地址由软件固定。第一通信单元接收第一译码单元的数据①、第二译码单元的数据③，第二通信单元接收第一译码单元的数据②、第二译码单元的数据④；第一通信单元和第二通信单元交互，均得到4份数据①②③④；第一通信单元和第二通信单元分别对①②进行逻辑与处理，生成数据⑤和⑤`，对③④进行逻辑与处理，生成数据⑥⑥`，第一通信单元对⑤⑥逻辑与处理生成发送数据⑦，第二通信单元对⑤`⑥`逻辑与处理生产分发送数据⑦`；第一通信单元和第二通信单元交互，均得到数据⑦和⑦`，二者比较不一致时，容忍后宕机，一致时，则第一通信单元生成数据发送许可⑧，第二通信单元生成数据发送许可⑧`，示例性的，容忍是在比较不一致时不输出，当持续时间超过门限后，宕机，其中门限指固定时间；第一通信单元和第二通信单元交互，均得到数据发送许可⑧`和⑧，第一通信单元和第二通信单元分别比较数据发送许可⑧`和⑧，一致则第二通信单元向ATP发送数据。通信模块往ATP发的数据采取的是拼帧的方式，数据帧格式为：第二通信单元生成的发送数据⑦`的CRC校验值、时间戳+第一通信单元生成的发送数据⑦的其他部分。

对于安全相关数据(轨道电路信息)，双通道比较处理策略如下：

(1)①②生成⑤/⑤’(③④生成⑥/⑥’)时，如果①②(③④)不一致，置***；持续时间超门限后，宕机。

(2)⑤⑥生成⑦(⑤’⑥’生成⑦’)时，如果⑤⑥(⑤’⑥’)不一致，第一时间门限限制范围内输出限制级高的低频码(限制等级由高→低)，第一时间门限至第二时间门限限制范围内输出***，第二时间门限限制时间范围外宕机。

(3)⑦和⑦’交互后，判断数据长度、内容是否一致，一致生成本通信模块的发送许可⑧和⑧’，不一致，不生成许可。

(4)⑧和⑧’交互，若均为允许发送，则组包发送；若任一为不允许发送，则将本通信模块的发送数据清空。

第一通信单元和第二通信单元之间交互自检结果，第二通信单元故障时，第一通信单元宕机。

图6示出了本实用新型实施例的通信模块双通道下行数据处理流程图。如图6所示，第一通信单元和第二通信单元同时收到ATP的数据，第一通信单元接收ATP数据①，第二通信单元接收ATP数据②，第一通信单元和第二通信单元交互，均得到2份数据①②；第一通信单元对①②进行逻辑与处理，生成发送数据③，第二通信单元对①②进行逻辑与处理，生成发送数据③’，第一通信单元和第二通信单元交互，均得到数据③和③’，二者比较不一致时容忍后宕机，一致则第一通信单元生成数据发送许可④，第二通信单元生成数据发送许可④’；第一通信单元和第二通信单元交互，均得到数据发送许可④和④’，第一通信单元和第二通信单元分别比较数据发送许可④和④’，一致则第一通信单元向第一译码单元和第二译码单元发送数据。第一通信单元往第一译码单元和第二译码单元发送的数据采取的是拼帧的方式，数据帧格式为：第二通信单元生成的发送数据③’+第一通信单元生成的发送数据③的CRC校验值。

轨道电路读取器中的主控模块和通信模块之间进行通信时，主控模块和通信模块需要相互自检，其中，自检方式如下：

1、时钟自检：

第一通信单元和第二通信单元互相监督对方的时钟，详细流程如下：

1)第一通信单元将本地时间戳A1发给第二通信单元；

2)第二通信单元将调整后的时间戳发给第一通信单元；

3)第二通信单元收到A1后与自己本地时间戳AA1作差得delt1；

4)重复上述步骤，第二通信单元分别获取delt2……delt16，计算delt1到delt16得平均值得delt；

5)锁存连续计算的16个delt值；

6)第二通信单元对第一通信单元的时间进行长时漂移的检查：若最新的delt与倒数第16个delt之差大于超时门限1则宕机处理；

7)第二通信单元对第一通信单元的时间戳检验：递增性判断，若不符合递增性则宕机；第二通信单元对第一通信单元时间戳差值大于超时门限2，第二通信单元宕机；其中，递增性表示时间戳的增加；

8)第一通信单元对第二通信单元的时间戳检验：递增性判断，若不符合递增性则宕机；第一通信单元对第二通信单元时间戳差值大于超时门限3，第一通信单元宕机。

示例性的，超时门限1、超时门限2和超时门限3表示不同的时间指标，仅对第一通信单元和第二通信单元的时钟自检提供检测指标，并不限于超时门限1、超时门限2和超时门限3这一种表示方式，例如指标门限1、指标门限2和指标门限3。

第一译码单元、第二译码单元的时钟监督机制：

1)第一译码单元将本地时间戳YA1发给第二译码单元；

2)第二译码单元将调整后的时间戳发给第一译码单元；

3)第二译码单元收到YA1后与自己本地时间戳YAA1作差得Ydelt1；

4)重复上述步骤，第二译码单元分别获取Ydelt2……Ydelt16，计算Ydelt1到Ydelt16得平均值得Ydelt；

5)锁存连续计算的16个Ydelt值；

6)若最新的Ydelt大于门限则宕机处理。

2、上电自检：

主控模块与通信模块上电自检包括RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)、ROM(Read-Only Memory：只读存储器)、CPU(Central Processing Unit：中央处理器)寄存器、指令集，上电自检时，检测错误一次宕机。ROM使用CRC32进行检查；RAM的自检字为EN50129(铁路安全自检***)推荐的自检字，即0x0000、0x3333、0x5555、0xAAAA、0xCCCC、0xFFFF、0x9999、0x6666、0x0F0F和0xF0F0，向RAM写入EN50129推荐的自检字，然后对写入的自检字进行读出，比较写入和读出的自检字是否相同，若写入和读出的自检字相同，则各个模块运行正常，若写入和读出的自检字不同，则主控模块与通信模块宕机。

3、运行自检：

主控模块与通信模块运行自检包括RAM、ROM、CPU寄存器、指令集，检测错误一次宕机。CPU寄存器检查同上电过程。RAM自检每周期检一段内存的正确性。

通信模块所采集的6位开关量(含一位奇校验)包括：CPU的ID(用户计算机当今的信息处理器的信息)、冗余方式、接收线圈高度、转频模式和预留位。上述采集信息上电双通道比较，不一致宕机；运行过程中，读取配置与初始化读取的配置比较，不一致宕机。***的工作模式可通过上述开关进行配置。

第一译码单元与第二译码单元之间进行自检包括，根据ADC(Analog DigitalConverter：模数转换)采集数据计算的有效电压、时钟时间戳和自检结果进行交互。自检有问题第一译码单元宕机，并交互自检结果，第二译码单元亦宕机。由ADC采样数据计算出来的低频和载频结果上传至通信模块进行比较。第一译码单元与第二译码单元之间比较的有效电压判断逻辑为，(Vmax-Vmin)/Vmax＜设定门限，判为正常；连续一定时间超门限，宕机；未超出时间限制范围内一周期恢复即认为恢复。

示例性的，如图2所示，主控模块与通信模块之间可以通过CAN通信的方式进行通信，其中，通信速率1Mbit/s，且主控模块与通信模块之间通信周期固定。

第一通信单元作为主呼方，先广播发送同步帧，再广播发送命令数据帧。第二通信单元收同步帧，也收命令数据帧的下发时机。第一译码单元和第二译码单元根据ID(地址)延迟响应，避开总线冲突；第二通信单元不往主控模块发送(只有第二通信单元可往ATP发送，第一通信单元不往ATP发送)。

其中，同步帧与命令数据帧通常由有帧类型(同步帧、命令帧、状态帧)、数据长度、源ID、目的ID、帧序号、包CRC32、包序号和时间戳组成，但同步帧无时间戳，且同步帧也由拼帧形成。

示例性的，第一译码单元与第二译码单元之间的通信：采用SPI(SerialPeripheral Interface：串行外设接口)通信，通信速率9375000bps，第一译码单元与第二译码单元之间固定周期交互一次，采用自有协议，其中自有协议包含帧头、包类型、包长度、包序号、时间戳、数据、CRC32、帧尾。包序号错误，宕机；CRC校验错误，宕机；第一译码单元与第二译码单元之间通信中断，宕机。

第一通信单元与第二通信单元之间通信：采用SPI通信，通信速率1.6875Mbit/s，采用自有协议，包含帧头、包类型、时间戳、数据、包序号、CRC32、帧尾。包序号错误，宕机；CRC校验错误，宕机；第一通信单元与第二通信单元之间通信中断，宕机。

其中，包序号错误、CRC校验错误和通讯中断导致的宕机是指：连续错误超出门限才宕机。

图7示出了本实用新型实施例的双系TCR主机冗余运用结构框图。如图7所示，Ⅰ系轨道电路读取器和Ⅱ系轨道电路读取器冗余配置，且两系轨道电路读取器的硬件配置一致。从而，在双系轨道电路读取器中，主控模块与通信模块之间通过CAN通信进行连接，TCR主机通过监测串口的通信数据和通信模块的第二通信单元之间的CAN通信数据来实现主备的竞争及冗余的切换。

图8示出了本实用新型实施例的冷备模式下TCR主机和ATP连接关系图。如图8所示，TCR(A)的串口Ⅰ和TCR(B)的串口Ⅱ均与ATP(A)的串口连接，TCR(A)的串口Ⅱ和TCR(B)的串口Ⅰ均与ATP(B)的串口连接。

轨道电路读取器启动时，主备状态确定如下：

1、当串口Ⅰ收到ATP数据时：

1)没有收到对侧TCR的CAN数据时，立刻置本TCR为主机；

2)当收到对侧TCR的CAN数据且对侧为备机状态时，立刻置本TCR为主机；

3)当收到对侧TCR为CAN数据且对侧已是主机状态时，置本TCR立刻宕机。

2、当串口Ⅱ收到ATP数据时：

1)没有收到对侧TCR的CAN数据时，延迟一定时间，仍未收到对侧TCR的CAN数据时，确定本TCR为主机；

2)当收到对侧TCR的CAN数据且为备机状态时，延迟一定时间，对侧TCR仍为备机状态是，确定本TCR为主机。

3、当收到对侧TCR的CAN数据且为主机状态时：

1)如对侧TCR接收到CAN数据状态标志未置时，置本TCR宕机；

2)如对侧TCR接收到CAN数据状态标志已置时，置本TCR为备机。

轨道电路读取器运行过程中，主备状态切换如下：

1)TCR在检测到2路CAN均故障4个周期时，备TCR升主，主TCR不处理；(仅考虑宕机和断电)

2)TCR在检测到仅有1路CAN故障4个周期时，备TCR宕机，主TCR不处理；

3)TCR开机和ATP建立通信连接后，主备切换仅可进行一次。

ATP热备模式下TCR主机的工作状况：

热备模式下，TCR主机和ATP的物理连接关系和冷备模式相同。TCR主机的通信模块通过采集的6位开关量，得知工作在热备模式后，关闭本系TCR主机的串口Ⅱ，不接收ATP的命令。各系的TCR分别依靠本系的串口Ⅰ和各自连接的ATP建立连接，进入工作状态。

两系TCR主机的通信模块通过CAN通信交互两者的工作模式和版本号，不一致的情况下宕机。

本实用新型通过双系轨道电路读取器冗余的方式提高列车的运营效率。图9示出了本实用新型实施的冗余结构轨道电路读取器的结构框图，如图9所示，Ⅰ系轨道电路读取器和Ⅱ系轨道电路读取器结构完全相同，均由主控模块和通信模块构成。

ATP(列车自动防护***)冷备(构成冗余的2系ATP只有一系上电，另一系断电，切换时需要关断故障系ATP电源，打开备用系ATP电源)情况下，Ⅰ系轨道电路读取器和Ⅱ系轨道电路读取器通过竞争机制决定出轨道电路读取器的主系和备系，如图8所示，轨道电路读取器的TCR通过两个串口接口与ATP通信。启机时，当从串口I接收到ATP数据时，即可判断为主机。主系的轨道电路读取器内的通信模块将自身的输出结果传输给主系ATP，并接受ATP的命令控制。

本实用新型在不改变、不增加ATP的接口形式、接口通讯协议的情况下，无缝切换故障的轨道电路读取器系，实现了轨道电路读取器完全冗余。在轨道电路读取器单系故障的情况下，不需要ATP切系，提高了列车的运营效率。

示例性的，Ⅰ系轨道电路读取器为主系，Ⅱ系轨道电路读取器为备用系。Ⅰ系轨道电路读取器的主控模块或者通信模块发生故障需宕机时，Ⅱ系轨道电路读取器可直接将自身输出结果输出给ATP主系主机，并接受ATP的命令控制。且本实用新型的轨道电路读取器可通过配置开关，适应ATP的热备运用方式。

图10示出了本实用新型实施例的轨道电路读取器中主控模块与通信模块的连接框图。如图10所示，主控模块由第一译码单元和第二译码单元构成“取二”通道，通信模块由第一通信单元和第二通信单元构成“取二”结构，主控模块的第一译码单元和第二译码单元的结果同时输出给通信模块的第一通信单元和第二通信单元，通信模块的第一通信单元和第二通信单元对主控模块的数据进行取二比较后，拼帧后由第二通信单元输出给ATP。

ATP的命令同时输出给通信模块的第一通信单元和第二通信单元，通信模块的第一通信单元和第二通信单元对ATP数据进行取二比较后，拼帧后由第一通信单元输出给主控模块。

即通信模块的第一通信单元和第二通信单元的“取二”结构，结合主控模块第一译码单元和第二译码单元，及拼帧算法，实现“取二”安全结构。

图12示出了现有技术的轨道电路读取器中主控模块与通信模块的连接框图。如图12所示，主控模块由第一译码单元和第二译码单元构成“取二”结构，第一译码单元和第二译码单元对自身的运算结果进行比较后，通过拼帧的方式传输给第一通信单元，第一通信单元单独在通信模块中对2种异构软件实现安全结构。

与现有技术相比，“二取二”的结构提高了ATP的可靠性和安全性。通过两套逻辑做同一种事情，将结果进行比较，若结果一致，则正确，若结果不一致，则错误。从而能够保证两系轨道电路读取器数据严格同步，实时比较，只有双机运行一致时才对外输出或传输运算结果，增加轨道电路读取器的准确性。

尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种冗余结构轨道电路读取器，其特征在于，包括TCR主机和接收线圈；

所述TCR主机，用于接收并处理来自接收线圈的轨道信号，译码出相应的机车信号信息，并将译码出的机车信号信息传送给ATP；

所述接收线圈，用于通过电磁感应原理从轨道电路中接收轨道信号，并将接收的轨道信号传输给TCR主机，TCR主机对接收的轨道信号进行处理。

2.根据权利要求1所述的冗余结构轨道电路读取器，其特征在于，

所述TCR主机包括主控模块、通信模块和记录模块；

所述主控模块与所述通信模块通过CAN通信连接；

所述主控模块，用于对轨道信号进行处理，然后将处理后的结果发送给所述通信模块；

所述通信模块，用于接收ATP的控制命令，比较后发送给主控模块；用于接收所述主控模块发送的轨道信号，比较后发送给ATP；

所述记录模块，用于存储所述接收线圈上的轨道信号。

3.根据权利要求2所述的冗余结构轨道电路读取器，其特征在于，

所述主控模块包括第一译码单元和第二译码单元；

所述第一译码单元和所述第二译码单元通过SPI通信连接；

所述第一译码单元、第二译码单元，分别对轨道信号进行独立译码，译码出相应的机车信号信息，并将译码出的机车信号信息分别发送给所述通信模块。

4.根据权利要求3所述的冗余结构轨道电路读取器，其特征在于，

所述通信模块包括第一通信单元和第二通信单元；

所述第一通信单元和所述第二通信单元通过SPI通信连接；

所述第一通信单元：用于与所述第二通信单元同时接收ATP的控制命令，并与所述第二通信单元对比一致后，发送给所述第一译码单元和第二译码单元；

所述第二通信单元：用于与所述第一通信单元同时接收所述第一译码单元和第二译码单元的译码结果，并与所述第一通信单元对比一致后，发送给所述ATP。

5.根据权利要求4所述的冗余结构轨道电路读取器，其特征在于，

所述TCR主机与所述ATP连接；

所述TCR主机通过监测串口传输第一通信单元和第二通信单元之间的CAN通信数据，用于实现主备系的竞争及冗余的切换。

6.根据权利要求1或5所述的冗余结构轨道电路读取器，其特征在于，

所述接收线圈包括单接收线圈和组合接收线圈；

所述单接收线圈包括两个线圈，两个所述线圈分开放置，分别形成第一回路和第二回路，第一回路和第二回路均与TCR主机连接；

所述组合接收线圈包括四个线圈，四个所述线圈内部组合成第一子线圈和第二子线圈；

列车每一端均包含一个所述组合接收线圈，所述第一子线圈和第二子线圈分别安装在所述列车的左轮和右轮；

所述第一子线圈中的一个线圈和所述第二子线圈中的一个线圈形成第三回路，所述第一子线圈中的另一个线圈和所述第二子线圈中的另一个线圈形成第四回路；

第三回路和第四回路均与TCR主机连接。

7.根据权利要求3所述的冗余结构轨道电路读取器，其特征在于，

所述主控模块还包括转换单元器；

所述转换单元，用于在所述第一译码单元和第二译码单元对轨道信息进行译码之前，将接收的轨道信号转化为数字信号。

8.根据权利要求6所述的冗余结构轨道电路读取器，其特征在于，

所述TCR主机分别对第三回路和第四回路进行探测，并根据探测结果判断是否执行第三回路与第四回路之间的切换。

Images