CN100519293C - 无线机车信号双机热备控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无线机车信号双机热备控制方法，用于无线机车信号系统。该方法是在无线机车信号地面控制设备中，同时使用两台结构完全相同的控制机，其中一台作为主控机执行控制任务，另一台作为备用机处于上电热备状态。当主控机出现故障时，热备用机通过自动切换方式立即顶替其工作，执行控制任务，此时热备用机就变为主控机。这样双机热备控制可大大地降低无线机车信号系统故障率，保证铁路运输安全可靠。

Description

无线机车信号双机热备控制方法

技术领域：

本发明涉及一种控制方法，特别涉及一种无线机车信号双机热备控制方法，属于铁路信号技术领域。

背景技术：

目前，在我国铁路运输系统中，列车运行控制设备，无论是车载控制设备还是车站地面控制设备，为了保证设备的可靠性、可用性、可维护性和安全性(即RAMS性能)大多采用冗余措施，如：3取2、2取2、双机热备、冷备等。无线机车信号采用无线方式替代轨道电路方式传输信号信息。在传输信号质量、信息量以及可以进行信号回示确认等多方面较既有机车信号存在很大优势，符合未来铁路信号发展方向。针对无线机车信号的结构、数据来源、控制方式及无线传输特征，发明了一种无线机车信号双机热备控制方法，旨在提高无线机车信号的RAMS性能。解决列车运行过程中，信号控制设备工作不间断问题，即一台设备出现故障时，另一台备用设备立即顶替其继续工作。

发明内容：

本发明的目的在于针对现有技术的不足和铁路运输系统中安全第一的需求，提供一种具备自主知识产权的无线机车信号双机热备控制方法。该方法为保证铁路运行安全可靠，即在无线机车信号车站地面控制设备中，同时使用两台同样的控制机，其中一台工作，另一台上电后备用。一旦正在工作的控制机出现故障，另一台热备用机通过双机切换控制器切换立即顶替其正常继续工作。这样便可极大地降低无线机车信号系统出事故的概率。

为实现上述的发明目的，本发明采用下述的技术方案：

一种无线机车信号双机热备控制方法，用于无线机车信号系统中，该系统包括车站地面控制设备和至少一台车载控制设备。其特征在于：所述无线机车信号双机热备控制方法中使用的控制设备，属于车站地面控制设备，它包括上位管理机、控制机A、控制机B、双机切换控制器、联锁机接口电路、两个数传电台和天线组成。

所述上位管理机由工业PC机、监视器、键盘和鼠标组成，它通过双机切换控制器与控制机A和控制机B相连接；

所述双机切换控制器机内设有控制板、电源及接线端子，包括切换控制电路，隔离电路、继电器电路和上电抢权电路，双机切换控制器输入端与上位管理机、车站联锁主机、数传电台天线接口相连接；双机切换控制器输出端与控制机A通信板和控制机B通信板、数传电台天线相连接；

所述控制机器A和控制机B组成完全相同，它们分别由控制机主板、电子盘、通信板、I/O接口板、控制面板、系统电源、数传电台和心跳线组成；所述控制机A和控制机B之间通过心跳线相连接。

所述电子盘、通信板及I/O接口板接控制机主板，所述控制机主板经过所述I/O接口板接控制机面板，所述数传电台经过RS-232接口接通信板，经双机切换控制器接所述天线。

本发明无线机车信号双机热备控制方法，其特征在于：所述双机热备控制方法是控制机A和控制机B采用控制权竞争的切换机制方式，即控制机A和控制机B同时上电后，通过抢权电路进行控制权抢权，获得控制权的为主控机执行控制任务，失权者为热备用机；非同时上电时，上电者为主控机，后上电者为备用机，此时切换装置自动倒向主控机一侧，接通相关电路；主控机工作时向热备用机发送站场数据，列车数据和心跳帧，热备用机在规定时间内未能接收到主控机的心跳信息，则(1)如果此时控制机A为主控机，热备用机即控制机B启动切换装置，利用动态控制电路驱动继电器组接通各通道与热备用机相连，控制机B由热备用机变成主控机执行任务；(2)如果此时控制机B为主控机，切换电路中继电器失电，根据继电器自动复位特性，接通各通道与热备用机即控制机A相连，控制机A由热备用机变成主控机执行控制任务。

本发明无线机车信号双机热备控制方法，是申请人独立自主开发的控制方法，它不仅具有无线通信功能，还兼有强大的控制功能。它采用双机热备方式，当正在运行的主控机由于硬件故障、程序转飞、通信锁死或外部连线断开等原因，认定为控制机故障，立即执行自动切换，另一台主机顶替其工作。当需要进行维护或进行切换检查时，进行人工手动切换，这样便可极大地降低无线机车信号系统出事故的概率，保证整个无线机车信号系统运行的安全可靠。

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的说明。

图1为切换前后控制机通信过程示意图；

图2为无线机车信号地面控制设备双机热备结构示意图；

图3为无线机车信号地面控制设备双机热备内部电路原理图；

图4为无线机车信号地面控制柜示意图。

具体实施方式：

如图2、3所示，本发明无线机车信号双机热备控制由A、B两组组成完全相同，可以各自独立运行的控制设备构成，分别在图中标记为A和B。在使用时，一组设备正常运行，另一组设备则上电，处于随时待命状态。

两组控制设备共用一台双机切换控制器，机合内设有控制板，接线端子。包括切换控制电路、隔离电路、继电器电路、上电抢权电路。它与上位管理机相连接，上位管理机即为一台工业控制用PC计算机。双机切换控制器还具有微机联锁接口，以与车站联锁主机相连接。8串口通信板为EMM-8M-XT通信板，它接控制机主板，控制机主板为盛博SCM/Super Dxni，其上具有硬盘接口接DOC2000电子盘。控制机主板经过I/O接口板GMM-48接控制面板KZ001。通信板经过RS-232接口接数传电台MDS4710C，数传电台接电台天线TQJ-450K全向天线。通信板A和通信板B通过RS-232接口与双机切换控制器及数传电台相连接；上述的各种电路板皆为成型通用的商品电路板，在此不作详细说明。

如图4所示，本发现无线机车信号双机热备控制的地面控制设备安装在封闭柜体内。柜体的正面从上到下依次是监示器，控制机A、控制机B、键盘和上位管理机。

本发明无线机车信号双机热备车站地面控制设备是对本站控制范围内所有列车实行注册、注销管理；建立列车与进路的对应关系；实时地接收联锁和列车信息，根据联锁条件和列车运行位置生成控制命令；将控制命令通过无线方式发送到列车上，指挥列车安全运行。

上位管理机是动态监视车站轨道及列车占用，监视管辖内列车信号显示；记录机车信号运行数据，数据查询和回放；提供人机交互操作界线，对掉线、故障等异常列车人工键入。

本发明无线机车信号双机热备控制机的作用是：

(1)数据采集与存储，采集的数据包括：联锁数据、列车数据和管理机控制命令。

(2)列车管理与控制命令生成，对接近列车进行注册，对出站列车注销；建立列车与进路的对应关系；根据联锁条件和列车运行位置生成控制命令。

(3)将控制命令通过无线方式发送到列车上并接收列车回示信息，确认信息的完整性和正确性。

(4)实现与上位管理机、车载设备和热备用机的信息交互，接收联锁信息。

(5)面板控制与显示，面板上设置手动切换按纽、复位按钮和电源开关，设有机车号和股道表示数码管，通信收发指示灯、上下行、进出站、工作及报警指示灯，机车信号发出信号灯和回示信号灯。

(6)双机切换控制。

本发明无线机车信号双机热备的基本功能是：实现手动切换和故障时自动切换；控制机A和控制机B在电路、连接及安装方面相对独立，其中一台故障机可从机柜中取出进行检修，不影响主机工作；在切换过程中，能保证站场数据和列车数据不丢失；控制机A，控制机B上电后，可进行控制板抢权；切换完成后，能保证主机与联锁、车载设备、上位管理机正常通信；切换完成后，能保证主机不会因为数据短缺造成信号升级显示。

本发明无线机车信号双机热备的切换机制是：

1、切换条件：当正在运行的主机或备机由于硬件故障、程序转飞、通信锁死、无线链路中断或外部连线断开等原因，认定为控制机故障，执行自动切换；当需要进行维护或进行切换检查，可进行人工手动切换。

2、切换过程中的信息交互，如图1所示，切换前是控制机A工作，控制机B备用。联锁至控制机A(单向)：联锁信息，包括上下行进出站信号、轨道占用、道岔定反位、进路、引导等信息。控制机A与列车车载设备之间(双向)：控制机A将机车信号、进路信息及控制命令等发送到列车上；车载设备将机车回示信号、列车位置、应答器编号、机车号及公里标等信息返回给控制机A。控制机A与上位管理机之间(双向)：站场数据、列车数据和控制命令。控制机A至控制机B(单向)：站场数据、列车数据和心跳帧。

切换后是控制机B工作，控制机A备用。联锁至控制机B(单向)：联锁信息，包括上下行进出站信号、轨道占用、道岔定反位、进路、引导等信息。控制机B与列车车载设备之间(双向)：控制机B将机车信号、进路信息及控制命令等发送到列车上；车载设备将机车信号回示信号、列车位置、应答器编号、机车号及公里标等信息返回给控制机B。控制机B与上位管理机之间(双向)：站场数据、列车数据和控制命令。控制机B至控制机A(单向)：站场数据、列车数据和心跳帧。

3、切换过程：控制机A和控制机B同时上电后，通过竞争抢权获得控制权者为主控机，另者为备用机；非同时上电时，先上电者为主控机，后上电者为备用机。此时切换装置自动倒向主机一侧，接通相关电路。备用机失电、故障或需要维修从机柜中取出时，不影响主机工作。主控机工作时向备用机发送站场数据、列车数据和心跳帧，备用机在规定时间内未能接收到主控机的心跳信息，则(1)如果此时控制机A为主控机，备用机即控制机B启动切换控制，利用动态控制电路驱动继电器组接通各通道与备用机相连，控制机B由备用机变成主控机执行控制任务；(2)如果此时控制机B为主控机，切换电路中继电器失电，根据继电器自动复位特性，接通各通道与备用机即控制机A相连，控制机A由备用机变成主控机执行控制任务。

4、切换特性：

(1)完整性：每帧数据的完整性，从接收信息帧头，字节数及校验和确定一帧数据的完整性。切换时主机将管辖内的列车数量、信号内容、所在股道、进路等列车数据，以及站场数据与备机进行交接，备用机得到接管控制的完整的初始数据。控制机在一个控制周内，联锁信息、列车位置和信号信息，必须是实时更新后的数据，保证数据的齐备和运算的准确性。

(2)可靠性：基于数传电台的无线机车信号有四路串行通道，基本GSM-R网络的无线机车信号根据列车多少，至少有八路串行通道。为了保证传输实时性，每个通道都采用中断方式与地面设备控制机进行通信。其中与一列列车的通信堵塞时，不能影响对其他列车的控制。无线机车信号地面装置采用地址码、时间戳、注册号三维控制技术来保证无线传输的可靠性。

(3)时效性：无线机车信号地面控制柜以事件组合、事件的顺序及事件的状态为基础，采用自律轮询优化控制方法。在不同事件中设置时间戳，超过规定时间被认为失效。当前状态的联锁信息不能与前一状态的列车信息或者为前状态的列车信息不能与前一状态的联锁信息生成机车信号。

(4)稳定性：切换前后状态唯一，切换电路稳定可靠。

5、控制权竞争：控制机A与控制机B同时上电后，通过抢权电路进行控制权抢权，获得控制权的为主控机执行控制任务，失权者为热备用机。

Claims (4)

1、一种无线机车信号双机热备控制装置，用于无线机车信号系统中，该系统包括车站地面控制设备和至少一个车载设备，其特征在于：所述的无线机车信号双机热备控制装置中的控制设备，属于车站地面控制设备，车站地面控制设备包括上位管理机、第一控制机(A)、第二控制机(B)、双机切换控制器、联锁机接口电路、两个数传电台和一个数传电台天线；

所述上位管理机由工业PC机、监视器、键盘和鼠标组成，它通过双机切换控制器与第一控制机(A)和第二控制机(B)相连接；

所述双机切换控制器机内设有控制板、电源及接线端子，并包括切换控制电路，隔离电路、继电器电路和上电抢权电路，双机切换控制器输入端与上位管理机、车站联锁主机、数传电台天线接口相连接；双机切换控制器输出端与第一控制机(A)通信板和第二控制机(B)通信板、数传电台天线相连接；

所述第一控制机(A)和第二控制机(B)组成完全相同，它们分别由控制机主板、电子盘、通信板、I/O接口板、控制机面板、系统电源、数传电台和心跳线组成；

所述第一控制机(A)和第二控制机(B)之间通过心跳线相连接；

所述电子盘、通信板及I/O接口板接控制机主板，所述控制机主板经过所述I/O接口板接控制机面板，所述数传电台经过RS-232接口接通信板，经双机切换控制器接所述数传电台天线。

2、根据权利要求1所述的一种无线机车信号双机热备控制装置，其特征在于：双机热备切换条件是当正在运行的主控机或热备用机由于硬件故障、程序转飞，通信锁死、无线铁路中断或外部连线断开原因，认定为控制机故障，切换控制装置执行自动切换；当需要进行维护或进行切换检查时，进行人工手动切换。

3、根据权利要求1所述装置的无线机车信号双机热备控制方法，其特征在于：所述双机热备控制方法是第一控制机(A)和第二控制机(B)采用控制权竞争的切换机制方式，即第一控制机(A)和第二控制机(B)同时上电后，通过抢权电路进行控制权抢权，获得控制权的为主控机执行控制任务，失权者为热备用机；非同时上电时，先上电者为主控机，后上电者为备用机，此时切换装置自动倒向主控机一侧，接通相关电路；主控机工作时向热备用机发送站场数据，列车数据和心跳帧，热备用机在规定时间内未能接收到主控机的心跳信息，则(1)如果此时第一控制机(A)为主控机，热备用机即第二控制机(B)启动切换装置，利用动态控制电路驱动继电器组接通各通道与热备用机相连，第二控制机(B)由热备用机变成主控机执行任务；(2)如果此时第二控制机(B)为主控机，切换电路中继电器失电，根据继电器自动复位特性，接通各通道与热备用机即第一控制机(A)相连，第一控制机(A)由热备用机变成主控机执行控制任务。

4、根据权利要求3所述的无线机车信号双机热备控制方法，其特征在于：双机热备切换条件是当正在运行的主控机或热备用机由于硬件故障、程序转飞，通信锁死、无线铁路中断或外部连线断开原因，认定为控制机故障，切换控制装置执行自动切换；当需要进行维护或进行切换检查时，进行人工手动切换。

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