CN103645715A

CN103645715A - 一种双机热备的列车自动驾驶系统

Info

Publication number: CN103645715A
Application number: CN201310682900.4A
Authority: CN
Inventors: 李亮; 孟军; 郜洪民; 陈宁宁; 尹逊政; 许硕; 王芃; 孙旺; 王超; 李博; 贾鹏; 徐杰; 郑伟; 宾海丰; 王俊锋
Original assignee: China Academy of Railway Sciences Corp Ltd CARS; Signal and Communication Research Institute of CARS; Beijing Ruichi Guotie Intelligent Transport Systems Engineering Technology Co Ltd; Beijing Huatie Information Technology Development Corp
Current assignee: China Academy of Railway Sciences Corp Ltd CARS; Guangzhou Metro Group Co Ltd; Signal and Communication Research Institute of CARS; Beijing Ruichi Guotie Intelligent Transport Systems Engineering Technology Co Ltd; Beijing Huatie Information Technology Development Corp
Priority date: 2013-12-12
Filing date: 2013-12-12
Publication date: 2014-03-19

Abstract

本发明公开了一种双机热备的列车自动驾驶系统，该系统包括：独立配置在头尾两端的自动驾驶系统ATO；其中，每一端的ATO系统中均包括：ATO系统A机、ATO系统B机、仲裁设备及并行输出控制单元；所述ATO系统A机与B机均采用独立的输入输出端口，并实时进行自检，将自检结果发送至仲裁设备；所述仲裁设备，用于根据接收到的自检结果判断ATO系统A机与B机的工作状态，并从中选取出主设备；并行输出控制单元，用于将主设备输出的列车控制指令输出至列车控制接口。通过采用本发明公开的系统，实现了ATO系统的热备冗余切换，提高了系统的安全性。

Description

一种双机热备的列车自动驾驶系统

技术领域

本发明涉及城市轨道交通领域，尤其涉及一种双机热备的列车自动驾驶系统。

背景技术

随着城市轨道交通和信息技术的快速发展，城市轨道交通信号控制系统技术水平也在不断推陈出新。其中，列车自动驾驶技术的发展和应用就是其典型代表。列车自动驾驶子系统(简称ATO)可以降低司机的劳动强度，提高列车运行的舒适性、减小列车运行的能源消耗。在当前的轨道交通建设中列车自动驾驶子系统已经普遍配置，大部分的新建线路都实现了直接开通自动驾驶功能。

列车自动驾驶子系统在列车运营的作用日渐重要，对其可用性及可靠性也提出了新的要求。

目前国内外的城市轨道交通车载ATO系统的结构主要有如下两种方案：

1）车载ATO采用单端单系统配置。该方案目前在国内外城市轨道交通领域应用普遍。其典型配置是在列车每一端安装一套ATO，设备彼此独立。但由于系统主要部件为单套配置，一旦出现故障，则列车需要退出ATO自动驾驶模式，降级为人工驾驶模式。该方案虽然设备配置简单，但由于系统故障后，需要进入降级运行模式，此时列车停站精度、站台屏蔽门车地联动控制、列车运行时刻表都会受到影响，从而降低了线路运营效率，司机劳动强度也会显著增加。

2）车载ATO单机头尾冗余系统结构。车载ATO系统采用车头车尾各配置一套，每套为单机系统，两套系统之间为头尾冗余结构。该方案中，当一端ATO系统发生故障时，需要切换到另一端ATO系统，因此需要大量的列车双端贯穿线缆完成头尾之间ATO控制接口的连接，这就造成了信号接口和车辆接口设计非常复杂，特别是目前应用日益普遍的长大编组列车，由于贯通线缆经过路径环境恶劣，导致系统抗干扰能力降低，并给日常运营检修带来的较大的工作量。此外单端任何信号设备故障，包括ATO、ATP设备，都会导致全部的信号系统车载设备切换到另一端工作。由于涉及到大量的信号车载设备，任意两个设备的交叉故障都会造成系统不可用。同时，由于地面信号系统布置限制，在后备模式下实现双端交叉冗余需要增加大量的地面设备。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于单端双机热备的列车自动驾驶系统，实现了ATO系统的热备冗余切换，提高了系统的安全性。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种双机热备的列车自动驾驶系统，该系统包括：独立配置在头尾两端的自动驾驶系统ATO；其中，每一端的ATO系统中均包括：ATO系统A机、ATO系统B机、仲裁设备及并行输出控制单元；

所述ATO系统A机与B机均采用独立的输入输出端口，并实时进行自检，将自检结果发送至仲裁设备；

所述仲裁设备，用于根据接收到的自检结果判断ATO系统A机与B机的工作状态，并从中选取出主设备；

并行输出控制单元，用于将主设备输出的列车控制指令输出至列车控制接口。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，采用基于独立第三方安全平台仲裁的双机热备冗余结构，有效提高了车载ATO系统的可用性；在此基础上，系统采用车载ATP安全平台作为双机冗余的仲裁，提高了车载ATO系统的冗余切换可靠性和安全性，该方案在基本不增加设备的基础上完成了ATO系统的热备冗余切换，实现了一种成本低、结构灵活且工作安全可靠的系统冗余结构。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，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附图。

图1为本发明实施例一提供的一种双机热备的列车自动驾驶系统的结构示意图；

图2为本发明实施例一提供的一种双机热备的列车自动驾驶系统的工作示意图；

图3为本发明实施例一提供的ATO系统A/B机工作状态的示意图；

图4为本发明实施例一提供的并行输出单元的结构示意图；

图5为本发明实施例一提供的仲裁设备仲裁流程的示意图。

具体实施方式

下面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。基于本发明的实施例，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，都属于本发明的保护范围。

实施例一

图1为本发明实施例一提供的一种双机热备的列车自动驾驶系统的结构示意图，如图1所示，该系统主要包括：

独立配置在头尾两端的自动驾驶系统ATO；其中，每一端的ATO系统中均包括：ATO系统A机、ATO系统B机、仲裁设备及并行输出控制单元；

进一步的，所述并行输出控制单元包括：带有强制导向反馈检测接点的继电器A与继电器B；

其中，继电器A与ATO系统A机相连，继电器B与ATO系统B机相连。

进一步的，所述仲裁设备分别与所述并行输出控制单元中的继电器A与继电器B相连；

当所述仲裁设备选定ATO系统A机为主设备时，控制继电器A励磁，并同步回采继电器A的工作状态；当所述仲裁设备选定ATO系统B机为主设备时，控制继电器B励磁，并同步回采继电器B的工作状态。

进一步的，所述继电器A与继电器B为ATO系统的输出控制继电器，用于控制ATO系统的输出与车辆之间的接口；

当ATO系统A机为主设备时，由继电器A将ATO系统A机输出的列车控制指令输出至列车控制接口；当ATO系统B机为主设备时，由继电器B将ATO系统B机输出的列车控制指令输出至列车控制接口。

进一步的，所述列车控制指令包括：牵引、制动、激活、门控及状态表示。

进一步的，继电器A和继电器B，与对应的ATO系统A机和B机相连；还用于接收对应的ATO系统A机和B机发送的模拟电流环路。

进一步的，所述仲裁设备为列车自动防护系统ATP。

为了便于进一步理解本发明提供的双机热备的列车自动驾驶系统，下面结合附图2-4做进一步介绍。

本发明实施例中的双机热备的列车自动驾驶系统两套完全相同的冗余系统构成，每套系统由CPU板、以太网通信板、串行通信板、输入输出板、母板和电源板构成。

如图2所示，每一端设备中均包含ATO系统A机和ATO系统B机（以下简称为ATO A/B机），其对称安装的在同一个设备机笼中，A机与B机之间通过冗余的以太网通道连接，实现A机和B机之间的数据的同步，且A机和B机的都采用独立的输入输出接口；当系统启动后，A机与B机实时进行状态自检，并将自检信息发送给仲裁设备。

该系统中还包括：仲裁设备。本发明实施例中可以采用列车自动防护系统（ATP）为仲裁设备，以保证系统输出的安全可靠性。ATP仲裁设备根据以太网网络通信方式分别获取来自ATO A/B机的工作状态自检信息，选取工作状态良好的ATO设备为主用设备。仲裁设备可使用报文形式将选择结果发送给ATO设备，以实现ATO通信的切换控制。仲裁设备控制并行输出控制单元的继电器组动作，以实现ATO设备控车指令的切换控制。

其中，ATO A/B机的工作状态如图3所示，主要包括：脱机状态、待机状态与激活状态。

1）当该设备故障或者自检未通过时，系统将进入脱机状态，此时ATO系统将状态提供给仲裁设备，仲裁设备将控制继电器失电。

2）当该设备正常，但仲裁设备未选中，则进入待机状态。

3）当该设备正常且仲裁设备选中为主用设备时，进入激活状态。

该系统还包括：并行输出控制单元，如图4所示，本发明实施例中的并行输出控制单元可以由两组带有强制导向反馈检测接点的安全继电器（继电器ATP-ATO-A和ATP-ATO-B）构成。该单元由仲裁单元进行控制，当仲裁单元的仲裁结果ATO A机为激活状态时，输出控制继电器ATP-ATO-A励磁，同步回采继电器ATP-ATO-A工作状态，实现在线闭环监测，若仲裁结果ATO B机为激活状态时，输出控制继电器ATP-ATO-B励磁，同步回采继电器ATP-ATO-B工作状态，实现在线闭环监测。ATP-ATO-A/B为对应的ATOA/B机的输出控制继电器，负责控制ATO A/B机的输出与车辆之间的接口。当该ATO A为主设备时（继电器ATP-ATO-A励磁），由继电器ATP-ATO-A将ATO A机输出的列车控制指令输出至列车控制接口；当该ATO B为主设备时（继电器ATP-ATO-B励磁），由继电器ATP-ATO-B将ATO B机输出的列车控制指令输出至列车控制接口。

同时，继电器ATP-ATO-A/B通过一组节点控制ATO A/B机输出端口的电源，从而实现对ATO继电端口输出的主动控制，主要包括所述列车控制指令包括：牵引、制动、激活、门控及状态表示，同时，通过两组节点控制ATO模拟量输出，保证系统切换的可靠性和有效性。

由前述可以看出，本发明实施例中ATO A/B机输出的列车控制指令是通过并行输出控制单元来实现，而并行输出控制单元由ATP仲裁设备来控制，在实际应用中，当ATO设备发生故障后，ATP仲裁设备可以通过并行输出控制单元来控制该ATO设备的输出，同时，切换至正常工作的ATO设备，来杜绝了ATO设备出现严重故障（如逻辑运算错误、继电器粘连）情况下，输出错误控车指令的可能。

基于上述内容，本发明实施例中的仲裁设备主要具备如下功能：

1）实时监督ATO A/B机的自检状态信息并对其合理性进行检查，以判断ATO A/B机的工作状态；

2）根据ATO A/B机的工作状态选择主用工作机，并输出相应的仲裁命令控制ATP-ATO-A/B继电器；

3）实时检查负责ATO输出控制的ATP-ATO-A/B继电器状态信息，确保主用设备的输出控制继电器正常励磁；备用设备输出控制继电器为失电状态。

4）继电器粘连、通信中断等故障状态的时，进行ATO主备机的切换。

具体的工作流程可参见图5。

本发明实施中，切换逻辑的判断和切换动作的实现都由外部第三方仲裁设备完成，极大简化了ATO设备（ATO A/B机）中软件复杂程度。另外，外部设备的介入，可以保证输出结果的唯一性。从硬件机制上避免了故障情况下两路ATO设备同时输出的可能性。在实际的系统设计中，考虑到设备的简化和车载设备的整体功能架构，仲裁设备的功能由车载ATP子系统完成。车载ATP系统安全完整性等级为SIL4级，在可用性和安全性上都可以满足设计需要；并且ATO设备的所有控车输出指令都需要得到仲裁设备的许可，当ATO设备发生故障后，仲裁设备可以通过并行输出控制单元的继电器组合可靠的切除ATO设备的输出。杜绝了ATO设备出现严重故障（如逻辑运算错误、继电器粘连）情况下，输出错误控车指令的可能。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims

1.一种双机热备的列车自动驾驶系统，其特征在于，该系统包括：独立配置在头尾两端的自动驾驶系统ATO；其中，每一端的ATO系统中均包括：ATO系统A机、ATO系统B机、仲裁设备及并行输出控制单元；

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述并行输出控制单元包括：带有强制导向反馈检测接点的继电器A与继电器B；

其中，继电器A与ATO系统A机相连，继电器B与ATO系统B机相连。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述仲裁设备分别与所述并行输出控制单元中的继电器A与继电器B相连；

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，

所述继电器A与继电器B为ATO系统的输出控制继电器，用于控制ATO系统的输出与车辆之间的接口；

5.根据权利要求2-4任一项所述的系统，其特征在于，所述列车控制指令包括：牵引、制动、激活、门控及状态表示。

6.根据权利要求2-4任一项所述的系统，其特征在于，

继电器A和继电器B，与对应的ATO系统A机和B机相连；还用于接收对应的ATO系统A机和B机发送的模拟电流环路。

7.根据权利要求1-4任一项所述的系统，其特征在于，所述仲裁设备为列车自动防护系统ATP。