CN104085424A - 车载信号系统安全控制平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车载信号系统安全控制平台，包括：一个车载信号系统安全控制器子架，包括：第一EPCM板卡、第二EPCM板卡、第一供电模块、第二供电模块、网路转接板、通道选择开关跳线板、第一ETH/CAN转换模块跳线板、第二ETH/CAN转换模块跳线板、第一母板和两个以太网M12接口；一个车载信号系统安全接口子架，包括：两块PICC板卡、两块PCM/PS模块、六块IOM模块、断联板、三块第一车辆接口模块、两块第二车辆接口模块、第三车辆接口模块、PASC板卡和第二母板。本发明能够使得配置成的2乘2取2信号系统比3取2信号系统拥有更高的安全性，拥有更好的冗余度，并用以太网作为接口与列车网络交换机通信。

Description

车载信号系统安全控制平台

技术领域

本发明涉及轨道交通控制领域，尤其涉及车载信号系统安全控制平台。

背景技术

城市轨道交通基于通信技术的列车控制系统(CBTC)代表了当今世界城市轨道交通信号控制领域的技术发展趋势。目前，随着我国城市轨道交通事业的蓬勃发展，各大城市纷纷选择CBTC技术作为信号系统的首选制式，市场潜力巨大。

车载信号系统安全控制平台是城市轨道交通信号系统中车载设备的一部分，应用于地铁、轻轨城市轨道交通中，是CBTC系统中的车载设备的核心部分，是列车的控制大脑。在信号设备都从国外引进的大环境下，车载设备也被国外供应商垄断。2乘2取2的车载控制系统更受客户的青睐，与3取2系统相比，2乘2取2控制系统有更高的安全性及冗余度。另外，随着城市轨道交通信号自动化技术的不断发展，对信息需求量越来越多，传统的列车线接口已越来越难满足大信息量的交互。

发明内容

本发明的目的在于提供一种车载信号系统安全控制平台，能够使得配置成的2乘2取2信号系统比3取2信号系统拥有更高的安全性，拥有更好的冗余度，并用以太网作为接口与列车网络交换机通信，相比传统列车网络拥有更高的通信速度。

实现上述目的的技术方案是：

一种车载信号系统安全控制平台，其特征在于，包括一个车载信号系统安全控制器子架(MPU)和一个车载信号系统安全接口子架(PPU)，

所述车载信号系统安全控制器子架包括：第一EPCM(Embedded PentiumCeleron M，嵌入式奔腾赛扬M)板卡、第二EPCM板卡、第一供电模块、第二供电模块、网路转接板、通道选择开关跳线板、第一ETH/CAN(以太网/控制器局域网)转换模块跳线板、第二ETH/CAN转换模块跳线板、第一母板和两个以太网M12(螺纹12连接器)接口，其中：

所述第一EPCM板卡和第二EPCM板卡之间通过所述网路转接板和第一母板实现以太网环通信；

所述第一供电模块把列车供电电压转换成5V直流电源供给所述第一EPCM板卡；

所述第二供电模块把列车供电电压转换成5V直流电源供给所述第二EPCM板卡；

所述第一EPCM板卡和第二EPCM板卡分别通过所述通道选择开关跳线板连接所述母板；

所述第一ETH/CAN转换模块跳线板连接所述第一母板和一个以太网M12接口；

所述第二ETH/CAN转换模块跳线板连接所述第一母板和另一个以太网M12接口；

所述车载信号系统安全接口子架包括：两块PICC(Peripheral InterfaceCommunications and Control，外围接口通讯和处理单元)板卡、两块PCM/PS(Process Cycle Monitor/Power Supply，过程循环监测及供电模块)模块、六块IOM(Input/Output Module输入/输出模块)模块、断联板、三块第一车辆接口模块、两块第二车辆接口模块、第三车辆接口模块、PASC板卡和第二母板，其中：

所述两块PCM/PS模块给所述两块PICC板卡一一对应地供电；

所述IOM模块分别连接所述PICC板卡、PCM/PS模块和第二母板；

所述第一车辆接口模块、第二车辆接口模块和第三车辆接口模块均连接所述第二母板；

所述第三车辆接口模块将接收的外部电源滤波后传给所述PCM/PS模块；

所述断联板连接所述PICC板卡和PCM/PS模块；

所述PASC(Peripheral Application Specific Contronl，外围特殊应用控制)板卡通过数据总线与所述PICC板卡相连。

所述第一EPCM板卡和第二EPCM板卡分别通过CAN总线与所述两个PICC板卡一一对应连接。

进一步地，所述两个以太网M12接口连接列车网络交换机。

本发明的有益效果是：本发明设计实现了2取2列车车载信号系统安全控制平台，能够使得配置成的2乘2取2信号系统比3取2信号系统拥有更高的安全性，拥有更好的冗余度，在列车一头失效的情况下可以用另一头设备运行，降低了列车设备集中放置产生的风险；同时，使用的以太网接口以冗余网段保证了系统通信安全，并且相比传统列车网络拥有更高的通信速度，满足现代自动化系统的大容量数据传输要求。

附图说明

图1是本发明中车载信号系统安全控制器子架的连接结构图；

图2是本发明中车载信号系统安全接口子架的连接结构图；

图3是本发明中车载信号系统安全控制平台的结构示意图；

图4是本发明中车载信号系统安全控制平台的背后插头示意图；

图5是本发明中PPU及MPU实物示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

请参阅图1和图2，本发明的车载信号系统安全控制平台，包括一个车载信号系统安全控制器子架和一个车载信号系统安全接口子架，

车载信号系统安全控制器子架包括：第一EPCM板卡1、第二EPCM板卡2、第一供电模块3、第二供电模块4、网路转接板(Eth route loop board)5、通道选择开关跳线板(CSS-J)6、第一ETH/CAN转换模块跳线板7、第二ETH/CAN转换模块跳线板8、第一母板(图中未示)和两个以太网M12接口，其中：

第一EPCM板卡1和第二EPCM板卡2为MPU子架的核心处理板卡，有两个外部接口，一路是通过子架背后插头用CAN总线与PPU通信，接受来自列车及VOBC机柜本地的信号，并将处理结果反馈给PPU进行控制执行。另一路是通过E2CC(Peripheral Processor Unit,外围处理单元)板卡用网络连接至列车交换机进行数据通信，即：

第一EPCM板卡1和第二EPCM板卡2分别通过通道选择开关跳线板6连接母板；第一ETH/CAN转换模块跳线板7连接第一母板和一个以太网M12接口；第二ETH/CAN转换模块8线板连接母板和另一个以太网M12接口；两个以太网M12接口连接列车网络交换机。第一母板(MB)为上述板卡提供配套的连接器，是各个板卡之间及板卡和外部输入、输出、传感器信号之间的媒介。

第一EPCM板卡1和第二EPCM板卡2之间通过网路转接板5和第一母板实现以太网环通信，使两块EPCM板卡之间形成一个网络环，用于EPCM之间的信息传递；

第一供电模块3把列车供电电压转换成5V直流电源供给第一EPCM板卡1；第二供电模块4把列车供电电压转换成5V直流电源供给第二EPCM板卡2；电源开关通过机械开关控制。每个电源和电源之间及电源和接地之间至少有1000V的隔离电压。

车载信号系统安全接口子架包括：两块PICC板卡1’、两块PCM/PS模块2’、六块IOM模块3’、断联板(Disconnect Board)、三块第一车辆接口模块(VIM1，Vehicle interface module1)5’、两块第二车辆接口模块(VIM2，Vehicle interfacemodule2)6’、第三车辆接口模块(VIM3，Vehicle interface module3)7’、PASC板卡和第二母板(MB)9’，其中：

PICC板卡1’的核心处理器是一颗DSP(数字信号处理)处理芯片。PICC板卡1’一方面通过数据总线与来自PPU子架内部其他板卡进行通信，如列车线信号、传感器信号及列车网络信号等，另一方面通过CAN(Controller Area Network，控制器局域网络)接口与主控制器子架(MPU)进行数据交换，为满足2取2架构思想，需要两块PICC板卡1’；

PCM/PS模块2’接受来自PICC板卡1’的过程生命周期信号来驱动PCM继电器。任何不正确的生命周期信号会导致PCM继电器立刻失效，而继电器失效会切断列车线的输出，保证了列车安全。每块PCM/PS模块2’通过DC/DC(直流/直流)电源转化模块独立提供了5VDC,20W和3,3VDC,10W给相应的PICC板卡1’(一一对应)。其中每个电压都会有回检信号共享至两块PICC模块构成2取2控制。任何一路回检信号故障会引起VOBC(Vehicle Onboard Controller,车载控制器)处于旁路状态。

IOM模块3’分别连接PICC板卡1’、PCM/PS模块2’和第二母板9’；IOM模块3’配置有32路输入，和16路输出，该模块的核心芯片是片CPLD(ComplexProgrammable Logic Device，复杂可编程逻辑器件)，通过16位的数据总线与PICC模块通信，控制总线包括一个4位的IOM地址，2位的端口地址和4位的IOM本地地址，根据输入信号和输出信号的数量，决定IOM板卡了数量为6。

断联板为输出继电器和断联继电器提供24V电源，此板的设计意图是在发生故障时断开所有的安全输出。来自PICC板卡1’的电源使能信号使能输出继电器的输出电压，而线圈激活电压则由PCM/PS模块2’输出电压仲裁决定。断联板连接PICC板卡1’和PCM/PS模块2’；

第一车辆接口模块5’、第二车辆接口模块6’和第三车辆接口模块7’均连接第二母板9’；其中，第一车辆接口模块5’提供从车辆设备到VOBC信号系统的接口。VIM1板每一对输入口都有保险丝、瞬态抑制器、滤波电容、齐纳二极管和光耦隔离器件保证了板卡安全。另外对每一对输入信号转换为最多3路冗余的数字输入信号提供给PICC板卡1’(有一路空置)。另外此板卡还支持做潜在故障电路测试和JTAG(Joint Test Action Group,联合测试工作组)调试功能。此板卡输入特性：若外部电压0到24V时,则确定输入IO电平是“低”；若外部电压40到140V时,则确定输入IO电平是“高”。

第二车辆接口模块6’提供从VOBC设备到车辆设备的接口，每一块VIM2板卡有16路经过隔离和滤波的输出电路。每一路输出又都提供最多三个独立的回检信号到PICC板卡1’(有一路空置)。16路输出信号经过4个强制激活继电器(FAR)后再从板子输出，继电器的工作电压由断联板而来，这样在VOBC出现故障时可以使FAR失效从而保证没有输出电压输出。另FAR继电器上也串联有一回检信号经光耦隔离分成最多3路后至PICC板卡1’。

第三车辆接口模块7’是PPU上子架上接口极丰富的一块板卡，具有功能：电源开关，对输入电源滤波和瞬态抑制；提供了车辆识别码的接口；提供了PWM(Pulse-Width Modulation，脉宽调变)信号接口；提供2相位速度传感器的电源和信号接口；提供串口232串行接口；提供串口422全/半双工接口；提供PASC板卡选择继电器；提供VIM2板卡电源。第三车辆接口模块7将接收的外部电源滤波后传给PCM/PS模块2’；

PASC板卡一方面通过数据总线与PICC板卡1’通信，另一方面提供并监测牵引和制动电流，(每一路0～24mA)，PASC板卡不做冗余。

第二母板9’作为各个板卡之间及板卡和外部输入、输出、传感器信号之间的媒介。

第一EPCM板卡1和第二EPCM板卡2分别通过CAN总线与两个PICC板卡1’一一对应连接。MPU与列车网络交换机的接口为以太网，为2路不同的网段进行通信，保证了通信的冗余度，其速度更是传统列车网络无法比拟。示意接口如图3所示。

MPU子架和PPU子架的背部使用RFM接头与外围设备连接，图4是MPU子架和PPU子架在机架上的背部示意图。图中线1”为PPU和MPU之间的电源互联线，MPU的供电来自于PPU，通过PPU VIM3前面面板的开关控制PPU自身和MPU的电源通断。线2”为PPU和MPU之间CAN接口互联线。下面是PPU背后7个RFM接头的外接信号，如下：

插头P1—列车识别号码(VID)；插头P3—VOBC输出信号；插头P5—VOBC输入、输出信号；插头P6—VOBC输入、输出信号；插头P8—列车信息管理系统接口(TIMS),接近传感器电源和信号接口，速度传感器电源和信号接口，加速度传感器电源和信号接口，牵引制动信号接口；插头P9—电源输入接口(来自列车蓄电池)，电源输出接口(MPU供电)，CAN通讯信号(与MPU)；插头P19—VOBC输入信号。

把MPU和PPU子架放到列车VOBC机柜中，确保MPU和PPU子架的板卡按图示插入以及MPU子架前面板和PPU子架前面板的通信线连接，如图5。确保接线正确后上电，观察电源指示灯指示正常，并可以看到MPU前面面板的LED阵列显示软件版本号。在外围设备都接入正常的情况下可以实现一切ATC功能。

以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求所限定。

Claims (2)

1.一种车载信号系统安全控制平台，其特征在于，包括一个车载信号系统安全控制器子架和一个车载信号系统安全接口子架，

所述车载信号系统安全控制器子架包括：第一EPCM板卡、第二EPCM板卡、第一供电模块、第二供电模块、网路转接板、通道选择开关跳线板、第一ETH/CAN转换模块跳线板、第二ETH/CAN转换模块跳线板、第一母板和两个以太网M12接口，其中：

所述第一EPCM板卡和第二EPCM板卡之间通过所述网路转接板和第一母板实现以太网环通信；

所述第一供电模块把列车供电电压转换成5V直流电源供给所述第一EPCM板卡；

所述第二供电模块把列车供电电压转换成5V直流电源供给所述第二EPCM板卡；

所述第一EPCM板卡和第二EPCM板卡分别通过所述通道选择开关跳线板连接所述母板；

所述第一ETH/CAN转换模块跳线板连接所述第一母板和一个以太网M12接口；

所述第二ETH/CAN转换模块跳线板连接所述第一母板和另一个以太网M12接口；

所述车载信号系统安全接口子架包括：两块PICC板卡、两块PCM/PS模块、六块IOM模块、断联板、三块第一车辆接口模块、两块第二车辆接口模块、第三车辆接口模块、PASC板卡和第二母板，其中：

所述两块PCM/PS模块给所述两块PICC板卡一一对应地供电；

所述IOM模块分别连接所述PICC板卡、PCM/PS模块和第二母板；

所述第一车辆接口模块、第二车辆接口模块和第三车辆接口模块均连接所述第二母板；

所述第三车辆接口模块将接收的外部电源滤波后传给所述PCM/PS模块；

所述断联板连接所述PICC板卡和PCM/PS模块；

所述PASC板卡通过数据总线与所述PICC板卡相连。

所述第一EPCM板卡和第二EPCM板卡分别通过CAN总线与所述两个PICC板卡一一对应连接。

2.根据权利要求1所述的车载信号系统安全控制平台，其特征在于，所述两个以太网M12接口连接列车网络交换机。