CN104192172A - 一种模块化计轴系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模块化计轴系统，所述系统由检测点、计轴通道与计轴主机上的功能模块一对一连接构成，且各个功能模块之间通过冗余的现场总线连接。每个检测点由计轴模块和一组传感器组成。该一组传感器安装在钢轨上，与计轴模块相连接。计轴主机由多个功能模块组成，每个功能模块根据专用配置数据，分别对检测点发送来的信息进行逻辑运算，并将运算结果输出。该技术方案与传统的集中式主机相比，可以大幅降低受故障影响的区段数量，提高了系统的可用性；与传统的分布式主机相比，由于使用了高度集成的功能模块和现场总线，大幅减少板卡数量并取消跳线使用，便于进行系统诊断和维护升级，大幅提高了系统的可维护性。

Description

一种模块化计轴系统

技术领域

本发明涉及铁路信号系统领域，尤其涉及一种模块化计轴系统。

背景技术

在铁路运输系统中，为检查轨道区段或道岔区段的列车占用状态，一般采用轨道电路方式。然而，在环境特殊的地区，由于轨道电路无法可靠地进行区段占用/空闲的检查，因此，引入了计轴技术，通过检查两个或多个检测点之间的轴数情况，判断区段内是否有车占用。

在铁路信号系统领域，传统的集中式和分布式系统结构作为公知的技术已经有了长时间的应用。

现有技术一，集中式系统结构，如图1所示。采用集中式系统结构时，一种功能板卡负责采集检测点信息，一种功能板卡负责采集区段复零信息，另有一种部分板卡负责驱动区段输出；核心的主CPU板负责进行全部检测点和全部区段状态的计算和评估工作；各个功能板卡和主CPU板之间采用总线连接。现有技术二，分布式系统结构，如图2所示。采用分布式系统结构时，一种板卡用于滤波或放大检测点信号，一种功能板卡(区段板卡)进行检测点和区段状态的计算和评估工作；各个功能板卡之间的通信通过复杂的配线和跳线连接实现。

上述现有技术存在以下缺点：采用集中式系统结构时，由于全部检测点与全部区段的数据均由主CPU板进行计算和评估，在主CPU板出现故障或者受到瞬时强干扰时，全部区段将会同时出现故障，在一台主机带多个区段的情况下，将影响全部区段的运行；对于地铁线路来说，当一台主机监测24个区段时，如果主CPU板出现故障，将导致4至5个地铁车站停止运营。采用分布式系统结构时，由于功能板卡类型太多，不同功能板卡实现的功能不同，在系统设计时较为复杂，所需的板卡数量也较多；由于不同功能板卡之间通过配线和跳线实现通信连接，难以采用集中诊断的方式，在故障恢复和系统升级时，均需要较长的维护时间和较大的维护工作量。为实现区段列车占用/空闲检测，需要在计轴系统中对区段和检测点之间的关系以及一些功能需求进行配置。现有的计轴设备中，通常采用硬件跳线设置和背板的手工配线来配置这些专用数据。采用这种配置方式，一方面需要在机笼中插入跳线配置板，占用设备空间；另一方面配置不够灵活，难以实现复杂的功能配置。

中国多年的现场应用表明，集中式和分布式计轴系统分别存在故障影响面太大和诊断维护较为复杂的问题。

发明内容

针对上述提到的现有技术中存在的问题，本发明将功能模块的概念引入到计轴系统中，开发了一种模块化计轴系统，其目的是：实现与现有集中式和分布式结构相比具有更高的可用性和可维护性的计轴系统。

本发明实现其发明目的采用的技术方案是：一种模块化计轴系统，计轴系统包括用于检测列车车轮信号的检测点，所述检测点的传感器安装在钢轨的一侧，检测点检测并将列车车轮信号发送给计轴主机上的功能模块，功能模块对接收到的全部车轮信号进行运算，判定轨道区段的列车占用或空闲状态，并将该状态输出。所述的计轴系统由检测点通过计轴通道与计轴主机上的功能模块一对一直接连接构成。

所述每个检测点包含安装在钢轨上的一对或多个传感器，该一对或多个传感器用于列车过车的轴数统计、方向判断和抗干扰判断。

所述计轴主机由多个功能模块构成，每个功能模块能够独立、完整地实现一个区段相关信息的采集、计算和输出功能。

所述计轴主机的各个功能模块之间通过冗余的现场总线进行通信。

所述计轴主机的每个功能模块包含两个或两个以上CPU，CPU之间的数据交换和比较所使用的通道独立于功能模块之间的通道。

所述检测点的计轴模块可通过光缆或者电缆与计轴主机相连。

所述计轴主机使用的计轴专用数据由软件配置生成，而非使用硬件跳线。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

一、一个计轴功能模块可以实现现有技术中的放大功能、计轴功能以及输出功能等多个不同的功能。为实现与一个检测点的连接，现有技术需要使用三块板卡，而本发明只需要一个模块。因此，从板卡数量来看，与集中式结构相比，模块化计轴系统所需的板卡数量仅为一半左右；与分布式结构相比，模块化计轴系统所需板卡的数量仅为三分之一左右。

二、通过采用冗余的现场总线取消了现有技术中各种复杂的跳线和配线，提高了计轴系统的可维护性。现有技术中，为将检测点发来的车轮信号传送到关联的计轴板卡上，各个板卡之间需要通过复杂的配线和跳线连接，这些跳线一方面增加了故障点和故障维护时间，另一方面也对维护管理工作提出了更高的要求。

三、通过采用软件配置方式降低了站型配置的复杂性，使计轴系统能够适用于全部可能的站型配置。现有技术中，站型配置采用硬件跳线配置方式，一般只能实现少数简单的站型配置，对于较为复杂的站型配置则无能为力。

由于模块化计轴系统充分结合了分布式系统结构和集中式系统结构的优点。因此，与采用集中式系统结构的计轴系统相比，当配置的检测点或者区段数量越多时，本发明在功能模块发生故障时对整个系统运行的影响就越小；与分布式系统结构相比，当配置的检测点或者区段数量越多时，本发明所需的板卡类型、数量和配线数量就越少。通过使用计轴专用的软件配置数据，不但可以减少板卡数量、提高系统容量，还可以增强系统的配置灵活性、完善系统的配置功能。

附图说明

图1为现有技术一的采用集中式结构的计轴系统的原理框图；

图2为现有技术二的采用分布式结构的计轴系统的原理框图；

图3为本发明的一种模块化计轴系统的原理框图；

图4为本发明的实施例的室内部分示意图；

图5为本发明的实施例的室内部分配置图；

具体实施方式

下面将结合附图及具体实施方式对本发明做进一步详细描述：

本发明的一种模块化计轴系统，其较佳的具体实施方式是：

图3是本发明的一种模块化计轴系统的原理框图。每个功能模块由两个或两个以上CPU组成。功能模块之间通过现场总线实时进行数据交换。每个功能模块与一个室外计轴模块直接通信，并将接收到室外报文转发到现场总线上；功能模块从现场总线上读取与本区段有关的检测点信息，并与从室外计轴模块直接读取到的信息相结合，计算并判断本区段的状态；每个功能模块分别采集和驱动与本区段相关的输入和输出。

图4是本发明的一种模块化计轴系统的室内部分示意图。计轴主机包含多个功能模块。计轴主机、电源模块以及防雷模块等均安装在室内机柜中。

图5是本发明的一种模块化计轴系统的室内部分配置图。每台计轴主机可以同时配置多个功能模块。每个功能模块对应一个检测点，使用标准机笼时，每台计轴主机可以实现对多个检测点或者区段的检测，其最大容量只跟现场总线的实际驱动能力有关。

每台计轴主机上的各个功能模块之间通过冗余的现场总线进行连接，其目的是当一条现场总线通道故障时，不会影响系统的正常运行。

每个功能模块与室外计轴模块既可以选用光缆连接，也可以选用电缆连接，在夏季雷雨较多的地区或电气化区段优先选用光缆连接。

在工程应用中，可以使用软件配置工具根据实际站场中区段和检测点的关系以及有关的功能需求生成相应的配置数据，该配置数据将可以通过配置插头安装在或者直接写入到功能模块上。功能模块的系统软件将读取该配置数据，分析站场配置情况及功能需求，据此控制计轴系统的运行。

本发明中的计轴系统主要包括计轴传感器、传输通道、计轴模块和其他计轴主机部件。本实施例中，计轴传感器可以采用单侧一体式传感器，也可以采用双侧分离式传感器，计轴传感器实际上由两个分别独立的传感器1和传感器2组成，安装在钢轨的轨腰上，用于检测列车车轮的通过数量及方向。本实施例中，计轴传感器可以直接与计轴模块连接，也可以与轨旁电子单元结合使用后与计轴模块连接，以提高车轮信号的传输距离和增强信号传输的抗干扰性能。

本实施例中，传输通道可以采用电缆方式，也可以采用光缆方式。当计轴传感器直接通过传输通道与计轴模块连接时，传输通道应采用电缆方式；当计轴传感器通过轨旁电子单元与计轴模块连接时，传输通道可以采用电缆方式，也可以采用光缆方式。当采用光缆通信时，通信传输距离更远，可以满足各种恶劣环境下的应用需求。

本实施例中，计轴模块通过传输通道接收计轴传感器传输过来的列车车轮信号。计轴模块将列车车轮信号进行处理后供本模块使用，并将该信号打包后转发到冗余的现场总线上，供其他功能模块使用。计轴模块也周期性地从现场总线上接收并使用其他计轴模块转发来的列车车轮信号。本实施例中，为了确保系统安全，计轴模块采用二取二结构，也可以采用三取二结构。

本实施例中，每个计轴模块采用数据文件的方式独立配置相关的计轴信息，设置与本计轴模块相关的计轴传感器。计轴模块仅从现场总线上接收并使用与本模块有关的计轴传感器传输来的列车车轮信号。

本实施例中，其他计轴主机部件包含主机母板，各个计轴模块和其他功能模块通过主机母板实现电气连接。车站值班员按压复零按钮发出的复零信号、轨道区段占用或空闲的车站信号灯表示信号均通过主机母板与计轴模块电气连接，一般为24V电压。

本实施例中，还可以使用诊断模块、转发模块、联锁模块、开关量模块等，以适应各种应用需求。诊断模块可以读取现场总线上的全部信息报文，供维护人员进行维护诊断工作使用；转发模块可以将多个计轴传感器的列车车轮信号传输到远程计轴主机上，实现某些计轴传感器的多主机共用；联锁模块可以实现与联锁设备的通信接口，而非使用传统的继电器接口；开关量模块可以采集、传输和驱动继电器状态，供某些有开关量状态传输需求的用户使用。当然，这些模块不实现计轴功能，因此，不必与计轴传感器连接，而可能与其他设备连接。

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揭露的技术范围内，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。

Claims (7)

1.一种模块化计轴系统，其特征是：包括计轴主机和检测点，计轴主机包含多个功能模块，检测点通过计轴通道与计轴主机上的功能模块一对一连接构成。

2.根据权利要求1所述的一种模块化计轴系统，其特征是每个检测点包含安装在钢轨上的一对或多个传感器，该一对或多个传感器用于列车过车的轴数统计、方向判断和抗干扰判断。

3.根据权利要求1所述的一种模块化计轴系统，其特征是所述计轴主机采用模块化结构，每个功能模块均可以独立实现完整的计轴系统功能。

4.根据权利要求1所述的一种模块化计轴系统，其特征是所述计轴主机的各个功能模块之间通过冗余的现场总线进行通信。

5.根据权利要求1所述的一种模块化计轴系统，其特征是所述计轴主机的每个具有安全需求的功能模块均包含两个或两个以上CPU，CPU之间的数据交换和比较所使用的通道独立于功能模块之间的通道。

6.根据权利要求1所述的一种模块化计轴系统，其特征是所述检测点的计轴模块可通过光缆或者电缆与功能模块相连。

7.根据权利要求1所述的一种模块化计轴系统，其特征是所述功能模块使用软件配置数据。