CN104890701B - 铁路车站的通信联锁系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种铁路车站的通信联锁系统，包括室内设备和室外设备：室内设备包括至少两个安全型联锁主机，实时采集被控设备状态以及对被控设备进行联锁运算控制；至少两个通讯服务器，实现室内设备和室外设备的通讯；室外设备包括：安全型道岔模块用于对预设区段的铁轨进行控制；安全型信号模块用于对区段的信号灯进行控制；安全型轨道模块用于采集车站区段铁轨的车辆占用信息；其将室内设备集中设置在室内，将室外设备设置在被控设备旁的控制箱内，并使室外设备与室内设备通信网络连接，减少了大量的信号电气连接电缆的使用，且模块化的方式成本低、占用空间少、工程建成复杂度降低，工程造价低且运营期间系统维护成本低，从而减小了维护难度。

Description

铁路车站的通信联锁系统

技术领域

本发明涉及铁路通信信号领域，具体而言，涉及铁路车站的通信联锁系统。

背景技术

车辆是人们生活和工作必不可少的交通工具，而车辆的正常运行，尤其是跑在铁轨上的列车，则需要铁路车站内专用的控制系统对各种行车进路信号进行控制，以保证列车的正常行驶。

相关技术中提供了一种铁路车站内的控制系统，其采用集中控制模式，具体包括：信号楼控制室内计算机联锁系统、室外信号机、转辙机和轨道区段，上述设备之间均采用信号电缆电连接；转辙机用于控制道岔区段，室外信号电缆连接至室内分线盘，并根据室内计算机联锁系统的控制指令对转辙机等进行控制。其中，室内计算机联锁系统由人机接口终端、安全型联锁计算机(简称联锁机)、安全型I/O模块(简称I/O模块)、安全型信号电气驱动组合架、电源设备等组成。人机接口终端向联锁机下达操作命令，联锁机接收该操作命令，并对该操作命令进行联锁运算，并向I/O模块下达输出命令，I/O模块根据输出命令通过电缆控制信号电气驱动组合，电气驱动组合通过信号电缆驱动控制室外信号设备。

发明人在研究中发现，现有技术的铁路车站内的控制系统采用集中控制的方式，导致室内外连接信号的电缆众多，使系统在建设期成本高，也使得工程施工工作量大繁琐，并且在运营期间，系统维护成本高且维护难度大。

发明内容

本发明的目的在于提供铁路车站的通信联锁系统，减少了大量的信号电气连接电缆，且模块化的方式成本低，设备类型少，占用室内空间少，工程造价低且运营期间系统维护成本低，减小了维护难度。

第一方面，本发明实施例提供了一种铁路车站的通信联锁系统，包括：室内设备和室外设备；室内设备和室外设备通过通信网络连接；

室内设备包括：至少两个安全型联锁主机，用于实时采集被控设备的状态信息，根据接收的状态信息的操作指令对被控设备进行联锁运算处理并根据处理结果控制室外设备；

至少两个通讯服务器，用于将联锁运算处理得到的输出命令发送至室外设备并实时将室外设备的状态发送至安全型联锁主机；

室外设备包括：安全型道岔模块，用于根据输出命令对预设区段的铁轨进行控制；安全型信号模块，用于根据输出命令对预设区段的信号灯进行控制；安全型轨道模块，用于根据输出命令采集车站区段的铁轨占用信息。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，安全型联锁主机包括：安全型计算机；

安全型计算机，包括两个独立同步运行的中央处理器CPU；

当安全型计算机工作时，每一个CPU分别对被控设备进行联锁运算，实时将运算结果与另一个CPU的运算结果进行比较，并在比较结果相匹配时输出运算结果；以及，在比较结果不同时，禁止输出运算结果并将安全型联锁主机设置为故障状态。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，安全型联锁主机为两台。

两个安全型联锁主机互为冗余热备并行运行；每一个安全型联锁主机上对应设置一个安全型计算机；

当一个安全型联锁主机进行控制工作时，另一个安全型联锁主机并行运行并实时同步数据；在当前处于控制状态的安全型联锁主机接收到联锁运算比较结果不同的数据信息时，自动切换到另一个安全型联锁主机工作。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，安全型联锁主机还包括：冗余电源模块；

冗余电源模块包括：冗余电源接口，用于接收外部输入电源；电源电磁兼容EMC电路，用于对输入电源进行滤波处理；冗余电源主模块，用于将滤波处理后的输入电源转换为两路工作所需的独立电源；冗余供电电路，用于对转换后的两路独立电源进行隔离，并将该两路独立电源整合为一路，用以为安全型计算机供电；

冗余通讯接口模块，用于实现安全型联锁主机与通讯服务器之间的数据通信。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，安全型道岔模块包括：

道岔控制电路，用于实时监控转辙机的动作电流，并在动作电流过载时和/或所述转辙机堵转时自动切断转辙机的动作电源，用以保护转辙机；

表示电路，用于根据采集的转辙机状态表杆件的位置状态获取道岔位置状态；

第一通讯单元，用于实现道岔控制电路与通讯服务器之间的通讯；

第一防雷模块，用于实时监测安全型道岔模块的工作过程并对产生的感应雷电进行防护。

结合第一方面的第四种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，道岔控制电路包括：

第一安全型继电器电路，用于实时监控转辙机的动作电流，并在动作电流过载时自动切断转辙机的动作电源；

第一安全型驱动电路，用于为第一安全型继电器电路的输出信号提供驱动力；

拉弧规避电路，用于在转辙机启动和停机时，抑制第一安全型继电器电路产生电弧。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，安全型信号模块包括：

调车安全型信号模块，用于控制调车信号机；其中，每一个调车安全型信号模块用于控制两架调车信号机；

接车安全型信号模块，用于控制接车显示信号机；其中，每一个接车安全型信号模块用于控制一架接车显示信号机。

结合第一方面的第六种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，安全型信号模块包括：信号控制电路；

信号控制电路包括：第二安全型继电器电路，用于实时检测当前的行车条件，并根据检测结果生成控制信号；第二安全型驱动电路，用于根据控制信号生成驱动信号，并驱动信号机按照检测结果对应的预设条件进行状态输出；过载保护电路，用于实时监测信号机电源上的电流，并在电流过载时切断电流；

灯丝电流监测电路，用于实时监测当前信号机的灯丝电流，并根据灯丝电流检测信号机是否断丝；

第二通讯单元，用于实现安全型信号模块与通讯服务器之间的数据通信；

第二防雷模块，用于实时监测安全型信号模块的工作过程并对产生的感应雷电进行防护。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，安全型轨道模块包括：

传感器，用于采用电气隔离耦合检测输入的交流轨道电压，并将交流轨道电压转换为直流电压；

检测电路，用于实时监测轨道区段，并对传感器的输出电压进行隔离和转换；

轨道电压采集防雷电路，用于对来自钢轨的感应雷电进行防护；

限流电路，用于限制安全型轨道模块的工作电流处于标准电流范围；

第三通讯单元，用于实现安全型轨道模块与通讯服务器之间的通讯。

结合第一方面、第一方面的第一种可能的实施方式至第一方面的第八种可能的实施方式中的任意一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第九种可能的实施方式，其中，安全型道岔模块、安全型信号模块、安全型轨道模块均包括：具有两个独立运行的微处理器MPU系统的安全型MPU模块，用于根据接收的输出命令，生成控制信号，以及在当前进行控制的一个MPU系统故障时，自动切换到另一个MPU系统中。

本发明实施例提供的一种铁路车站的通信联锁系统，包括：室内设备和室外设备，室内设备包括：至少两个安全型联锁主机和至少两个通讯服务器，室外设备包括：安全型道岔模块，用于对预设区段的铁轨进行控制；安全型信号模块，用于根对预设区段的信号灯进行控制；安全型轨道模块，用于采集站场区段的铁轨占用信息，与现有技术中的铁路车站内的控制系统采用集中控制的方式，导致室内外连接信号的电缆众多，使系统在建设期成本高，也使得工程施工工作量大繁琐，并且在运营期间系统维护成本高且维护难度大相比，其将室内设备集中设置在室内，将室外设备设置在被控设备旁的控制箱盒内，并使室外设备与室内设备通信网络连接，减少了大量的专用信号电气连接电缆，且模块化的方式成本低，设备类型少，占用室内空间少，工程造价低且运营期间系统维护成本低，减小了维护难度。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1示出了本发明实施例所提供的一种铁路车站的通信联锁系统的结构示意图；

图2示出了本发明实施例所提供的一种铁路车站的通信联锁系统中安全型联锁主机和安全型计算机的结构示意图；

图3示出了本发明实施例所提供的一种铁路车站的通信联锁系统中安全型道岔模块和道岔控制电路的结构示意图；

图4示出了本发明实施例所提供的一种铁路车站的通信联锁系统的安全型信号模块的结构示意图；

图5示出了本发明实施例所提供的一种铁路车站的通信联锁系统中信号控制电路和安全型轨道模块的结构示意图；

图6示出了本发明实施例所提供的一种铁路车站的通信联锁系统中安全型连锁主机的实物图。

主要元件符号说明：

1、室内设备；2、室外设备；11、安全型联锁主机；12、通讯服务器；13、安全型道岔模块；14、安全型信号模块；15、安全型轨道模块；16、操作机；17、电务维修机；18、通讯前置机；101、冗余通讯接口模块；102、安全型计算机；103、冗余电源模块；104、道岔控制电路；105、表示电路；106、第一通讯单元；107、第一防雷模块；108、调车安全型信号模块；109、接车安全型信号模块；110、信号控制电路；111、灯丝电流监测电路；112、第二通讯单元；113、第二防雷模块；114、轨道电压采集防雷电路；115、限流电路；116、传感器；117、检测电路；118、第三通讯单元；119、第三防雷模块；1001、冗余电源接口；1002、电源EMC电路；1003、冗余电源主模块；1004、冗余供电电路；1005、第一安全型继电器电路；1006、第一安全型驱动电路；1007、拉弧规避电路；1008、第二安全型继电器电路；1009、第二安全型驱动电路；1010、过载保护电路。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

传统计算机联锁系统的配置中，应用较多的专用信号传输电缆、传统系统设备类型和数量都比较多，设备造价高以及工程设计复杂等均使得施工复杂、运营维护成本高以及维修难度较大。

为了解决传统的计算机联锁系统的上述问题，本发明提供了一种铁路车站的通信联锁系统，基于通信的联锁系统(Communication Based Computer Interlock System简称：CBCI)采用了嵌入式计算机技术、网络技术、控制技术、铁路信号技术并参考欧洲铁路信号标准EN50126、EN50128、EN50129和我国铁路信号相关标准而全新研发的新一代站内计算机联锁系统。

如图1所示，本发明中的CBCI系统由操作计算机、电务维修机17、基于通信安全型联锁主机11、通讯服务器12、基于通信的安全型道岔模块13、基于通信的安全型信号模块14和基于通信的安全型轨道模块15、安全型冗余网络和交换机等部件构成。

其与现有技术相比，其将室内设备1集中设置在室内，将室外设备2设置在被控设备旁的控制箱内，并使室外设备2与室内设备1通信网络连接，减少了大量的信号电气连接电缆，且模块化的方式成本低，设备类型少，占用室内空间少，工程造价低且运营期间系统维护成本低，减小了维护难度。

本发明的实施例如下：

参考图1，本发明提供了一种铁路车站的通信联锁系统，包括：室内设备1和室外设备2；室内设备1和室外设备2通过通信网络连接；

室内设备1包括：至少两个安全型联锁主机11(图1中为两个安全型联锁主机11，分别用安全型联锁主机A和安全型联锁主机B表示)，用于实时采集被控设备的状态信息，根据接收的所述状态信息的操作指令对所述被控设备进行联锁运算处理并根据处理结果控制所述室外设备2；其中，操作指令用于控制被控设备的动作；至少两个通讯服务器12(图1中为两个，分别用通讯服务器A和通讯服务器B表示)，用于将联锁运算处理得到的输出命令发送至室外设备2并实时将室外设备2的状态发送至安全型联锁主机11；

室外设备2包括：安全型道岔模块13，用于根据所述输出命令对预设区段的铁轨进行控制；安全型信号模块14，用于根据所述输出命令对预设区段的信号灯进行控制；安全型轨道模块15，用于根据所述输出命令采集车站区段的铁轨占用信息。

具体的，本发明中的室内设备1和室外设备2通过通信网络连接，如通过光纤连接，通过局域网连接等，其节省了使用专用电气信号电缆连接占用较大空间，以及形成的较乱的布局的问题，并且，在工程造价不会增加的情况下，降低了系统的维护成本和维护难度。

具体的，安全型联锁主机11至少为两个的目的是，使两个或者两个以上的设备互为冗余设备，在其中一个故障的情况下，可以切换到另一个继续进行工作。同理，通讯服务器12至少为两个的目的是，使两个或者两个以上的设备互为冗余设备，在其中一个故障的情况下，可以切换到另一个继续进行工作。

优选的，本实施例中的所述的联锁通讯服务器12为两个，两个通讯服务器12由采用高性能嵌入式计算机模块和嵌入式通讯软件构成，通讯服务器12实现安全型联锁主机11和安全型控制模块之间的数据收发、数据加密、协议转换、通讯链路控制等操作，两台服务器同时并行运行，互为主备。

安全型联锁主机11为两个，两个联锁主机互为冗余热备并行运行；当一个联锁主机进行控制工作时，另一个联锁主机根据控制进程实时地同步数据；每一个安全型联锁主机11至少包括两个独立硬件软件系统，在当前工作的联锁主机出现故障时，另一个联锁主机进行控制切换，并根据同步的数据继续控制工作。

其中，安全型联锁主机11实时采集被控设备的状态信息并显示；工作人员则可以看到被控设备的状态信息，并据此对被控设备进行控制，即向主机发送操作指令；主机则根据该操作指令进行联锁处理，并根据处理结果控制室外设备2工作。

本实施例中的预设区段为操作指令对应控制的预设区段，其是工作人员根据当前的情况自行选择的预设区段。其中，对预设区段的铁轨进行控制，可以是控制转辙机锁闭预设区段的道岔尖轨等。对预设区段的信号灯进行控制，如控制信号灯的输出状态，如允许通行和禁止通行。

本发明与现有技术相比，其将室内设备1集中设置在室内，将室外设备2设置在被控设备旁的控制箱内，并使室外设备2与室内设备1通信网络连接，减少了大量的信号电气连接电缆，且模块化的方式成本低，设备类型少，占用室内空间少，工程造价低且运营期间系统维护成本低，减小了维护难度。

参考图1和图2，考虑到设计的合理性和简便性，本发明的安全型联锁主机11包括：安全型计算机102；其中，安全型计算机102包括两个独立同步运行的中央处理器CPU；两个CPU具有完整的独立的硬件系统，能够独立同步运行。

当安全型计算机102工作时，每一个CPU分别对被控设备进行联锁运算，实时将运算结果与另一个CPU的运算结果进行比较，并在比较结果相匹配时输出运算结果；以及，在比较结果不同时，禁止输出运算结果并将安全型联锁主机11设置为故障状态。

具体的，安全型计算机102采用双体系CPU构建，每个CPU体系都具有完整独立的处理器、RAM(random access memory、随机存取存储器)、ROM(Read-Only Memory，只读存储器)、存储器、通信接口、总线和时钟等，且每个CPU都能独立运行。两个CPU之间采用板载高速通信接口通信，实现两个CPU之间的内部高速数据通讯。

在安全型计算机102工作时，两CPU之间相互独立联锁运算，且每一个CPU均将其自身计算的运算结果与另一个CPU的运算结果相比较，当比较结果相同时输出运算结果，不同时禁止输出运算结果并将安联锁主机设置为故障状态。

需要说明的是CPU之间的比较功能等实质上是冗余安全型联锁软件，该安全型联锁软件是通信联锁系统进行联锁运算处理和控制核心软件。具体的，该安全型联锁软件采用双体系架构，运行在两个不同的CPU中。其中，两套冗余联锁核心软件采用不同制式、不同语言、不同开发人员、不同开发平台开发，软件实现同一功能，运算结果采用硬件与软件方式校核，只有运算结果相同才能输出。该软件具有非常高的安全可靠性，共模Bug发生概率≤10^-8以下，软件模块之间采用接口交换数据，禁止采用全局变量共享数据资源，软件采用“V”型迭代开发，具有非常高的安全可靠性。

参考图1和图2，优选的，该铁路车站的通信联锁系统中，安全型联锁主机为两台。

两个安全型联锁主机11互为冗余热备并行运行；每一个安全型联锁主机11上对应设置一个安全型计算机102；

当一个安全型联锁主机11进行控制工作时，另一个安全型联锁主机11并行运行并实时同步数据；在当前处于控制状态的安全型联锁主机11接收到联锁运算比较结果不同的数据信息(即当前处于控制状态的安全型联锁主机11故障时)时，自动切换到另一个安全型联锁主机11工作。

具体的，将一个安全型计算机102对应设置在一个安全型联锁主机11上，在一个主机故障时，直接切换到另一个主机，使得搭建过程简便且方便，并且也便于后续的维护工作。

进一步的，参考图2，安全型联锁主机11还包括冗余电源模块103；冗余电源模块103包括：冗余电源接口1001，用于接收外部输入电源；电源EMC(Electro MagneticCompatibility，电磁兼容)电路1002，用于对输入电源进行滤波处理；冗余电源主模块1003，用于将滤波处理后的输入电源隔离为两路并将该两路电源转换为工作所需的两路独立电源；冗余供电电路1004，用于对转换后的两路独立电源进行隔离，并将该两路独立电源整合为一路，用以为安全型计算机102供电；冗余通讯接口模块101，用于实现安全型联锁主机11与通讯服务器12之间的数据通信。

具体的，冗余电源模块103：由冗余电源接口1001，电源EMC电路1002、冗余电源主模块1003、冗余供电电路1004等构成。来自不同电源接口的电源分别独立经过EMC电路后，送入独立的电源主模块，电源主模块将输入电源隔离并转换为满足为计算工作所需的电源后，送入冗余供电电路1004，冗余供电电路1004将两路独立电源进行隔离、整合为一路向计算机供电；两路电源完全相互独立，两路电源都正常时冗余供电电路1004自动实现负载均衡，若其中一路出现故障时，另外一路自动全负荷供电。

本实施例中，冗余通讯接口模块101优选采用独立高速冗余通讯通道与冗余服务器通讯。

其中，本实施例中的安全型联锁主机11中的模块集成在电路板上，并组装成为一个实体的壳体，如图6所示，在使用时，将其放置于室内，节省了大量的空间。

需要说明的是，本实施例中的图2中虽然明确了安全型联锁主机11中各个器件或者模块的连接顺序，实质上，上述连接顺序可以任意调换。

进一步的，参考图3，本实施例中的安全型道岔模块13包括：道岔控制电路104，用于实时监控转辙机的动作电流，并在动作电流过载时自动切断转辙机的动作电源，以及在转辙机堵转时自动切断动作电源，用以保护转辙机。

具体的，道岔控制电路104采用安全型结构，由第一安全型继电器电路1005、第一安全型驱动电路1006和拉弧规避电路1007组成。道岔控制电路104能够保障在出现故障或错误情况下，倒向危险侧的概率≤10^-8。第一安全型继电器电路1005采用多个安全型继电器逻辑组合、串联、回采等保障在出现不符合输出意图的输出时能立刻停止。

第一安全型驱动电路1006由隔离驱动芯片(如CPU等)、二极管、三极管、电容、电阻、小型逻辑继电器等构成，每个继电器驱动都由来自模块上的板载MPU输出的4路差分对称信号和联锁逻辑运算输出继电器串联构成，具有非常强的抗干扰能力，能够保证电路按照输出意图输出，任一器件故障时电路倒向危险侧的概率≤10^-8。

其中，拉弧规避电路1007能够保证在转辙机启动和停机时控制继电器上不出现电弧，在提高继电器使用寿命同时具有防爆功能，使设备能够使用在具有防爆要求的特殊环境。

具体的，道岔控制电路104实时监控转辙机动作电流，当电流过载时电路自动切断动作电源；当转辙机堵转时能够自动切断动作电源保护转辙机。

表示电路105，用于根据采集的转辙机状态表杆件的位置状态获取道岔位置状态；

具体的，表示电路105通过采集转辙机状态表杆件位置状态从而获取道岔位置状态。表示电路105由隔离型表示电源、表示继电器、位置锁定电路、电容、电阻等构成。表示电路105能在断线、短路、漏电、混线等故障状态下准确检测道岔位置，错误检测概率≤10^-8。

第一通讯单元106，用于实现道岔控制电路104与通讯服务器12之间的通讯；

具体的，用于实现道岔控制模块与服务器之间的通讯。通讯单元通过总线与道岔控制模块上的板载MPU模块通讯，采用网络与服务器通讯通，通讯模块自动建立和维护通讯链路，用于实现道岔控制模块与服务器之间的通讯。当通讯链路建立不成功或与板载MPU模块通讯出现故障时，道岔控制模块切断道岔控制电源，并将道岔模块设置为故障锁闭状态，此时道岔模块不能进行任何操作。

第一防雷模块107，用于实时监测表示电路的工作过程并在检测到雷电时泄放雷电流，用以保护安全型道岔模块13(即对产生的感应雷电进行防护)。

具体的，本实施例中第一防雷模块107的作用体现在三个层面，1、信号模块电源工作电源防雷，2、信号模块通讯网络防雷，3、道岔表示防雷。

其中，本实施例中的安全型道岔模块13中的模块集成在电路板上，并组装成为一个实体的壳体，在使用时，将其放置于待控制设备旁边，节省了大量的空间。

需要说明的是，本实施例中的图3中虽然明确了安全型道岔模块13中各个器件或者模块的连接顺序，实质上，上述连接顺序可以任意调换。

进一步的，参考图4，本实施例中，安全型信号模块14包括：调车安全型信号模块108，用于控制调车信号机；其中，每一个调车安全型信号模块108用于控制两架调车信号机；接车安全型信号模块109，用于控制接车显示信号机；其中，每一个接车安全型信号模块109用于控制一架接车显示信号机。

进一步的，参考图4，本实施例中，安全型信号模块14包括：信号控制电路110，用于实时监测当前的行车条件，并根据检测结果控制信号机输出状态；其中，信号机的状态包括信号灯的状态；

信号控制电路110包括：第二安全型继电器电路1008，用于与信号机电连接，实时检测当前的行车条件，并根据检测结果生成控制信号；即在检测结果符合条件时，生成允许通行的控制信号；和在检测结果不符合预设条件时，生成禁止通行的控制信号(即将信号灯的输出状态转换成禁止输出状态)；第二安全型驱动电路1009与第二安全型继电器电路1008电连接，用于根据控制信号生成驱动信号，并驱动信号灯按照检测结果对应的预设条件进行输出；过载保护电路1010与第二安全型驱动电路1009电连接，用于实时监测信号灯电源上的电流，并在电流过载时立即切断电流；

具体的，信号控制电路110，由第二安全型继电器电路1008、第二安全型驱动电路1009、过载保护电路1010等构成。信号控制电路110中第二安全型继电器电路1008采用多个安全型继电器逻辑组合、串联、回采保障，在出现不符合输出意图的输出时能立刻转换到“禁止”信号输出，输出行车禁止信号。驱动电路由隔离驱动芯片、二极管、电容、电阻等构成，每个继电器驱动输入信号都由来自模块上的板载MPU输出的4路差分对称信号处理后控制，具有非常强的抗干扰能力，能够保证电路按输出意图输出，任一器件故障时电路倒向危险侧的概率≤10^-8；过载保护电路1010实时监测信号点灯电源上的电流，当信号电流过载时立即切断电流，保护信号控制模块、连接电缆和信号机。

灯丝电流监测电路111，用于实时监测当前信号机的灯丝电流，并根据灯丝电流检测信号机是否断丝；

具体的，灯丝电流监测电路111用于实时监测当前信号机灯丝电流，根据灯丝电流检测信号机是否断丝。灯丝电流检测采用电气隔离技术检测，能够在不增加任何外部设备的情况下检测目前市场上的LED型信号机和灯泡型信号机。

第二通讯单元112，用于实现安全型信号模块14与通讯服务器12之间的数据通信；

第二防雷模块113，用于实时监测安全型信号模块14的工作过程并在检测到雷电时泄放雷电流，用以保护安全型信号模块14(即对产生的感应雷电进行防护)。

其中，本实施例中的安全型信号模块14中的模块集成在电路板上，并组装成为一个实体的壳体，在使用时，将其放置于待控制设备旁边，节省了大量的空间。

需要说明的是，本实施例中的图4中虽然明确了安全型信号模块14中各个器件或者模块的连接顺序，实质上，上述连接顺序可以任意调换。

进一步的，参考图5，本实施例中，安全型轨道模块15包括：传感器116，用于采用电气隔离耦合检测输入的交流轨道电压，并将交流轨道电压转换为直流电压；检测电路117，用于实时监测轨道区段，并对传感器的输出电压进行隔离和转换；轨道电压采集防雷电路114，用于对来自钢轨的感应雷电进行有效的防护；限流电路115，用于限制安全型轨道模块15的工作电流处于标准电流范围；

具体的，轨道电压采集防雷电路114、限流电路115、传感器116、检测电路117等构成。每个模块具有独立的8路检测电路117，能够独立同时检测8个轨道区段。

其中，轨道电压采集防雷电路114由气体放电管、防浪涌电感、电阻等器件构成，能够对对来自钢轨的感应雷电进行有效防护。限流电路115由电阻网络构成，避免轨道上接入的过高电压而损坏轨道模块；传感器116采用电气隔离耦合检测轨道电压，并将输入的交流轨道电压转换为DC0-5V电压；检测电路117对传感器116输出信息进行隔离和转换，其中隔离两路独立模拟信号至板载MPU模块，隔离一路信号并按480原理转换为两路独立开关量信号送至板载MPU模块。检测电路117采用高灵敏检测原理，即在检测标准电压同时采用了电压变化检测技术，在1秒内如果轨道电压下降了70％表示轨道“占压”，在1秒内轨道电压上升了70％表示“空闲”。轨道状态、轨道电压都通过板载MPU和通讯模块实时发送到服务器。

安全型轨道模块15还包括：第三通讯单元118，用于实现安全型轨道模块与通讯服务器之间的通讯。第三通讯单元118通过总线与轨道模块上的板载MPU模块通讯，采用网络与通讯服务器通讯，通讯模块自动建立和维护通讯链路，用于实现轨道模块与通讯服务器之间的通讯。

第三防雷模块119，用于实时监测安全型轨道模块15的工作过程并在检测到雷电时泄放雷电流，用以保护安全型轨道模块15。

具体的，第三防雷模块119，其作用在二个层面，1、轨道模块电源工作电源防雷，2、轨道模块通讯网络防雷。

具体的，两个完全独立的嵌入式低功耗MPU系统组成，每个MPU系统采用基于8051结构的微处理器，每个MPU系统具有独立的处理器、总线、时钟、IO接口、通讯接口、AD、看门狗等。每个MPU系统具有16路开关量输入、16路开关量输出、8路模拟量输入和2个通讯口。MUP模块控制继电器时采用4路差分对称信号控制，为了进一步提高安全可靠性，同一MPU输出信号必须来自两个不同输出芯片，比如输出端口1和输出端口9组合，避免出现共模故障。MPU模块采用总线与板载通讯模块通讯。

具体的，安全型轨道模块15实时监测轨道占压/空闲状态和轨道电压，轨道模块通过实时采集轨道电压来判断当前轨道区段是否空闲。轨道模块在原有480轨道电路基础上采用高灵敏检测原理能够有效提高检测灵敏度，在很大程度上降低轨道区段“红光带”、“压不死”等故障，降低轨道电路维修难度。设置室外轨道端的信号变压器箱(简称为XB盒，是铁路信号系统中室外常用的一种箱盒)内。

其中对于轨道电路区段，显示设备以红光带表示该轨道区段处于有车占用状态或故障状态(如钢轨折断、电缆断线、电源故障等)称为“红光带”、“压不死”即轨道电路受轨面生锈、不洁净等因素影响，在车辆压入时，不能可靠短路，不能给出信号正常显示，俗称轨道电路“压不死”。这一问题会导致车辆压入后，在室内控制台上却无车辆压入的显示，造成电务设备联锁关系失效，给行车安全埋下重大隐患。

其中，本实施例中的安全型轨道模块15中的模块集成在电路板上，并组装成为一个实体的壳体，在使用时，将其放置于待控制设备旁边，节省了大量的空间。

需要说明的是，本实施例中的图5中虽然明确了安全型轨道模块15中各个器件或者模块的连接顺序，实质上，上述连接顺序可以任意调换。

另外，在上述的安全型道岔模块、安全型信号模块以及安全型轨道模块中均包括：具有两个独立运行的微处理器MPU系统的安全型MPU模块，用于根据接收的所述输出命令，生成控制信号以及在当前进行控制的一个MPU系统故障时，自动切换到另一个MPU系统中。

如上述实施例所述，安全型道岔模块可以包括道岔控制电路等，道岔控制电路包括第一安全型继电器电路和第一安全型驱动电路等，都有控制信号的输出，故本实施例中通过具有两个独立运行的微处理器MPU系统的安全型MPU模块实现所有相关的控制工作，而安全型MPU模块可以以单独的模块存在，也可以集成到上述模块，或者安全型道岔模块、安全型信号模块以及安全型轨道模块中的任意一个模块中，满足能够根据输出命令，生成控制信号即可。

另外，考虑到安全型MPU模块会故障的问题，安全型MPU模块采用两个完全独立的嵌入式低功耗MPU系统组成，这样在当前进行控制的一个MPU系统故障时，自动切换到另一个MPU系统中。

具体的，每个MPU系统具有独立的处理器、总线、时钟、IO接口、通讯接口、模数转换电路AD电路、看门狗等。优选的，本实施例中每个MPU系统具有16路开关量输入、16路开关量输出、8路模拟量输入和2个通讯口。安全型MPU模块控制继电器时采用4路差分对称信号控制，为了进一步提高安全可靠性，同一个安全型MPU模块输出信号必须来自两个不同输出芯片，比如输出端口1和输出端口9组合，避免出现共模故障。

优选的，安全型MPU模块采用总线与板载通讯模块通讯。当安全型MPU模块运行不同的嵌入式功能程序时，执行不同的运算控制功能。

另外，本实施例中的铁路车站的通信联锁系统，还包括：操作机16、电务维修机17、交换机和通讯前置机17；

操作机16通过工业以太网与安全型联锁主机11电连接，用于向安全型联锁主机11发送操作指令；

电务维修机17通过工业以太网与安全型联锁主机11电连接，用于实时监控铁轨和列车的当前状态信息；

交换机或通讯前置机17通过工业以太网与安全型联锁主机11电连接，用于实现其他设备与安全型联锁主机11的通信。

下面结合附图1在对本发明提供的铁路车站的通信联锁系统进行简要说明：

CBCI系统室内设备1包括基于通信的安全型联锁主机11(A，B互为冗余热备)、通讯服务器12(A，B互为冗余热备)、操作机16、电务维修机17、交换机等组成。室外设备2由信号控制模块、道岔模块、轨道模块等构成。室内外设备之间采用通讯总线连接。

将信号控制模块、道岔控制模块、轨道电路模块等根据工程需要设置在，所控制设备旁XB电缆接线盒内，盒内的控制模块直接与备控制的设备连接，与控制中心之间采用通信总线连接，省去了大量信号电气连接电缆。

1、控制中心室内设备1

1)基于通信的联锁主机

每套CBCI系统配置两台联锁机即A机和B机，A、B机互为主备，热备并行运行。联锁主机采用2取2安全型型构造，每台联锁主机中设置了两套硬件和软件完全独立CPU体系，两CPU运算相同后通过总线向室外发送控命令。

2)通讯服务器12面

每套CBCI系统标准配置通讯服务两台，两台通讯服务器12热备工作并互为主备。

2、室外设备2

1)基于通信的安全型道岔模块13

安全型道岔模块13是控制道岔的核心设备，道岔模块将道岔控制电路104、表示电路、通讯单元、2取2CPU、防雷模块等都集成到了一个模块中，一个模块完成道岔的控制、检测功能。2取2技术、双通讯通道、双CPU、双安全控制电路输出。设置室外在转辙机旁控制箱内。

2)安全型信号模块14

安全型信号模块14是信号机控制的核心部件，信号模块将信号控制电路110、灯丝检测电路117、通讯单元、2取2CPU(或者2乘2取2CPU)、防雷等都集成到了一个模块中，信号模块分为调车信号模块和接车信号模块，一个调车信号模块控制两架调车信号机，一个接车信号模块控制一架接车显示信号机。设置室外在信号机旁控制箱内。

3)安全型轨道模块15

安全型轨道模块15实时监测轨道占压/空闲状态和轨道电压，轨道模块通过实时采集轨道电压来判断当前轨道区段是否空闲。轨道模块在原有480轨道电路基础上采用高灵敏检测原理能够有效提高检测灵敏度，在很大程度上降低轨道区段“红光带”、“压不死”等故障，降低轨道电路维修难度。设置室外轨道受端XB盒内。

本发明提供的铁路车站的通信联锁系统，能够带来以下有益效果：

1、采用通信光缆与室内信号主机连接，信号电缆下降约80％。

2、控制室占用空间降低50％。

3、系统总体造价降低30％。

4、降低了设计、安装、调试、运营维修难度。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种铁路车站的通信联锁系统，其特征在于，包括：室内设备和室外设备；所述室内设备和所述室外设备通过通信网络连接；

所述室内设备包括：至少两个安全型联锁主机，用于实时采集被控设备的状态信息，根据接收的所述状态信息的操作指令对所述被控设备进行联锁运算处理并根据处理结果控制所述室外设备；

至少两个通讯服务器，用于将联锁运算处理得到的输出命令发送至所述室外设备并实时将室外设备的状态发送至所述安全型联锁主机；

所述室外设备包括：安全型道岔模块，用于根据所述输出命令对预设区段的铁轨进行控制；安全型信号模块，用于根据所述输出命令对预设区段的信号灯进行控制；安全型轨道模块，用于根据所述输出命令采集车站区段的铁轨占用信息；

所述安全型信号模块包括：信号控制电路；所述信号控制电路包括：第二安全型继电器电路，用于实时检测当前的行车条件，并根据检测结果生成控制信号；第二安全型驱动电路，用于根据所述控制信号生成驱动信号，并驱动信号机按照检测结果对应的预设条件进行状态输出；过载保护电路，用于实时监测信号机电源上的电流，并在电流过载时切断电流；

灯丝电流监测电路，用于实时监测当前信号机的灯丝电流，并根据所述灯丝电流检测信号机是否断丝。

2.根据权利要求1所述的铁路车站的通信联锁系统，其特征在于，所述安全型联锁主机包括：安全型计算机；

所述安全型计算机，包括两个独立同步运行的中央处理器CPU；

当所述安全型计算机工作时，每一个所述CPU分别对所述被控设备进行联锁运算，实时将运算结果与另一个所述CPU的运算结果进行比较，并在比较结果相匹配时输出所述运算结果；以及，在所述比较结果不同时，禁止输出运算结果并将安全型联锁主机设置为故障状态。

3.根据权利要求2所述的铁路车站的通信联锁系统，其特征在于，所述安全型联锁主机为两台；

两个所述安全型联锁主机互为冗余热备并行运行；每一个安全型联锁主机上对应设置一个所述安全型计算机；

当一个所述安全型联锁主机进行控制工作时，另一个所述安全型联锁主机并行运行并实时同步数据；在当前处于控制状态的安全型联锁主机接收到联锁运算比较结果不同的数据信息时，自动切换到另一个所述安全型联锁主机工作。

4.根据权利要求1所述的铁路车站的通信联锁系统，其特征在于，所述安全型联锁主机还包括：冗余电源模块；

冗余电源模块包括：冗余电源接口，用于接收外部输入电源；电源电磁兼容EMC电路，用于对所述输入电源进行滤波处理；冗余电源主模块，用于将滤波处理后的输入电源转换为两路工作所需的独立电源；冗余供电电路，用于对转换后的两路独立电源进行隔离，并将所述两路独立电源整合为一路，用以为安全型计算机供电；

冗余通讯接口模块，用于实现所述安全型联锁主机与所述通讯服务器之间的数据通信。

5.根据权利要求1所述的铁路车站的通信联锁系统，其特征在于，所述安全型道岔模块包括：

道岔控制电路，用于实时监控转辙机的动作电流，并在所述动作电流过载时和/或所述转辙机堵转时自动切断转辙机的动作电源，用以保护所述转辙机；

表示电路，用于根据采集的转辙机状态表杆件的位置状态，获取道岔位置状态；

第一通讯单元，用于实现所述道岔控制电路与所述通讯服务器之间的通讯；

第一防雷模块，用于实时监测所述安全型道岔模块的工作过程并对产生的感应雷电进行防护。

6.根据权利要求5所述的铁路车站的通信联锁系统，其特征在于，所述道岔控制电路包括：

第一安全型继电器电路，用于实时监控转辙机的动作电流，并在所述动作电流过载时自动切断转辙机的动作电源；

第一安全型驱动电路，用于为所述第一安全型继电器电路的输出信号提供驱动力；

拉弧规避电路，用于在转辙机启动和停机时，抑制所述第一安全型继电器电路产生电弧。

7.根据权利要求1所述的铁路车站的通信联锁系统，其特征在于，所述安全型信号模块包括：

调车安全型信号模块，用于控制调车信号机；其中，每一个所述调车安全型信号模块用于控制两架调车信号机；

接车安全型信号模块，用于控制接车显示信号机；其中，每一个所述接车安全型信号模块用于控制一架接车显示信号机。

8.根据权利要求7所述的铁路车站的通信联锁系统，其特征在于，所述安全型信号模块还包括：

第二通讯单元，用于实现所述安全型信号模块与所述通讯服务器之间的数据通信；

第二防雷模块，用于实时监测所述安全型信号模块的工作过程并对产生的感应雷电进行防护。

9.根据权利要求1所述的铁路车站的通信联锁系统，其特征在于，所述安全型轨道模块包括：

传感器，用于采用电气隔离耦合检测输入的交流轨道电压，并将所述交流轨道电压转换为直流电压；

检测电路，用于实时监测轨道区段，并对所述传感器的输出电压进行隔离和转换；

轨道电压采集防雷电路，用于对来自钢轨的感应雷电进行防护；

限流电路，用于限制安全型轨道模块的工作电流处于标准电流范围；

第三通讯单元，用于实现所述安全型轨道模块与所述通讯服务器之间的通讯。

10.根据权利要求1-9任意一项所述的铁路车站的通信联锁系统，其特征在于，所述安全型道岔模块、所述安全型信号模块、所述安全型轨道模块均包括：具有两个独立运行的微处理器MPU系统的安全型MPU模块，用于根据接收的所述输出命令，生成控制信号，以及在当前进行控制的一个MPU系统故障时，自动切换到另一个MPU系统中。