CN104960554A - 一种基于功能分配设置双主机的车站区间一体化系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于功能分配设置双主机的车站区间一体化系统，本发明公开的系统，一方面，采用了两套主机的方案，这两套主机的功能划分按功能需求独立性进行分配设置，具有变更影响范围小，各主机处理数据独立、灵活，另一方面，还简化了列控系统中子系统连接的复杂性，具有可用性强，便于改造的优点，是电子化、智能化的新型信号系统。

Description

一种基于功能分配设置双主机的车站区间一体化系统

技术领域

本发明涉及铁路信号技术领域，尤其涉及一种基于功能分配设置双主机的车站区间一体化系统。

背景技术

现阶段，我国300～350km/h高速铁路主要采用基于GSM-R无线通信实现列车运行控制信息车-地双向连续传输的CTCS-3级列控系统，200～250km/h客运专线主要采用基于轨道电路加点式应答器传输列车运行控制信息的CTCS-2级列控系统。列控系统的地面设备主要有：无线闭塞中心(RBC)及铁路专用GSM-R无线通信系统、车站列控中心(TCC)、计算机联锁(CBI)、临时限速服务器(TSRS)、轨道电路、轨旁电子单元(LEU)、应答器等。其中RBC通过GSM-R无线通信系统与CTCS-3级车载设备进行通信，并发送控车信息；TCC负责区间及站内编码、区间方向控制、LEU及有源应答器报文控制等功能；CBI负责站内信号机、道岔、进路办理等联锁关系处理；TSRS负责临时限速处理。

上述列控系统地面设备不同于传统信号系统，其显著特点是功能多、系统复杂，由多个子系统构成，子系统之间通过信息传输技术互相连接，当前这种模式功能有些分散且有重叠，可进一步从车站区间一体化的角度进行整合和优化。

目前，国内铁路列车控制系统运用车站区间一体化技术的有秦沈客专和石太客专的法国CSEE公司SEI系统、京津城际的西门子公司SIMIS W系统。SEI、SIMIS W一体化系统为在一个主机内完成所有所需功能的逻辑运算，功能集中处理。但在处理大型站场时需要把站场分割、设置多套设备来实现，逻辑处理复杂，不利于工程的实施和维护。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于功能分配设置双主机的车站区间一体化系统，既实现了车站区间一体化，又把车站区间功能合理分配在两个主机上，简化了系统互相连接的复杂性，设备相对集中，功能上分散处理，具有可用性强，便于改造的优点。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于功能分配设置双主机的车站区间一体化系统，该系统包括：操作表示层、主控层与执行层；其中：

所述操作表示层，用于将接收操作员的操作命令或外部系统发送的操作命令发送至主控层，并在本层记录相应的操作命令，以及接收主控层返回的相关信息后进行界面显示，以及发送至所述外部系统，并存储在本层；

所述主控层，用于根据接收到的操作命令并通过执行层实现包括站内信号机、道岔、进路办理的联锁逻辑控制、站内及区间编码逻辑控制、区间方向控制、区间信号控制与其他不涉及具体线路里程数据的控制；还用于通过执行层进行临时限速处理；

所述执行层包括：一定规模数量的包含采集板/驱动板或电子执行单元的执行表示机轨道盘、轨旁电子单元LEU以及相应的执行单元；所述执行层中的执行表示机、轨道盘与LEU受控于主控层，根据主控层的指令，控制其下属的执行单元执行相应的操作，并将操作后的相关信息反馈至主控层。

所述操作表示层包括：操作表示机与监测维修机；其中：

所述操作表示机，用于接收操作员的操作命令或列车调度集中指挥控制系统CTC发送的操作命令，并发送至主控层，以及接收主控层返回的相关信息，并发送至CTC系统；

监测维修机，用于记录相应的操作命令，以及存储主控层返回的相关信息。

所述主控层包括：逻辑主机和限速处理主机，所述逻辑主机和限速处理主机均采用二取二乘二的安全冗余结构；其中：

所述逻辑主机，用于根据接收到的操作命令并通过执行层实现包括站内信号机、道岔、进路办理的联锁逻辑控制、站内及区间编码逻辑控制、区间方向控制、区间信号控制与其他不涉及具体线路里程数据的控制；其中，包括：向执行表示机下发信号机的点灯控制命令与道岔的操纵控制命令，向轨道盘发送轨道电路的编码控制命令；结合操作表示机的控制命令完成进路控制与闭塞控制；

所述限速处理主机，用于通过执行层进行临时限速处理。

向执行表示机下发信号机的点灯控制命令与道岔的操纵控制命令，向轨道盘发送轨道电路的编码控制命令包括：

向执行表示机下发信号机的点灯控制命令，实现色灯信号机控制；

向执行表示机下发道岔的操纵控制命令，实现道岔转辙机控制；

向轨道盘发送轨道电路的编码控制命令，实现轨道电路控制。

所述限速处理主机，用于通过执行层进行临时限速处理包括：

限速处理主机从逻辑主机处获得当前的限速信息及进路编号，以及获得执行表示机的站场状态信息，并根据获得的进路编号、站场状态信息和临时限速信息实时组帧生成报文，再通过与LEU的通信，将报文经LEU发送给设在轨旁的有源应答器，当动车通过该有源应答器时传送给列控车载设备。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，一方面，采用了两套主机的方案，这两套主机的功能划分按功能需求独立性进行分配设置，具有变更影响范围小，各主机处理数据独立、灵活，另一方面，还简化了列控系统中子系统连接的复杂性，具有可用性强，便于改造的优点，是电子化、智能化的新型信号系统。

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为本发明实施例提供的一种基于功能分配设置双主机的车站区间一体化系统的示意图；

图2为本发明实施例提供的一种基于功能分配设置双主机的车站区间一体化系统的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的三个层次间的结构关系及信息流交互示意图；

图4为本发明实施例提供的逻辑主机与限速处理主机的软件系统结构示意图。

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。

多年来，为了便于站场改造时测试、验收、维护运用等，我国对于车站、区间的控制采取分设联锁、列控中心系统的方案，分开设置符合我国铁路快速建设的需要。因此，最理想的车站区间一体化系统是由一套系统满足大型车站要求，同时该系统又能实现车站、区间功能相对独立。本发明实施例提供一种基于功能分配设置双主机的车站区间一体化系统，下面结合图1进行介绍。

如图1所示，该系统主要包括：操作表示层、主控层与执行层；其中：

1、所述操作表示层，用于将接收操作员的操作命令或外部系统发送的操作命令发送至主控层，并在本层记录相应的操作命令，以及接收主控层返回的相关信息后进行界面显示，以及发送至所述外部系统，并存储在本层。

具体来说，所述操作表示层包括：操作表示机与监测维修机；其中：

所述操作表示机，用于接收操作员的操作命令或CTC系统(列车调度集中指挥控制系统)发送的操作命令，并发送至主控层，以及接收主控层返回的相关信息，并发送至CTC系统；

监测维修机，用于记录相应的操作命令，以及存储主控层返回的相关信息。

2、所述主控层，用于根据接收到的操作命令并通过执行层实现联锁逻辑控制、站内及区间编码逻辑控制、区间方向控制、区间信号控制与其他不涉及具体线路里程数据的控制；还用于通过执行层进行临时限速处理。

具体来说，所述主控层包括：逻辑主机和限速处理主机，所述逻辑主机和限速处理主机均采用二取二乘二的安全冗余结构；其中：

1)所述逻辑主机，用于根据接收到的操作命令并通过执行层实现包括站内信号机、道岔、进路办理的联锁逻辑控制、站内及区间编码逻辑控制、区间方向控制、区间信号控制与其他不涉及具体线路里程数据的控制；其中，包括：向执行表示机下发信号机的点灯控制命令与道岔的操纵控制命令，向轨道盘发送轨道电路的编码控制命令；结合操作表示机的控制命令完成进路控制与闭塞控制。

所述向执行表示机下发信号机的点灯控制命令，实现色灯信号机控制；

所述向执行表示机下道岔的操纵控制命令，实现道岔转辙机控制；

所述向轨道盘发送轨道电路的编码控制命令，实现轨道电路控制。

2)所述限速处理主机，用于通过执行层进行临时限速处理，其包括：

限速处理主机从逻辑主机处获得当前的限速信息及进路信息，并根据获得的进路信息和临时限速信息实时组帧生成报文，再通过与LEU的通信，将报文经LEU发送给设在轨旁的有源应答器，当动车通过该有源应答器时传送给列控车载设备。

3、所述执行层包括：一定规模数量的包含采集板/驱动板的执行表示机(或采用全电子模块方式时此处为电子执行单元)、轨道盘、轨旁电子单元LEU以及相应的执行单元；所述执行层中的执行表示机、轨道盘与LEU受控于主控层，根据主控层的指令，控制其下属的执行单元执行相应的操作，并将操作后的相关信息反馈至主控层。

为了便于理解，下面结合附图2-4对本发明的系统结构、功能以及部件之间通信接口与信息流进行详细的介绍。

如图2所示，为本发明实施例提供的一种基于功能分配设置双主机的车站区间一体化系统的结构示意图。系统主要分为系统分为操作表示层、主控层、执行层三个层次。

1、操作表示层，以独立的、通用型的PC系列工业控制计算机作为操作表示机；以操作表示机为核心，通过设在操作值班室内的控制台，向车务值班员显示站场状态和系统的工作状态，并接受操作员的操作命令、给出相关的语音提示和报警。操作表示机以通信方式与主控层的逻辑主机实现冗余连接，进行相关信息的上传、下达及处理；在调度集中区段，与CTC系统的自律机/TDCS系统的站机以通信接口的方式连接，向CTC/TDCS系统送出站场表示信息，并接收、处理来自CTC的操作命令。监测维修机通过系统的内部局域网与操作表示机实现通信连接，同时与主控层的双主机相连接。

2、主控层设置逻辑主机和限速处理主机，两套主机均采用二取二乘二的安全冗余结构，并通过内部总线进行通信。对两套主机功能的划分采取相对稳定的功能需求与经常变化的功能需求从数据配置、系统功能划分等方面分开设置的方法，逻辑主机负责站内联锁逻辑、站内及区间编码逻辑、区间方向控制、区间信号控制等不涉及具体线路里程数据的功能，限速处理主机负责对临时限速的处理和有源应答器报文的计算。这两部分功能所需要的静态数据相互独立，因此，在局部变更时，可实现单独修改一个相关主机的数据。此方案缩小了修改数据和软件的影响范围，缩小变更后试验验收围。

3、执行层受控于主控层，主要由带有一定规模数量的采集板/驱动板的执行表示机(采用全电子模块方式时此处为电子执行单元)、轨道盘、LEU及相应的执行单元构成，实现对直接控制对象的状态信息采集和动作驱动控制以及信息通信传输。执行层的受控接口对象，一种是AX系列安全型继电器的接点与线包(进而与继电电路结合控制轨旁设备)，另一种是通过全电子执行单元方式接各类轨旁设备。本一体化系统可与两种执行层适配。

上述三个层次间的结构关系及信息流交互示意图如图3所示。下面以主控层为主体进行说明。

1、逻辑主机的主要接口及信息流

1)逻辑主机与执行表示机为安全通信接口，接口为CAN总线接口；逻辑主机向执行表示机发送控制命令，包括信号机的点灯控制命令、道岔的操纵控制命令；执行表示机向逻辑主机发送表示信息(即相关状态信息)，包括信号机的表示信息、道岔的位置表示信息；

2)逻辑主机与轨道盘为安全通信接口，接口为CAN总线接口；逻辑主机向轨道盘发送轨道电路的编码控制命令；轨道盘向逻辑主机发送轨道电路的表示信息；

3)逻辑主机与限速处理主机为安全通信接口，通过内部以太网总线进行通信；逻辑主机向线路数据主机发送当前临时限速命令，限速处理主机向逻辑主机发送当前临时限速状态及信号降级状态。

4)逻辑主机与外部系统为安全通信接口，外部系统包括相邻的车站区间一体化系统、RBC系统、TSRS系统；逻辑主机通过以太网与外部系统接口，逻辑主机的每一系通过两个物理端口与多个设备一对多通信；逻辑主机与相邻一体化系统交互必要的站间联系信息；逻辑主机向RBC发送信号授权信息，接收RBC车载信息；逻辑主机接收TSRS的临时限速信息，向TSRS发送临时限速回执。

逻辑主机与操作表示机、监测维护机为一般通信接口，通过操作层以太网双网连接；逻辑主机接收操作表示机的操作命令，向操作表示机、监测维护机发送站场状态信息、系统工作状态、通信状态、报警信息、提示信息和接口信息等。

2、限速处理主机的主要接口及信息流

1)限速处理主机与LEU为安全通信接口，逻辑主机向LEU发送报文信息，并从LEU接收报文的回执信息；

2)限速处理主机与执行表示机有安全通信接口；限速处理主机能接收执行表示机的状态信息，主要包括信号机状态、道岔表示信息，用于计算进路信息；

3)限速处理主机与轨道盘为安全通信接口；限速处理主机从轨道盘接收轨道电路的表示信息；

4)限速处理主机与监测维护机设有一般通信接口；限速处理主机向监测维护机发送限速信息、通信状态和报警信息。

关于逻辑主机与限速处理主机的功能在前面已经提到，即，逻辑主机实现道岔转辙机控制、色灯信号机控制、轨道电路控制、进路控制与闭塞控制；限速处理主机，用于通过执行层进行临时限速处理。具体来说：

1、对道岔转辙机控制

道岔的转换和锁闭与运行的列车或车列直接相关，直接影响行车安全。动力式道岔转辙机同时具有转换道岔、锁闭道岔和反映道岔表示三大关键功能。道岔转辙机控制由逻辑主机负责。本一体化系统与道岔转辙机的接口一种方式是保留6502继电联锁系统的道岔控制电路，另一种方式是采用全电子化的道岔电子执行单元与道岔转辙机连接。

1)当通过道岔控制电路连接时，道岔的三种位置状态(定位、反位、无表示)以两个AX安全型继电器来实现，分别是定位表示继电器(DBJ)、反位表示继电器(FBJ)。对道岔转换方向的控制是以两个AX安全型继电器来实现，分别是定位操纵继电器(DCJ)、反位操纵继电器(FCJ)。

2)当通过道岔电子执行单元连接时，电子执行单元软件连续、实时的采集道岔转辙机的位置，经过校核比较确定道岔状态(定位、反位、无表示)将其上传，并接收下传的操作命令，进过比较确定操作命令后控制电子开关对道岔转辙机进行可靠转换控制。

2、色灯信号机控制

信号机是有一定速度含义的简化速差显示设备。信号机控制由逻辑主机负责。与信号机结合，一种方式是保留继电方式的信号点灯控制电路，由点灯控制电路与室外信号机连接，系统控制点灯控制电路需要的继电器，另一种方式是采用全电子化的信号机执行单元控制室外信号机。

1)各种列车信号机一般有红、绿、黄、白(引导)四种灯光颜色，系统通过列车信号继电器(LXJ)、正线继电器(ZXJ)、通过继电器(TXJ)、绿黄继电器(LUXJ)和引导继电器(YXJ)五个信号继电器与点灯控制电路结合控制灯光指示列车运行。调车信号机只有开放(显示月白色)和关闭(显示蓝色或红灯)两种显示状态，通过调车信号继电器(DXJ)结合。

2)通过电子执行单元方式连接时，电子执行单元实时、连续检测受控信号机的状态并将其状态上传，同时连续接收逻辑主机下达的信号控制命令，进过比较确定命令有效后控制相应电子开关实现点灯、灭灯、闪灯。

3、轨道电路控制

轨道电路是用于列车占用检查的关键基础设备。对轨道电路的控制由逻辑主机负责。系统将闭塞方向前方相邻若干区段的空闲、占用编码后经轨道盘发送给轨道电路发送盒，发送盒通过本区段的轨道向车载信号系统发送。轨道电路将区间轨道区段的占用、空闲信息经轨道盘传输给系统。

4、进路控制

进路控制是对道岔、信号和轨道区段进行联锁控制的主要方式。该功能由逻辑主机完成。进路是由相关道岔和轨道区段等组成，主要由该经路上道岔的位置所确定，进路逻辑满足后，控制信号机给出显示和锁闭相关道岔、区段等资源，列车通过或取消后，解锁(或释放)相关的道岔、区段。车站区间一体化系统接车、发车和区间运行都按进路的方式实现，为列车运行提供保障。

5、闭塞控制

“闭塞”是指把有列车运行的线路区段封闭起来，不准许其它列车驶入，防止列车相撞。闭塞逻辑由逻辑主机完成，两站间的闭塞条件通过信号安全数据网以通信方式传输。

6、应答器控制

应答器以近距离感应传输无线报文的方式在动车经过时向车载设备传送相关信息。该功能由限速处理主机完成。限速处理主机从逻辑主机处获得当前的限速信息及进路编号，以及获得执行表示机的站场状态信息，并根据获得的进路编号、站场状态信息和临时限速信息实时组帧生成报文，并通过与LEU的通信，将报文经LEU发送给设在轨旁的有源应答器，在动车通过时传送给列控车载设备。

本发明实施例中，逻辑主机与限速处理主机的上述功能是通过预装的软件系统来实现的，相应地软件层次结构图如图4所示。主要包括：底层操作系统，第二层的用户调度管理主程序，以及第三层的逻辑运算模块及通信模块。具体来说：

1、底层操作系统。操作系统对所承载的各种应用软件提供系统支持并实现其与系统硬件的分离。操作系统为应用软件提供安全、可靠的运行环境，并使整个系统能够在逻辑软件的控制下，安全、可靠地实现车站区间一体化功能。DOS、VXWORKS等各类实时操作系统，都是常用的操作系统，都可以作为一体化控制系统的操作系统。

2、第二层为专用的用户调度管理主程序。用户调度管理主程序对以下功能的实现起主要和主控作用，包括实时进行的各种信息传输/通信、各种冗余机制在内的运行及协调管理、故障的检测诊断及安全保障等；逻辑主机/限速处理主机为在其主处理器上运行的应用程序提供所需的各种信息和系统功能支持，并在应用程序的主导下完成对平台外部的各种通信交互及控制。

3、第三层为逻辑运算模块及通信模块。逻辑主机的逻辑运算模块，包括道岔转辙机控制、色灯信号机控制、轨道电路控制、进路控制、闭塞控制等，限速处理主机包括临时限速处理模块、报文实时生成模块，配置数据与逻辑运算模块分离。通信模块包括I/O通信模块、轨道电路通信模块、与操作表示机、监测维修机通信模块、RBC、TSRS、邻站一体化通信模块、LEU通信模块、逻辑主机与限速处理主机通信模块。

本发明实施例上述系统中，一方面，采用了两套主机的方案，这两套主机的功能划分按功能需求进行分配设置，处理数据时更为灵活，另一方面，还简化了列控系统中子系统连接的复杂性，具有可用性强，便于改造的优点，是电子化、智能化的新型信号系统。

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 (5)

1.一种基于功能分配设置双主机的车站区间一体化系统，其特征在于，该系统包括：操作表示层、主控层与执行层；其中：

所述操作表示层，用于将接收操作员的操作命令或外部系统发送的操作命令发送至主控层，并在本层记录相应的操作命令，以及接收主控层返回的相关信息后进行界面显示，以及发送至所述外部系统，并存储在本层；

所述主控层，用于根据接收到的操作命令并通过执行层实现包括站内信号机、道岔、进路办理的联锁逻辑控制、站内及区间编码逻辑控制、区间方向控制、区间信号控制与其他不涉及具体线路里程数据的控制；还用于通过执行层进行临时限速处理；

所述执行层包括：一定规模数量的包含采集板/驱动板或电子执行单元的执行表示机轨道盘、轨旁电子单元LEU以及相应的执行单元；所述执行层中的执行表示机、轨道盘与LEU受控于主控层，根据主控层的指令，控制其下属的执行单元执行相应的操作，并将操作后的相关信息反馈至主控层。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述操作表示层包括：操作表示机与监测维修机；其中：

所述操作表示机，用于接收操作员的操作命令或列车调度集中指挥控制系统CTC发送的操作命令，并发送至主控层，以及接收主控层返回的相关信息，并发送至CTC系统；

监测维修机，用于记录相应的操作命令，以及存储主控层返回的相关信息。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述主控层包括：逻辑主机和限速处理主机，所述逻辑主机和限速处理主机均采用二取二乘二的安全冗余结构；其中：

所述逻辑主机，用于根据接收到的操作命令并通过执行层实现包括站内信号机、道岔、进路办理的联锁逻辑控制、站内及区间编码逻辑控制、区间方向控制、区间信号控制与其他不涉及具体线路里程数据的控制；其中，包括：向执行表示机下发信号机的点灯控制命令与道岔的操纵控制命令，向轨道盘发送轨道电路的编码控制命令；结合操作表示机的控制命令完成进路控制与闭塞控制；

所述限速处理主机，用于通过执行层进行临时限速处理。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，向执行表示机下发信号机的点灯控制命令与道岔的操纵控制命令，向轨道盘发送轨道电路的编码控制命令包括：

向执行表示机下发信号机的点灯控制命令，实现色灯信号机控制；

向执行表示机下发道岔的操纵控制命令，实现道岔转辙机控制；

向轨道盘发送轨道电路的编码控制命令，实现轨道电路控制。

5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述限速处理主机，用于通过执行层进行临时限速处理包括：

限速处理主机从逻辑主机处获得当前的限速信息及进路编号，以及获得执行表示机的站场状态信息，并根据获得的进路编号、站场状态信息和临时限速信息实时组帧生成报文，再通过与LEU的通信，将报文经LEU发送给设在轨旁的有源应答器，当动车通过该有源应答器时传送给列控车载设备。