CN105083332A

CN105083332A - 列控车载系统

Info

Publication number: CN105083332A
Application number: CN201510125631.0A
Authority: CN
Inventors: 唐涛; 马连川; 李开成; 王海峰
Original assignee: Beijing Jiaotong University
Current assignee: Beijing Jiaotong University; China Railway Corp
Priority date: 2015-03-20
Filing date: 2015-03-20
Publication date: 2015-11-25

Abstract

本发明涉及一种列控车载系统，列控车载系统在每个独立编组的列车或货车设置一套列控车载系统主机，在两端各设置一套外围设备；双冗余列控车载通信网络连接列控车载系统主机和所有外围设备。实现列控车载系统分布式冗余配置的方法的步骤为：设置贯穿整个客运列车或货运机车的双冗余列控车载通信网络；在每个独立编组的客运列车或货运机车设置一套列控车载系统主机，在每个独立编组的客运列车或货运机车的两端各设置一套外围设备。本发明在不影响列控车载系统高安全性、高可靠性的前提下，将设备数量减至最少，提高外围设备冗余利用度，使列控车载系统具备空间分集冗余特性及一定的空间分集容灾特性。

Description

列控车载系统

技术领域

本发明涉及一种列车控制技术领域，尤其涉及一种列控车载系统。

背景技术

近年来，随着技术的进步和经济的发展，轨道交通得以迅速发展。列车运行控制(简称列控)系统，作为轨道交通的安全保障基础，为铁路的客运高速化和货运重载化和城轨高密度化、低间隔化提供了坚实的技术保障。

轨道交通列控车载系统实时监督列车运行速度，并根据列车运行限制条件自动控制列车制动系统，从而实现列车超速防护，保障列车行车安全、提高列车运行效率。

目前列控车载系统主要应用形式有城轨车载系统、高铁车载系统、重载车载系统、普铁车载系统等几类。其中，广泛使用的城轨车载系统主要是CBTC车载系统，而高铁车载系统主要是指CTCS-2级和CTCS-3级车载系统，而重载车载系统和普铁车载系统则基本采用相同的CTCS-0级系统架构。

列控车载系统的功能决定了其系统架构必须既满足高安全性要求，还要满足高可靠性要求，因此列控车载系统一般采用冷备单编码微处理器、冷备二取二、二乘二取二、三取二等安全冗余架构。列控车载系统一般设置于司机室，视情况就近接入设置在本端的速度传感器、轨道电路信息接收单元(TCR，含传感器，或称为机车信号)、测速雷达、应答器信息接收模块(BTM，含天线)、无线通信单元(MR，含天线)、机车接口单元、人机接口单元(DMI)等外围设备，如图1所示。

由于列车换端运行的特点，列控车载系统需要在每一端的司机室设置，这样会造成两个问题：

(1)设备数量多，不论是城轨、高铁、重载、普铁，都至少要装备两套列控车载系统(一端一套)，如果考虑重联(高铁中常见)，则需要四套列控车载系统，如图2(a)、2(b)所示。如果列控车载系统采用冷备单编码微处理器、冷备二取二安全冗余架构，此时实际装备了独立八套列控车载设备。

(2)冗余利用度不够。由于列车换端运行的特点，只有头端设备才会实际投入运行控车，因此两套或四套列控车载系统只有一套使用，也就是说高铁重联配置时独立八套单编码微处理器或二取二架构列控车载设备其实只有一套在工作。

另外头尾端独立设置各自的前述外围设备，头尾端外围设备一般不构成冗余关系，只有头端外围设备投入使用。

上述两个问题造成了列控车载设备数量多却冗余利用度不够的现象，需要改进。

发明内容

为解决上述存在的问题，本发明的目的是，在保障列控车载系统高安全性、高可靠性的前提下，尽量减少设备数量，又能充分冗余使用。

本发明的技术方案是：

一种列控车载系统，设置有双冗余列控车载通信网络，所述双冗余列控车载通信网络贯穿整个列车，在每个独立编组的机车设置一套列控车载系统主机，在每个独立编组的列车的两端各设置一套外围设备；通过所述双冗余列控车载通信网络连接所述列控车载系统主机和所有外围设备。

所述的外围设备包括：测速定位单元、机车接口单元、轨道电路信息接收单元、应答器信息接收模块、人机接口单元和无线通信单元。

所述的测速定位单元包括速度传感器和测速雷达。

所述的轨道电路信息接收单元包括接收传感器。

所述的应答器信息接收模块包括应答器天线，所述无线通信单元包括天线。

所述的列控车载系统主机集中设置于列车的一端或者分开设置于列车的两端。

位于不同端的测速定位单元、机车接口单元、应答器信息接收模块、人机接口单元、无线通信单元的外围设备互为分布式冗余备份关系。

每一端的轨道电路信息接收单元包括冷备单编码微处理器，采用冷备二取二或者二乘二取二或者二乘三取二的安全冗余架构。

所述列控车载系统主机使用运行方向头端的轨道电路信息接收单元接收通过双冗余列控车载通信网络发送的轨道电路信息。

所述测速定位单元、机车接口单元、应答器信息接收模块包括单编码微处理器，采用二取二或者三取二的安全冗余架构。

本发明的有益效果为：

在不影响列控车载系统高安全性、高可靠性的前提下，通过减少列控车载系统主机数量和简化测速定位单元、机车接口单元、应答器信息接收模块BTM的安全冗余架构，将设备数量减至最少，又通过位于不同端互为分布式冗余备份关系的测速定位单元、机车接口单元、应答器信息接收模块BTM、人机接口(DMI)单元、无线通信单元提高外围设备冗余利用度，同时利用不同端或不同列车编组的列控车载系统主机(包括其不同系)和外围设备分布式设置的特点，使列控车载系统具备空间分集冗余特性及一定的空间分集容灾特性。

附图说明

图1传统列控车载系统组成的原理框图，

图2(a)传统列控车载系统一端一套(共配置两套)列控车载系统的原理图，

图2(b)传统列控车载系统高铁重联一端一套(共配置四套)列控车载系统的原理图，

图3(a)本发明列控车载系统组成的原理框图，其中：

图3(a1)为图3(a)左侧(图中端Ⅰ)放大图，

图3(a2)为图3(a)左侧(图中端Ⅱ)放大图，

图3(b)列车重联时，本发明两列独立列车编组的列控车载系统的原理图，

图4(a)本发明两列独立列车编组的列控车载系统另一结构的原理图，

图4(a1)为图4(a)左侧(图中端Ⅰ)放大图，

图4(a2)为图4(a)左侧(图中端Ⅱ)放大图，

图4(b)列车重联时，本发明使用图4(a)结构的列控车载系统的原理图。

附图标记：1、列控车载系统主机，2、测速定位单元，3、机车接口单元，4、轨道电路信息接收单元，5、应答器信息接收模块，6、人机接口单元，7、无线通信单元，8、速度传感器，9、测速雷达，10、应答器天线，11、接收传感器。

具体实施方式

本发明具体实施的步骤如下：

(1)设置双冗余列控车载通信网络，支持异步串行通信网络(使用RS-232、RS-485、RS-422等接口)、现场总线通信网络(例如CAN、Profibus等)、列车通信网络(TCN)、以太网等常见列控通信方式，双冗余列控车载通信网络贯穿整个客运列车或货运机车。

(2)考虑列车编解组，在每个独立编组的客运列车或货运机车设置一套列控车载系统主机1，在每个独立编组的客运列车或货运机车的两端各设置一套外围设备；外围设备包括：测速定位单元2、机车接口单元3、轨道电路信息接收单元4(TCR，或称为机车信号，含接收传感器11)、应答器信息接收模块5(BTM，含应答器天线10)、人机接口单元6(DMI)和含天线的无线通信单元7；双冗余列控车载通信网络连接列控车载系统主机1和所有外围设备。

测速定位单元2连接速度传感器8和测速雷达9，还可以连接GPS、GLONASS、北斗之类的卫星定位系统。

机车接口单元3支持与列车的数字开关量的接口方式，也支持MVB的接口方式。

测速定位单元2、机车接口单元3、应答器信息接收模块5采用架构较为简单的单编码微处理器、二取二、三取二等安全冗余架构，优选二取二架构；而不需要采用架构复杂的冷备单编码微处理器、冷备二取二、二乘二取二等安全冗余架构。

人机接口单元6、无线通信单元7为非核心安全设备，采用单处理器一取一架构。

(3)列控车载系统主机1采用冷备单编码微处理器、冷备二取二、二乘二取二、三取二等安全冗余架构；优选采用二乘二取二安全冗余架构，列控车载系统主机1中的每一系(可采用单编码微处理器、二取二等架构)可集中于客运列车或货运机车的一端设置，也可以分开于两端设置。

(4)位于不同端的测速定位单元2、机车接口单元3、应答器信息接收模块5、人机接口单元6、无线通信单元7等外围设备互为分布式冗余备份关系。

(5)由于轨道电路信息接收的特点，每一端的轨道电路信息接收单元4采用冷备单编码微处理器、冷备二取二、二乘二取二、三取二等安全冗余架构，优选采用二乘二取二安全冗余架构，且位于不同端的轨道电路信息接收单元4不能互为分布式冗余备份，列控车载系统主机1只能使用运行方向头端的轨道电路信息接收单元4通过双冗余列控车载通信网络发送的轨道电路信息。

本发明具体实施方案总结如下：

(1)在每个独立编组的客运列车或货运机车的一端设置一套列控车载系统主机1。两端各设置一套测速定位单元2(含速度传感器8和测速雷达9)、机车接口单元3、轨道电路信息接收单元4(TCR，或称为机车信号，含接收传感器11)、应答器信息接收模块5(BTM，含应答器天线10)、人机接口单元6(DMI)、无线通信单元7(含天线)等外围设备。外围设备和列控车载系统主机1均通过双冗余列控车载通信网络连接，如图3(a)所示。为清楚显示，图3(a)分解成图3(a1)和图3(a2)，图3(a1)为图3(a)中端Ⅰ放大图，图3(a2)为图3(a)中端Ⅱ放大图。

列车重联时，两列独立列车编组的双冗余列控车载通信网络延伸互联，如图3(b)所示。

除轨道电路信息接收单元TCR外，位于不同列车编组的外围设备以及列控车载系统主机均构成分布式冗余备份关系。

(2)在每个独立编组的客运列车或货运机车的两端各设置列控车载系统主机1的一系以及一套测速定位单元2、机车接口单元3、轨道电路信息接收单元4(含接收传感器11)、应答器信息接收模块5(BTM，含应答器天线10)、人机接口单元6(DMI)、无线通信单元7(含天线)等外围设备。列控车载系统主机1的两系以及外围设备均通过双冗余列控车载通信网络连接，如图4(a)所示。为清楚显示，图4(a)分解成图4(a1)和图4(a2)，图4(a1)为图4(a)中端Ⅰ放大图，图4(a2)为图4(a)中端Ⅱ放大图。

列车重联时，两列独立列车编组的双冗余列控车载通信网络延伸互联，连接所有列控车载系统主机(包括其不同系)和所有外围设备。如图4(b)所示。

本发明位于不同端的轨道电路信息接收单元TCR不能互为分布式冗余备份，列控车载系统主机只能使用运行头端的轨道电路信息接收单元TCR通过双冗余列控车载通信网络发送的轨道电路信息。轨道电路信息接收单元TCR采用架构复杂的安全冗余架构，位于不同列车编组的外围设备以及列控车载系统主机不同系均构成分布式冗余备份关系。

Claims

1.一种列控车载系统，其特征在于，设置有双冗余列控车载通信网络，所述双冗余列控车载通信网络贯穿整个列车，在每个独立编组的机车设置一套列控车载系统主机，在每个独立编组的列车的两端各设置一套外围设备；通过所述双冗余列控车载通信网络连接所述列控车载系统主机和所有外围设备。

2.根据权利要求1所述的列控车载系统，其特征在于，所述的外围设备包括：测速定位单元、机车接口单元、轨道电路信息接收单元、应答器信息接收模块、人机接口单元和无线通信单元。

3.根据权利要求2所述的列控车载系统，其特征在于，所述的测速定位单元包括速度传感器和测速雷达。

4.根据权利要求2所述的列控车载系统，其特征在于，所述的轨道电路信息接收单元包括接收传感器。

5.根据权利要求2所述的列控车载系统，其特征在于，所述的应答器信息接收模块包括应答器天线，所述无线通信单元包括天线。

6.根据权利要求1所述的列控车载系统，其特征在于，所述的列控车载系统主机集中设置于列车的一端或者分开设置于列车的两端。

7.根据权利要求2至6任一项所述的列控车载系统，其特征在于，位于不同端的测速定位单元、机车接口单元、应答器信息接收模块、人机接口单元、无线通信单元的外围设备互为分布式冗余备份关系。

8.根据权利要求7所述的列控车载系统，其特征在于，每一端的轨道电路信息接收单元包括冷备单编码微处理器，采用冷备二取二或者二乘二取二或者二乘三取二的安全冗余架构。

9.根据权利要求8所述的列控车载系统，其特征在于，所述列控车载系统主机使用运行方向头端的轨道电路信息接收单元接收通过双冗余列控车载通信网络发送的轨道电路信息。

10.根据权利要求7所述的列控车载系统，其特征在于，所述测速定位单元、机车接口单元、应答器信息接收模块包括单编码微处理器，采用二取二或者三取二的安全冗余架构。