CN108032871B - 一种有轨电车道岔控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种有轨电车道岔控制系统，包括道岔控制器、全电子执行单元、车地通信环线、专用信号机、地埋式转辙机、计轴等，并具有控制中心集中控制、车载分散控制和现地控制模式，I/O、网络多种接口方式和信号设备报警功能。本发明的优点如下：安全等级具备SIL4；多种控制模式：控制中心集中控制、车载分散控制和现地控制模式；多种对外接口方式：I/O和网络通信接口；信号设备报警功能。

Description

一种有轨电车道岔控制系统
技术领域
本发明属于轨道交通技术领域，尤其涉及一种有轨电车道岔控制系统。
背景技术
对于有轨电车而言，因其在折返(终点站)和正线有岔车站等布置了道岔及信号机，因此，需设置道岔控制系统，对正线上的道岔和信号设备实施联锁控制，实现道岔与防护信号正确的联锁关系。
正线道岔控制系统是有轨电车信号系统中重要组成部分，是涉及安全的子系统。正线道岔控制器作为主要的地面控制设备与地埋式转辙机、专用信号机、计轴等信号设备直接连接，实现对正线道岔区段地面设备的有效控制。通过无线和有线通信接口与车载设备、控制中心进行通信数据交互，是连接各部分的“桥梁”，承担着处理信息和转发信息的功能。
现有技术方案中，通常只采用单核控制器，通过网络接口或者其他总线接口(RS485、CAN)等控制外部设备；但随着对轨道交通安全等级要求的进一步提高，尤其是新欧洲标准SIL4(安全完整性等级，Safety Integrity Level)，现有技术方案将无法达到上述标准的要求；同时，现有技术进路控制方式单一，无有效后备模式，无法满足实际应用需求。
故，针对目前现有技术中存在的上述缺陷，实有必要进行研究，以提供一种方案，解决现有技术中存在的缺陷。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明提出一种有轨电车道岔控制系统，进一步提高系统安全等级。
为达到上述发明目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种有轨电车道岔控制系统,所述道岔控制系统至少包括：道岔控制器、全电子执行单元、专用信号机和地埋式转辙机，其中，
所述道岔控制器通过网络接入控制中心和车载信号系统，用于将接收到的状态信息发送给控制中心和车载信号系统，以及接收控制中心和车载信号系统发送的控制命令并将该控制命令解析后发送给所述全电子执行单元；
所述全电子执行单元与所述道岔控制器之间采用I/O接口通信，至少包括信号驱动模块和道岔驱动模块，所述信号驱动模块用于根据点灯命令输出驱动信号控制所述专用信号机以及接收所述专用信号机的状态信号发送给所述道岔控制器；所述道岔驱动模块用于根据道岔命令输出驱动信号控制所述地埋式转辙机以及接收所述地埋式转辙机的状态信号发送给所述道岔控制器；
所述道岔控制器采用二取二结构，至少包括第一控制单元、第二控制单元、第一I/O单元和第二I/O单元。
优选地,还包括计轴，所述计轴采用继电器与所述道岔控制器相连接，用于获取区段状态信息。
优选地,还包括车地通信环线和环线控制器，所述环线控制器通过在轨道边上安装的车地通信环线实现在车载信号系统和道岔控制器之间的指令设置和信息的无线传输。
优选地,所述道岔控制器设置多个独立的全双工网络接口，用于与控制中心通信和/或通过车地通信环线与车载信号系统通信。
优选地,所述信号驱动模块采用安全型继电器输入\输出的方式与专用信号机进行数据传输；所述道岔驱动模块采用安全型继电器输入\输出的方式与地埋式转辙机进行数据传输。
优选地,所述道岔控制系统至少具备以下控制模式：控制中心集中控制、车载分散控制和现地控制模式。
优选地,车载分散控制模式下，包括车载自动控制模式和车载人工控制模式；
车载自动控制模式时，环线控制器自动检测列车接近，并自动读取当前列车的车载信息，同时将该信息发送至道岔控制器，道岔控制器根据获取的车载信息结合内部预存储的控制信息进行系统内部逻辑判断后自动排列列车进路，控制转辙机将道岔转换至所需位置，并锁闭道岔后，开放专用信号机；
车载人工控制模式下：列车停靠在车地通信环线上，通过车地通信环线将排路命令发送给道岔控制器，道岔控制器收到排路命令后，检查满足联锁条件后转换道岔到规定位置，并锁闭进路，开放专用信号机。
优选地,所述现地控制模式下，还包括进路控制盒，当车地信息传输故障时，司机通过控制进路控制盒中发送控制命令，道岔控制器收到进路控制盒发送的进路命令，检查有关联锁条件满足后，控制道岔转动至规定的位置，并锁闭道岔、开放信号。
优选地,所述第一控制单元和第二控制单元互为冗余结构，用于解析控制中心和车载信号系统发送的控制命令，只有当所述第一控制单元和第二控制单元所解析的控制指令完全一致时，才输出控制命令给所述第一I/O单元和第二I/O单元。
优选地,所述第一I/O单元和第二I/O单元互为冗余结构，用于执行所述第一控制单元和第二控制单元的控制命令，只有所述第一I/O单元和第二I/O单元同时输出时才能输出驱动信号。
与现有技术相比，本发明采用多种进路控制模式、道岔控制其采用二取二结构以及通过I/O接口直接驱动外部设备等多方面的改进，进一步提升了系统的安全等级，并成功通过SIL4安全认证。
附图说明
图1是本发明有轨电车道岔控制系统的系统架构图。
图2是本发明道岔控制器的原理框图。
图3是本发明道岔控制器的实物示意图。
图4是本发明专用信号机的实物示意图。
图5是本发明道岔控制系统的控制数据流图。
具体实施方式
参见图1，所示为本发明一种有轨电车道岔控制系统的系统架构图，至少包括：道岔控制器、全电子执行单元、专用信号机和地埋式转辙机，其中，
道岔控制器通过网络(骨干网)接入控制中心和车载信号系统，用于将接收到的状态信息发送给控制中心和车载信号系统，以及接收控制中心和车载信号系统发送的控制命令并将该控制命令解析后发送给全电子执行单元；全电子执行单元至少包括信号驱动模块和道岔驱动模块，信号驱动模块用于根据点灯命令输出驱动信号控制专用信号机以及接收专用信号机的状态信号发送给道岔控制器；道岔驱动模块用于根据道岔命令输出驱动信号控制地埋式转辙机以及接收地埋式转辙机的状态信号发送给道岔控制器。
本发明中，全电子执行单元与道岔控制器之间采用I/O接口通信，直接采集驱动专用信号机和地埋式转辙机。由于采用I/O接口直接进行数据通信，从而极大提高了系统的可靠性。现有技术通常采用网络接口或者总线式数据通信接口(比如CAN、RS485接口)进行数据通讯，然后总线式接口在数据通信过程中存在误码率、丢包等问题，导致数据出错，从而导致列车在实际运行中出现安全问题。申请人在研究中发现，这是导致现有系统无法通过更高级别的安全等级认证(SIL4)的重要原因之一，本发明采用I/O接口直接驱动外部执行设备完美解决了上述技术问题。
进一步的，信号驱动模块采用安全型继电器输入\输出的方式与专用信号机进行数据传输；从而使专用信号机点灯安全可靠，并具有灯丝检测功能，对信号机点灯状态实时监测。道岔驱动模块采用安全型继电器输入\输出的方式与地埋式转辙机进行数据传输，从而使地埋式转辙机安全可靠转动。也即本发明中信号驱动模块与专用信号机，以及道岔驱动模块与地埋式转辙机之间采用继电器干接点接口，通过继电器进一步改进I/O接口的驱动能力，从而进一步提高系统的稳定性。
参见图2，所示为道岔控制器的原理框图，图3为本发明道岔控制器的实物图，道岔控制器采用二取二结构，至少包括第一控制单元、第二控制单元、第一I/O单元和第二I/O单元。第一控制单元和第二控制单元采用微控制器MCU实现，在MCU内部主要实现功能是解析以太网通信数据，校验时间戳，校验序列号，校验CRC，确保数据的正确性。选择安全型的MCU确保系统的可靠性。第一控制单元和第二控制单元互为冗余结构，用于解析控制中心和车载信号系统发送的控制命令，只有当所述第一控制单元和第二控制单元所解析的控制指令完全一致时，才输出控制命令给所述第一I/O单元和第二I/O单元，从而确保指令执行的准确性。同时，确保系统在任一MCU故障时仍能正常工作，保证系统的可靠性。
同样，第一I/O单元和第二I/O单元互为冗余结构，用于执行所述第一控制单元和第二控制单元的控制命令，只有所述第一I/O单元和第二I/O单元同时输出时才能输出驱动信号。
参见图4，所示专用信号机的实物示意图，采用三显示LED型专用信号机，从上往下依次显示水平(禁止)、黄灯(左黄左转、右黄右转)、竖直(允许)三个信号。水平灯亮起，表示禁止有轨电车通行，黄灯亮起，表示允许有轨电车侧股通行，竖直灯亮起，表示允许有轨电车直股通行。
地埋式转辙机具有动作杆和锁闭杆将道岔尖轨尖端锁在终端位置的双重锁闭。在转换到终端锁闭位置，表示杆(包括挤岔表示杆、锁闭表示杆)或锁闭杆位置正确表示道岔的可动部分在相应密贴位置时，方能接通该位置的表示接点。具有挤岔表示功能及挤岔保护功能。
本发明系统还包括计轴，计轴采用继电器与所述道岔控制器相连接，用于获取区段状态信息。区段包括有轨电车占用/出清功能，提供给道岔控制器进行联锁逻辑判断(进路锁闭/解锁)。
本发明道岔控制器具有报警功能。道岔控制器实时采集信号驱动模块提供的专用信号机点灯状态，有没灯丝状态，断丝报警。道岔控制器实时采集道岔驱动模块提供地埋式转辙机位置信息(定位/反位)，道岔无表示(不在定位也不在反位)，挤岔报警。
参见图5，所示为本发明道岔控制系统的控制数据流图，道岔控制系统每周期从列车车载信号系统或控制中心获取控制信息，并据此控制有轨电车专用信号机点灯/灭灯，道岔转换。同时获取专用信号机状态信息、道岔区段占用信息和道岔位置信息并向控制中心信号系统转发。
本发明系统还包括车地通信环线和环线控制器，环线控制器通过在轨道边上安装的车地通信环线实现在车载信号系统和道岔控制器之间的指令设置和信息的无线传输。车地通信环线，与道岔控制器安全稳定地配套使用。通过在轨道边上安装通信环线的方式，实现在车辆和轨旁车地信息传输系统之间的指令设置和信息的无线传输。这是双向通讯系统，数据可以从车辆传输到轨旁设备，也可以从轨旁设备传输到车辆。
采用上述技术方案，能够实现多种控制模式：控制中心集中控制模式、车载分散控制模式和和现地控制模式；
控制中心集中控制模式下，道岔控制器收到中心行车调度子系统的进路命令后，检查有关联锁条件满足后，控制道岔转动至规定的位置，并锁闭道岔、开放信号。
车载分散控制模式下，分为车载自动控制和车载人工控制。
车载自动控制模式下：列车在正线运行接近道岔区时，车地通信设备自动检测列车接近，并自动读取当前列车识别号等车载信息，同时将该信息发送至道岔控制器，道岔控制器根据获取的当前列车识别号等信息结合内部预存储的控制信息(列车识别号等)进行系统内部逻辑判断后自动排列列车进路，确保安全后控制转辙机将道岔转换至所需位置，并锁闭道岔后，开放专用信号机。
车载人工控制模式下：司机在车地通信环线上停车后，在车载人机界面上办理进路，通过车地通信环线将排路命令发送给道岔控制器，道岔控制器收到排路命令后，检查满足联锁条件后转换道岔到规定位置，并锁闭进路，开放专用信号机。
现地控制模式下，如车地信息传输故障等，司机可下车按压设置于专用信号机杆上的进路控制盒中的有关进路按钮。轨旁控制器收到进路控制盒发送的进路命令，检查有关联锁条件满足后，控制道岔转动至规定的位置，并锁闭道岔、开放信号。在极端情况下，如无法办理自动进路、司机车载设备故障、人工现地控制失效等。司机可手动操作转辙机控制道岔。
在一种优选实施方式中，道岔控制器具备八个独立的全双工网络接口，可与控制中心通信，以及通过车地通信环线与车载通信；软件采用VxWorks实时操作系统。
总之，本发明采用多种控制模式：分别与控制中心信号系统、车载信号系统通信，兼容控制中心集中控制模式、车载分散控制模式和现地控制；采用多种对外接口方式：与其他安全控制系统之间的接口，采用I/O；与控制中心和车载接口采用网络通信接口；采用车地通信环线，实现车载信号系统人工操作；集成信号机驱动板：一块板卡可驱动两架信号机；集成道岔驱动板：一块板卡可驱动一台地埋式转辙机；采用专用信号机：专用信号机采用三显示LED型进路表示，从上往下依次显示水平(禁止)、黄灯(左黄左转、右黄右转)、竖直(允许)三个信号；采用地埋式转辙机：搬动并锁闭道岔尖轨尖端在直股或侧股位置；计轴：道岔区段占压/出清。配套功能：信号设备报警功能，增加ATS控制中心信号系统自动通过进路功能开关。采用上述技术方案，本发明道岔控制系统成功通过SIL4安全认证。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种有轨电车道岔控制系统,其特征在于,所述道岔控制系统至少包括：道岔控制器、全电子执行单元、专用信号机和地埋式转辙机，其中，
所述道岔控制器通过网络接入控制中心和车载信号系统，用于将接收到的状态信息发送给控制中心和车载信号系统，以及接收控制中心和车载信号系统发送的控制命令并将该控制命令解析后发送给所述全电子执行单元；
所述全电子执行单元与所述道岔控制器之间采用I/O接口通信，至少包括信号驱动模块和道岔驱动模块，所述信号驱动模块用于根据点灯命令输出驱动信号控制所述专用信号机以及接收所述专用信号机的状态信号发送给所述道岔控制器；所述道岔驱动模块用于根据道岔命令输出驱动信号控制所述地埋式转辙机以及接收所述地埋式转辙机的状态信号发送给所述道岔控制器；
所述道岔控制器采用二取二结构，至少包括第一控制单元、第二控制单元、第一I/O单元和第二I/O单元；
还包括计轴，所述计轴采用继电器与所述道岔控制器相连接，用于获取区段状态信息；
还包括车地通信环线和环线控制器，所述环线控制器通过在轨道边上安装的车地通信环线实现在车载信号系统和道岔控制器之间的指令设置和信息的无线传输；
所述第一控制单元和第二控制单元互为冗余结构，用于解析控制中心和车载信号系统发送的控制命令，只有当所述第一控制单元和第二控制单元所解析的控制指令完全一致时，才输出控制命令给所述第一I/O单元和第二I/O单元；
所述第一I/O单元和第二I/O单元互为冗余结构，用于执行所述第一控制单元和第二控制单元的控制命令，只有所述第一I/O单元和第二I/O单元同时输出时才能输出驱动信号；
所述地埋式转辙机包括动作杆和锁闭杆，将道岔尖轨尖端锁在终端位置双重锁闭，在转换到终端锁闭位置，动作杆或锁闭杆位置正确，表示道岔的可动部分在相应密贴位置时，方能接通该位置的表示接点。
2.根据权利要求1所述的有轨电车道岔控制系统,其特征在于,所述道岔控制器设置多个独立的全双工网络接口，用于与控制中心通信和/或通过车地通信环线与车载信号系统通信。
3.根据权利要求1所述的有轨电车道岔控制系统,其特征在于,所述信号驱动模块采用安全型继电器输入\输出的方式与专用信号机进行数据传输；所述道岔驱动模块采用安全型继电器输入\输出的方式与地埋式转辙机进行数据传输。
4.根据权利要求1所述的有轨电车道岔控制系统,其特征在于,所述道岔控制系统至少具备以下控制模式：控制中心集中控制、车载分散控制和现地控制模式。
5.根据权利要求4所述的有轨电车道岔控制系统,其特征在于,车载分散控制模式下，包括车载自动控制模式和车载人工控制模式；
车载自动控制模式时，环线控制器自动检测列车接近，并自动读取当前列车的车载信息，同时将该信息发送至道岔控制器，道岔控制器根据获取的车载信息结合内部预存储的控制信息进行系统内部逻辑判断后自动排列列车进路，控制转辙机将道岔转换至所需位置，并锁闭道岔后，开放专用信号机；
车载人工控制模式下：列车停靠在车地通信环线上，通过车地通信环线将排路命令发送给道岔控制器，道岔控制器收到排路命令后，检查满足联锁条件后转换道岔到规定位置，并锁闭进路，开放专用信号机。
6.根据权利要求4所述的有轨电车道岔控制系统,其特征在于,所述现地控制模式下，还包括进路控制盒，当车地信息传输故障时，司机通过控制进路控制盒中发送控制命令，道岔控制器收到进路控制盒发送的进路命令，检查有关联锁条件满足后，控制道岔转动至规定的位置，并锁闭道岔、开放信号。
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