CN112783036B - 列车自动控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种列车自动控制系统，包括：区域控制器ZC子系统、计算机联锁CI子系统以及CI执行单元；所述ZC子系统与多个CI子系统通信连接，所述CI子系统与多个CI执行单元通过ATC系统的骨干网通信连接；其中，所述ZC子系统与所述CI子系统设置在主备控制中心内；所述CI执行单元设置在车站内，与轨旁设备通信连接并控制所述轨旁设备。本发明提供的列车自动控制系统可以有效减少硬件数量，相比于现有技术显著减少了车站维护人员的工作量，降低了人力维护成本。

Description

列车自动控制系统

技术领域

本发明涉及轨道交通技术领域，具体涉及一种列车自动控制系统。

背景技术

轨道交通系统庞大、设备种类繁多、功能复杂，大多采用分散式的系统架构，由若干个分散在不同地点的子系统构成。

该分散式的系统架构将线路分成若干个控制区域，每个ZC(Zone controller，区域控制器)控制区域设一套ZC子系统并细分多个联锁控制区域用于放置联锁设备来完成本区域内的控制功能。控制中心仅设置ATS(Automatic Train Supervision，列车自动监控)子系统的中心设备来完成全线的ATP(Automatic Train Protection，列车自动防护)控制功能。

在整个线路上会有固定的一级集中站设置ZC，一级集中站下面的本站和对应的计算机联锁(Computer Interlocking，CI)站均对应设置有CI逻辑单元和CI执行单元。

由于在现在的架构中，每个计算机联锁站均需要一套CI逻辑设备及CI执行设备，因此，需要的硬件数量较多，人力维护成本偏高。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种列车自动控制系统，包括：

区域控制器ZC子系统、计算机联锁CI子系统以及CI执行单元；

所述ZC子系统与多个CI子系统通信连接，所述CI子系统与多个CI执行单元通过ATC系统的骨干网通信连接；

其中，所述ZC子系统与所述CI子系统设置在主备控制中心内；所述CI执行单元设置在车站内，与轨旁设备通信连接并控制所述轨旁设备。

在一个实施例中，所述CI执行单元包括通信控制器以及主机板；

所述通信控制器与所述主机板连接；

所述CI子系统通过所述骨干网与所述通信控制器连接。

在一个实施例中，所述CI执行单元还包括通信控制板；

所述通信控制板与所述主机板连接；

所述CI执行单元之间通过所述通信控制板通信连接。

在一个实施例中，所述CI执行单元包括串联连接的电源模块、继电器电路以及执行模块；

所述CI执行单元还包括控制模块，所述控制模块与所述CI子系统通信连接，并与所述继电器电路连接，用于控制所述继电器电路的通断；

当重启所述执行模块时，所述控制模块控制所述继电器电路断开，并在间隔预设时间后，控制所述继电器电路导通。

在一个实施例中，所述执行模块包括轨旁设备信息采集子模块，用于获取所述轨旁设备的状态信息；

其中，所述轨旁设备的状态信息包括：

道岔状态信息、信号机状态信息、计轴信息、站台门状态信息以及紧停信号信息。

在一个实施例中，所述信息采集子模块与所述通信控制器连接，还用于将所述轨旁设备的状态信息通过所述通信控制器发送至所述主机板。

在一个实施例中，所述执行模块为热插拔模块。

在一个实施例中，所述CI子系统包括主运行系统以及备份运行系统；

当所述主运行系统发生故障时，所述CI子系统从所述主运行系统切换至所述备份运行系统运行；

其中，所述备份运行系统与所述主运行系统结构相同。

在一个实施例中，所述CI子系统包括两个通信控制器，分别通过所述CI子系统的内网与所述主运行系统以及所述备份运行系统连接。

在一个实施例中，所述CI子系统还包括逻辑单元；

所述ZC子系统与所述逻辑单元均与所述骨干网连接；

所述ZC子系统与所述逻辑单元之间通过所述骨干网，基于RSSP-1协议进行通信。

本发明提供的列车自动控制系统，通过将CI子系统与CI执行单元分开布置，使CI子系统与ZC子系统合设于主备控制中心，可以有效减少硬件数量，因此相比于现有技术显著减少了车站维护人员的工作量，降低了人力维护成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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的附图。

图1为本发明提供的列车自动控制系统的结构示意图；

图2为本发明提供的列车自动控制系统中CI执行单元的局部结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

图1为本发明提供的列车自动控制(Automatic Train Control，ATC)系统的结构示意图；参照图1，本发明提供一种列车自动控制系统，包括：

ZC子系统110、CI子系统120以及CI执行单元130；

ZC子系统110与多个CI子系统120通信连接，CI子系统120与多个CI执行单元130通过ATC系统的骨干网通信连接；

其中，ZC子系统110与CI子系统120设置在主备控制中心内；CI执行单元130设置在车站内，用于控制轨旁设备。

需要说明的是，本发明的ATC系统分中心、车站两级设置：ZC子系统110与CI子系统120设置在主备控制中心内，而CI执行单元130则设置在车站中。

可以根据主备控制中心所辖车站的数量来确定ZC子系统110的数量。每个ZC子系统110可以根据其功率以及CI子系统120的负载大小确定要连接的CI子系统120的数量。例如，当ZC子系统110的功率较小，且CI子系统120的负载较大时，每个ZC子系统110可以与两个CI子系统120连接。而当ZC子系统110的功率较大，且CI子系统120的负载较小时，每个ZC子系统110可以与更多个，例如3个或4个CI子系统120连接。

每个CI子系统120可以根据其功率以及CI执行单元130的负载大小确定要连接的CI执行单元130的数量。例如，当CI子系统120的功率较小，且CI执行单元130的负载较大时，每个CI子系统120可以与两个CI执行单元130连接。而当CI子系统120的功率较大，且CI执行单元130的负载较小时，每个CI子系统120可以与更多个，例如3个或4个CI执行单元130连接。

CI执行单元130可以设置在车站内，与轨旁设备(图中未示出)通信连接并控制轨旁设备。

在本实施例中，可以根据需要在一个车站中设置一个或多个CI执行单元130，而CI执行单元130可以根据需要控制一个或多个轨旁设备。

轨旁设备可以包括道岔转辙机设备、信号机设备、轨道电路设备。其中，转辙机设备可分为直流转辙机、交流转辙机。信号机可以包括列车信号机、调车信号机。列车信号机由可以分为进站信号机、出站信号机、进路信号机等。轨道电路设备可以分为送端设备和受端设备。以上仅用于说明轨旁设备的具体种类，而非对轨旁设备的限定。

在本实施例中，CI执行单元130可以根据位于主备控制中心的CI子系统120的命令就地控制轨旁设备的操作。CI执行单元130可以采用计算机通信、电子信息技术、自动检测、电力电子开关等先进技术控制轨旁多种设备，减少接口柜、组合柜、继电器定型组合等设备，节省了信号设备的空间。

需要说明的是，骨干网(Backbone Network)又被称为核心网络，其通常是基于光纤的，能够实现大范围的数据传送。骨干网通常采用高速传输网络(如SONET/SDH)传输数据，高速交换设备(如ATM和基于IP的交换)提供网络路由。列车自动控制ATC系统的骨干网是连接全线所有ATC设备的网络。

相比于现有技术中CI子系统120与CI执行单元130通过设备内网进行连接的方式，本发明提供的列车自动控制系统中CI子系统120与CI执行单元130通过ATC系统的骨干网进行数据通信，一方面可以提高CI子系统120与CI执行单元130同ATC系统的联动，另一方面还便于主备控制中心对系统内的各子系统及单元进行统一控制，提高了控制效率。此外，由于本发明提供的列车自动控制系统充分利用了骨干网的高速通信特性，因此可以提高CI子系统120与CI执行单元130之间的通信效率和能力。

本发明提供的列车自动控制系统，通过将CI子系统120与CI执行单元130分开布置，使CI子系统120与ZC子系统110合设于主备控制中心，可以有效减少硬件数量，因此相比于现有技术显著减少了车站维护人员的工作量，降低了人力维护成本。

进一步地，在一个实施例中，CI执行单元130包括通信控制器以及主机板；通信控制器与主机板连接；

CI子系统120通过ATC系统的骨干网与通信控制器连接。

在系统运行时，CI子系统120可以通过ATC系统的骨干网将控制信息发送至CI执行单元130的通信控制器，通信控制器则会将控制信息发送至主机板，以使主机板根据该控制信息控制CI执行单元130执行相应地操作，例如控制轨旁设备或者采集轨旁设备的状态信息等。

反之，CI执行单元130的主机板可以将汇报信息，例如控制信息的回执、收集到的轨旁设备的状态信息等，发送至通信控制器，再由通信控制器通过ATC系统的骨干网发送至CI子系统120。

通过通信控制器与骨干网的设置，可以使CI子系统120与CI执行单元130之间的通信安全、高效，提高了列车自动控制系统的可靠性。

在一个实施例中，CI执行单元130还包括通信控制板；通信控制板与主机板连接；

CI执行单元130之间通过通信控制板通信连接。

需要说明的是，相比于现有技术中各CI执行单元130彼此独立的结构而言，本发明提供的列车自动控制系统创造性地通过设置通信控制板与主机板的方式，使得各CI执行单元130能够通信连接，进而实现各CI执行单元130的联动。

针对大型车站而言，单个的CI执行单元130所能控制的轨旁设备数量有限(受制于轨旁设备的距离或相对于需求而言)，而通过本发明的上述设置可实现CI执行单元130之间的联动，使得各个CI执行单元130能作为整体协同控制大型车站内的各个轨旁设备，有效提高了列车自动控制系统的实用性。

进一步地，在一个实施例中，CI执行单元130包括主执行系统以及备份执行系统；

当主执行系统的执行模块发生故障时，CI执行单元130从主执行系统切换至备份执行系统运行；其中，备份执行系统与主执行系统结构相同。

需要说明的是，CI执行单元130通过采用双系设计(当任一执行模块故障时无缝切换到备份执行系统的执行模块)，可以使得CI执行单元130在发生故障时不会影响整个列车自动控制系统的正常运行，大大提高了列车自动控制系统的可用性。

此外，CI执行单元130还可以包括故障信息记录模块，用于在故障发生时记录故障信息。该故障信息可精确至各个板卡，可协助运营维护人员快速定位故障点并及时处理。

进一步地，在一个实施例中，如图2所示，CI执行单元130包括串联连接的电源模块131、继电器电路132以及执行模块133；

CI执行单元还包括控制模块134，控制模块134与CI子系统120通信连接，并与继电器电路132连接，用于控制继电器电路132的通断；

当重启执行模块时，控制模块134控制继电器电路132断开，并在间隔预设时间后，控制继电器电路132导通。

当需要重启CI执行单元130时，CI子系统120可以向控制模块134发送指令，以使控制模块134控制继电器电路132断开，从而使执行模块133断电。在间隔预设时间后，CI子系统120再向控制模块134发送指令，以使控制模块134控制继电器电路132导通，从而使执行模块133通电，进而完成执行模块133的远程重启。

其中，预设时间的大小可以为2s、3s、10s等，其具体大小可以根据实际需要进行调整，本发明实施例对此不作具体限定。

通过在执行模块133与电源模块131之间串入控制模块134来控制继电器电路132的通断，可以实现CI执行单元130的远程重启，提高了CI执行单元130的功能性。

进一步地，在一个实施例中，执行模块133包括轨旁设备信息采集子模块，用于获取轨旁设备的状态信息。

在轨旁设备信息采集子模块获取到轨旁设备的状态信息后，CI执行单元130即可将该状态信息发送至CI子系统120，以供CI子系统120基于状态信息采取决策，或者将该状态信息通过展示模块向主备控制中心的相关人员展示，以使相关人员采取决策。

通过设置轨旁信息采集子模块采集轨旁设备的状态信息，可以使得CI子系统实时获取该状态信息，以便迅速采取行动，提高了列车自动控制系统的运行调整以及故障排除能力。

相应地，在一个实施例中，轨旁设备的状态信息包括：道岔状态信息、信号机状态信息、计轴信息、站台门状态信息以及紧停信号信息。

通过至少获取关键的轨旁设备的状态信息，可以确保列车自动控制系统的安全、正常运行，从而保证列车自动控制系统的性能。

在一个实施例中，信息采集子模块与通信控制器连接，还用于将轨旁设备的状态信息通过通信控制器发送至主机板。

当信息采集子模块采集到轨旁设备的状态信息后，可以通过通信控制器将状态信息发送至主机板，随后主机板可以通过通信控制器，经由ATC系统的骨干网将状态信息发送至CI子系统120。

通过使信息采集子模块与通信控制器连接，可确保采集到的轨旁设备的状态信息快速发出，从而提高了列车自动控制系统的工作效率。

在一个实施例中，执行模块133为热插拔模块。

在该实施例中，CI执行单元130内的所有执行模块133均可以支持热插拔功能。在任一执行模块133发生故障后，可以在CI执行单元130不断电的情况下更换发生故障的执行模块133，一方面保障了CI执行单元130的正常运行，另一方面也有效提高了CI执行单元130的故障恢复能力。

进一步地，在一个实施例中，CI子系统120可以包括主运行系统以及备份运行系统；

当主运行系统发生故障时，CI子系统120可以从主运行系统切换至备份运行系统运行；其中，备份运行系统与主运行系统结构相同。

需要说明的是，CI子系统120通过采用双系设计(在当前运行系统故障时无缝切换到备份运行系统)，可以使得CI子系统120在发生故障时不会影响整个列车自动控制系统的正常运行，大大提高了列车自动控制系统的可用性。

进一步地，在一个实施例中，CI子系统120包括两个通信控制器，分别通过CI子系统120的内网与主运行系统以及备份运行系统通信连接。

通信控制器可以分别向主运行系统以及备份运行系统转发其他系统发送给CI子系统120的信息。

通过设置两个通信控制器，可以使CI子系统120对于其他系统设备而言，表现为单一的IP地址，同时通信控制器起到使平台内部网络与外部网络隔离的作用，显著提高了CI子系统120的安全性。

在一个实施例中，CI子系统120还包括逻辑单元；ZC子系统110与逻辑单元均与ATC系统的骨干网连接；

ZC子系统110与逻辑单元之间通过ATC系统的骨干网，基于RSSP-1协议进行通信。

需要说明的是，相比于互联网而言，ZC子系统110通过骨干网并基于RSSP-1协议与CI子系统120通信可以保证ZC子系统110与CI子系统120之间的信息传输均在局域网内实现，可以避免来自互联网的恶意攻击，提高了通信的安全性以及稳定性。

在其他实施例中，本发明提供的列车自动控制系统还可以具有如下特点：

CI子系统120与CI执行单元130的内部信号冗余网的网络结构方便系统的可扩展，CI子系统120的一台主机可以控制多个CI执行单元130；单个CI执行单元采用2乘2取2架构设计单板或单点，使得出现故障时不影响系统整体运行，提高了系统的可用性。

联锁维护工作站均与CI子系统的主机通过以太网通信，维护终端将记录CI子系统各设备的运行信息，记录值班员操作记录，实现设备故障报警与查看，状态回放等众多维护功能。

CI子系统120的主机采用2乘2取2安全计算机平台，基于X86工业控制计算机和Vxworks实时操作系统以及对应的软件开发平台开发。其硬件平台从硬件设计上采用了2乘2取2结构，包括2取2A系、2取2B系、通信控制器A、B、容错和安全管理单元FTSM等部分。2乘2取2安全计算机平台由容错和安全管理单元FTSM控制，采用双系并行工作的2乘2取2安全计算机系统，内部通信和外部通信都采用冗余通道设计。

CI子系统120由处于热备工作状态的两系构成。两系之间采用隔离技术，对其中任何一系进行维修与替换均不会对另外一系以及它的子系统正常工作造成任何影响。当处于主用状态的一系发生故障时，系统会自动切换到热备状态的另外一系，整个切换过程是无缝切换的。

CI执行单元130的目标控制器的通信层通过冗余通控板接入信号红蓝网与CI子系统120的主机通信获取主机的通信数据后发送至主控层的双系主机板；目标控制器的主控层采用2乘2取2安全计算机平台，由两块SIL4主机板组成，每块主机板为单独的2取2系统，它负责将接收的主机指令进行处理后通过CAN总线向执行层发送，同时通过执行层获取室外设备状态逻辑，处理后发送至主机。目标控制器的执行层由多种模块组成，它负责接收主控层主机板的内部指令，并根据指令直接控制轨旁设备，并将轨旁设备的状态以及参数信息发送至主控层的主机板。

ZC子系统(ATP/ATO)110的布置位置由现有技术的一级控制站变化至主备控制中心。ZC是地面基于通信的CBTC系统的ATP子系统核心控制设备，是车-地信息处理的枢纽。

ZC子系统110采用2乘2取2冗余结构的安全计算机平台，主要负责根据CBTC列车所汇报的位置信息以及联锁所排列的进路和轨道占用/空闲信息，为其控制范围内的CBTC列车计算生成移动授权(MA)，确保在其控制区域内CBTC列车的安全运行。

ZC子系统110主要由ZC主机处理单元、通信控制器、FTSM、ZC维护机等部分组成。

此外，本发明提供的列车自动控制系统还包括ATS(Automatic TrainSupervision，列车自动监视)子系统(图中未示出)。

ATS子系统是分布式的监控系统，在控制中心、备用控制中心、车站、车辆段/停车场、培训中心等处分别设置有相应的ATS设备。

在ATS子系统中，关键设备(如应用服务器、数据库服务器、通信前置机、网关计算机、车站分机、现地控制工作站等)均采用了双机热备的方法来保证系统的可靠性。

ATS设备通过网络设备连接到冗余的ATS骨干网。ATS设备的所有网络连接均采用双网冗余连接方式，以提高系统的可靠性和可用性。

ATS子系统提供了三种控制模式以满足不同的需求：自动控制、人工控制、车站紧急站控制。控制中心ATS与车站调控权转换以设备集中站为单位，中央联锁工作站与ATS工作站合设为中央现地控制工作站，中心ATS对车辆段/停车场仅具备监视权，无控制功能。

综上所述，本发明提供的列车自动控制系统通过将CI执行单元130与CI子系统120分开布置，使得CI子系统120与ZC子系统130合设于主备控制中心，减少了关键设备数量，降低了硬件与运营维护成本，提高了系统故障情况下的应急处理能力，并减少了对运营秩序的影响。

本发明提供的列车自动控制系统通过使CI执行单元130根据车站分散设置，实现了设备维护的本地化、设备控制的电子化、节省了设备故障时的故障定位时间，提高了故障恢复速度。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种列车自动控制系统，其特征在于，包括：

区域控制器ZC子系统、计算机联锁CI子系统以及CI执行单元；

所述ZC子系统与多个CI子系统通信连接，所述CI子系统与多个CI执行单元通过列车自动控制ATC系统的骨干网通信连接；

其中，所述ZC子系统与所述CI子系统设置在主备控制中心内；所述CI执行单元设置在车站内，与轨旁设备通信连接并控制所述轨旁设备；

所述CI执行单元包括通信控制器以及主机板；

所述通信控制器与所述主机板连接；

所述CI子系统通过所述骨干网与所述通信控制器连接；

所述CI执行单元还包括通信控制板；

所述通信控制板与所述主机板连接；

所述CI执行单元之间通过所述通信控制板通信连接。

2.根据权利要求1所述的列车自动控制系统，其特征在于，所述CI执行单元包括串联连接的电源模块、继电器电路以及执行模块；

所述CI执行单元还包括控制模块，所述控制模块与所述CI子系统通信连接，并与所述继电器电路连接，用于控制所述继电器电路的通断；

当重启所述执行模块时，所述控制模块控制所述继电器电路断开，并在间隔预设时间后，控制所述继电器电路导通。

3.根据权利要求2所述的列车自动控制系统，其特征在于，所述执行模块包括轨旁设备信息采集子模块，用于获取所述轨旁设备的状态信息；

其中，所述轨旁设备的状态信息包括：

道岔状态信息、信号机状态信息、计轴信息、站台门状态信息以及紧停信号信息。

4.根据权利要求3所述的列车自动控制系统，其特征在于，所述信息采集子模块与所述通信控制器连接，还用于将所述轨旁设备的状态信息通过所述通信控制器发送至所述主机板。

5.根据权利要求3或4所述的列车自动控制系统，其特征在于，所述执行模块为热插拔模块。

6.根据权利要求1所述的列车自动控制系统，其特征在于，所述CI子系统包括主运行系统以及备份运行系统；

当所述主运行系统发生故障时，所述CI子系统从所述主运行系统切换至所述备份运行系统运行；

其中，所述备份运行系统与所述主运行系统结构相同。

7.根据权利要求6所述的列车自动控制系统，其特征在于，所述CI子系统包括两个通信控制器，分别通过所述CI子系统的内网与所述主运行系统以及所述备份运行系统通信连接。

8.根据权利要求1所述的列车自动控制系统，其特征在于，所述CI子系统还包括逻辑单元；

所述ZC子系统与所述逻辑单元均与所述骨干网连接；

所述ZC子系统与所述逻辑单元之间通过所述骨干网，基于RSSP-1协议进行通信。

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