CN113120035B - 一种点式列车控制车载系统及列车控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种点式列车控制车载系统及列车控制方法，所述点式列车控制车载系统包括：车载天线、记录模块、逻辑译码模块、功放模块、接口模块、通信模块，其中，所述通信模块连接所述逻辑译码模块和记录模块和接口模块；所述接口模块连接所述逻辑译码模块和记录模块；所述记录模块连接所述功放模块和逻辑译码模块；所述功放模块连接所述车载天线。所述车载系统具有故障自诊断的功能特点；系统安全性高；用独立的三种频率信号为PZB车载天线提供信号，避免信号之间存在故障干扰的安全隐患。
Description
技术领域
本发明属于铁路信号技术领域，特别涉及一种点式列车控制车载系统及列车控制方法。
背景技术
德国铁路于20世纪30年代末开始采用三频感应点式列车自动停车系统（Indusi），这种系统具有简单的点式速度检查功能，20世纪90年代，Indusi车载设备实现了计算机化，改称为PZB系统。PZB点式列车控制系统，作为一种列车间歇式控制系统车载设备，和地面轨旁应答天线构成了列车点式控制系统。
德国公布的PZB技术规范规定：
（1）车载天线安装在机车行车方向的右面，由PZB主机不停的通过车载天线发送信号，当机车通过安装在钢轨侧面的PZB轨旁应答天线时，PZB车载天线（LGP）发送信号电流会减小，PZB主机通过发送天线中的对应频率信号电流变化状态判断列车经过的地面感应天线频率，每一种地面频率信息代表着不同信号灯及位置信息；
（2）PZB主机通过采集速度传感器获取列车运行速度，PZB主机采集驾驶室的司机操作按钮信息，采集机车系统给出的开关量信息，PZB获取来自DMI的司机输入的车型等信息；
（3）PZB主机处理器综合处理采集、配置、获取的信息输出行车建议、报警、紧急制动等信息；
PZB主机通过通信的方式将列车监管速度、限制速度、警告信息等通过DMI显示、扬声器声音的方式提示司机安全、高效的驾驶列车，同时PZB主机根据运行管理的综合情况可输出紧急制动信息和制动控制信号。
现有的欧洲铁路市场使用的点式列车控制系统中主机为车载天线提供的信号为共负极的开关量信号，信号间存在电气不独立的缺点，另外，现有的点式列车控制系统中主机体积较大，不便于新型车辆集成安装。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种点式列车控制车载系统及列车控制方法。
本发明的点式列车控制车载系统，包括：车载天线、记录模块、逻辑译码模块、功放模块、接口模块、通信模块，
其中，
所述通信模块连接所述逻辑译码模块和记录模块和接口模块；
所述接口模块连接所述逻辑译码模块和记录模块；
所述记录模块连接所述功放模块和逻辑译码模块；
所述功放模块连接所述车载天线。
进一步，
所述逻辑译码模块具有两个电源独立的CPU；
所述通信模块具有两个电源独立的CPU；
所述接口模块具有一个CPU。
进一步，
所述接口模块具有两路安全与门电路，两个板载继电器，所述两路安全与门电路分别对应连接所述两个板载继电器，所述两个板载继电器连接列车的紧急制动单元。
进一步，
所述接口模块通过第一接口连接列车的速度传感器单元，所述接口模块用于利用所述第一接口统计速度传感器单元的输出脉冲波形个数，计算脉冲的周期，并将所述输出脉冲波形个数和脉冲的周期上报到通信模块。
进一步，
所述接口模块通过第二接口连接列车驾驶室开关按钮。
进一步，
所述接口模块上设有动态脉冲采集电路，所述动态脉冲采集电路用于把所述通信模块发出的控制脉冲与从第二接口采集到的电平信号进行与门逻辑运算。
进一步，
所述接口模块上设有第二路动态采集电路，所述第二路动态采集电路用于回采所述板载继电器的回采干接点中的电平信号，从而为通信模块采集板载继电器的紧急制动输出状态信息。
进一步，
所述记录模块采用二极管隔离的方式连接所述通信模块、逻辑译码模块、接口模块、功放模块。
进一步，还包括：车载人机界面，
所述通信模块连接所述车载人机界面。
本发明还提供一种列车控制方法，所述列车控制方法采用上述的点式列车控制车载系统，且至少包括下列步骤之一：
A、控制逻辑译码模块判断列车经过的地面天线的频率；
B、控制接口模块避免因动态脉冲采集电路故障使得被采信号持续被误以为是单一的电平特性；
C、控制通信模块进行紧急制动；
D、控制所述通信模块以进行速度监控。
进一步，
在所述步骤A中，控制所述逻辑译码模块接收功放模块的LC电流，
在车载天线与地面天线谐振时，控制所述逻辑译码模块解析接收到的所述LC电流，若所述LC电流发生下降，且所述逻辑译码模块识别出下降的LC电流对应的频率，即判断出列车经过的所述地面天线的频率。
进一步，
在所述步骤A中，控制所述逻辑译码模块的两个电源独立的CPU通过隔离的串行通信通道传输所述逻辑译码模块解码的结果，并对所述结果进行比较校核。
进一步，
在所述步骤B中，
控制所述接口模块统计速度传感器的输出脉冲波形个数，计算所述输出脉冲的周期，并将这两个信息上报到所述通信模块；
控制所述接口模块的动态脉冲采集电路把所述通信模块发出的控制脉冲与从接口模块的第二接口采集到的电平信号进行与门逻辑运算，所述与门逻辑运算的结果被所述通信模块采集，且采集到的结果用于识别及避免因所述动态脉冲采集电路故障使得被所述动态脉冲采集电路所采集的电平信号持续而被误以为是单一的电平特性。
进一步，
控制所述接口模块通过第二路动态采集电路回采接口模块上的板载继电器的回采干接点中的电平信号，为所述通信模块采集板载继电器的紧急制动输出状态信息，
所述通信模块根据自己输出的紧急制动命令及回采到的紧急制动输出状态信息，判断是否有板载继电器粘连的故障发生：当所述紧急制动命令及回采到的紧急制动输出状态信息不一致时发生粘连。
进一步，
在所述步骤C中，控制通信模块的两个电源独立的CPU分别输出脉冲方波给所述接口模块的安全与门电路，所述通信模块的两个电源独立的CPU中的任何一个不输出脉冲方波时，所述接口模块的安全与门电路控制继电器落下，即输出紧急制动。
进一步，
在所述步骤D中，控制通信模块与所述逻辑译码模块、接口模块的CPU进行通信，获取来自所述逻辑译码模块的车载天线谐振状态、速度信息，位移信息，并采集所述安全与门电路输出的电平信号的相关信息。
本发明的点式列车控制车载系统具有故障自诊断的功能特点，当主机功放模块或车载天线出现故障或断线时，可根据电压值进行诊断；诊断电路为独立供电的双CPU结构，避免因单一故障导致的误判；系统安全性高，对输出紧急制动采用安全与门电路结构，避免由于单路CPU电路故障而引起的未能输出紧急制动；用独立的三种频率信号为PZB车载天线提供信号，避免信号之间存在故障干扰的安全隐患；主机体积小，便于新型车辆集成安装。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例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示出了根据本发明实施例的点式列车控制车载系统结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将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、完整地说明，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，都属于本发明保护的范围。
图1所示为本发明的点式列车控制车载系统结构示意图。本发明的点式列车控制车载系统包括PZB车载天线（也可简称为车载天线，LGP）和PZB车载主机（也可简称为车载主机）。车载主机包括：记录模块，逻辑译码模块，功放模块，接口模块，通信模块。逻辑译码模块具有两个电源独立的CPU：CPU3和CPU4，通信模块具有两个电源独立的CPU：CPU1和CPU2，接口模块具有一个CPU：CPU5。点式列车控制车载系统还可包括车载人机界面（DMI），此时，DMI连接至所述通信模块。
由图1可知，通信模块连接逻辑译码模块和记录模块和接口模块，接口模块连接逻辑译码模块和记录模块。记录模块连接功放模块和逻辑译码模块。功放模块连接LGP。所述通信模块可连接A系车载主机，B系车载主机，A系车载主机和B系车载主机互为冗余。
LGP安装在列车行车方向的右侧，当列车通过安装在钢轨侧面的PZB轨旁应答天线（也可简称为轨旁应答天线、地面天线）时，车载天线和地面天线形成谐振，车载天线的阻抗会增大。
本发明的点式列车控制车载系统在工作时，功放模块用于不停地为车载天线发送3路独立的正弦波信号，频率分别是500Hz，1000Hz，2000Hz。在车载天线没有与地面天线谐振时，功放模块输出的电压信号在车载天线的与所述三个频率分别对应的3个信号回路中均形成如270mA的电流。在车载天线与地面天线在所述三个频率中的任一个频率发生谐振时，由功放模块输出的、对应于发生谐振的频率的信号回路中的电流会急剧下降至原电流值的一半以下。功放模块的输出电流值（以下称为LC电流）通过功放模块上的传感器如无接触式电流传感器转化为电压信息（以下称为LC电压）。
逻辑译码模块用于为功放模块提供使能信号，该使能信号为高电平有效，当使能信号为高电平时，功放模块才输出LC电流。功放模块设有电压检测端。逻辑译码模块用于接收功放模块的LC电流，还用于接收从功放模块的电压检测端检测到的功放模块的输出电压检测信号。在车载天线与地面天线谐振时，逻辑译码模块用于解析接收到的LC电流，若LC电流发生下降，且逻辑译码模块识别下降电流对应的频率，可判断列车经过的地面天线的频率。地面天线的频率信息代表着信号灯的位置信息，近一半可获得相应的位移信息和速度信息。逻辑译码模块用于将接收判断的信号发送至通信模块。逻辑译码模块具有两个独立的CPU：CPU3和CPU4，CPU3和CPU4电源完全独立。CPU3和CPU4用于通过隔离的串行通信传输逻辑译码模块解码的结果，并对结果进行比较校核。
功放模块输出的3路LC电流中的每一路均通过2个独立的电流传感器如无接触式的电流传感器进行采集，电流传感器输出的检测信号被逻辑译码模块的CPU3和CPU4各自的模拟信号转数字信号（AD）通道采集。
接口模块具有两路安全与门电路，在逻辑译码模块的控制下，所述两路安全与门电路输出的电平信号被分别用于控制接口模块的两个继电器（以下称为板载继电器，每个板载继电器的一路干接点连接列车的紧急制动单元，还有一路回采干接点用于回采板载继电器输出的电平信号）的吸起或落下，所述接口模块的两个继电器的输出干接点被用于连接列车的紧急制动单元，以达到控制列车紧急制动的目的。接口模块具有连接列车速度传感器单元的第一接口，接口模块利用所述第一接口统计速度传感器的输出脉冲波形个数，计算脉冲的周期，并将所述输出脉冲波形个数和脉冲的周期上报到通信模块。通信模块发送控制脉冲至接口模块。接口模块具有连接列车驾驶室开关按钮的第二接口。接口模块上还设有动态脉冲采集电路，动态脉冲采集电路把通信模块发出的控制脉冲与从第二接口采集到的电平信号进行与门逻辑运算，该与门逻辑运算的结果被通信模块采集，且采集到的结果用于识别及避免因动态脉冲采集电路故障使得被采集的电平信号持续被误以为是单一的电平特性。接口模块通过第二路动态采集电路回采接口模块上的板载继电器的回采干接点中的电平信号，从而通过第二路动态采集电路为通信模块采集板载继电器的紧急制动（EB）输出状态信息，通信模块根据自己输出的EB命令，及回采到的EB输出状态信息，判断是否有板载继电器粘连的故障发生：当EB命令及回采到的EB输出状态信息不一致时发生粘连。
通信模块具有以太网通信接口，所述以太网接口连接至DMI，用于控制DMI输出：列车速度、速度监控的结果和报警信息等。所述以太网接口还用于接收来自DMI的数据输入或命令等人机交互信息。通信模块具有如Profibus-DP接口，用于以通信的方式与如欧洲列车控制系统（ETCS系统）的控制系统通信。当本发明的点式列车控制车载系统用作ETCS设备的专用传输模块（STM）时，通信模块接收来自ETCS的命令控制点式列车控制车载系统，与ETCS的通信符合欧洲ETCS列车控制系统功能需求规格说明书SUBSET-026、SUBSET-035规定的STM控制状态转换，工作状态切换等要求。当本发明的点式列车控制车载系工作在独立控车模式时，通信模块的Profibus-DP接口可以作为预留，或按照通信协议用于输出通信数据至ETCS设备或司法记录单元设备。通信模块具有两个电源独立的CPU：CPU1和CPU2，CPU1和CPU2用于分别输出脉冲方波给接口模块的安全与门电路，CPU1和CPU2中的任何一个CPU不输出脉冲方波时，接口模块的安全与门电路会控制板载继电器落下，即输出紧急制动。通信模块用于通过控制器局域网络（CAN）总线与逻辑译码模块、接口模块的CPU进行通信，获取来自逻辑译码模块的车载天线谐振状态（即是否谐振）、速度信息，位移信息，并采集上述安全与门电路输出的电平信号等相关信息。通信模块用于综合处理以上各信息，以达到辅助司机驾车的PZB速度监控的功能的目的。
记录模块采用二极管隔离的方式通过CAN总线连接通信模块、逻辑译码模块、接口模块、功放模块。记录模块连接通信模块、逻辑译码模块输出的通用异步收发传输器（UART）串行通信接口。记录模块可用于采集记录功放模块的LC电压信号，各CPU（即CPU1-CPU5）的通信数据，各CPU输出UART的维护数据。
主机功能设备中的电源模块用于提供隔离的电源，为通信模块的双CPU供电，为逻辑译码模块的双CPU供电，为接口模块的CPU供电，为功放模块供电以输出信号给车载天线。电源模块的输入可以为110V直流或72V直流。
主机功能设备包括背板，所述背板上设置有多个插槽，多个所述插槽用于放置并对应连接主机功能设备中的各模块，包括用于连接各模块直接的电气连接和电平连接、逻辑连接。
本发明的点式列车控制车载系统具有故障自诊断的功能特点，当主机功放模块或车载天线出现故障或断线时，可根据电压值进行诊断；诊断电路为独立供电的双CPU结构，避免因单一故障导致的误判；系统安全性高，对输出紧急制动采用安全与门电路结构，避免由于单路CPU电路故障而引起的未能输出紧急制动；用独立的三种频率信号为PZB车载天线提供信号，避免信号之间存在故障干扰的安全隐患；主机体积小，便于新型车辆集成安装。
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 (10)
1.一种点式列车控制车载系统，其特征在于，包括：车载天线、记录模块、逻辑译码模块、功放模块、接口模块、通信模块，
其中，
所述通信模块连接所述逻辑译码模块和记录模块和接口模块；
所述接口模块连接所述逻辑译码模块和记录模块；
所述记录模块连接所述功放模块和逻辑译码模块；
所述功放模块连接所述车载天线；
所述逻辑译码模块具有两个电源独立的CPU；
所述通信模块具有两个电源独立的CPU；
所述接口模块具有一个CPU；
所述接口模块具有两路安全与门电路，两个板载继电器，所述两路安全与门电路分别对应连接所述两个板载继电器，所述两个板载继电器连接列车的紧急制动单元；
所述接口模块通过第一接口连接列车的速度传感器单元，所述接口模块用于利用所述第一接口统计速度传感器单元的输出脉冲波形个数，计算脉冲的周期，并将所述输出脉冲波形个数和脉冲的周期上报到通信模块；
所述接口模块通过第二接口连接列车驾驶室开关按钮；
所述接口模块上设有动态脉冲采集电路，所述动态脉冲采集电路用于把所述通信模块发出的控制脉冲与从第二接口采集到的电平信号进行与门逻辑运算；
所述接口模块上设有第二路动态采集电路，所述第二路动态采集电路用于回采所述板载继电器的回采干接点中的电平信号，从而为通信模块采集板载继电器的紧急制动输出状态信息。
2.根据权利要求1所述的一种点式列车控制车载系统，其特征在于，
所述记录模块采用二极管隔离的方式连接所述通信模块、逻辑译码模块、接口模块、功放模块。
3.根据权利要求1所述的一种点式列车控制车载系统，其特征在于，还包括：车载人机界面，
所述通信模块连接所述车载人机界面。
4.列车控制方法，采用权利要求1-3任一所述的点式列车控制车载系统，其特征在于，至少包括下列步骤之一：
A、控制逻辑译码模块判断列车经过的地面天线的频率；
B、控制接口模块避免因动态脉冲采集电路故障使得被采信号持续被误以为是单一的电平特性；
C、控制通信模块进行紧急制动；
D、控制所述通信模块以进行速度监控。
5.根据权利要求4所述的列车控制方法，其特征在于，
在所述步骤A中，控制所述逻辑译码模块接收功放模块的LC电流，
在车载天线与地面天线谐振时，控制所述逻辑译码模块解析接收到的所述LC电流，若所述LC电流发生下降，且所述逻辑译码模块识别出下降的LC电流对应的频率，即判断出列车经过的所述地面天线的频率。
6.根据权利要求5所述的列车控制方法，其特征在于，
在所述步骤A中，控制所述逻辑译码模块的两个电源独立的CPU通过隔离的串行通信通道传输所述逻辑译码模块解码的结果，并对所述结果进行比较校核。
7.根据权利要求4所述的列车控制方法，其特征在于，
在所述步骤B中，
控制所述接口模块统计速度传感器的输出脉冲波形个数，计算脉冲的周期，并将这两个信息上报到所述通信模块；
控制所述接口模块的动态脉冲采集电路把所述通信模块发出的控制脉冲与从接口模块的第二接口采集到的电平信号进行与门逻辑运算，所述与门逻辑运算的结果被所述通信模块采集，且采集到的结果用于识别及避免因所述动态脉冲采集电路故障使得被所述动态脉冲采集电路所采集的电平信号持续被误以为是单一的电平特性。
8.根据权利要求4-7任一所述的列车控制方法，其特征在于，
控制所述接口模块通过第二路动态采集电路回采接口模块上的板载继电器的回采干接点中的电平信号，为所述通信模块采集板载继电器的紧急制动输出状态信息，
所述通信模块根据自己输出的紧急制动命令及回采到的紧急制动输出状态信息，判断是否有板载继电器粘连的故障发生：当所述紧急制动命令及回采到的紧急制动输出状态信息不一致时发生粘连。
9.根据权利要求7所述的列车控制方法，其特征在于，
在所述步骤C中，控制通信模块的两个电源独立的CPU分别输出脉冲方波给所述接口模块的安全与门电路，所述通信模块的两个电源独立的CPU中的任何一个不输出脉冲方波时，所述接口模块的安全与门电路控制继电器落下，即输出紧急制动。
10.根据权利要求9所述的列车控制方法，其特征在于，
在所述步骤D中，控制通信模块与所述逻辑译码模块、接口模块的CPU进行通信，获取来自所述逻辑译码模块的车载天线谐振状态、速度信息，位移信息，并采集所述安全与门电路输出的电平信号的相关信息。
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