CN114475701B - 一种用于有轨车辆的分布式道岔控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于有轨车辆的分布式道岔控制系统，包括：逻辑控制子系统和驱动采集子系统；所述逻辑控制子系统和驱动采集子系统连接；所述逻辑控制子系统为双系冗余结构设计，根据操作命令和轨旁设备状态进行联锁逻辑运算；所述驱动采集子系统为双系冗余结构设计，用于驱动轨旁设备和采集轨旁设备状态。本发明的分布式道岔控制系统集成安全联锁逻辑运算、设备驱动采集、现地操作、列车定位和电源于一体，可扩展性高、灵活性强、功能全面；能够实时监测电压、电流、温度和备用电源电量等指标；实现驱动、采集、监测的闭环控制，提高可靠性和安全性；将道岔控制设备置于现场，减少信号电缆的使用。

Description

一种用于有轨车辆的分布式道岔控制系统

技术领域

本发明属于轨道交通技术领域，特别涉及一种用于有轨车辆的分布式道岔控制系统。

背景技术

有轨车辆作为城市轨道交通的一种，近年在各国得到快速发展。新型有轨车辆由于其能源清洁、运输速率高于公交，成本造价远低于地铁等一系列优点受到各个城市青睐。对于有轨车辆信号系统，研究和开发信号系统设备起步较晚，暂时还没有统一标准来规范有轨车辆信号系统，各个企业的道岔控制系统各不相同。现在的有轨车辆道岔控制系统控制方式主要是集中控制方式和轨旁控制方式，但是都存在一定的缺陷。集中控制方式对中心运算量有一定要求，且轨道沿线需要敷设大量光缆或电缆线，造成浪费资源，影响了城市轨道沿线市容市貌；由于线缆本身的混线故障率、传输距离短、造价高等一系列缺点，使得集中控制方式的道岔控制系统成本高、故障率高、维修工作量大；分散式控制方式设备分散、体积大、模块多，增加了工程量和工程投入。现阶段的道岔控制系统不论基于哪种控制方式，道岔执行层均采用电气集中继电电路，采用继电器逻辑体积大、配线多、故障率高，施工和维护不方便。因此，亟需开发一种新型的分布式道岔控制系统。

发明内容

针对上述问题，本发明公开了一种用于有轨车辆的分布式道岔控制系统，包括：逻辑控制子系统和驱动采集子系统；

所述逻辑控制子系统和驱动采集子系统连接；

所述逻辑控制子系统为双系冗余结构设计，根据操作命令和轨旁设备状态进行联锁逻辑运算；

所述驱动采集子系统为双系冗余结构设计，用于驱动轨旁设备和采集轨旁设备状态。

更进一步地，所述逻辑控制子系统包括主控逻辑单元；所述主控逻辑单元包括安全逻辑模块和维护模块；

所述安全逻辑模块包括安全处理器、通信处理器和扩展通信处理器；

所述安全处理器分别与通信处理器和扩展通信处理器连接；

所述安全处理器，用于接收通信处理器解析的控制命令和来自扩展通信处理器的轨旁设备状态进行联锁逻辑运算，并将联锁逻辑运算结果和轨旁设备状态发送至通信处理器，将执行命令发送至扩展通信处理器；

所述通信处理器，用于通过网络接口与外部通信网进行通信，负责接收远程控制中心命令并做安全协议解析，将解析结果转发安全处理器，负责将联锁逻辑运算结果和轨旁设备状态进行安全协议封装并发送远程控制中心；

所述扩展通信处理器，用于通过网络接口与内部通信网进行通信。

更进一步地，所述安全逻辑模块还包括电源转换子模块、电压采集子模块和温度采集子模块；

所述安全处理器分别与电源转换子模块、电压采集子模块和温度采集子模块连接；

所述电源转换子模块，用于为安全处理器、通信处理器、扩展通信处理器、电压采集子模块和温度采集子模块供电；

所述电压采集子模块，用于采集安全逻辑模块上器件的电压，并发送给安全处理器；

所述温度采集子模块，用于采集安全处理器、通信处理器和扩展通信处理器的核心温度，并发送给安全处理器。

更进一步地，所述安全处理器，具体用于：

当检测到电压波动在额定电压的±10％以内，置正常波动不做处理；当检测到电压波动在额定电压的±20％时，置轻微故障，发送故障报警信息；当检测到电压波动在额定电压的±50％时，置严重故障，进入待机状态，停止所有输出；或

当检测到温度大于工作温度阈值90％时，置轻微故障，发送报警信息；当检测到温度大于工作温度阈值120％时，置严重故障，进入待机处理，停止所有输出。

更进一步地，所述维护模块包括维护处理器、电源转换子模块、温度采集子模块和电压采集子模块；

维护处理器与安全处理器、电源转换子模块、温度采集子模块和电压采集子模块连接。

更进一步地，所述驱动采集子系统包括通用输出单元、通用输入单元和驱动单元；

所述通用输出单元与驱动单元连接；所述通用输入单元与驱动单元连接；

所述通用输出单元，用于根据逻辑控制子系统的驱动命令对驱动单元上的输出继电器进行安全驱动；

所述通用输入单元，用于通过光耦隔离对驱动单元上的继电器采集节点和驱动电流采集节点进行采集并发送给逻辑控制子系统；

所述驱动单元，用于驱动轨旁设备。

更进一步地，所述驱动单元包括重力安全继电器、固态继电器、安全控制器模块、采集模块和隔离模块；

所述重力安全继电器与固态继电器连接；所述固态继电器与安全控制器模块连接；所述安全控制器模块与采集模块连接；所述采集模块与隔离模块连接；

所述重力安全继电器通过通用输出单元的安全驱动为后级电路提供驱动电源，为驱动单元的电源开关，当监测到故障时，切断输出；

所述固态继电器具有隔离驱动作用，通过通用输出单元的安全驱动为安全控制器模块提供驱动电源，隔离前级电路和后级电路；

所述安全控制器模块通过通用输出单元的安全驱动完成轨旁设备驱动；

所述采集模块提供继电器采集节点和驱动电流采集节点；

所述隔离模块将采集模块作隔离输出，供通用输入模块进行采集。

更进一步地，还包括现地操作子系统；所述现地操作子系统与逻辑控制子系统连接；

所述现地操作子系统负责现场人机交互，通过人工按钮命令发送进路选排取消、区段解锁和区段复位的控制命令。

更进一步地，还包括列车定位子系统；所述列车定位子系统与逻辑控制子系统连接；

所述列车定位子系统采用计轴设备检测轨道区段的占用/空闲信息，判断列车的位置信息，并上传至逻辑控制子系统；

所述计轴设备包括计轴Ⅰ系和计轴Ⅱ系，采用二乘二取二的安全冗余结构设计，与逻辑控制子系统采用交叉冗余方式进行连接。

更进一步地，还包括智能电源子系统；所述智能电源子系统与逻辑控制子系统和驱动采集子系统连接；

所述智能电源子系统包括防雷单元、滤波器、交流接触器、逻辑电源单元、IO逻辑电源单元和UPS备用电源单元；所述防雷单元与滤波器连接；所述滤波器分别与UPS备用电源单元和交流接触器连接；所述UPS备用电源单元与交流接触器连接；所述交流接触器分别与逻辑电源单元和IO逻辑电源单元连接；

所述逻辑电源单元分别与逻辑控制子系统、驱动采集子系统、列车定位子系统、现地操作子系统、外部交换机和内部交换机连接，并提供逻辑电源；

所述IO逻辑电源单元分别与通用输出单元、通用输入单元和驱动单元连接，并提供接口电源；

所述UPS备用电源单元为紧急情况下的备用电源。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)采用逻辑控制子系统、驱动采集子系统、现地操作子系统、列车定位子系统、智能电源子系统的结构，集成了安全联锁逻辑运算、设备驱动采集、现地操作、列车定位和电源系统于一体，结构清晰紧凑、可扩展性高、灵活性强、功能全面，完全可以满足现代有轨车辆各种应用场景；

2)采用智能电源子系统提供电源，并能够实时监测电压、电流、温度和备用电源电量等指标，保障系统供电；

3)采用驱动采集子系统对轨旁设备进行控制，实现对轨旁设备的驱动控制和采集监测，实时采集轨旁设备的状态监测，实现驱动、采集、监测的闭环控制，提高可靠性和安全性；

4)将道岔控制设备置于现场，减少信号电缆的使用，减少能源消耗，降低工程造价，实现设备的就近控制，提高可靠性和安全性；

5)采用权限管理手段进行远程升级操作和维护数据管理，提高可用性、灵活性，提高维护升级的便捷程度，减少分布式道岔控制系统的各站现场操作的升级和维护时间和成本；

6)为安全相关系统，其安全完整性等级可以达到SIL4级。

本发明的其他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示出了根据本发明实施例的分布式道岔控制系统应用场景示意图；

图2示出了根据本发明实施例的分布式道岔控制系统结构示意图；

图3示出了根据本发明实施例的智能电源子系统结构示意图；

图4示出了根据本发明实施例的分布式道岔控制系统内部冗余结构示意图；

图5示出了根据本发明实施例的主控逻辑单元结构示意图；

图6示出了根据本发明实施例的远程升级流程图；

图7示出了根据本发明实施例的驱动单元结构示意图。

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。

分布式道岔控制系统负责有轨车辆控制系统的联锁逻辑运算，是指在规定的联锁条件和规定的时序下对进路、道岔表示器(信号机)和道岔实行联锁控制，实现进路上轨道区段、道岔、道岔表示器等设施间安全联动关系的一套控制系统。如图1所示，分布式道岔控制系统分布于每个站点，各个站点分布式道岔控制系统就地取电，通过智能电源子系统为分布于每站的分布式道岔控制系统供电；分布式道岔控制系统通过光纤网络连接在每站的箱变中构成环形网络连接于有轨车辆远程控制中心，可以实现通信的故障冗余，提高分布式道岔控制系统的可用性；分布式道岔控制系统将联锁控制功能置于现场，通过信号线缆近距离连接道岔和信号机等被控设备，大大减少了信号线缆的使用，节约生产成本。远程控制中心包括自动化操作系统和远程监测维护系统。

如图2所示，本发明提出的一种用于有轨车辆的分布式道岔控制系统，包括：逻辑控制子系统和驱动采集子系统；

所述逻辑控制子系统和驱动采集子系统连接；

所述逻辑控制子系统为双系冗余结构设计，包括逻辑控制子系统Ⅰ系和逻辑控制子系统Ⅱ系，根据操作命令和轨旁设备状态进行联锁逻辑运算；

所述驱动采集子系统为双系冗余结构设计，包括驱动采集子系统Ⅰ系和驱动采集子系统Ⅱ系，与轨旁设备连接，用于轨旁设备的安全驱动控制和定时采集轨旁设备状态。其中，轨旁设备包括转辙机和信号机等。轨旁设备状态指信号机点灯状态(红、绿、黄灯的亮灭状态)和转辙机的状态(道岔定反位状态)等。

一种用于有轨车辆的分布式道岔控制系统，还包括现地操作子系统；所述现地操作子系统与逻辑控制子系统连接；现地操作子系统为双系冗余结构设计，包括现地操作子系统Ⅰ系和现地操作子系统Ⅱ系；

所述现地操作子系统负责现场人机交互，可通过人工按钮命令发送进路选排取消、区段解锁和区段复位的控制命令，主要在车载控制方式和远程控制中心控制方式失效时使用。

一种用于有轨车辆的分布式道岔控制系统，还包括列车定位子系统；所述列车定位子系统与逻辑控制子系统连接；列车定位子系统为双系冗余结构设计，包括列车定位子系统Ⅰ系和列车定位子系统Ⅱ系；

所述列车定位子系统采用计轴设备检测轨道区段的占用/空闲信息，判断列车的位置信息，将列车位置信息上传至逻辑控制子系统。

所述计轴设备包括计轴Ⅰ系和计轴Ⅱ系，采用二乘二取二的安全冗余结构设计，与逻辑控制子系统采用交叉冗余方式进行连接，保障一系计轴设备故障时的分布式道岔控制系统可用性。

如图3所示，一种用于有轨车辆的分布式道岔控制系统，还包括智能电源子系统；所述智能电源子系统与逻辑控制子系统和驱动采集子系统连接；智能电源子系统为双系冗余结构设计，包括智能电源子系统Ⅰ系和智能电源子系统Ⅱ系；

所述智能电源子系统包括防雷单元、滤波器、交流接触器、逻辑电源单元、IO逻辑电源单元和UPS备用电源单元；防雷单元与外部电源屏连接，用于防雷；所述防雷单元与滤波器连接；所述滤波器分别与UPS备用电源单元和交流接触器连接，用于对输入的电源进行滤波，去除杂波；UPS备用电源单元与交流接触器连接，用于提供备用电源；所述交流接触器分别与逻辑电源单元和IO逻辑电源单元连接，用于消除动开关在开合瞬间的电弧；

所述逻辑电源单元分别与逻辑控制子系统、驱动采集子系统、列车定位子系统、现地操作子系统、外部交换机和内部交换机连接，并提供逻辑电源；

所述IO逻辑电源单元分别与通用输出单元、通用输入单元和驱动单元连接，并提供接口电源；

所述UPS备用电源单元为紧急情况下的备用电源。

外部电源屏提供的多路AC220V电源，经智能电源子系统为分布式道岔控制系统各子系统供电。其中UPS备用电源单元为紧急情况下的备用电源，当外部供电出现问题时为分布式道岔控制系统提供电源保障其仍旧能够工作12个小时，为紧急情况下的现场维护留有足够的时间。分布式道岔控制系统中仅采用一个UPS备用电源单元进行备用，保证在断电情况下，维持正常运行，在节省成本的同时实现电源备用。智能电源子系统将输入AC220V电源转换为DC24V。

逻辑电源单元包括逻辑电源单元Ⅰ和逻辑电源单元Ⅱ，逻辑电源单元Ⅰ和逻辑电源单元Ⅱ并联输出，分别与逻辑控制子系统Ⅰ系/Ⅱ系、驱动采集子系统Ⅰ系/Ⅱ系、列车定位子系统Ⅰ系/Ⅱ系、现地操作子系统Ⅰ系/Ⅱ系、外部交换机Ⅰ/Ⅱ和内部交换机Ⅰ/Ⅱ连接，并提供逻辑24V电源；IO逻辑电源单元包括IO逻辑电源单元Ⅰ和IO逻辑电源单元Ⅱ，IO逻辑电源单元Ⅰ和IO逻辑电源单元Ⅱ并联输出，分别与通用输出单元Ⅰ系/Ⅱ系、通用输入单元Ⅰ系/Ⅱ系和驱动单元Ⅰ系/Ⅱ系连接，并提供接口24V电源。每一路电源均设两台并联工作，提高分布式道岔控制系统带负载能力。智能电源子系统在提供稳定电源的同时，实时采集电源工作状态包含输入电压、输出电压、输入电流、输出电流、智能电源子系统温度、UPS备用电源单元电量等，监测输入电压、输出电压、输入电流和输出电流，具有集供电和智能监测功能于一体，可以实现远程监测电源状态。

分布式道岔控制系统分别与自动化操作系统、远程监测维护系统和有轨车辆车载设备连接。分布式道岔控制系统从自动化操作系统(ATS)和车载设备获取进路命令，通过逻辑控制子系统进行联锁逻辑运算实现进路选排，最终通过驱动采集子系统实现轨旁设备的安全驱动控制。自动化操作系统综合各站轨旁设备状态、进路信息、车辆位置等进行显示，综合上述信息下发控制命令实现进路等自动选排；远程监测维护系统接收有轨车辆车载设备和分布式道岔控制系统的维护信息，并进行存储和显示，根据维护信息形成报警。

如图4所示，分布式道岔控制系统包括逻辑控制子系统Ⅰ系/Ⅱ系、驱动采集子系统Ⅰ系/Ⅱ系、列车定位子系统Ⅰ系/Ⅱ系、现地操作子系统Ⅰ系/Ⅱ系、智能电源子系统Ⅰ系/Ⅱ系、内部交换机Ⅰ/Ⅱ和外部交换机Ⅰ/Ⅱ，两系互为冗余设计，配置均相同。

分布式道岔控制系统网络设计采用了物理隔离的方式，构建了分布式道岔控制系统内部通信网和外部通信网，该物理策略可以实现网络上的物理隔离，减少网络数据量，从而降低由于网络数据量较大产生网络风暴等风险的概率。外部通信网由外部交换机和外部网络连接构成，自动化操作系统和远程监测维护系统与分布式道岔控制系统之间通过外部通信网通信，用以传输自动化操作系统的控制命令及维护信息。内部通信网由内部交换机与逻辑控制子系统、驱动采集子系统、列车定位子系统、现地操作子系统和智能电源子系统连接构成，传输分布式道岔控制系统内部执行命令和内部维护数据。为提高分布式道岔控制系统安全性，避免设备安全控制命令与分布式道岔控制系统内部信息在同一个网络传输，外部通信网中的进路命令在安全通信协议保护下发送至逻辑控制子系统，逻辑控制子系统接收并处理后，通过内部通信网对驱动采集子系统进行控制。此外，外/内部通信网均采用交叉冗余的连接方式，进一步保证分布式道岔控制系统的安全。

分布式道岔控制系统采用二乘二取二冗余结构设计，所有涉及到安全信息处理和传输的部件均按照“故障-安全”原则采取了双系冗余结构设计，实现双系热备，采用一主一备的方式进行联锁逻辑运算和执行命令输出，逻辑控制子系统Ⅰ系和逻辑控制子系统Ⅱ系通过系间通信，用于同步双系数据，每系的控制状态可实时调整，保障一系故障失效时另一系可以实现同步切换提高设备可用性。逻辑控制子系统和驱动采集子系统的每一系均由2个相同的CPU运算单元组成，实现任务级的二取二故障-安全比较。任何单点故障都不会影响正常使用，以满足有轨车辆信号控制设备高可靠和高安全的使用要求。

逻辑控制子系统是承担联锁逻辑运算的核心部件，根据现地操作子系统、车载设备和远程ATS的操作命令进行联锁逻辑运算，输出驱动命令给驱动采集子系统，接收驱动采集子系统采集的轨旁设备状态进行驱动闭环控制，最终将驱动状态上报远程ATS，将驱动采集子系统和逻辑控制子系统等的监测信息发送给远程监测维护系统。

分布式道岔控制系统采用逻辑控制子系统、驱动采集子系统、现地操作子系统、列车定位子系统、智能电源子系统的结构，集成了安全联锁逻辑运算、设备驱动采集、现地操作、列车定位和电源系统于一体，结构清晰紧凑、可扩展性高、灵活性强、功能全面，完全可以满足现代有轨车辆各种应用场景。分布式道岔控制系统将道岔控制设备置于现场，减少信号电缆的使用，减少能源消耗，降低工程造价，实现设备的就近控制，提高可靠性和安全性。分布式道岔控制系统为安全相关系统，其安全完整性等级可以达到SIL4级。

如图5所示，逻辑控制子系统的核心单元是主控逻辑单元采用二取二故障-安全比较运算，保障输入、输出数据的安全可靠性，实现安全可靠的驱动，主控逻辑单元采用反应式故障-安全方式通过温度、电压自检等实现异常状态下的安全处理，保障安全可靠。

主控逻辑单元包括安全逻辑模块和维护模块，安全逻辑模块包括安全逻辑模块Ⅰ和安全逻辑模块Ⅱ。采用隔离器件相互隔离，分为上述相互独立的三个部分。其中，安全逻辑模块Ⅰ和安全逻辑模块Ⅱ采用完全独立且对称的结构，构成组合式故障-安全。安全逻辑模块包含安全处理器、通信处理器、扩展通信处理器、电源转换子模块、电压采集子模块和温度采集子模块。安全处理器包括安全处理器Ⅰ和安全处理器Ⅱ；通信处理器包括通信处理器Ⅰ和通信处理器Ⅱ；扩展通信处理器包括扩展通信处理器Ⅰ和扩展通信处理器Ⅱ；电源转换子模块包括电源转换子模块Ⅰ、电源转换子模块Ⅱ和电源转换子模块Ⅲ；电压采集子模块包括电压采集子模块Ⅰ、电压采集子模块Ⅱ和电压采集子模块Ⅲ；温度采集子模块包括温度采集子模块Ⅰ、温度采集子模块Ⅱ和温度采集子模块Ⅲ。

安全处理器分别与通信处理器、扩展通信处理器、电源转换子模块、电压采集子模块和温度采集子模块连接；

安全处理器Ⅰ分别与通信处理器Ⅰ/Ⅱ、扩展通信处理器Ⅰ/Ⅱ、电源转换子模块Ⅰ、电压采集子模块Ⅰ和温度采集子模块Ⅰ连接；

安全处理器Ⅱ分别与通信处理器Ⅰ/Ⅱ、扩展通信处理器Ⅰ/Ⅱ、电源转换子模块Ⅱ、电压采集子模块Ⅱ和温度采集子模块Ⅱ连接；

安全处理器Ⅰ/Ⅱ与通信处理器Ⅰ/Ⅱ和扩展通信处理器Ⅰ/Ⅱ采用交叉冗余方式进行连接，当通信处理器I(或II)、扩展通信处理器I(或II)有故障时，保障安全处理器仍旧能够通过通信处理器II(或I)、扩展通信处理器II(或I)获取数据，提高分布式道岔控制系统的可用性；

安全处理器，用于接收通信处理器解析的控制命令和来自扩展通信处理器的轨旁设备状态进行联锁逻辑运算，并将联锁逻辑运算结果和轨旁设备状态发送至通信处理器，将执行命令发送至扩展通信处理器；

通信处理器，用于通过网络接口与外部通信网(远程控制中心)进行通信，负责接收远程控制中心命令并将命令做安全协议解析，将解析结果转发安全处理器，负责将联锁逻辑运算结果和轨旁设备状态进行安全协议封装并发送远程控制中心；通信处理器和安全处理器采用交叉冗余方式连接，保证通信处理器Ⅰ(或Ⅱ)某一个失效时，均不影响与远程控制中心的通信；其中，安全协议指信号安全设备之间通过封闭式传输系统进行安全相关信息交互的功能结构和协议；

扩展通信处理器，用于通过网络接口与内部通信网进行通信，负责分布式道岔控制系统内部的数据交互，接收现地操作子系统命令并返回执行结果，下发逻辑控制子系统命令和接收驱动采集子系统执行结果，与列车定位子系统进行通信，获取列车定位。扩展通信处理器和安全处理器采用交叉冗余方式连接，保证扩展通信处理器Ⅰ或扩展通信处理器Ⅱ中某一个失效时，均不影响分布式道岔控制系统内部数据；

电源转换子模块，用于为安全处理器、通信处理器、扩展通信处理器、电压采集子模块和温度采集子模块供电；

电压采集子模块，用于采集各个功能电压，并发送给安全处理器；其中，功能电压指安全逻辑模块上的关键器件的电压，如安全处理器核心电压以及一些接口芯片的供电电压等；

温度采集子模块，用于采集安全处理器、通信处理器和扩展通信处理器的核心温度，并发送给安全处理器。

安全处理器，具体用于：

当接收到通信处理器解析的远程控制中心的控制命令后，安全处理器根据控制命令进行联锁逻辑运算并下发执行命令给驱动采集子系统；

当接收到驱动采集子系统的回采信息时，进行轨旁设备状态驱采一致性判断，判断一致时将轨旁设备状态上报远程控制中心；判断不一致时，认为驱动采集子系统故障，下发停止执行命令；

当检测到电压波动在额定电压的±10％以内，置正常波动不做处理；当检测到电压波动在额定电压的±20％时，置轻微故障，保障分布式道岔控制系统可用的同时，向维护处理器发送故障报警信息，存储并上传远程监测维护系统；当检测到电压波动在额定电压的±50％时，置严重故障，安全处理器进入待机状态，停止所有输出；示例性的，隔离芯片供电电压为3.3V，安全处理器核心电压为1.1V，安全处理器供电电压为1.5或1.8V；

当检测到温度大于工作温度(一般是-40℃到70℃)阈值90％时，置轻微故障，向维护处理器发送报警信息，进行日志记录并上传中心维护机；当检测到温度大于工作温度阈值120％时，置严重故障，安全处理器进入待机处理，停止所有输出，保障分布式道岔控制系统安全可靠性。

安全处理器是逻辑控制子系统的核心，部署了小型化平台、联锁逻辑运算，小型化平台对所有输入输出数据进行二取二故障-安全比较运算，保障分布式道岔控制系统数据可靠性、输出安全性，联锁逻辑运算综合远程控制中心、现地操作子系统的控制命令和轨旁设备状态信息，实现远程控制中心命令-分布式联锁逻辑运算-轨旁设备控制命令-轨旁设备执行状态再到轨旁设备命令状态-轨旁设备执行状态的闭环控制，当出现轨旁设备执行状态和远程控制中心的控制命令不一致或执行时间过长等故障状态时，立即停止输出，采用反应式故障-安全方式通过温度、电压自检等实现异常状态下的安全处理，保障分布式道岔控制系统安全性和可靠性。

维护模块包括维护处理器、电源转换子模块Ⅲ、温度采集子模块Ⅲ和电压采集子模块Ⅲ。维护处理器与安全处理器Ⅰ/Ⅱ、电源转换子模块Ⅲ、温度采集子模块Ⅲ和电压采集子模块Ⅲ连接。

维护处理器负责分布式道岔控制系统的日志记录、系统维护和远程升级，维护处理器接收安全处理器Ⅰ/Ⅱ内部的日志维护信息并整理，将日志信息进行存储，将维护信息发送给远程监测维护系统；

电源转换子模块Ⅲ，用于为维护处理器、温度采集子模块Ⅲ和电压采集子模块Ⅲ供电；

温度采集子模块Ⅲ，用于采集维护处理器核心温度，并发送给维护处理器；

电压采集子模块Ⅲ，用于采集维护模块的功能电压，并发送给维护处理器。其中，功能电压指维护模块上的关键器件的电压。

逻辑控制子系统采用主控逻辑单元的最小系统单元结构，完成分布式逻辑控制，通过部署小型化平台和分布式联锁逻辑，实现轨旁分布式联锁，逻辑控制，小型化平台具有接口丰富、运算周期短、响应速度快等优点，分布式联锁逻辑针对各站进路信息、轨旁设备数量进行联锁逻辑运算，将集中式联锁逻辑简单化分布于各站点，真正实现了分布式联锁。

如图6所示，维护处理器通过外部通信网在远程监测维护系统进行远程升级和日志下载。维护日志的访问下载需要通过密码登录后方能进行，程序、配置数据的升级，维护处理器采取密码登录、身份认证、口令文件验证、升级文件加密校验等验证手段实现远程升级。远程密码登录成功后需进行身份认证，确认是开发用户后更新升级文件，口令文件校验后重启进入升级模式，该模式下通过口令文件触发升级，升级前会进行升级文件校验，软件升级完成后自动重启，最终完成程序升级过程。远程升级流程具体步骤如下：

S601：开始；

S602：网络访问；

S603：密码登录是否成功；若登录成功，则跳转步骤S604；若登录不成功，则重复步骤S603；

S604：用户身份认证；若为开发用户，则跳转步骤S605；若为维护用户，则跳转步骤S614；

S605：升级文件更新；

S606：口令文件触发升级模式；

S607：口令文件校验；若通过检验，则跳转步骤S608；若未通过校验，则跳转步骤S606；

S608：主控逻辑单元重启；

S609：升级文件校验；若通过校验，则跳转步骤S610；若未通过校验，则跳转步骤S605；

S610：口令触发升级；

S611：口令文件校验；若通过校验，则跳转步骤S612；若未通过校验，则跳转步骤S610；

S612：远程升级；

S613：系统重启；跳转步骤S616；

S614：日志文件访问；

S615：日志文件下载；

S616：结束。

采用权限管理手段进行远程升级操作和维护数据管理，提高可用性、灵活性，提高维护升级的便捷程度，减少分布式道岔控制系统的各站现场操作的升级和维护时间和成本。

驱动采集子系统包括通用输出单元、通用输入单元和驱动单元；通用输出单元为双系冗余结构设计，包括通用输出单元Ⅰ系和通用输出单元Ⅱ系；通用输入单元为双系冗余结构设计，包括通用输入单元Ⅰ系和通用输入单元Ⅱ系；驱动单元为双系冗余结构设计，包括驱动单元Ⅰ系和驱动单元Ⅱ系；

所述通用输出单元与驱动单元连接；所述通用输入单元与驱动单元连接；

所述通用输出单元，用于根据逻辑控制子系统的驱动命令对驱动单元上的输出继电器进行安全驱动；其中，输出继电器为驱动单元上继电器的总称，包括重力安全继电器和固态继电器；

所述通用输入单元，用于通过光耦隔离对驱动单元上的继电器采集节点和驱动电流采集节点进行IO采集并发送给逻辑控制子系统；

所述驱动单元通过驱动电源供电，根据通用输出单元的安全驱动通过继电器控制完成轨旁设备的驱动控制，同时提供继电器采集节点和驱动电流采集节点。

驱动采集子系统接收逻辑控制子系统的驱动命令并响应命令做驱动输出，定时采集轨旁设备状态，将采集结果上传给逻辑控制子系统。驱动采集子系统采用通用输出单元、通用输入单元和驱动单元的结构，结构简单、逻辑清晰。

如图7所示，驱动单元包括重力安全继电器、固态继电器、安全控制器模块、采集模块和隔离模块；

所述重力安全继电器与固态继电器连接；所述固态继电器与安全控制器模块连接；所述安全控制器模块与采集模块连接；所述采集模块与隔离模块连接；

所述重力安全继电器通过通用输出单元的安全驱动为后级电路提供驱动电源，相当于驱动单元的电源开关，当监测到故障时，根据反应式故障-安全立即停止驱动，切断输出；其中，后级电路指包括固态继电器和安全控制器模块的电路；

所述固态继电器具有隔离驱动作用，通过通用输出单元的安全驱动为安全控制器模块提供驱动电源，隔离前级电路和后级电路，减少安全控制器模块开关时的冲击影响；其中，前级电路指包括重力安全继电器的电路；

所述安全控制器模块通过通用输出单元的安全驱动完成轨旁设备驱动；

所述采集模块提供继电器采集节点和驱动电流采集节点，通用输入单元通过隔离模块进行节点采集，实现驱动采集子系统的闭环输出；继电器采集节点采集的是继电器闭合或断开的状态；驱动电流采集节点采集的是驱动电路中的电流值；

所述隔离模块将采集模块作隔离输出，供通用输入模块进行采集。

驱动单元根据轨旁设备类型是否需要电流采集分为采集型驱动单元和无采集型驱动单元，主要区别在于输出电流是否需要采集，采集型驱动单元提供有采集模块，采集模块通过光耦隔离输出提供通用输入单元采集接口。驱动采集子系统结构简单清晰，灵活性强，可根据现场轨旁设备和类型任意装配，能够实现轨旁设备的安全驱动，保障分布式道岔控制系统的安全性，同时能够采集轨旁设备状态，实现轨旁设备状态的实时监测，实现驱动、采集、监测的闭环控制，实现分布式道岔控制系统的维护，提高可靠性和安全性。

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)

1.一种用于有轨车辆的分布式道岔控制系统，其特征在于，包括：逻辑控制子系统和驱动采集子系统；

所述逻辑控制子系统和驱动采集子系统连接；

所述逻辑控制子系统为双系冗余结构设计，根据操作命令和轨旁设备状态进行联锁逻辑运算；

所述驱动采集子系统为双系冗余结构设计，用于驱动轨旁设备和采集轨旁设备状态；

其中，所述驱动采集子系统包括通用输出单元、通用输入单元和驱动单元；

所述通用输出单元与驱动单元连接；所述通用输入单元与驱动单元连接；

所述通用输出单元，用于根据逻辑控制子系统的驱动命令对驱动单元上的输出继电器进行安全驱动；

所述通用输入单元，用于通过光耦隔离对驱动单元上的继电器采集节点和驱动电流采集节点进行采集并发送给逻辑控制子系统；

所述驱动单元，用于驱动轨旁设备；

其中，所述驱动单元包括重力安全继电器、固态继电器、安全控制器模块、采集模块和隔离模块；

所述重力安全继电器与固态继电器连接；所述固态继电器与安全控制器模块连接；所述安全控制器模块与采集模块连接；所述采集模块与隔离模块连接；

所述重力安全继电器通过通用输出单元的安全驱动为后级电路提供驱动电源，为驱动单元的电源开关，当监测到故障时，切断输出；

所述固态继电器具有隔离驱动作用，通过通用输出单元的安全驱动为安全控制器模块提供驱动电源，隔离前级电路和后级电路；

所述安全控制器模块通过通用输出单元的安全驱动完成轨旁设备驱动；

所述采集模块提供继电器采集节点和驱动电流采集节点；

所述隔离模块将采集模块作隔离输出，供通用输入模块进行采集；

所述驱动单元根据轨旁设备类型是否需要电流采集分为采集型驱动单元和无采集型驱动单元；

其中，所述逻辑控制子系统包括主控逻辑单元；所述主控逻辑单元包括安全逻辑模块和维护模块；

所述维护模块用于通过外部通信网与远程控制中心进行通信，并利用远程控制中心内的远程监测维护系统进行远程升级和日志下载；

其中，在进行远程升级和日志下载前包括以下过程：

所述维护模块在远程监测维护系统进行网络访问后采用密码进行登录，若登录成功则进行用户身份认证，确认用户的身份；

若用户为开发用户，则对用户对升级文件进行更新后，通过口令文件触发升级模式，用户通过口令文件校验实现主控逻辑单元的重启；主控逻辑单元重启后进行升级文件的校验，若升级文件校验成功则再次进行口令文件校验，若口令文件校验成功则表示远程升级成功；

若用户为维护用户，则用户直接进行日志文件的访问和下载。

2.根据权利要求1所述的用于有轨车辆的分布式道岔控制系统，其特征在于，

所述安全逻辑模块包括安全处理器、通信处理器和扩展通信处理器；

所述安全处理器分别与通信处理器和扩展通信处理器连接；

所述安全处理器，用于接收通信处理器解析的控制命令和来自扩展通信处理器的轨旁设备状态进行联锁逻辑运算，并将联锁逻辑运算结果和轨旁设备状态发送至通信处理器，将执行命令发送至扩展通信处理器；

所述通信处理器，用于通过网络接口与外部通信网进行通信，负责接收远程控制中心命令并做安全协议解析，将解析结果转发安全处理器，负责将联锁逻辑运算结果和轨旁设备状态进行安全协议封装并发送远程控制中心；

所述扩展通信处理器，用于通过网络接口与内部通信网进行通信。

3.根据权利要求2所述的用于有轨车辆的分布式道岔控制系统，其特征在于，所述安全逻辑模块还包括电源转换子模块、电压采集子模块和温度采集子模块；

所述安全处理器分别与电源转换子模块、电压采集子模块和温度采集子模块连接；

所述电源转换子模块，用于为安全处理器、通信处理器、扩展通信处理器、电压采集子模块和温度采集子模块供电；

所述电压采集子模块，用于采集安全逻辑模块上器件的电压，并发送给安全处理器；

所述温度采集子模块，用于采集安全处理器、通信处理器和扩展通信处理器的核心温度，并发送给安全处理器。

4.根据权利要求3所述的用于有轨车辆的分布式道岔控制系统，其特征在于，所述安全处理器，具体用于：

当检测到电压波动在额定电压的±10％以内，置正常波动不做处理；当检测到电压波动在额定电压的±20％时，置轻微故障，发送故障报警信息；当检测到电压波动在额定电压的±50％时，置严重故障，进入待机状态，停止所有输出；或

当检测到温度大于工作温度阈值90％时，置轻微故障，发送报警信息；当检测到温度大于工作温度阈值120％时，置严重故障，进入待机处理，停止所有输出。

5.根据权利要求2或4所述的用于有轨车辆的分布式道岔控制系统，其特征在于，所述维护模块包括维护处理器、电源转换子模块、温度采集子模块和电压采集子模块；

维护处理器与安全处理器、电源转换子模块、温度采集子模块和电压采集子模块连接。

6.根据权利要求1所述的用于有轨车辆的分布式道岔控制系统，其特征在于，还包括现地操作子系统；所述现地操作子系统与逻辑控制子系统连接；

所述现地操作子系统负责现场人机交互，通过人工按钮命令发送进路选排取消、区段解锁和区段复位的控制命令。

7.根据权利要求6所述的用于有轨车辆的分布式道岔控制系统，其特征在于，还包括列车定位子系统；所述列车定位子系统与逻辑控制子系统连接；

所述列车定位子系统采用计轴设备检测轨道区段的占用/空闲信息，判断列车的位置信息，并上传至逻辑控制子系统；

所述计轴设备包括计轴Ⅰ系和计轴Ⅱ系，采用二乘二取二的安全冗余结构设计，与逻辑控制子系统采用交叉冗余方式进行连接。

8.根据权利要求7所述的用于有轨车辆的分布式道岔控制系统，其特征在于，还包括智能电源子系统；所述智能电源子系统与逻辑控制子系统和驱动采集子系统连接；

所述智能电源子系统包括防雷单元、滤波器、交流接触器、逻辑电源单元、IO逻辑电源单元和UPS备用电源单元；所述防雷单元与滤波器连接；所述滤波器分别与UPS备用电源单元和交流接触器连接；所述UPS备用电源单元与交流接触器连接；所述交流接触器分别与逻辑电源单元和IO逻辑电源单元连接；

所述逻辑电源单元分别与逻辑控制子系统、驱动采集子系统、列车定位子系统、现地操作子系统、外部交换机和内部交换机连接，并提供逻辑电源；

所述IO逻辑电源单元分别与通用输出单元、通用输入单元和驱动单元连接，并提供接口电源；

所述UPS备用电源单元为紧急情况下的备用电源。