CN114940193A - 一种基于二乘二取二架构的信号机驱动系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于二乘二取二架构的信号机驱动系统，包括：联锁下位机、联锁维护台、通信模块和信号机驱动模块，所述联锁下位机、所述通信模块和所述信号机驱动模块均采用二乘二取二系统，所述信号机驱动模块、所述通信模块和所述联锁下位机依次连接，所述信号机驱动模块、所述通信模块和所述联锁维护台依次连接，本发明采用二乘二冗余设计，当单个信号机驱动模块或者通信模块故障时，系统仍可以正常运行，降低了施工难度和项目成本，维护方式简易，本系统支持热拔插，直接更换替换件即可，智能的故障监测和报警功能，能够更好的定位室外点灯单元的故障。

Description

一种基于二乘二取二架构的信号机驱动系统

技术领域

本发明涉及轨道交通技术领域，具体涉及一种基于二乘二取二架构的信号机驱动系统。

背景技术

当前轨道交通信号系统普遍采用信号灯点灯电路以实现信号机不同信号显示的控制。其主要由两个部分构成，

室内的继电器，室内线缆和继电器组合柜。由继电器和连接线缆构成的点灯电路，实现对信号显示的逻辑控制功能。所有继电器安置于继电器组合柜内。

室外的信号灯点灯单元以及室外线缆。信号灯驱动电，经由室内电灯电路，防雷分柜和室外线缆接入室外信号灯电灯单元并点亮信号灯。

此外，为了维护和故障处理，还需要额外的硬件设备监测各个继电器的驱动和采集状态以及信号灯的电流模拟量。

现有的信号机驱动系统的方案存在以下问题：一、施工复杂，信号灯电灯电路由继电器组合构成信号显示的控制电路。当待控制的信号机灯位较多时，比如5显示进站信号机，由于其控制逻辑复杂，继电器之间接线繁琐。这导致前期施工难度较大。二、硬件成本和空间占用率高。当车站内信号灯较多时，继电器的使用量大。不仅需要昂贵的硬件成本并且占用机房大量的空间。额外的监测设备也需要额外的硬件成本。三、故障处理和维护难度较大。当某个继电器故障时，点灯电路无法正常实现信号显示的控制功能。当系统故障需要处理时，需要排查点灯电路上的所有继电器和接线。这导致故障处理较困难。如果某信号机更换升级，需要更改其对应的点灯电路，这导致维护升级难度较高。

发明内容

本发明的目的是为了提供基于二乘二取二架构的信号机驱动系统。旨在解决现有技术中信号机驱动系统存在的施工复杂、硬件成本和空间占用率高以及故障处理和维护难度大的问题。

为达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

本发明提供了一种基于二乘二取二架构的信号机驱动系统，包括：

联锁下位机、联锁维护台、通信模块和信号机驱动模块，

所述联锁下位机、所述通信模块和所述信号机驱动模块均采用二乘二取二系统，所述信号机驱动模块、所述通信模块和所述联锁下位机依次连接，所述信号机驱动模块、所述通信模块和所述联锁维护台依次连接。

优选的，所述信号机驱动模块用于驱动信号灯并采集所述信号灯的灯丝电流。

优选的，所述信号机驱动模块包括：CPU模块和与所述CPU模块连接的FPGA模块，

所述CPU模块，其用于安全数据的计算、处理和二取二操作，所述CPU模块通过其输入输出接口控制所述信号机驱动系统，并读取所述信号机驱动系统中各元器件的状态，所述FPGA模块对所述信号机驱动系统中的信息进行采集，所述CPU模块周期性的从所述FPGA模块读取所述信息，以实现所述信号机驱动模块的周期性自检。

优选的，所述CPU模块和所述FPGA模块均设置有两个，两个所述CPU模块互相连接，且每一所述CPU模块与一所述FPGA模块连接。

优选的，所述信号机驱动模块还包括：

采集模块，其与所述信号灯连接，将所述信号灯灯丝电流由模拟量转换为数字量；

驱动模块，其与室外电灯单元连接，用于将信号驱动电输送至所述室外电灯单元；

隔离模块，其与所述驱动模块连接，用于将外部的信号驱动电接入所述驱动模块；

熔丝模块，其与所述隔离模块连接，用于为所述隔离模块提供电能。

优选的，所述FPGA模块对所述信号机驱动系统中的驱动继电器、外部驱动电源、所述采集模块以及所述信号灯的灯丝电流进行采样，所述CPU模块周期性的读取所述采样的信息。

优选的，所述隔离模块包括隔离继电器，且所述隔离模块还与所述CPU模块连接，所述隔离继电器用于确保在所述驱动模块故障状态下所述信号机驱动系统的安全。

优选的，所述隔离继电器用于确保在所述驱动模块故障状态下所述信号机驱动系统的安全，其具体为：所述CPU模块检测到所述驱动模块的故障，所述CPU模块发送故障信息至所述隔离模块，所述隔离模块断开其中的所述隔离继电器的供电以及所述信号机驱动模块提供给信号机的驱动电。

优选的，所述的驱动电由外部电源系统提供并接入至所述信号机驱动模块。

优选的，所述熔丝模块还与所述CPU模块连接，所述CPU模块实时监测所述信号机驱动模块的状态。

优选的，所述CPU模块实时监测所述信号机驱动模块的状态具体为：

当所述信号机驱动模块无异常发生时，所述熔丝模块正常工作；

当所述信号机驱动模块发生异常时，所述熔丝模块切除所述隔离模块的供电，以保证所述信号机驱动系统的安全。

优选的，所述CPU模块实时监测整个所述信号机驱动模块的状态，当所述信号机驱动模块发生异常时，所述CPU模块发送命令至所述熔丝模块，所述熔丝模块切除所述隔离模块的供电。

优选的，所述通信模块用于与所述联锁下位机和所述联锁维护台的通信，负责与所述联锁下位机和所述联锁维护台之间的通信以及对所述信号机驱动模块的管理。所述通信模块将所述联锁下位机发送的信号灯驱动命令分发给对应的所述信号机驱动模块，将每一所述信号机驱动模块采集到的信号灯状态回复至所述联锁下位机并将自身以及所述信号机驱动模块的报警、维护和监测信息发送至所述联锁维护台，

所述通信模块与联锁下位机之间通信的网络、所述通信模块与所述联锁维护台之间通信的网络，两者为相互独立的网络。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明提供的信号机驱动系统基于二取二架构和自检技术，符合故障安全原理，保证系统的安全性。

2、采用二乘二取二冗余设计，当单个信号机驱动模块或者通信模块故障时，系统仍可以正常运行。

3、利用高性能、高度集成的数字和模拟电路，取代了现有技术中继电器点灯电路和监测所需硬件。施工时仅需要将本系统通过提供的预制作的线缆通过防雷分线接入室外点灯单元即可，降低了施工难度和项目成本。

4、维护方式简易，本系统支持热拔插，当单个信号机驱动模块或者通信模块故障时，直接更换替换件即可。

5、智能的故障监测和报警功能，能够更好的定位室外点灯单元的故障。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对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个实施例，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为本发明一实施例提供的基于二乘二取二架构的信号机驱动系统结构示意图；

图2为本发明一实施例提供的信号机驱动模块的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图1和图2和具体实施方式对本发明提出的基于二乘二取二架构的信号机驱动系统作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施方式的目的。为了使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

鉴于现有技术中信号机驱动系统存在的施工复杂、硬件成本和空间占用率高以及故障处理和维护难度大的问题。本实施例提供了一种基于二乘二取二架构的信号机驱动系统，包括：联锁下位机、联锁维护台、通信模块和信号机驱动模块。

如图1所示，所述信号机驱动模块、所述通信模块和所述联锁下位机依次连接，所述的信号机驱动模块、所述通信模块和所述联锁维护台依次连接。所述联锁下位机、所述通信模块和所述信号机驱动模块均采用二乘二取二系统。

所述联锁下位机用于收集信号机驱动系统中信号设备的状态信息，运行联锁逻辑以及生成所述信号设备的控制命令。

所述联锁维护台用于收集和显示所述信号机驱动系统中的报警信息、维护信息和监测信息。联锁维护台具有显示和保存接收到的故障报警信息，信号灯驱动和采集信息以及信号灯灯丝电流模拟量的功能

所述通信模块用于与所述联锁下位机和联锁维护台的通信，负责与联锁下位机和联锁维护台通信以及对信号机驱动模块的管理。通信模块将联锁下位机发送的信号灯驱动命令分发给对应的信号机驱动模块，将各信号机驱动模块采集到的信号灯状态回复给联锁下位机并将自身以及信号机驱动模块的报警、维护和监测信息发送给联锁维护台，所述通信模块与联锁下位机之间通信的网络、所述通信模块与所述联锁维护台之间通信的网络，两个网络为相互独立的网络。

所述信号机驱动模块用于驱动所述信号灯，并采集所述信号灯的灯丝电流。信号灯驱动模块根据软件定义的逻辑，实现对所述信号灯的控制。

如图2所示，所述信号机驱动模块包括：CPU模块、FGPA模块、采集模块、驱动模块、熔丝模块和隔离模块。

所述信号机驱动模块所述的信号机驱动模块支持6路220V/110V交流LED信号灯或者透式信号灯的驱动与电流采集的功能，同时对自身模块上的安全器件进行周期性检测。所述信号机驱动模块从联锁下位机获取信号灯的驱动命令并驱动信号灯；驱动完成后，信号机驱动模块采集信号灯的电流信息判断信号灯是否正常亮起，并将信号灯是否亮起的状态发送给联锁下位机

主要负责驱动室外点灯电源以及采集灯丝电流。每个信号机驱动模块包含6各独立的驱动端口，可以同时控制6个独立的信号灯并采集其流经信号灯的灯丝电流。当接受到对应信号灯的驱动命令时，信号机驱动模块闭合端口内部的开关，将信号驱动电源经由电缆传输给点灯单元。信号机驱动模块会周期性的进行自检，当检测到自身的硬件发生故障时，会彻底的切断对外输出信号驱动电，保证系统安全。

所述CPU模块是信号机驱动模块的核心处理模块。负责安全数据的计算，处理和二取二操作。CPU模块通过自身的输入输出接口控制模拟电路部分的器件以及读取各个器件的状态。

所述FGPA模块(Field Programmable GateArray，现场可编程逻辑门阵列)为CPU模块与采集模块，驱动模块和熔丝模块的连接件，是CPU模块的接口延展。采集模块负责将信号灯灯丝丝电流由模拟量转换为数字量。

本实施例中，如图2所示，CPU模块和FPGA模块均设置有两个，两个CPU模块和FPGA模块分别依次连接，且两个CPU模块连接，所述FPGA模块对所述信号机驱动系统中的信息进行采集，所述CPU模块周期性的从所述FPGA模块读取所述信息，以实现所述信号机驱动模块的周期性自检，2个CPU模块通过驱动继电器的状态、采集单元的状态、外部驱动电源的状态判断板卡的状态，通过灯丝电流的状态判断信号灯的状态，然后进行二乘二取二比较得到最终的板卡状态和信号灯状态。

采集模块与所述信号灯连接，将所述信号灯灯丝电流由模拟量转换为数字量；驱动模块与室外电灯单元连接，用于将信号驱动电输送至所述室外电灯单元；隔离模块与所述驱动模块连接，用于将外部的信号驱动电接入所述驱动模块；熔丝模块与所述隔离模块连接，用于为所述隔离模块提供电能。

所述驱动模块负责将信号驱动电输出给室外电灯单元。

所述熔丝模块负责向隔离模块提供其工作需要的12V直流电。所述熔丝模块还与所述CPU模块连接，所述CPU模块实时监测所述信号机驱动模块的状态，当所述信号机驱动模块无异常发生时，所述熔丝模块正常工作；当所述信号机驱动模块发生异常时，所述CPU模块发送命令至所述熔丝模块，所述熔丝模块切除所述隔离模块的供电，以保证所述信号机驱动系统的安全，当隔离模块故障或板卡出现影响安全性的异常情况时，熔丝模块会将烧断板卡熔丝，将板卡导向安全态。当CPU模块检测到隔离模块，采集模块或者其他异常时，熔丝模块会不可恢复性的切除提供给隔离模块的供电。

所述隔离模块包括隔离继电器，且所述隔离模块还与所述CPU模块连接，所述CPU模块检测到所述驱动模块的故障，所述CPU模块发送故障信息至所述隔离模块，所述隔离模块断开其中的所述隔离继电器的供电以及所述信号机驱动模块提供给信号机的驱动电，所述隔离继电器用于确保在所述驱动模块故障状态下所述信号机驱动系统的安全。

所述隔离模块负责将来自外部的信号驱动电接入驱动模块。当驱动模块出现故障无法保证安全性时，隔离模块会切除外部的信号驱动电，保证在驱动模块故障的状态下，不会错误的将信号驱动电输出到外部点灯单元。

综上所述，本实施例提供的信号机驱动系统基于二取二架构和自检技术，符合故障安全原理，保证系统的安全性。采用二乘二冗余设计，当单个信号机驱动模块或者通信模块故障时，系统仍可以正常运行。利用高性能、高度集成的数字和模拟电路，取代了现有技术中继电器点灯电路和监测所需硬件。施工时仅需要将本系统通过提供的预制作的线缆通过防雷分线接入室外点灯单元即可，降低了施工难度和项目成本。维护方式简易，本实施例提供的信号机驱动系统支持热拔插，当单个信号机驱动模块或者通信模块故障时，直接更换替换件即可。智能的故障监测和报警功能，能够更好的定位室外点灯单元的故障。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

应当注意的是，在本文的实施方式中所揭露的装置和方法，也可以通过其他的方式实现。以上所描述的装置实施方式仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本文的多个实施方式的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用于执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本文各个实施方式中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (13)

1.一种基于二乘二取二架构的信号机驱动系统，包括：联锁下位机、联锁维护台和通信模块，其特征在于，还包括：信号机驱动模块，

所述联锁下位机、所述通信模块和所述信号机驱动模块均采用二乘二取二系统，所述信号机驱动模块、所述通信模块和所述联锁下位机依次连接，所述信号机驱动模块、所述通信模块和所述联锁维护台依次连接。

2.如权利要求1所述的基于二乘二取二架构的信号机驱动系统，其特征在于，所述信号机驱动模块用于驱动信号灯并采集所述信号灯的灯丝电流。

3.如权利要求2所述的基于二乘二取二架构的信号机驱动系统，其特征在于，所述信号机驱动模块包括：CPU模块和与所述CPU模块连接的FPGA模块，

所述CPU模块，其用于安全数据的计算、处理和二取二操作，所述CPU模块通过其输入输出接口控制所述信号机驱动系统，并读取所述信号机驱动系统中各元器件的状态，所述FPGA模块对所述信号机驱动系统中的信息进行采集，所述CPU模块周期性的从所述FPGA模块读取所述信息，以实现所述信号机驱动模块的周期性自检。

4.如权利要求3所述的基于二乘二取二架构的信号机驱动系统，其特征在于，所述CPU模块和所述FPGA模块均设置有两个，两个所述CPU模块互相连接，且每一所述CPU模块与一所述FPGA模块连接。

5.如权利要求4所述的基于二乘二取二架构的信号机驱动系统，其特征在于，所述信号机驱动模块还包括：

采集模块，其与所述信号灯连接，将所述信号灯灯丝电流由模拟量转换为数字量；

驱动模块，其与室外电灯单元连接，用于将信号驱动电输送至所述室外电灯单元；

隔离模块，其与所述驱动模块连接，用于将外部的信号驱动电接入所述驱动模块；

熔丝模块，其与所述隔离模块连接，用于为所述隔离模块提供电能。

6.如权利要求5所述的基于二乘二取二架构的信号机驱动系统，其特征在于，所述FPGA模块对所述信号机驱动系统中的驱动继电器、外部驱动电源、所述采集模块以及所述信号灯的灯丝电流进行采样，所述CPU模块周期性的读取所述采样的信息。

7.如权利要求6所述的基于二乘二取二架构的信号机驱动系统，其特征在于，所述隔离模块包括隔离继电器，且所述隔离模块还与所述CPU模块连接，所述隔离继电器用于确保在所述驱动模块故障状态下所述信号机驱动系统的安全。

8.如权利要求7所述的基于二乘二取二架构的信号机驱动系统，其特征在于，所述隔离继电器用于确保在所述驱动模块故障状态下所述信号机驱动系统的安全，其具体为：所述CPU模块检测到所述驱动模块的故障，所述CPU模块发送故障信息至所述隔离模块，所述隔离模块断开其中的所述隔离继电器的供电以及所述信号机驱动模块提供给信号机的驱动电。

9.如权利要求8所述的基于二乘二取二架构的信号机驱动系统，其特征在于，所述的驱动电由外部电源系统提供并接入至所述信号机驱动模块。

10.如权利要求9所述的基于二乘二取二架构的信号机驱动系统，其特征在于，所述熔丝模块还与所述CPU模块连接，所述CPU模块实时监测所述信号机驱动模块的状态。

11.如权利要求10所述的基于二乘二取二架构的信号机驱动系统，其特征在于，所述CPU模块实时监测所述信号机驱动模块的状态具体为：

当所述信号机驱动模块无异常发生时，所述熔丝模块正常工作；

当所述信号机驱动模块发生异常时，所述熔丝模块切除所述隔离模块的供电，以保证所述信号机驱动系统的安全。

12.如权利要求11所述的基于二乘二取二架构的信号机驱动系统，其特征在于，所述CPU模块实时监测整个所述信号机驱动模块的状态，当所述信号机驱动模块发生异常时，所述CPU模块发送命令至所述熔丝模块，所述熔丝模块切除所述隔离模块的供电。

13.如权利要求1所述的基于二乘二取二架构的信号机驱动系统，其特征在于，所述通信模块用于与所述联锁下位机和所述联锁维护台的通信，负责与所述联锁下位机和所述联锁维护台之间的通信以及对所述信号机驱动模块的管理，所述通信模块将所述联锁下位机发送的信号灯驱动命令分发给对应的所述信号机驱动模块，将每一所述信号机驱动模块采集到的信号灯状态回复至所述联锁下位机并将自身以及所述信号机驱动模块的报警、维护和监测信息发送至所述联锁维护台，

所述通信模块与联锁下位机之间通信的网络、所述通信模块与所述联锁维护台之间通信的网络，两者为相互独立的网络。

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