CN116009436A - 一种铁路应答器的目标控制器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铁路应答器的目标控制器，根据列控联锁一体化系统的总体技术方案设计了应答器目标控制器(BOC)，在保证通信安全可靠的前提下，在实现了与有源应答器接口的报文通信的同时，实现了对应答器传输线缆的状态监测及BOC自身的状态管理功能。
Description
技术领域
本发明属于铁路信号控制技术领域，具体涉及一种铁路应答器的目标控制器。
背景技术
BTS(Balise Transmission Subsystem，应答器传输系统)是CTCS系统的重要组成部分。BTS是基于点式信息传输的安全系统，其功能为实现轨旁设备与车载设备之间的安全信息交互。BTS包括地面电子单元(LEU)、有源应答器、无源应答器、应答器传输模块(BTM)和车载天线单元(AU)。在铁路现场，有源或者无源应答器安装在轨道中央，在列车行进过程中，BTM通过AU向地面进行辐射，当应答器接收到AU的辐射信号后，将LEU发来的报文或将存储在应答器内的报文传输至BTM，BTM将信息传输至车载设备，从而实现地面信息向车载设备的信息传输功能。
LEU作为BTS传输系统中的关键核心设备，其主要作用是通过串行通信接口周期性的从外部设备(如，列控中心、联锁设备等)接收传输报文，或通过采集外部开关量接收外部设备的输入条件，选取已经储存在LEU内部与输入条件相对应的报文，按照接口“C”规定连续向有源应答器传输经过加密的报文。
通过调研国内外各主要信号厂家如西门子SIMIS-W、庞巴迪EBI950、安萨尔多SEI、阿尔斯通SMARTLOCK400等系统的实现方式，发现上述系统都可以实现由电子执行单元组成的目标控制器直接控制轨旁设备，系统相对精简。目前，国外目标控制器技术已经比较成熟，并都实现了预防性维护的功能，同时也开始由集中式电子化向分散化、智能化方向发展，例如欧洲目前的EULYNX项目就是为目标控制器分散化、智能化、互联互通铺路。在我国，系统仍使用继电器实现对轨旁设备的控制，不仅需铺设大量的接口电缆，也需要设置大量的继电器组合架，导致整体投资成本高且占地面积偏大，相关接口电路对维护的要求也越来越高。因此发展应答器目标控制器技术，使用电子化的方案已经势在必行。
当前在铁路现场实施运营的LEU设备采用串口通信从列控中心处获取已经进行过加扰运算的报文信息，通过防雷分线盘或者防雷组合架向室外应答器传输报文。设备占地面积较大，成本较高，对相关接口的维护要求高，同时LEU不具备对报文的加扰算法功能，无法分担TCC的工作负担。
目前国内外LEU设备仅通过设备指示灯表示设备的工作状态，但对于距离信号机械室较远的室外LEU设备而言，设备的工作状态(运行状态指示灯)不能及时直观的让设备维护人员了解，设备维护人员只能被动的等待LEU设备故障导致应答器无法正常工作时才能给出反应，这种方式对于在CTCS2级或者CTCS3级高速铁路的行车带来很大的隐患。因此，在现场运行过程中，为了解决上述不足，各设备制造商提供了多样的状态监测装置，但是独立的状态监测装置需要花费更多的制造成本、时间成本和维护成本，带来了更多经济负担。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种铁路应答器的目标控制器，实现了与有源应答器之间的报文通信。
本发明提供的一种铁路应答器的目标控制器，包括：通信单元BCU和接口单元BAI两部分，其中，通信单元BCU采用两个为一组并行工作的方式，通信单元BCU通过安全网与逻辑平台连接及通过485总线与接口单元BAI连接，通信单元BCU将接收到的报文发送至接口单元BAI，同时接收接口单元BAI上报的信息；接口单元BAI采用两个为一组热备工作的方式，用于接收通信单元BCU的报文，并对报文进行有效性判断，对有效报文进行DBPL编码后通过电缆发送至有源应答器实现对有源应答器的控制，并将工作状态、接口状态和报警信息发送至有源应答器和通信单元BCU；
通信单元BCU和接口单元BAI均采用二乘二架构，满足SIL4安全等级要求。
进一步地，还包括通信单元BCU和接口单元BAI采用19英寸6U机笼，通信单元BCU和接口单元BAI的面板宽度均设置为10HP，采用前、后插卡结构，其中前插卡尺寸为233mm*220mm，后插卡尺寸为233mm*80mm。
进一步地，所述通信单元BCU将接收到的报文发送至接口单元BAI的方式为：若所述通信单元BCU接收到的报文为短报文则先将报文进行加扰为长报文后再将其发送至接口单元BAI。
进一步地，所述通信单元BCU向逻辑平台上报目标控制器的通信状态信息、报警信息以及运行状态信息。
进一步地，所述通信单元BCU包括主从CPU模块、主从通信模块、电源模块、复位模块、对外通信模块及地址设置和运行指示灯模块，其中，主从CPU模块通过主从通信模块实现通信，电源模块用于为主从CPU模块输出独立的内核供电，复位模块用于向主从CPU模块输出独立的复位信号，对外通信模块分别为主从CPU模块实现ETH、RS485及DEBUG通信接口，地址设置和运行指示灯模块用于实现主从CPU模块的独立地址设置以及运行指示。
进一步地，所述通信单元BCU实现监测目标控制器的设备报警信息、报文数据回采信息及运行状态信息，当目标控制器出现故障时向逻辑平台发送报警消息。
进一步地，所述接口单元BAI具有检测室外电缆接口处于断开或短路状态的功能。
进一步地，所述接口单元BAI包括处理器模块、与BCU的通信模块、主备BAI间的通信模块、电源模块、复位模块、发码模块、故障切断和主备切换模块、室外接口状态判断模块、发码回采模块及地址读取和状态指示灯模块，其中，发码模块具有DBPL信号生成和放大、正弦信号生成和放大及输出功率合成的功能。
进一步地，所述接口单元BAI能够驱动与之相距3500m处的有源应答器正常工作。
有益效果：
本发明根据列控联锁一体化系统的总体技术方案设计了应答器目标控制器(BOC)，在保证通信安全可靠的前提下，在实现了与有源应答器接口的报文通信的同时，实现了对应答器传输线缆的状态监测及BOC自身的状态管理功能。
附图说明
图1为本发明提供的一种铁路应答器的目标控制器的结构图。
图2为本发明提供的一种铁路应答器的目标控制器的系统正视图。
图3为本发明提供的一种铁路应答器的目标控制器的系统网络结构图。
图4为本发明提供的一种铁路应答器的目标控制器的通信单元BCU结构示意图。
图5为本发明提供的一种铁路应答器的目标控制器的接口单元BAI结构示意图。
图6为本发明提供的一种铁路应答器的目标控制器的通信单元BCU数据处理流程图。
图7为本发明提供的一种铁路应答器的目标控制器的接口单元BAI数据处理流程图。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本发明提供的一种铁路应答器的目标控制器，结构如图1所示，具体包括：通信单元BCU和接口单元BAI两部分，其中，通信单元BCU采用两个为一组并行工作的方式，用于与逻辑平台LP和接口单元BAI进行通信；接口单元BAI采用两个为一组互为热备份的方式，用于接收通信单元BCU报文并对有源应答器进行控制。
具体来说，通信单元BCU和接口单元BAI可采用19英寸6U机笼，通信单元BCU和接口单元BAI的面板宽度均设置为10HP，采用前/后插卡结构。其中前插卡尺寸为233mm*220mm，后插卡尺寸为233mm*80mm。目标控制器采用A/B两路+24V电源分别给A系通信单元及A系接口单元和B系通信单元及B系接口单元供电，可驱动3.5km处的有源应答器，并提供应答器电缆的开路和短路自动检测和告警功能。
通信单元BCU和接口单元BAI均采用二乘二取二架构，每组通信单元或接口单元均由相同的A、B两块单元组成，每块单元内部均为二取二安全架构，满足SIL4安全等级要求。其中，每组通信单元为并行工作，每组接口单元为主备热备工作。通信单元BCU管理接口单元BAI，接口单元BAI可以控制多个有源应答器。其中每块通信单元BCU通过安全网连接至逻辑部，每块通信单元BCU通过RS485总线连接至接口单元BAI。
如图3所示，目标控制器通过安全网与逻辑部LP通信，可接收应答器报文，由通信单元BCU加扰形成长报文，并传送到接口单元BAI。接口单元BAI内的逻辑控制单元把周期性的报文输入变为连续的报文输出。
每个目标控制器内的应答器接口单元BAI由通信单元BCU并行控制。每个通信单元BCU分别连接控制网，控制网为可靠性冗余关系。
接口单元BAI为热备工作，接收通信单元BCU的报文，并将有效报文进行DBPL编码，发送给室外对应的有源应答器。
为了便于说明，下面结合附图对通信单元BCU和接口单元BAI的结构和功能进行详细说明。
1.通信单元BCU的功能设计。
如图4所示，通信单元BCU用于实现与逻辑部LP的通信以及对应答器报文的加扰功能。
通信单元BCU通过冗余控制网与逻辑部LP通信，遵循与逻辑部LP的通信接口协议，接收逻辑部LP发给有源应答器的报文。设计上目标控制器会将下发给有源应答器的报文按照接口协议回传至逻辑部LP，由逻辑部进行报文整理和解析。两条控制网线为可靠冗余关系，接口安全完整性等级为SIL4。单条网线故障不影响目标控制器BOC正常工作。
通信单元BCU能够接收短报文，并具备将短报文信息加扰至长报文的功能，再将长报文下发给接口单元BAI，也能够直接接收长报文并下发给接口单元BAI。
每个通信单元BCU通过485总线与BAI接口单元进行信息交互，向接口单元BAI转发逻辑部LP发送的报文信息，同时接收接口单元BAI上报的有源应答器状态。485总线为可靠冗余关系，单条485总线故障不影响BOC的正常工作。通信单元BCU的两个单元与接口单元BAI进行通信并遵循与接口单元BAI的接口通信协议。其接口安全完整性等级为SIL4。
同时，通信单元BCU向逻辑部LP上报BOC系统的通信状态信息、报警信息以及自身的运行状态信息。
2.通信单元BCU的结构设计。
通信单元BCU设计为二乘二的可靠冗余结构，BOC子系统包含两个通信单元BCU，两个通信单元BCU并行处理数据。每个通信单元BCU包含主从两个部分。两个部分应具备独立性，且主从两个部分之间设计有信息交互通道。其结构如图4所示。
通信单元BCU主要包含主从CPU模块(CPUA和CPUB模块)、主从通信模块、电源模块、复位模块、对外通信模块(CPU-A对外通信模块和CPU-B对外通信模块)及地址设置和运行指示灯模块。
其中，主从CPU模块，通过主从通信模块实现主从通信。电源模块向两个CPU模块输出独立的内核供电。复位模块向两个CPU模块输出独立的复位信号，应设计有人工复位按钮。CPU-A对外通信模块实现CPU-A的ETH、RS485、DEBUG通信接口。CPU-B对外通信模块实现CPU-B的ETH、RS485、DEBUG通信接口。地址设置和运行指示灯模块完成两个CPU模块的独立地址设置以及运行指示，本发明设计有运行状态、报警状态、工作电源、以太网通信状态、485通信状态、与接口板BAI通信状态等指示灯。
BCU对BOC设备报警信息、报文数据回采信息、自身状态信息等进行实施监督，如果设备出现故障，立即向逻辑主机进行报警；同时逻辑主机会将BOC的管理日志实时记录下来，供信号维护人员观察分析与解决故障。
通信单元BCU的数据处理过程如图6所示。系统首次运行时完成系统初始化功能，周期运行时实现通信、数据处理及逻辑处理功能。
3.接口单元BAI的功能设计。
接口单元BAI为一组热备工作模式的接口单元，能够实现对接口单元BAI工作状态的监测及主备系统的自动切换。
接口单元BAI通过RS485总线与通信单元BCU进行数据交互，接收通信单元BCU下发的四路报文信息，进行有效性判断，将接收到的有效报文进行DBPL编码，按照“C”接口要求，通过电缆发送给室外有源应答器，同时，接口单元BAI将实际发送给应答器的报文、工作状态、接口状态和报警信息回传给通信单元BCU。其与通信单元BCU的通信功能安全完整性等级为SIL4。
接口单元BAI具备检测室外电缆接口处于断开或短路状态的功能，具备对发送给有源应答器编码进行采集和校核的功能。
4.接口单元BAI的结构设计。
接口单元BAI设计为二乘二取二的可靠冗余结构，每组接口单元包含两个接口单元BAI，两个接口单元BAI互为热备工作模式，结构如图5所示。
接口单元BAI主要包含处理器模块、与BCU之间的通信模块、主备BAI之间的通信模块、电源模块、复位模块、发码模块、故障切断、主备切换模块、室外接口状态判断模块、发码回采模块、地址读取和状态指示灯模块。其中，发码模块用于DBPL信号的生成与放大、正弦信号的生成与放大及输出功率合成。
双系之间通过CAN总线进行信息交互，可以通过双系CAN通信协商确定对系工作状态或通过采集对系安全继电器接点辅助检查判断，单系内MCU和FPGA之间通过SPI总线进行信息交互，两系供电电源独立设计，单系接口单元BAI内部MCU、FPGA的工作电源、RS485通信电路的工作电源独立设计。同时，接口单元BAI设计双套ID设置装置，两套设置装置的设置值一样单元才能正确启动。另外，接口单元BAI可实现对发出编码进行回采及一致性的校核。
此外，通过指示灯显示电源状态、故障状态、单元主备状态、RS485通信状态、CAN通信状态、外部接口短或开路状态、发码状态及外部应答器过车状态。
输出方面，接口单元BAI可输出C1接口特性及C6接口特性的信号，驱动120Ω阻性负载，在输出端口以564kbit/s的速率输出DBPL脉冲，脉冲幅度为14Vpp～18Vpp，也可以8.82Kbit/s的速率输出幅度为20～23VPP的脉冲，能够驱动3500m处的有源应答器正常工作。
接口单元BAI的数据处理过程如图7所示。系统上电后首先完成系统初始化设置，周期运行中实现软件主程序的调度、调用与各模块之间的接口函数、实现逻辑处理和控制指示灯输出等功能。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种铁路应答器的目标控制器，其特征在于，包括：通信单元BCU和接口单元BAI两部分，其中，通信单元BCU采用两个为一组并行工作的方式，通信单元BCU通过安全网与逻辑平台连接及通过485总线与接口单元BAI连接，通信单元BCU将接收到的报文发送至接口单元BAI，同时接收接口单元BAI上报的信息；接口单元BAI采用两个为一组热备工作的方式，用于接收通信单元BCU的报文，并对报文进行有效性判断，对有效报文进行DBPL编码后通过电缆发送至有源应答器实现对有源应答器的控制，并将工作状态、接口状态和报警信息发送至有源应答器和通信单元BCU；
通信单元BCU和接口单元BAI均采用二乘二架构，满足SIL4安全等级要求。
2.根据权利要求1所述的目标控制器，其特征在于，还包括通信单元BCU和接口单元BAI采用19英寸6U机笼，通信单元BCU和接口单元BAI的面板宽度均设置为10HP，采用前、后插卡结构，其中前插卡尺寸为233mm*220mm，后插卡尺寸为233mm*80mm。
3.根据权利要求1所述的目标控制器，其特征在于，所述通信单元BCU将接收到的报文发送至接口单元BAI的方式为：若所述通信单元BCU接收到的报文为短报文则先将报文进行加扰为长报文后再将其发送至接口单元BAI。
4.根据权利要求1所述的目标控制器，其特征在于，所述通信单元BCU向逻辑平台上报目标控制器的通信状态信息、报警信息以及运行状态信息。
5.根据权利要求1所述的目标控制器，其特征在于，所述通信单元BCU包括主从CPU模块、主从通信模块、电源模块、复位模块、对外通信模块及地址设置和运行指示灯模块，其中，主从CPU模块通过主从通信模块实现通信，电源模块用于为主从CPU模块输出独立的内核供电，复位模块用于向主从CPU模块输出独立的复位信号，对外通信模块分别为主从CPU模块实现ETH、RS485及DEBUG通信接口，地址设置和运行指示灯模块用于实现主从CPU模块的独立地址设置以及运行指示。
6.根据权利要求1所述的目标控制器，其特征在于，所述通信单元BCU实现监测目标控制器的设备报警信息、报文数据回采信息及运行状态信息，当目标控制器出现故障时向逻辑平台发送报警消息。
7.根据权利要求1所述的目标控制器，其特征在于，所述接口单元BAI具有检测室外电缆接口处于断开或短路状态的功能。
8.根据权利要求1所述的目标控制器，其特征在于，所述接口单元BAI包括处理器模块、与BCU的通信模块、主备BAI间的通信模块、电源模块、复位模块、发码模块、故障切断和主备切换模块、室外接口状态判断模块、发码回采模块及地址读取和状态指示灯模块，其中，发码模块具有DBPL信号生成和放大、正弦信号生成和放大及输出功率合成的功能。
9.根据权利要求1所述的目标控制器，其特征在于，所述接口单元BAI能够驱动与之相距3500m处的有源应答器正常工作。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20230425 |