CN206781785U - 微机半自动闭塞设备 - Google Patents

Abstract

微机半自动闭塞设备提供了一种以计算机和光通信技术为基础，将继电半自动闭塞的条件与逻辑电子化，利用电子器件替代继电器实现半自动的逻辑功能，利用光纤或光通道取代电缆或架空明线作为站间信息的传输媒介，同时采用信息安全传输技术保证站间信息的安全传输的半自动闭塞设备。该闭塞设备采用机柜式结构，单系设备由逻辑处理单元、驱动单元、采集单元、监测单元和通信单元组成。所有单元均设计双套冗余，保证在单套故障的情况下，不影响设备的正常使用。该闭塞设备可以兼容现有的电气集中联锁及计算机联锁，通过继电器安全接口电路与联锁结合，从联锁采集相关条件并为联锁提供出站信号的开放条件及闭塞表示信息。

Description

微机半自动闭塞设备

技术领域

本发明涉及铁路通信、信号领域，具体是一种微机半自动闭塞设备。

背景技术

站间闭塞设备是保证铁路运输安全的关键技术设备，分为自动闭塞、自动站间闭塞和半自动闭塞，目前，我国还有约5万公里的半自动闭塞。

区间继电半自动闭塞64D、64F已经使用了多年，其设备构成简单，稳定可靠，但随着技术的进步，继电半自动闭塞存在的一些问题也显现出来：

1)继电半自动闭塞设备采用的是继电器组合、变压器、电容、电阻等器件，电路结构复杂，一旦发生问题，处理时间较长，影响运输效率；

2)继电半自动闭塞两站间信息传输通过通信实回线，传输线路易发生断线、混线、混电、接地、外电干扰等问题，均能影响闭塞设备的使用；同时随着运输生产力布局的调整，一些小站、中间站在逐步撤消，这类车站被取消后的区间半自动站间传输线路相应的延长了，信息传输实现起来更为困难；

3)继电半自动闭塞现场使用均为单套，信息传输也为单通道，无自动诊断功能，当设备发生问题时，均会对运输产生不利影响。

随着科学技术的进步，铁路电务设备也得到了长足发展，计算机联锁替代电气集中联锁、光缆传输替代普通线缆已成为发展趋势。

发明内容

为了解决当前继电半自动闭塞存在的问题，推进车站信号设备的全电子化进程，减少设备故障，提高运输效率，本发明提供了一种以计算机和光通信技术为基础，将继电半自动闭塞的条件与逻辑电子化，利用电子器件替代传统的继电器实现继电半自动的逻辑功能，利用光纤或光通道取代传统的电缆或架空明线作为站间信息的传输媒介，同时采用信息安全传输技术保证站间信息的安全传输的微机半自动闭塞设备。

本系统采用机柜式结构，由闭塞设备、传输网络、监测设备、输入输出及电源设备等五部分组成。有以下特点：

1)系统采用具有高可靠性的芯片级ARM控制器，保证系统的每一步操作具有可控性与安全性；

2)系统采用机柜形式，机柜尺寸2000×800×600mm；

3)每个电路板均设计有工作状态表示灯、自检故障、通信故障表示灯；

4)关键电路及元件均设计为双套冗余热备；

5)系统内部通信采用高速串口总线，站间通信采用光纤通信；

6)通信通道均采用双通道冗余设计；

7)系统具有故障自动切换功能，双机自动切换时能够确保不影响现场状态，满足系统高可用性要求；

8)安全输出采用输出端口回采检查电路以及光藕隔离驱动方式，当检测到输入与输出不一致时，会立刻切断输出，并通过板级指示灯与监测机报警；

9)安全采集采用2取2逻辑电路以及光藕隔离采集方式，当两路采集对比不一致时，通过板级指示灯与监测机报警；

10)每一块电路板均设计有硬件监视器(看门狗)，即硬件运行监视器，防止程序跑飞；

11)系统配置双UPS电源，满足系统可靠性要求；

12)系统电源及接口均设计了电磁兼容与雷电防护。

本发明还提供了一种微机半自动闭塞设备的工作方法。微机半自动闭塞系统由逻辑处理单元、驱动单元、采集单元、监测单元和通信单元组成。

逻辑处理单元接收来自采集单元和通信单元的数据信息，对这些数据进行处理分析，然后将输出信息发送到驱动单元。

采集单元对控制台的按钮、轨道电路条件和结合继电器条件的状态信息进行采集接收，并上传给逻辑处理单元。

驱动单元接收来自逻辑处理单元的数据，从而对相关的表示灯、继电器和电铃进行控制。

监测单元主要负责系统的状态监测与报警维护。

通信单元主要负责传输各单元之间的数据和站间的闭塞数据。

微机半自动的控制系统有以下特点：

1)控制软件采用模块化和结构化设计，程序设计标准化；

2)利用光缆传输站间闭塞信息，各站闭塞之间有独立识别编码；

3)传输协议符合《RSSP-I铁路信号安全通协议(V1.0)》；

4)使用数字签名、数据加密及时序校验技术保证信息传输的安全可靠；

5)系统内部数据及站间传输的信息均用编码技术，这样可以避免数据在内部运算和传输过程中产生错码带来的危害；

6)信息在传输过程中进行CRC编码及帧头、帧尾检测，保证数据接收的可靠性与安全性；

7)系统逻辑条件均定义安全侧值，符合铁路安全中的“故障-安全”原则；

8)独有的监测机程序，直观监视设备状态，具有自诊断与辅助维护的功能。

附图说明

图1是单线继电半自动闭塞示意图；

图2是微机半自动组成框图；

图3是微机半自动结构框图；

图4是微机半自动逻辑处理单元原理框图；

图5是微机半自动驱动采集单元原理框图；

图6是微机半自动监测单元原理框图；

图7是微机半自动站间传输框图；

图8是微机半自动机柜设计图；

图9是微机半自动机柜逻辑处理层设计图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

半自动闭塞是以出站信号机的开放作为占用区间的凭证，列车出发后即自动关闭出站信号机。办理闭塞手续、开放出站信号和确认列车的完整到达，均靠人工参与；列车的出发、到达，人工办理的信息均靠设备自动传递。这种由人工办理、确认和设备自动传递信息共同完成闭塞作用的设备称为半自动闭塞设备。

微机半自动闭塞设备的工作原理：由甲站设备通过驱动采集单元采集站内的本地结合条件，把采集到的开关量转化为数字信息传递给逻辑处理单元，逻辑处理单元将信息经过逻辑分析后，对驱动采集单元发出相应动作指令，并将经过编码处理的站间信息通过光缆传输通道传送给乙站。

乙站的设备根据接收到的站间信息进行译码校验后，结合采集的本站状态通过逻辑处理单元的逻辑分析，对驱动采集单元下发相应动作指令，完成站间闭塞的相关操作。

图1的示意图展示了继电半自动闭塞的基本工作原理，相邻两站各有一个半自动闭塞机，站间通过电缆通信，然后通过继电器联锁关系完成闭塞功能。而微机半自动闭塞的工作原理与继电半自动类似，如图7所示，微机半自动闭塞将站间电缆换成了光缆，将车站的半自动闭塞机换成了微机半自动闭塞机柜。微机半自动的交换机可以实现双通道的交叉互连，达到单系设备可以使用双通道的目的。

图2显示了微机半自动的基本组成，包括了电源设备、闭塞设备、输入输出、监测设备及传输网络五大部分。其中闭塞设备是微机半自动的处理中枢，它将输入设备采集到的条件进行运算，然后将通讯数据由传输网络发送到邻站，将显示与动作数据驱动到输出设备，将状态信息传送给监测设备。

图3展示了微机半自动的系统结构，主要由逻辑处理单元、驱动采集单元、通信及接口单元、监测单元等组成。从图3可以看出系统采用双机热备冗余方式，增加了系统的稳定性，减少了故障率；还可以看出站间传输通道交叉互连，互为冗余通道，使站间通信更加安全可靠。

图4显示了逻辑处理单元的基本原理，由两块逻辑处理板组成。两块板的主控CPU组成双机热备的冗余结构，两块板的主控电路的硬件结构及原理完全相同，当任何一个发生故障或状态异常时，设备会自动倒机。

图5显示了驱动采集单元的基本原理，由驱动板和采集板两部分组成：

采集板通过串口与逻辑处理板进行通信，实时上传本板的工作状态及采集到的站内结合条件的数据信息，包括控制台按钮及轨道信息等；

安全采集电路采用2取2逻辑电路以及光藕隔离采集方式，对同一信号进行双路对比采集；

驱动板通过串口与逻辑处理板进行通信，实现命令的上传与接收，负责驱动控制台上的指示灯、电铃、计数器及开通继电器等；

安全驱动电路具有输出端口回采检查设计以及光藕隔离驱动方式，当检测到输入与输出不一致时，会立刻通过板级指示灯与监测机报警，并切断输出。

图6显示了监测单元的原理，系统监测层主要由工控机与推拉式显示器组成，逻辑处理板通过隔离的RS-232将监测数据发送至工控机，工控机根据得到的监测数据将系统状态通过画面直观的显示在监测屏幕上，实时监测整个系统的运行状态。

监测机显示的主要内容包括：

1)站内接、发车状态显示；

2)逻辑板运行在主、备状态的显示；

3)逻辑板与驱动板、采集板通信故障报警的显示；

4)驱动板与逻辑板通信故障报警的显示、驱动板自检故障报警的显示；

5)采集板与逻辑板通信故障报警的显示、采集板自检故障报警的显示；

6)本站与邻站光纤通信通道故障报警的显示；

7)站内操作及系统状态故障的文字信息提示。

图8展示了微机半自动机柜的正反面设计图，显示出了机柜的布局及各单元的位置。

图9显示了微机半自动的逻辑处理层的设计图，显示出了各个板子的相对位置及尺寸。

微机半自动闭塞设备的工作方法包括以下步骤：逻辑运算：采集板采集到结合条件后，将数据发送给逻辑板，逻辑板根据采集板发来的数据、邻站发送的数据信息进行逻辑运算，发送相应信息至邻站，并下发相关输出数据至驱动板，驱动板收到输出数据后驱动结合继电器条件，实现半自动闭塞的功能；逻辑板在运算的同时将闭塞设备的工作状态及故障信息发送给监测机，由监测机记录及维护。

站间交互：两站之间通过光缆传送闭塞数据：请求闭塞(0x01)、自动回执(0x02)、同意闭塞(0x03)、列车出发(0x04)、到达复原(0x06)、取消复原(0x09)和事故复原(0x0B)；两站之间每隔2秒，传送定时心跳包，确保通道中断能及时发现报警；两站之间传送闭塞数据时，接收方收到有效数据后需要发送回执给发送方，否则会导致发送方重新发送该数据，发送3次后超时；所述的逻辑运算核心采用有限状态机模型(FSM)，摒弃传统继电半自动的复杂逻辑，使逻辑关系清晰、一目了然，方便测试与评估、增加系统稳定性。

所述的站间交互数据包含DES加密措施，传送密文数据包防止截获及伪造。

所述的站间交互数据包含数据签名，发送方使用私钥进行签名，接收方需要使用发送方的公钥进行验证，验证通过数据才有效，可以有效杜绝数据伪造及数据包来源不唯一的可能。

所述的站间交互采用了安全传输技术，对数据包进行编码及校验，有效降低了误码、丢码的情况，使数据传输安全可靠。

目前我国铁路的单线区段，大部分采用64D半自动闭塞设备，但是64D半自动闭塞设备存在故障率高、不便于维护等问题。微机半自动闭塞设备采用电子器件和光缆传输、双套冗余等技术，便于现场维护，减少了故障，提高了运输效率，具有广泛的应用前景。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种微机半自动闭塞设备，其特征在于：微机半自动闭塞设备采用机柜式结构，包括闭塞设备、传输网络、监测设备、输入输出及电源设备五部分，其中，所述的电源设备分别与所述的输入输出、所述的闭塞设备和所述的监测设备连接，所述的闭塞设备分别与所述的输入输出、所述的监测设备和所述的传输网络连接；闭塞设备由逻辑板、驱动板、采集板、电源板及母板组成，其中，所述的逻辑板分别与所述的采集板和所述的驱动板连接；传输网络采用独立双光缆通道，通过工业光交换机交叉互连，互为冗余。

2.根据权利要求1所述的微机半自动闭塞设备，其特征在于：所述的监测设备采用工控机及推拉式显示器；所述的电源设备采用两台在线式UPS电源，能够提供不低于30分钟的续航；所述的机柜入口处包含电磁兼容与防雷单元。

3.根据权利要求1所述的微机半自动闭塞设备，其特征在于：所述的逻辑板、所述的驱动板和所述的采集板均包含硬件运行监视器和故障检测模块。

4.根据权利要求1所述的微机半自动闭塞设备，其特征在于：所述的电源板上包含有滤波及防浪涌模块。

5.根据权利要求1所述的微机半自动闭塞设备，其特征在于：所述的闭塞设备、所述的传输网络、所述的输入输出和所述的电源设备全部采用双机热备冗余。