CN212500433U - 一种地面电子单元设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种地面电子单元LEU设备，应用于列车控制中心TCC与应答器之间，包括：第一LEU单元、第二LEU单元和冗余切换模块；所述第一LEU单元和所述第二LEU单元，分别用于接收所述TCC发送给所述应答器的报文，并发送给所述冗余切换模块；检测自身的工作状态，根据自检结果向所述冗余切换模块发出驱动信号；所述冗余切换模块，用于接收所述第一LEU单元和所述第二LEU单元发送的报文，根据所述第一驱动信号和所述第二驱动信号在来自所述第一LEU单元的报文、来自所述第二LEU单元的报文间选择向所述应答器发送的报文。本实用新型能够实现LEU设备具有冗余切换功能。

Description

一种地面电子单元设备

技术领域

本实用新型涉及控制领域，尤其涉及控制领域中一种地面电子单元设备。

背景技术

地面电子单元(简称LEU：Line side Electronic Unit)是中国高铁信号控制系统列控中心(简称TCC：Train Control Center)与应答器信息传输的驱动设备，是实现地对车通信的重要安全设备。

如图1所示，当前列车控制系统的TCC将控车报文发给LEU，由LEU 设备转换为调制信号发送给应答器，列车通过应答器时通过信号感应接收到 TCC报文信息。

为满足高铁可靠性的技术要求，需要配置2台LEU(主、备相同)，当主LEU故障时应答器可以从备LEU设备获得TCC的报文信息，保证系统正常运行。目前，LEU设备不具有冗余切换功能，需要由TCC设备实时检测 LEU的工作状态，并通过控制切换继电器(QHJ)来保证主LEU设备切换至备设备。

由于LEU设备不具有冗余切换的功能，使得现有应用方案具有以下不足之处：

1)LEU故障时切换至备用设备时间长，响应慢：

LEU的故障检测是由自身实现，当故障发生时，由LEU将自身的工作状态上报给TCC，TCC针对接收上来的LEU工作状态进行逻辑判断。如果判定为故障，则由TCC切断切换继电器(QHJ)的励磁电源，使得QHJ的继电器前节点断开、后节点连接，实现由主LEU切换至备LEU向室外应答器发送行车报文信息。即故障切换时间＝LEU自身检测时间+与TCC通信时间+TCC逻辑判断时间+继电器驱动时间。

2)工程实施成本比较高：

a)新增继电器及连接费用：每台LEU都得新设继电器，每个继电器的驱动和采集都得进行现场线缆敷设；

b)TCC需要相应硬件和软件费用：由于TCC来实现切换，需要增加TCC 驱动、采集模块，TCC主控程序需要配置相应的数据来支撑。

3)维护使用比较复杂：

a)TCC与LEU之间接口有通信和继电器连接，不利于维护使用。

b)当LEU故障且切换失败时，故障原因可能由于继电器、通信、TCC 的驱动和采集等众多原因，比较复杂不便于维护；

c)由于TCC和LEU是独立的设备，要实现通过继电器进行切换，需要进行驱动和采集线缆的焊接，这些焊点长时间使用会出现接触性故障，且排查非常困难。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种地面电子单元设备，实现了地面电子单元设备具备冗余切换功能。

为了解决上述问题，本实用新型还提供了一种地面电子单元LEU设备，应用于列车控制中心TCC与应答器之间，包括：

第一LEU单元、第二LEU单元和冗余切换模块；

所述第一LEU单元，用于接收所述TCC发送给所述应答器的报文，并发送给所述冗余切换模块；检测自身的工作状态，根据自检结果向所述冗余切换模块发出第一驱动信号；

所述第二LEU单元，用于接收所述TCC发送给所述应答器的报文，并发送给所述冗余切换模块；检测自身的工作状态，根据自检结果向所述冗余切换模块发出第二驱动信号；

所述冗余切换模块，用于接收所述第一LEU单元和所述第二LEU单元发送的报文，根据所述第一驱动信号和所述第二驱动信号在来自所述第一 LEU单元的报文、来自所述第二LEU单元的报文间选择向所述应答器发送的报文。

一种示例性的实施例中，上述设备还具有下面特点：

所述第一LEU单元包括第一主控模块、第一C接口模块；

所述第一主控模块，用于接收所述TCC发送给所述应答器的报文，并将所接收的报文转换后发送给所述第一C接口模块；检测自身的工作状态，检测所述C接口模块的工作状态；根据自检结果和所述第一C接口模块的工作状态输出向所述冗余切换模块发出所述第一驱动信号；

所述第一C接口模块，用于将所述第一主控模块发送的报文调制成模拟信号分别发送给所述冗余切换模块和所述第一主控模块；

所述第二LEU单元包括第二主控模块、第二C接口模块；

所述第二主控模块，用于接收所述TCC发送给所述应答器的报文，并将所接收的报文转换后发送给所述第二C接口模块；检测自身的工作状态，检测所述第二C接口模块的工作状态；根据自检结果和所述第二C接口模块的工作状态输出向所述冗余切换模块发出所述第二驱动信号；

所述第二C接口模块，用于将所述第二主控模块发送的报文调制成模拟信号分别发送给所述冗余切换模块和所述第二主控模块。

一种示例性的实施例中，上述设备还具有下面特点：

所述第一主控模块包括第一CPU、第二CPU、第一FPGA、第二FPGA、第一安全与门；

所述第一CPU，用于接收所述TCC发送的报文；当所述第一CPU与所述TCC通信正常时，将所述报文拆分为4个报文发送给所述第一FPGA；当所述第一CPU与所述TCC通信异常时，将第一预设报文发送给所述第一 FPGA；

所述第二CPU，用于接收所述TCC发送的报文；当所述第二CPU与所述TCC通信正常时，将所述报文拆分为4个报文发送给所述第二FPGA；当所述第二CPU与所述TCC通信异常时，将第二预设报文发送给所述第二 FPGA；

所述第一FPGA，用于分别接收所述第一CPU发送的4个报文和所述第二CPU发送的4个报文，并进行2取2比较；当比较结果为一致后，将所述 4个报文转换为串行报文，进行DBPL编码后，输出到所述第一C接口模块，否则停止向所述第一安全与门输出动态方波；接收所述第一C接口模块发送的4个报文，并进行DBPL解码后还原为并行报文与所述第一CPU发送的报文进行比较，若比较结果为一致，则向所述第一安全与门输出动态方波；否则停止向所述第一安全与门输出动态方波；其中所述动态方波指逻辑1和逻辑0状态交替变化的方波信号；

所述第二FPGA用于分别接收所述第一CPU发送的4个报文和所述第二 CPU发送的4个报文，并进行2取2比较；当比较结果为一致后，将所述4 个报文转换为串行报文，进行DBPL编码后，输出到所述第一C接口模块，否则停止向所述第一安全与门输出动态方波；接收所述第一C接口模块发送的4个报文，并进行DBPL解码后还原为并行报文与所述第二CPU发送的报文进行比较，若比较结果为一致，则向第一安全与门输出动态方波；否则停止向所述第一安全与门输出动态方波；

所述第一安全与门，用于将所述第一FPGA和所述第二FPGA输入的信号进行与操作，将操作结果作为所述第一驱动信号向所述冗余切换模块发出。

一种示例性的实施例中，上述设备还具有下面特点：

所述第一C接口模块包括4个C接口单元；

其中，对于每个C接口单元包括：

C1接口电路，用于将所述第一FPGA发送的一个报文转化为模拟信号并进行功率放大，将放大后的模拟信号发送给调制变压器；

C6接口电路，用于生成载波信号，并将所述载波信号发送给调制变压器；

调制变压器，用于接收并调制所述模拟信号和载波信号，向所述冗余切换模块发送调制后的该报文；并向所述第一FPGA发送调制后的该报文，向所述第二FPGA发送调制后的该报文。

一种示例性的实施例中，上述设备还具有下面特点：

所述第二主控模块包括第三CPU、第四CPU、第三FPGA、第四FPGA、第二安全与门；

所述第三CPU，用于接收所述TCC发送的报文；当所述第三CPU与所述TCC通信正常时，将所述报文拆分为4个报文发送给所述第三FPGA；当所述第三CPU与所述TCC通信异常时，将第三预设报文发送给所述第三 FPGA；

所述第四CPU，用于接收所述TCC发送的报文；当所述第四CPU与所述TCC通信正常时，将所述报文拆分为4个报文发送给所述第四FPGA；当所述第四CPU与所述TCC通信异常时，将第四预设报文发送给所述第四 FPGA；

所述第三FPGA，用于分别接收所述第三CPU发送的4个报文和所述第四CPU发送的4个报文，并进行2取2比较；当比较结果为一致后，将所述 4个报文转换为串行报文，进行DBPL编码后，输出到所述第二C接口模块，否则停止向所述第二安全与门输出动态方波；接收所述第二C接口模块发送的4个报文，并进行DBPL解码后还原为并行报文与所述第三CPU发送的报文进行比较；若比较结果为一致，则向所述第二安全与门输出动态方波；否则停止向所述第二安全与门输出动态方波；其中所述动态方波指逻辑1和逻辑0状态交替变化的方波信号；

所述第四FPGA，用于分别接收所述第三CPU发送的4个报文和所述第四CPU发送的4个报文，并进行2取2比较；当比较结果为一致后，将所述 4个报文转换为串行报文，进行DBPL编码后，输出到所述第二C接口模块，否则停止向所述第二安全与门输出动态方波；接收所述第二C接口模块发送的4个报文，并进行DBPL解码后还原为并行报文与所述第四CPU发送的报文进行比较；若比较结果为一致，则向第二安全与门输出动态方波；否则停止向所述第二安全与门输出动态方波；

所述第二安全与门，用于将所述第三FPGA和所述第四FPGA输入的信号进行与操作，将操作结果作为所述第二驱动信号向所述冗余切换模块发出。

一种示例性的实施例中，上述设备还具有下面特点：

所述第二C接口模块包括4个C接口单元；

其中，对于每个C接口单元包括：

C1接口电路，用于将所述第三FPGA发送的一个报文转化为模拟信号并进行功率放大，将放大后的模拟信号发送给调制变压器；

C6接口电路，用于生成载波信号，并将所述载波信号发送给调制变压器；

调制变压器，用于接收并调制所述模拟信号和载波信号，向所述冗余切换模块发送调制后的该报文；并向所述第三FPGA发送调制后的该报文，向所述第四FPGA发送调制后的该报文。

一种示例性的实施例中，上述设备还具有下面特点：

所述冗余切换模块包括第一继电器线圈、第二继电器线圈、受所述第一继电器线圈控制的N个接点组和受所述第二继电器线圈控制的M个接点组，其中，N和M为正整数；

所述第一继电器线圈，用于在所述第一驱动信号的作用下得电或失电，从而使得受所述第一继电器线圈控制的每个接点组的中接点与前接点接通或中接点与后接点接通；

所述第二继电器线圈，用于在所述第二驱动信号的作用下得电或失电，从而使得受所述第二继电器线圈控制的每个接点组的中接点与前接点接通或中接点与后接点接通；

所述受所述第一继电器线圈控制的N个接点组，用于当所述第一继电器线圈得电时，向所述应答器发送来自所述第一LEU单元的报文；

所述受所述第二继电器线圈控制的M个接点组，用于当所述第一继电器线圈失电且所述第二继电器线圈得电时，向所述应答器发送来自所述第二 LEU单元的报文。

一种示例性的实施例中，上述设备还具有下面特点：

所述第一LEU单元，还用于检测所述冗余切换模块的执行动作与第一驱动信号所指示的动作是否一致；

所述第二LEU单元，还用于检测所述冗余切换模块的执行动作与第二驱动信号所指示的动作是否一致。

一种示例性的实施例中，上述设备还具有下面特点：

所述冗余切换模块还包括第一检测接点组、第二检测接点组；

所述第一检测接点组，用于供所述第一LEU单元检测所述冗余切换模块的执行动作与第一驱动信号所指示的动作是否一致；其中，所述第一检测接点组为受所述第一继电器线圈控制的接点组；

所述第二检测接点组，用于供所述第二LEU单元检测所述冗余切换模块的执行动作与第二驱动信号所指示的动作是否一致；其中，所述第二检测接点组为受所述第二继电器线圈控制的接点组；

所述第一继电器线圈，还用于在所述第一驱动信号的作用下得电或失电，从而使得所述第一检测接点组的中接点与前接点接通或中接点与后接点接通；

所述第二继电器线圈，还用于在所述第二驱动信号的作用下得电或失电，从而使得所述第二检测接点组的中接点与前接点接通或中接点与后接点接通。

一种示例性的实施例中，上述设备还具有下面特点：

所述LEU设备还包括底板模块；所述底板模块包括所述第一LEU单元各模块的连接接口、所述第二LEU单元各模块的连接接口、所述冗余切换模块的连接接口和应答器连接接口。

综上，本实用新型实施例提供了一种带有1+1冗余功能的LEU系统，其自身周期性自检，当检测到自身异常时，自动切换至备用设备，同时向TCC 发送工作状态。

附图说明

图1为现有技术中TCC与车载系统连接原理示意图。

图2为根据本实用新型实施例一的LEU设备的示意图。

图3为根据本实用新型实施例二的LEU设备的示意图。

图4为根据本实用新型实施例二的LEU主控模块原理示意图。

图5为根据本实用新型实施例二的C接口模块原理示意图。

图6为根据本实用新型实施例二的冗余切换模块原理示意图。

图7为根据本实用新型实施例二的LEU设备布置示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

实施例一

图2为本实用新型实施例一的LEU设备的示意图，如图2所示，本实施例的地面电子单元LEU设备，应用于列车控制中心TCC与应答器之间，包括：

第一LEU单元、第二LEU单元和冗余切换模块；

所述第一LEU单元，用于接收所述TCC发送给所述应答器的报文，并发送给所述冗余切换模块；检测自身的工作状态，根据自检结果向所述冗余切换模块发出第一驱动信号；

所述第二LEU单元，用于接收所述TCC发送给所述应答器的报文，并发送给所述冗余切换模块；检测自身的工作状态，根据自检结果向所述冗余切换模块发出第二驱动信号；

所述冗余切换模块，用于接收所述第一LEU单元和所述第二LEU单元发送的报文，根据所述第一驱动信号和所述第二驱动信号在来自所述第一 LEU单元的报文、来自所述第二LEU单元的报文间选择向所述应答器发送的报文。

一种示例性的实施例中，所述LEU设备所包括的LEU单元不局限于2 个LEU单元，也可以为3个LEU单元或4个LEU单元等。

一种示例性的实施例中，所述第一LEU单元可以包括第一主控模块、第一C接口模块；

所述第一主控模块，可以用于接收所述TCC发送给所述应答器的报文，并将所接收的报文转换后发送给所述第一C接口模块；检测自身的工作状态，检测所述C接口模块的工作状态；根据自检结果和所述第一C接口模块的工作状态输出向所述冗余切换模块发出所述第一驱动信号；

所述第一C接口模块，可以用于将所述第一主控模块发送的报文调制成模拟信号分别发送给所述冗余切换模块和所述第一主控模块；

所述第二LEU单元可以包括第二主控模块、第二C接口模块；

所述第二主控模块，可以用于接收所述TCC发送给所述应答器的报文，并将所接收的报文转换后发送给所述第二C接口模块；检测自身的工作状态，检测所述第二C接口模块的工作状态；根据自检结果和所述第二C接口模块的工作状态输出向所述冗余切换模块发出所述第二驱动信号；

所述第二C接口模块，可以用于将所述第二主控模块发送的报文调制成模拟信号分别发送给所述冗余切换模块和所述第二主控模块。

一种示例性的实施例中，所述第一主控模块可以包括第一CPU、第二 CPU、第一FPGA、第二FPGA、第一安全与门；

所述第一CPU，用于接收所述TCC发送的报文；当所述第一CPU与所述TCC通信正常时，将所述报文拆分为4个报文发送给所述第一FPGA；当所述第一CPU与所述TCC通信异常时，将第一预设报文发送给所述第一 FPGA；

所述第二CPU，用于接收所述TCC发送的报文；当所述第二CPU与所述TCC通信正常时，将所述报文拆分为4个报文发送给所述第二FPGA；当所述第二CPU与所述TCC通信异常时，将第二预设报文发送给所述第二 FPGA；

所述第一FPGA，用于分别接收所述第一CPU发送的4个报文和所述第二CPU发送的4个报文，并进行2取2比较；当比较结果为一致后，将所述 4个报文转换为串行报文，进行DBPL编码后，输出到所述第一C接口模块，否则停止向所述第一安全与门输出动态方波；接收所述第一C接口模块发送的4个报文，并进行DBPL解码后还原为并行报文与所述第一CPU发送的报文进行比较，若比较结果为一致，则向所述第一安全与门输出动态方波；否则停止向所述第一安全与门输出动态方波；其中所述动态方波指逻辑1和逻辑0状态交替变化的方波信号；

所述第二FPGA用于分别接收所述第一CPU发送的4个报文和所述第二 CPU发送的4个报文，并进行2取2比较；当比较结果为一致后，将所述4 个报文转换为串行报文，进行DBPL编码后，输出到所述第一C接口模块，否则停止向所述第一安全与门输出动态方波；接收所述第一C接口模块发送的4个报文，并进行DBPL解码后还原为并行报文与所述第二CPU发送的报文进行比较，若比较结果为一致，则向第一安全与门输出动态方波；否则停止向所述第一安全与门输出动态方波；

所述第一安全与门，用于将所述第一FPGA和所述第二FPGA输入的信号进行与操作，将操作结果作为所述第一驱动信号向所述冗余切换模块发出。

一种示例性的实施例中，所述第一C接口模块可以包括4个C接口单元；这里也可以包括1个、2个或3个或多于4个C接口单元。

其中，对于每个C接口单元可以包括：

C1接口电路，用于将所述第一FPGA发送的一个报文转化为模拟信号并进行功率放大，将放大后的模拟信号发送给调制变压器；

C6接口电路，用于生成载波信号，并将所述载波信号发送给调制变压器；

调制变压器，用于接收并调制所述模拟信号和载波信号，向所述冗余切换模块发送调制后的该报文；并向所述第一FPGA发送调制后的该报文，向所述第二FPGA发送调制后的该报文。

一种示例性的实施例中，所述第二主控模块可以包括第三CPU、第四 CPU、第三FPGA、第四FPGA、第二安全与门；

所述第三CPU，用于接收所述TCC发送的报文；当所述第三CPU与所述TCC通信正常时，将所述报文拆分为4个报文发送给所述第三FPGA；当所述第三CPU与所述TCC通信异常时，将第三预设报文发送给所述第三 FPGA；

所述第四CPU，用于接收所述TCC发送的报文；当所述第四CPU与所述TCC通信正常时，将所述报文拆分为4个报文发送给所述第四FPGA；当所述第四CPU与所述TCC通信异常时，将第四预设报文发送给所述第四 FPGA；

所述第三FPGA，用于分别接收所述第三CPU发送的4个报文和所述第四CPU发送的4个报文，并进行2取2比较；当比较结果为一致后，将所述 4个报文转换为串行报文，进行DBPL编码后，输出到所述第二C接口模块，否则停止向所述第二安全与门输出动态方波；接收所述第二C接口模块发送的4个报文，并进行DBPL解码后还原为并行报文与所述第三CPU发送的报文进行比较；若比较结果为一致，则向所述第二安全与门输出动态方波；否则停止向所述第二安全与门输出动态方波；其中所述动态方波指逻辑1和逻辑0状态交替变化的方波信号；

所述第四FPGA，用于分别接收所述第三CPU发送的4个报文和所述第四CPU发送的4个报文，并进行2取2比较；当比较结果为一致后，将所述 4个报文转换为串行报文，进行DBPL编码后，输出到所述第二C接口模块，否则停止向所述第二安全与门输出动态方波；接收所述第二C接口模块发送的4个报文，并进行DBPL解码后还原为并行报文与所述第四CPU发送的报文进行比较；若比较结果为一致，则向第二安全与门输出动态方波；否则停止向所述第二安全与门输出动态方波；

所述第二安全与门，用于将所述第三FPGA和所述第四FPGA输入的信号进行与操作，将操作结果作为所述第二驱动信号向所述冗余切换模块发出。

一种示例性的实施例中，所述第二C接口模块可以包括4个C接口单元；

其中，对于每个C接口单元包括：

C1接口电路，用于将所述第三FPGA发送的一个报文转化为模拟信号并进行功率放大，将放大后的模拟信号发送给调制变压器；

C6接口电路，用于生成载波信号，并将所述载波信号发送给调制变压器；

调制变压器，用于接收并调制所述模拟信号和载波信号，向所述冗余切换模块发送调制后的该报文；并向所述第三FPGA发送调制后的该报文，向所述第四FPGA发送调制后的该报文。

一种示例性的实施例中，所述冗余切换模块包括第一继电器线圈、第二继电器线圈、受所述第一继电器线圈控制的N个接点组和受所述第二继电器线圈控制的M个接点组，其中，N和M为正整数；

所述第一继电器线圈，用于在所述第一驱动信号的作用下得电或失电，从而使得受所述第一继电器线圈控制的每个接点组的中接点与前接点接通或中接点与后接点接通；

所述第二继电器线圈，用于在所述第二驱动信号的作用下得电或失电，从而使得受所述第二继电器线圈控制的每个接点组的中接点与前接点接通或中接点与后接点接通；

所述受所述第一继电器线圈控制的N个接点组，用于当所述第一继电器线圈得电时，向所述应答器发送来自所述第一LEU单元的报文；

所述受所述第二继电器线圈控制的M个接点组，用于当所述第一继电器线圈失电且所述第二继电器线圈得电时，向所述应答器发送来自所述第二 LEU单元的报文。

一种示例性的实施例中，所述第一LEU单元，还用于检测所述冗余切换模块的执行动作与第一驱动信号所指示的动作是否一致；

所述第二LEU单元，还用于检测所述冗余切换模块的执行动作与第二驱动信号所指示的动作是否一致。

一种示例性的实施例中，所述冗余切换模块还可以包括第一检测接点组、第二检测接点组；

所述第一检测接点组，用于供所述第一LEU单元检测所述冗余切换模块的执行动作与第一驱动信号所指示的动作是否一致；其中，所述第一检测接点组为受所述第一继电器线圈控制的接点组；

所述第二检测接点组，用于供所述第二LEU单元检测所述冗余切换模块的执行动作与第二驱动信号所指示的动作是否一致；其中，所述第二检测接点组为受所述第二继电器线圈控制的接点组；

所述第一继电器线圈，还用于在所述第一驱动信号的作用下得电或失电，从而使得所述第一检测接点组的中接点与前接点接通或中接点与后接点接通；

所述第二继电器线圈，还用于在所述第二驱动信号的作用下得电或失电，从而使得所述第二检测接点组的中接点与前接点接通或中接点与后接点接通。

一种示例性的实施例中，所述LEU设备还可以包括底板模块；所述底板模块包括所述第一LEU单元各模块的连接接口、所述第二LEU单元各模块的连接接口、所述冗余切换模块的连接接口和应答器连接接口。

实施例二

1、系统方案

图3为本实用新型实施例二的LEU设备的结构示意图，每台LEU最大可以连接4台应答器。每台LEU由2个电源模块、2个主控模块、2个C接口模块和1个冗余切换模块组成，其中一套电源模块、主控模块、C接口模块能够实现完整LEU功能。2套设备功能及原理完全相同，1套为主设备，2 套为备设备；通过冗余切换模块实现主备设备与应答器的连接切换功能，当主设备正常时，由主设备发送给应答器；若主设备故障，则由备设备发送给应答器。

以主设备为例，主控模块1主要实现与TCC的通信(图3中，主设备 11、12)，接收其发来的4个应答器报文，并将其转化为4路数字串行报文 (图3中1-1、1-2、1-3、1-4)发送给C接口模块；通过回采C接口模块输出的4路应答器报文检测C接口模块的工作状态(图3中标识1-1’、1-2’、1-3’、 1-4’)。当主控模块通过自检和检测C接口模块的工作状态，输出用于驱动冗余切换模块上的小型主报警继电器的信号(图3中标识3)，如果正常输出24V，反之则输出0V。主控模块实时通过采集通道(图3中表识4)检查冗余切换模块主报警继电器的实际动作是否与驱动一致。

C接口模块将主控模块数字串行报文调制为4路报文模拟信号(图3中 2-1、2-2、2-3、2-4)发送给冗余切换模块。

主控模块1和主控模块2通过检测自身和C接口模块的结果分别驱动主报警继电器和备报警继电器(主设备为图3中3，备设备为7)，同时分别采集继电器(图3中4，备设备为8)检查其动作结果的正确性。冗余切换模块接收到分别来自C接口模块1和C接口模块2的4路调制后的报文模拟信号 (1设备为图3中2-1、2-2、2-3、2-4，2设备为6-1、6-2、6-3、6-4)，并通过主报警继电器和备报警继电器的前后节点形成的选择电路，选择C接口模块1或者C接口模块2其中的4路，并向底板输出4路报文模拟信号(图 3中9-1、9-2、9-3、9-4)。

图3中10-1、10-2、10-3、10-4为LEU与4个应答器之间电缆连接示意。

2、系统原理

(1)主控模块设计

以图4所示的主LEU设备的主控模块进行说明其原理，主控模块采用2 取2的结构设计，即采用双套CPU+FPGA电子结构，主要工作机制为：

CPU通过以太网接口实现与TCC的通信，接收应答器报文，通信协议采用SCAME安全接口协议。当与TCC通信正常时，将实时接收到信息拆分为4个应答器报文发送给FPGA；如果与TCC通信异常时，CPU就会从存储在FLASH的默认报文发送给FPGA。

FPGA1、FPGA2接收到CPU1、CPU2发来的4个应答器报文，FPGA1、 FPGA2分别将收到的4个应答器报文先进行2取2比较，比较一致后，由 FPGA1将4个应答器报文转化为564K的串行报文，进行DBPL编码后，通过隔离电路输出至C接口模块(1-1、1-2、1-3、1-4)。其中2取2是指两套逻辑做一个事情,做出来的结果比较一下,如果一致,就认为是正确的,不一致就认为是错误的。

FPGA1、FPGA2分别通过隔离通道(FPGA1采集通道为1-1’-1、1-2’-1、 1-3’-1、1-4’-1，FPGA2采集通道为1-1’-2、1-2’-2、1-3’-2、1-4’-2)对发送给C接口模块的4条应答器报文(1-1、1-2、1-3、1-4)进行回读。FPGA1、 FPGA2分别进行DBPL解码后还原为并行数据报文与CPU发送的报文进行正确性校核。

发送前，FPGA1、FPGA2分别对CPU1、CPU2的原始报文进行2取2 比较；发送后，FPGA1、FPGA2各自回读报文与接收到CPU发送的报文进行比较。FPGA1、FPGA2分别进行独立的比较，任意一FPGA全部比较通过，会向安全与门输出动态方波(‘1’与‘0’状态交替变化)，否则停止向安全与门输出动态方波(维持‘1’或者‘0’状态)。

安全与门设计为安全电源，只有同时接收到2个动态方波，才能输出24V 电源。即FPGA1、FPGA2同时所有校核都通过时，才能对安全与门输出2 个动态方波，安全与门才能向冗余切换模块输出24V电源(图中标识3)，用于驱动冗余切换模块的报警继电器；否则安全与门输出电压为0V。

(2)C接口模块设计

图5为主设备的C接口模块1的原理示意。C接口模块的功能为将主控模块输出的4路DBPL编码后应答器串行报文(图标号为1-1、1-2、1-3、1-4) 调制为4路模拟信号(图标号为2-1、2-2、2-3、2-4)，并发送给冗余切换模块，同时将每路调制后的模拟信号进行两路独立的采集发送给主控模块(图标识为1-1’-1、1-1’-2，1-2’-1、1-2’-2，1-3’-1、1-3’-2，1-4’-1、1-4’-2)。

C接口模块共有4路相同且独立的电路实现，以应答器1信号来介绍其共作机制为：

1-1为主控模块发送的应答器1的串行报文信号，经过DBPL编码，其信号特征为方波，传输速率为564.48Kbit/s；

C1接口电路是将1-1信号进行推换放大，转化为功率放大的模拟信号，信号特征为在120Ω负载条件下，幅值为14V<Vpp<18V，传输速率为 564.48Kbit/s；

C6接口电路是载波信号的生成电路，其生成将8.82KHz频率信号经过滤波、功率放大的载波信号，其特征为在170Ω负载情况下，频率为8.82KHz、幅值为20V<Vpp<23V。

1-1信号通过C1接口电路放大后的模拟信号与C6接口电路产生载频信号一起经过调制变压器的次级线圈输出调制后的应答器1信号(图标号2-1)；

调制变压器的源边还有两个独立采集端子，其采集调制后的应答器1信号，经过滤波和信号处理电路后，将其信号转化为564.48Kbit/s的方波信号， 2路独立的信号(图标识为1-1’-1、1-1’-2)输送给主控模块。

应答器2、3、4信号处理过程与应答器1的相同，只是标号不同。C接口模块2与C接口模块1的原理和电路完全相同。

(3)冗余切换模块设计

图6为冗余切换模块原理示意图，其功能主要是利用继电器吸起(图6 中主报警继电器ZBJ，备报警继电器BBJ)、落下来选择C接口模块1或者 C接口模块2输出的4路应答器报文信号。具体的工作原理如下：

为了简单清楚地表达，原理图中标注为“-a”或者“-b”表示为信号线，其余的均为信号流，比如下图标识“3”表示主控模块1输出的驱动主报警继电器(ZBJ)信号流，它实际上是由输出线和回流线(图6中3-a和3-b)组成。为了清晰表达冗余切换模块中电路原理，需要画出信号的输出线和回流线来表达。

报警继电器的驱动：主控模块1为主设备，其根据检测C接口模块1的结果和自身检测的接口输出24V电源信号(图标识3)，用来驱动主报警继电器线圈(图标识ZBJ)；同理主控模块2驱动备报警继电器(图标识BBJ)。主报警继电器(ZBJ)使用17个节点，16个用于切换电路使用(每个应答器切换电路使用4个)，1个用于主控模块1采集使用。备报警继电器(BBJ)使用9个节点，8个用于切换电路使用(每个应答器切换电路使用2个)，1 个用于主控模块2采集使用。主控模块1和主控模块2驱动继电器的组合逻辑如下表1。

表1

报警继电器状态采集：主控模块需要实时采集报警继电器的状态，用以检测继电器动作是否与驱动一致。主控模块1采集(标识4)主报警继电器节点(ZBJ17)，主控模块2采集(标识8)备报警继电器节点(BBJ9)。

冗余切换电路的逻辑：冗余切换模块分别接收C接口模块1和C接口模块2各4个应答器报文信号，如图所示，标识中2-1、6-1为应答器1报文信号，2-2、6-2为应答器2报文信号，2-3、6-3为应答器3报文信号，2-4、6-4 为应答器4报文信号。C接口模块1和C接口模块2只有一个模块输出到应答器。冗余切换有4个独立的继电器节点电路实现切换功能，4个电路相同，以应答器1的报文信号切换电路来说明原理。

设备状态、继电器器线圈状态、继电器节点状态以及冗余切换模块输出的逻辑关系见下表2。

表2

冗余切换电路输出的说明：

主设备(主控模块1和C接口模块1)工作为主用，备设备(主控模块 2和C接口模块2)是备用，即系统为强主的工作机制，主、备设备均正常时，由主设备向室外应答器发送信号；若主设备故障，则切换至备设备向室外应答器发送信号；若设备恢复正常工作后，则备设备切换回主设备，由主设备向室外应答器发送信号。

设备故障时，冗余切换电路的继电器节点要断开相应的输出，导向安全侧。即主、备任意一个故障，其输出为断开状态。

主、备设备均正常时，主设备向室外应答器发送信号；备设备连接的负载电阻，该负载电阻的等效为应答器阻抗，保证备设备的正常工作。

(4)电源模块设计

电源模块是为主控模块、C接口模块提供电源供电，电源模块1、电源模块2分别为主备设备供电。

(5)底板设计

如图7所示，底板功能为所有模块提供连接接口实现模块间的电气连接，同时底板上安装外部电源输入、4个外部应答器的连接接口。

(6)结构设计

整个LEU除了冗余切换板外，电源模块、主控模块、C接口模块均为2 套，1、2两套的模块硬件软件完全一样，任意相同模块互换。

本实用新型将LEU主备切换功能由列控中心控制改变为由LEU自身控制，其更进一步封装了LEU的整体功能，大大简化了TCC与LEU之间的接口。该方案有以下优点：

减少了TCC的系统功能：降低了TCC的成本。

去除了切换继电器驱动和采集功能，减少了对于继电器IO驱动和采集硬件模块；

TCC软件中减少相关切换继电器驱动、采集的配置功能，在工程实施时减少了相关配置及测试验证工作人工工时；

不设立单独的切换继电器：减少TCC与切换继电器和LEU与切换继电器的之间的线缆连接。

当LEU应用于轨道旁时，减少室外的轨旁电缆敷设工程。

铁路行业标准中，要求LEU与应答器之间距离大于2.5公里，需要将LEU 设置在钢轨旁(应答器附近)，现有方案会有LEU主备切换的驱动、采集电缆，而本发明无需因切换功能敷设采集驱动的电缆。

模块化设计：将LEU的主备切换功能集成至冗余切换板中，实现了模块化，将切换电路中的连线转化为PCB印制板连接，增加了可靠性。

故障切换速度快：LEU自身检测到故障后，立刻切换至备用设备，切换时间仅为自身的检测过程，降低了切换过程对整个列车控制系统的危害影响。

系统边界清晰，可维护性提高：实现LEU自身检测，自身切换，减少了与TCC共因产生的故障，便于故障定位、故障分析及系统恢复时间，提高了可维护性。

本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令相关硬件完成，所述程序可以存储于计算机可读存储介质中，如只读存储器、磁盘或光盘等。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现。相应地，上述实施例中的各模块/单元可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。本实用新型不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。

以上仅为本实用新型的优选实施例，当然，本实用新型还可有其他多种实施例，在不背离本实用新型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实用新型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实用新型所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种地面电子单元设备，应用于列车控制中心TCC与应答器之间，其特征在于，包括：

第一LEU单元、第二LEU单元和冗余切换模块；

所述第一LEU单元，用于接收所述TCC发送给所述应答器的报文，并发送给所述冗余切换模块；检测自身的工作状态，根据自检结果向所述冗余切换模块发出第一驱动信号；

所述第二LEU单元，用于接收所述TCC发送给所述应答器的报文，并发送给所述冗余切换模块；检测自身的工作状态，根据自检结果向所述冗余切换模块发出第二驱动信号；

所述冗余切换模块，用于接收所述第一LEU单元和所述第二LEU单元发送的报文，根据所述第一驱动信号和所述第二驱动信号在来自所述第一LEU单元的报文、来自所述第二LEU单元的报文间选择向所述应答器发送的报文。

2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，

所述第一LEU单元包括第一主控模块、第一C接口模块；

所述第一主控模块，用于接收所述TCC发送给所述应答器的报文，并将所接收的报文转换后发送给所述第一C接口模块；检测自身的工作状态，检测所述C接口模块的工作状态；根据自检结果和所述第一C接口模块的工作状态输出向所述冗余切换模块发出所述第一驱动信号；

所述第一C接口模块，用于将所述第一主控模块发送的报文调制成模拟信号分别发送给所述冗余切换模块和所述第一主控模块；

所述第二LEU单元包括第二主控模块、第二C接口模块；

所述第二主控模块，用于接收所述TCC发送给所述应答器的报文，并将所接收的报文转换后发送给所述第二C接口模块；检测自身的工作状态，检测所述第二C接口模块的工作状态；根据自检结果和所述第二C接口模块的工作状态输出向所述冗余切换模块发出所述第二驱动信号；

所述第二C接口模块，用于将所述第二主控模块发送的报文调制成模拟信号分别发送给所述冗余切换模块和所述第二主控模块。

3.如权利要求2所述的设备，其特征在于：

所述第一主控模块包括第一CPU、第二CPU、第一FPGA、第二FPGA、第一安全与门。

4.如权利要求3所述的设备，其特征在于，

所述第一C接口模块包括4个C接口单元；

其中，对于每个C接口单元包括：

C1接口电路，C6接口电路，调制变压器。

5.如权利要求2所述的设备，其特征在于：

所述第二主控模块包括第三CPU、第四CPU、第三FPGA、第四FPGA、第二安全与门。

6.如权利要求5所述的设备，其特征在于，

所述第二C接口模块包括4个C接口单元；

其中，对于每个C接口单元包括：

C1接口电路，C6接口电路，调制变压器。

7.如权利要求1所述的设备，其特征在于，

所述冗余切换模块包括第一继电器线圈、第二继电器线圈、受所述第一继电器线圈控制的N个接点组和受所述第二继电器线圈控制的M个接点组，其中，N和M为正整数；

所述第一继电器线圈，用于在所述第一驱动信号的作用下得电或失电，从而使得受所述第一继电器线圈控制的每个接点组的中接点与前接点接通或中接点与后接点接通；

所述第二继电器线圈，用于在所述第二驱动信号的作用下得电或失电，从而使得受所述第二继电器线圈控制的每个接点组的中接点与前接点接通或中接点与后接点接通；

所述受所述第一继电器线圈控制的N个接点组，用于当所述第一继电器线圈得电时，向所述应答器发送来自所述第一LEU单元的报文；

所述受所述第二继电器线圈控制的M个接点组，用于当所述第一继电器线圈失电且所述第二继电器线圈得电时，向所述应答器发送来自所述第二LEU单元的报文。

8.如权利要求1所述的设备，其特征在于，

所述第一LEU单元，还用于检测所述冗余切换模块的执行动作与第一驱动信号所指示的动作是否一致；

所述第二LEU单元，还用于检测所述冗余切换模块的执行动作与第二驱动信号所指示的动作是否一致。

9.如权利要求7所述的设备，其特征在于，

所述冗余切换模块还包括第一检测接点组、第二检测接点组；

所述第一检测接点组，用于供所述第一LEU单元检测所述冗余切换模块的执行动作与第一驱动信号所指示的动作是否一致；其中，所述第一检测接点组为受所述第一继电器线圈控制的接点组；

所述第二检测接点组，用于供所述第二LEU单元检测所述冗余切换模块的执行动作与第二驱动信号所指示的动作是否一致；其中，所述第二检测接点组为受所述第二继电器线圈控制的接点组；

所述第一继电器线圈，还用于在所述第一驱动信号的作用下得电或失电，从而使得所述第一检测接点组的中接点与前接点接通或中接点与后接点接通；

所述第二继电器线圈，还用于在所述第二驱动信号的作用下得电或失电，从而使得所述第二检测接点组的中接点与前接点接通或中接点与后接点接通。

10.如权利要求2所述的设备，其特征在于，

所述LEU设备还包括底板模块；所述底板模块包括所述第一LEU单元各模块的连接接口、所述第二LEU单元各模块的连接接口、所述冗余切换模块的连接接口和应答器连接接口。

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