JP4845918B2

JP4845918B2 - 連動装置

Info

Publication number: JP4845918B2
Application number: JP2008089160A
Authority: JP
Inventors: 悌渡部; 洋一杉田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2008-03-31
Filing date: 2008-03-31
Publication date: 2011-12-28
Anticipated expiration: 2028-03-31
Also published as: JP2009241683A

Description

列車運行の安全性を確保する鉄道保安システムである連動装置に関する。

近年、列車運行の安全性を確保する信号システムである連動装置は、電子計算機を用いた電子連動装置に加え、ディジタル通信技術を用いた連動装置が提案されている。

例えば、特許文献１では、連動論理を処理する中央装置である連動論理部と信号設備を直接制御する制御端末装置をネットワークで接続し、かつそれぞれの装置を２重化した連動装置構成が示されている。個々の装置の２重化することによって信頼性を向上する方法は従来から広く用いられている手法であるが、該特許においては、装置故障の発生時に全体の信頼性を確保する構成が示されている。

特開２００５−１４７８３号公報

しかしながら、上記の発明に代表される多重化構成によって冗長性を保障するためには、全ての装置を少なくとも２重化しなくては十分な冗長性を確保することができない。また、それぞれの装置ごとに故障時切り替えのための構成制御機能を追加することになり、全体の装置数増大により故障率の発生確率が増大することになる。

また、上記従来技術では、個々の連動論理部が実行する列車制御の範囲は固定されている構成であった、このため個々の連動論理部ごとに多重化構成が必要であるという問題点があった。

また、上記従来技術で連動論理部ごとの列車制御の範囲が固定されていた本質的な理由は、連動論理は制御対象の地上設備および列車進路などの制御対象および情報を排他的に制御することによって安全を保障しているためであり、連動論理部と制御対象が動的に変化可能である構成では、この排他制御の安全性を保障する機構が別途必要であり、従来の信号制御装置ではその実現は困難であった。

本発明は上記事情を鑑みてなされたもので、連動装置全体の冗長性及び信頼性を確保しつつ、連動論理部が実行可能である列車制御範囲を動的に制御し、且つ制御対象及び情報の排他制御を安全に実行する機能を提供することを目的とする。

本発明は、制御対象駅構内の列車の在線状態に応じて列車制御内容を導出し、制御情報を出力する複数の連動論理部と、複数の連動論理部とネットワークを介して接続され、複数の地上設備を前記複数の連動論理部から出力される制御情報に基づいて制御し、且つ地上設備から取得される状態情報を連動論理部へ出力する複数の制御端末装置と、を有し、複数の連動論理部のそれぞれは、他の連動論理部が平常動作状態であるか停止状態であるかをネットワークを介して把握する機能を備え、他の連動論理部が平常動作している場合には、所定の制御端末装置を制御する連動論理プログラムを実行し、他の連動論理部が停止した場合には、停止した他の連動論理部が実行していた連動論理プログラムを追加実行し、複数の制御端末装置を制御する制御情報を制御端末装置へ出力する構成とする。

連動装置全体の冗長性および信頼性を確保しつつ、連動論理部が実行可能である列車制御範囲を動的に制御し、且つ制御対象及び情報の排他制御を安全に実行する機能を提供できる。

以下に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明における連動装置全体の第１実施形態を示した概略構成図である。

なお、本実施形態ではネットワークが単系である構成を例示しているが、ネットワークが２重であったり、迂回路が構成可能であるという冗長性については、連動論理部と制御端末装置の接続が実現される構成において自由である。

また、この概略構成図では、制御端末と信号設備の接続が多対多になっている部分もあるが、これは制御出力突合せが可能な装置を前提としたものであり、従来どおり１対１の接続形態であってもよい。

また本発明では、連動装置を例示しているが、ＡＴＣ装置やＡＴＳ装置など、列車や設備の制御出力を処理する中央論理部と地上設備を直接制御する制御端末装置という同様の構成を持つ他の鉄道信号保安装置においても適用可能な実施形態である。

図１において、連動論理部１Ａ，１Ｂ，１Ｃは、連動論理処理部１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃと、連動論理部間協調機能１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃと、通信インターフェース１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃとを有し、それぞれ地上設備の５Ａ，５Ｂ，５Ｃが制御対象であるとする。地上設備は制御端末装置４Ａ，４Ｂ，４Ｃからの直接制御出力によって操作される。例えば地上設備５Ａが信号機ならば信号灯点灯のための電力が制御端末装置４Ａから出力され、地上設備５Ｂが転てつ機ならばモーター駆動電力が制御端末装置４Ｂから出力される。よって連動論理部の制御情報は、制御端末装置に出力されたのち制御端末装置が信号設備に対して制御出力として変換される。

連動論理部１Ａ，１Ｂ，１Ｃと制御端末装置４Ａ，４Ｂ，４Ｃは、ネットワーク２で接続されており、制御情報はネットワーク２上の電文として送信される。連動論理部と制御端末装置間で信号保安において適切な通信が実行されるために必要な通信の条件については、例えばＩＥＣ６２２８０といった鉄道通信規格に準じた通信プロトコルによって通信の安全性を保障されているものとする。

ここで平常時に、連動論理部が適切な連動論理プログラムを選択して連動処理を実行する過程を説明する。なおここでは連動論理部１Ａが地上設備５Ａを制御することを前提とする。

なお、ここでは連動論理部は３つ設けた構成であるが、３つ以上、複数設けた構成でも可能である。

連動論理部が起動する手順を図２で説明する。図２は、連動論理部１Ａ内の連動論理処理部１３Ａの一機能構成例を示すが、他の連動論理処理部１３Ｂ，１３Ｃも同様である。

図２では連動論理処理部１３Ａが、連動論理処理機能１３１Ａと、連動論理プログラム選択機能１３２Ａと、連動論理プログラム記憶機能１３３Ａとを、備えた場合の一構成例である。

連動論理部１Ａが起動する際に、連動論理処理部１３Ａの連動論理処理機能１３１Ａが初期化され、連動論理処理機能１３１Ａは連動論理プログラム選択機能１３２Ａによって決定される連動論理プログラムを、連動論理プログラム記憶機能１３３Ａから取得する。連動論理プログラム選択機能１３２Ａは、連動論理部１Ａが実行処理する必要のある連動論理プログラムの情報を保持している。標準的なプログラム選択用情報を、各論理部が固定的に保持することによって標準的な連動論理部と信号設備との接続関係を設定することができる。

本実施例では、連動論理部が実行可能である列車制御範囲を動的に制御することを可能とする構成を提供することを達成するために、連動論理部が複数の連動論理プログラムを選択的に実行する連動論理部の連動論理処理部は連動論理プログラム選択機能１３２Ａを有し、また、複数の連動論理プログラムをあらかじめ保持する連動論理プログラム記憶機能１３３Ａを有する構成とする。この構成では、連動論理部は装置起動時に、連動論理プログラム選択機能１３２Ａによって、連動論理部に必要な連動論理プログラムを連動論理プログラム記憶機能１３３Ａまたは後述する連動論理サーバー３から取得し、適切な連動論理の列車制御を実行する。

図３に標準的な接続関係における連動論理処理の実行状態を示す。実線矢印は連動論理部１Ａ，１Ｂ，１Ｃと制御端末装置４Ａ，４Ｂ，４Ｃ間の制御情報および状態情報の通信を意味する。点線矢印は制御端末装置４Ａ，４Ｂ，４Ｃと地上設備５Ａ，５Ｂ，５Ｃとの制御出力と状態情報の伝送を意味する。

次に、図４を用いて、連動論理部１Ｂが故障により停止した場合を説明する。

連動論理部１Ｂが、起動時または平常時の故障によって停止した場合は、連動論理部間協調機能１２Ａおよび１２Ｃによって稼動中または正常に起動した連動論理部１Ａ，１Ｃに認識される。つまり連動論理部間協調機能は、常に他の連動論理部が正常に動作しているか、異常等により停止しているかを通信インターフェースとネットワークを介して把握する機能である。連動論理部１Ａの連動論理処理部１３Ａは連動論理部間協調機能１２Ａの情報に基づいて、制御端末装置４Ｂへの制御を開始するための連動論理プログラムの処理を追加起動する。ここで連動論理部１Ｃにおいても同様に、連動論理部間協調機能１２Ｃが制御端末装置４Ｂへ制御情報を出力する連動論理部が動作してないことを検出するが、連動論理部間協調機能１２Ｃは連動論理部間協調機能１２Ａと通信することによって制御端末装置４Ｂへの制御情報送信の競合を回避する。なお、ここで連動論理部間協調機能１２Ｃが連動論理部間協調機能１２Ａに対して制御端末装置４Ｂへの制御実行を回避する条件としては、例えば連動論理部間の固定的な優先順位でもよいし、あるいは、連動論理部の制御負荷に応じた処理能力の余力に対応した動的な優先順位決定方式でもよい。仮に連動論理部間協調機能１２Ｃが連動論理部間協調機能１２Ａと通信ができず、協調機能が動作しなかった場合でも、連動論理処理部１３Ｃが、制御端末装置４Ｂが連動論理部１Ａから制御情報を受信していること、を確認することによって競合動作を回避することができる。

本実施例では、連動論理部が制御する対象装置が、複数の連動論理部間で競合することに回避し、列車制御の排他制御処理を保障するために、各連動論理部は、連動論理部間で相互に動作状態情報を交換する連動論理部間協調機能を設けたものである。具体的には、連動論理部間協調機能は、他の連動論理部の動作状態と、他の連動論理部がどの制御端末装置を制御する連動論理プログラムの実行状態と、を把握する機能と、連動論理プログラムの実行を抑制する機能と、を有し、１つの連動論理プログラムが同時に複数の連動論理部によって制御することを防止する。

この構成により各連動論理部は、制御対象である地上設備が他の連動論理部と競合していないか否かを確認することが可能となる。

次に、各連動論理部が連動論理プログラム記憶機能を有しない場合について説明する。

まず連動論理サーバー３の一構成例を図１に示す。連動論理サーバー３は、ネットワーク２を介して情報の送受信を行う通信インターフェース３１と、処理部３２と、その処理部３２に接続された連動論理プログラムデータベース３３及び制御状態キャッシュ３４を有している。

各連動論理部が連動論理プログラム記憶機能を有しない場合、連動論理部１Ａの起動時に、連動論理処理部１３Ａの連動論理プログラム選択機能１３２Ａは連動論理部１Ａ内に連動論理プログラムが保持されていないことを検出し、ネットワーク２を介して連動論理部を接続された連動論理サーバー３から、連動論理処理部１３Ａが必要な連動論理プログラムをダウンロードして連動論理処理の実行を開始する。なお、ここで連動論理部間協調機能１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃが、論理部間の競合解消に用いる、地上設備制御の優先順位に関する情報についても連動論理プログラムデータベースから取得することによって、同様に解決することができる。

つまり本発明は、連動論理部は連動論理サーバー３をネットワーク２を介して連動論理部と接続し、必要に応じて適切な連動論理プログラムを連動論理サーバー３からダウンロード可能とする構成である。この構成では、連動論理部は装置起動時に、連動論理プログラム選択機能１３２Ａによって、連動論理部に必要な連動論理プログラムを連動論理サーバー３から取得し、適切な連動論理の列車制御を実行する。この場合は連動論理部内に連動論理部プログラム記憶機能１３３Ａとして非揮発性な記憶機能、すなわち連動論理部の電源を停止した後でもプログラムを記憶する機能は不要となる。

また、この連動論理サーバー３の制御状態キャッシュ３４は、各連動論理部と周期的に通信することにより、各連動論理部の制御状態のスナップショットを保持し、連動論理部の要求に対して必要な制御状態を供給することが可能であり、稼動中の連動論理部が停止した場合に、他の連動論理部が制御処理を継続するための停止直前の制御状態を保持し、その状態に基づいて制御処理を再開できるようにしている。

以上の構成および機能により任意の連動論理部は、任意のタイミングでいずれの制御端末に対して、適切な制御情報を送信することが可能である。

なお、制御端末装置と地上設備との接続関係に関する冗長性についても同様に確保することが可能である。ただし、制御端末装置と地上設備の接続はネットワークではないので、制御端末装置が冗長な複数の入出力機能を有しているという構成であることを前提とする。

図５に制御端末装置４Ａが故障で停止した場合を示す。４Ａが停止すると、連動論理部１Ａの連動論理処理部１３Ａは制御端末装置４Ａの停止を検出し、制御対象である地上設備５Ａを新たに制御可能である制御端末装置を検索する。これは連動論理処理部１３Ａが保持する連動論理プログラムもしくは連動論理サーバーの情報から判断することが可能である。図５の構成例においては、制御端末装置４Ｂが地上設備５Ａと接続しており、連動論理部１Ａが制御端末装置４Ｂに適切な制御情報を送信することにより制御を再開することができる。

本発明によれば、任意の連動論理部が任意の制御端末を制御することが可能となるので、連動論理部単体で複数の連動論理プログラムを十分に制御する性能があれば、全体で少なくとも２つ以上の連動論理部を有することにより、装置全体の信頼性を従来の２重系構成と同等以上に確保することが可能となる。また、装置の総数を削減することが可能なので、全体の故障率を低減できるとともに故障時の交換用装置の予備数も削減することが可能となる。

本発明に係る連動装置の一実施形態を示す図である。図１の連動装置の連動論理処理部の詳細構成例を示す図である。図１の連動装置における標準的な制御状態を示す図である。図３の状態から連動論理部１Ｂが停止した場合の制御の接続関係を説明する図である。図４の状態から制御端末装置４Ａが停止した場合の制御の接続関係を説明する図である。

符号の説明

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ連動論理部
２ネットワーク
３連動論理サーバー
４Ａ，４Ｂ，４Ｃ制御端末装置
５Ａ，５Ｂ，５Ｃ地上設備
１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ通信インターフェース
１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ連動論理部間協調機能
１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ連動論理処理部

Claims

制御対象駅構内の列車の在線状態に応じて列車制御内容を導出し、制御情報を出力する複数の連動論理部と、
前記複数の連動論理部とネットワークを介して接続され、複数の地上設備を前記複数の連動論理部から出力される制御情報に基づいて制御し、且つ地上設備から取得される状態情報を前記連動論理部へ出力する複数の制御端末装置と、を有し、
前記複数の連動論理部のそれぞれは、
他の連動論理部が平常動作状態であるか停止状態であるかを前記ネットワークを介して把握する機能を備え、
他の連動論理部が平常動作している場合には、所定の制御端末装置を制御する連動論理プログラムを実行し、
他の連動論理部が停止した場合には、停止した他の連動論理部が実行していた連動論理プログラムを追加実行し、複数の制御端末装置を制御する制御情報を前記制御端末装置へ出力することを特徴とする鉄道保安システムの連動装置。
請求項１記載の連動装置において、
前記複数の連動論理部のそれぞれは、他の連動論理部がどの制御端末装置を制御する連動論理プログラムを実行しているかを前記ネットワークを介して把握する機能と、前記ネットワークを介して把握された他の連動論理部の実行する連動論理プログラムに基づき前記連動論理プログラムの実行を抑制する機能と、を有し、１つの連動論理プログラムが同時に複数の連動論理部によって制御することを防止する連動装置。
請求項１又は請求項２記載の連動装置において、
前記連動論理プログラムは、前記連動論理部内に予め保持される連動装置。
請求項１又は請求項２記載の連動装置において、
前記連動論理プログラムは、前記ネットワークを介して前記複数の連動論理部と接続された連動論理サーバー内に予め保持される連動装置。
請求項４記載の連動装置において、
前記複数の連動論理部は、前記連動論理サーバーから任意の連動論理プログラムをダウンロードして実行する連動装置。
請求項４又は請求項５記載の連動装置において、
前記連動論理サーバーは、前記複数の連動論理部の制御状態を保持する制御状態キャッシュを有し、
前記複数の連動論理部のそれぞれは、他の連動論理部が停止した場合に、前記制御状態キャッシュに保持された停止直前の制御状態に基づいて制御処理を再開する連動装置。