JP4848132B2 - 信号制御システム、信号機器及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、鉄道における信号機、転てつ機、軌道回路、ＡＴＳ等の信号を設備を中央制御装置から制御する信号制御システム、上記信号機器及びこの信号機器で用いられるプログラムに関するものである。

図９は信号機、転てつ機、軌道回路、ＡＴＳ等（以下、信号機器という）を中央制御装置から制御する従来の信号制御システムを示す。
図９において、軌道１上には、それぞれ信号機、ＡＴＳ、軌道回路、転てつ機である信号機器２が設置されている。信号機器２にはさまざまな種類があり、それぞれが別個の形態の制御情報を必要とする。これらの信号機器２は、駅の機器室に設置された中央制御装置３により制御される。尚、連動装置５には、他の１つ以上の中央制御装置３が接続されている。中央制御装置３と信号機器２との間の信号の伝送は、図示のように１対１の電気配線４を用いて行われ、各配線の電圧の有無により制御を行っている。例えば信号機１Ｒの場合、“１Ｒ信号機進行現示”という指示に対して、１Ｒ信号機のＧ球に直接接続された電気配線に電圧を印加することにより、当該のＧ球を点灯させる。

また従来より、信号機については、Ｇ球，Ｙ球、Ｒ球の点灯・消灯制御信号に周波数の異なる信号を用いることにより配線数を削減する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−８２８５４号公報

上述のように、従来は各信号機器に所属する条件をすべて１対１で接続した電気配線が必要であり、多数の電気配線を扱うため、施工量が多く工事の負担となっていた。また、設置の際には、通過列車間合いに、線路近傍の信号機器に多数の電気配線を誤り無く直接接続する必要があり、施工性が悪いものであった。さらに、中央制御装置から各信号機器への情報伝送は電圧の有無により実現しているため、伝送可能な情報量が少なく、きめ細かな制御が困難であった。また、鉄道信号制御装置固有の制御信号を扱っているため、専用の伝送機器・手法が必要であった。また、試験の際には、信号制御条件を作成するために現地設備を実稼動させて必要な条件を構成していた。このため、信号機器工事の作業員は、鉄道固有の専門技術を必要としていた。また、使用開始の際、各信号機器において個別の調整が必要であり、大きな労力を必要とした。現在の電子連動装置では、各信号機器を改修（機器移転、単純取替えを含む）する場合、中央制御装置を一旦使用停止して中央制御装置のプログラムを改修する必要があり、施工性が悪く、かつ、工事の都度プログラムの改修があり、ミスの混入による設備の安定稼動低下の懸念があった。
従って、本発明は上記の問題を解決し、情報量の向上、専門知識を必要としない良好な操作性及び施工性・保守性の容易化等を実現した信号制御システムを提供することを課題とする。

本発明は、中央制御装置により複数の信号機器を制御する信号制御システムにおいて、前記中央制御装置と各信号機器との間のＰＯＮシステムを用いた通信をインターネットプロトコルを用いた多重化情報伝送方式により行うようになし、前記信号機器は制御ユニットと端末からなり、前記中央制御装置からは、抽象化された制御データと、前記信号機の設備番号との組合せのデータを格納した制御信号をインターネットプロトコルを用いた伝送方式により、前記信号機器に自動的に付与されたＩＰアドレス宛に送信し、前記信号機器は、前記制御信号内に格納された前記設備番号が自機の設備番号と一致する場合には、前記制御ユニットにおいて設定された制御用定数を用いて前記抽象化された制御データを端末制御データに変換し、当該端末制御データにより前記端末を制御することを特徴とする信号制御システムである。

また本発明は、中央制御装置とこの中央制御装置により制御される複数の信号機器からなり、前記中央制御装置と各信号機器との間のＰＯＮシステムを用いた通信をインターネットプロトコルを用いた多重化情報伝送方式により行うようになされた信号制御システムにおける前記信号機器であって、制御ユニットと端末とを備え、前記制御ユニットは、前記中央制御装置から抽象化された制御データと、前記信号機の設備番号との組合せのデータを格納した制御信号を、インターネットプロトコルを用いた伝送方式により、自機に自動的に付与されたＩＰアドレスで受信し、前記制御信号内に格納された前記設備番号が自機の設備番号と一致する場合には、前記制御ユニットにおいて設定された制御用定数を用いて前記抽象化された制御データを端末制御データに変換し、当該端末制御データにより前記端末を制御することを特徴とする信号機器である。

また本発明は、中央制御装置とこの中央制御装置により制御される複数の信号機器からなり、前記中央制御装置と各信号機器との間のＰＯＮシステムを用いた通信をインターネットプロトコルを用いた多重化情報伝送方式により行うようになされた信号制御システムにおける、制御ユニットと端末とを備えた前記信号機器で用いられるプログラムであって、前記中央制御装置から抽象化された制御データと、前記信号機の設備番号との組合せのデータを格納した制御信号を、インターネットプロトコルを用いた伝送方式により、自機に自動的に付与されたＩＰアドレスで受信する受信処理と、前記制御信号内に格納された前記設備番号が自機の設備番号と一致する場合には、前記制御ユニットにおいて設定された制御用定数を用いて前記抽象化された制御データを端末制御データに変換する変換処理と、前記端末制御データにより端末を制御する制御処理とをコンピュータに実行させるプログラムである。

本発明によれば、インターネットプロトコルを用いた情報伝送技術の導入により、信号伝送の改良、即ち、インターネットプロトコル技術の持つネットワーク設計の自由度、及び伝送情報多重化を行うことによる施工性の向上と伝送する情報量の飛躍的な向上、及び汎用技術を利用することによる専門知識を必要としない良好な操作性・施工性と保守性の容易化等の効果を得ることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面と共に説明する。
図１は本発明に実施の形態による信号制御システムの構成図であり、図９と対応する部分には同一番号を付して重複する説明は省略する。
本実施の形態における中央制御装置３と信号機、転てつ機、軌道回路等の各信号機器２との間の情報伝送ネットワークは、前述した図９のような電圧の有無により条件を表現する従来の伝送方法ではなく、図１のように多重化情報伝送が可能なインターネットプロトコルを利用したものである。中央制御装置３と各信号機器２との通信は、図２に示すようにＰＯＮ（Ｐａｓｓｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ）システムを利用した分岐装置７を含む受動デバイスで構成されたツリー形式で実現する。

中央制御装置３及び各信号機器２は、ＩＰアドレスを持ち、本システム固有のネットワーク上の所属が確定される。中央制御装置３と各信号機器２は、ネットワーク６を経由して、インターネットプロトコルによるデータ形式及びＩＰアドレスを用いて制御及び表示情報の交換を行う。

また、各信号機器２は、図３に示すようなフェールセーフな制御ユニット８と端末９を内蔵している。制御ユニット８は、電源部８１、伝送部８２、論理部８３、Ｉ／Ｏ部８４を備え、図示のようにデュアルシステムに構成され、稼働率の向上を図るようにしている。

各信号機器２の制御は、中央制御装置３からの制御信号をインターネットプロトコルを用いた伝送方式により各信号機器２に伝送し、制御対象の信号機器２の制御ユニット８が制御信号を取得し、この制御信号に基づいて端末９を制御することにより行われる。各信号機器２を制御する制御データは、中央制御装置３から信号機器２までは抽象化されたデータとして伝送し、制御ユニット８の論理部８３において、制御ユニット８に設定した制御用定数を用い、具体的な制御データに変換して実設備としての端末９の制御を行う。
また、各信号機器２は、自機の状態を示す情報をインターネットプロトコルを用いた伝送方式により中央制御装置３に送信し、中央制御装置３は各信号機器２の状態情報を取得し、集約してシステムの状態表示を行う。

次に、設備ＩＤ照合等に関して説明する。
図４（ａ）はインターネットプロトコルのデータフォーマットを示し、図４（ｂ）はこのデータフォーマットを本発明の信号制御システムに適用した場合を示す。図４（ｂ）に示すように、ユーザエリアには、各信号機器２毎に設備情報、設備番号、制御データからなる情報が記述される。

本実施の形態においては、設備ＩＤ照合の仕組みを導入する。設備ＩＤ照合は、「信号機器２が有する制御論理用プログラム」と「制御ユニット８に設定された制御用定数」とが、インターネットプロトコルのユーザエリアに記述される上記「設備番号」を用いて制御を行うことで実現される。

上記制御ユニット８に設定された制御用定数は、各信号機器の端末に登録され、各信号機器個別の動作を規定するものである。上記設備番号は、信号機器の名称を駅単位で識別する信号機器の識別情報であり、中央制御装置３と各信号機器２の制御ユニット８に登録され、両者間の１対１伝送を保障する。

インターネットプロトコルの汎用ＩＰヘッダ（ＩＰアドレス〉と、ユーザエリア内に独自に設けた設備番号とを併用することにより、信号伝送のアドレスを二重化することができる。ＩＰアドレスは、インターネットの通信制御に用いることにより、通信の汎用性を確保し、信号機器２へのＩＰアドレス付与の自由度を確保し、信号機器２の交換や移設を容易に行えるようにする。同時に、設備ＩＤ照合によって、中央制御装置３−各信号機器２間の情報伝送に対し、従来の制御条件（例えば、“１Ｒ信号機進行現示”という指示）−制御対象（例えば、１Ｒ信号機のＧ球）間の１対１電気配線による鉄道信号伝送技術の安全性を確保する。また、ＩＰアドレスは、各信号機器の新設時及び取替え時に、ネットワークを通じたＤＨＣＰにより自動的に付与される。

上記信号伝送二重化による安全性の確保は次のように行う。
ＩＰについては、汎用のインターネットと同一ＩＰアドレス技術を用いて中央制御装置３−各信号機器２間の通信を確保する。
イーサネット（登録商標）フレームのデータ領域に、「設備ＩＤ」を設けて、中央制御装置３−各信号機器２間のデータ伝送路の確立の確認を行う。
中央制御装置３−各信号機器２間の伝送は、ＩＰアドレスで伝送先を確立し、その後、設備ＩＤで伝送先を確認することにより二重にチェックを行う。

次に、信号機器を制御するための制御論理用プログラムについて説明する。
制御論理用プログラムは、中央制御装置３と各信号機器２の制御ユニット８に登録され、中央制御装置３が各信号機器２の種類（色灯信号機構、入換信号機構、転てつ機等）を認識する。かつ、端末９の種類や特性を反映させ、基本的な動作を規定する。中央制御装置３にインストールされる信号機器の制御論理用プログラム（中央制御装置側）と、各信号機器にインストールされる信号機器の制御論理用プログラム（端末側）から構成される。

次に、例として信号機器２が信号機である場合に行われる制御について具体的な例を用いて説明する。
設備番号−（例）○○駅１Ｒ信号機
連動装置５により「現示データ」（停止／警戒／注意／減速／進行）を作成する。

１．信号機の制御論理用プログラム（中央制御装置３側）について
中央制御装置３において関連機器（前方信号機、軌道回路、ＡＴＳ−Ｐ等）状態及び現示系統から現示を決定し、
「制御データ」＝（０／１／２／３／４／５）を作成する。

信号機が進行（Ｇ）を示す場合は、「制御データ」＝５。減速（ＹＧ）を示す場合は、「制御データ」＝４。注意（Ｙ）を示す場合は、「制御データ」＝３。警戒（ＹＹ）を示す場合は、「制御データ」＝２。停止（Ｒ）を示す場合は、「制御データ」＝１とする。
これらの制御データは、２バイトのデータを使用した符号間距離を充分に長くとったデータ形式で表現し、ビット化けによるデータ化けの影響を小さくする。これらの制御データはインターネット情報として伝送される。

２．信号機器の制御論理用プログラム（制御ユニット８側）について
信号機器２にて、上記制御データを「ＤＯ出力パターン」に変換する。「ＤＯ出力パターン」は、図５〜図９の太線枠内に示す「制御ユニット８に内蔵された制御用定数」で指定される。
・３現示の場合、「制御ユニット８に内蔵された制御用定数」は、ＤＯ−１＝Ｇ球、ＤＯ−２＝Ｙ球、ＤＯ−３＝Ｒ球、ＤＯ−４＝無し、ＤＯ−５＝無し、に割り当てられる。制御信号と実際の信号灯の点灯・滅灯制御出力との関係は図５に示す通りである。

・４現示（警戒）の場合、「制御ユニット８に内蔵された制御用定数」は、ＤＯ−１＝Ｙ２球、ＤＯ−２＝Ｒ球、ＤＯ−３＝Ｇ球、ＤＯ−４＝Ｙ１球、ＤＯ−５＝無し、に割り当てられる。制御信号と実際の信号灯の点灯/滅灯制御出力との関係は図６に示す通りである。

・４現示（減速）の場合、「制御ユニット８に内蔵された制御用定数」は、ＤＯ−１＝Ｙ２球、ＤＯ−２＝Ｒ球、ＤＯ−３＝Ｙ１球、ＤＯ−４＝Ｇ球、ＤＯ−５＝無し、に割り当てられる。制御信号と実際の信号灯の点灯/滅灯制御出力との関係は図７に示す通りである。

・５現示の場合、「制御ユニット８に内蔵された制御用定数」は、ＤＯ−１＝Ｙ３球、ＤＯ−２＝Ｙ２球、ＤＯ−３＝Ｒ球、ＤＯ−４＝Ｙ１球、ＤＯ−５＝Ｇ球、に割り当てられる。制御信号と実際の信号灯の点灯/滅灯制御出力との関係は図８に示す通りである。

以上によれば、信号機の種類が３現示、４現示（警戒用）、４現示（減速用）、５現示と変わっても、「制御データ」を直す必要が無い。「制御ユニット８に設定された制御用定数」で、変化を吸収するため、中央制御装置３から見た場合、変化が発生していない。
従って、中央制御装置３は信号機の種類に拘わらず常に所定の抽象的な制御データを送信すればよい。そして信号機器２の制御ユニット８の論理部８３において、上記抽象的制御データを制御ユニット８に設定された制御用定数に基づいて具体的な制御データに変換し、この具体的制御データにより、端末９を実際に制御することができる。

以上説明した本実施の形態によれば、次の効果を得ることができる。
１．設備ＩＤを利用することにより、インターネットプロトコルの持つ通信の汎用性を確保し、信号機器へのＩＰアドレス付与の自由度を確保するため、信号機器の交換や移設を容易に行うことができる。同時に、鉄道の駅の信号システムの制御のうち、中央制御装置−各信号機器間の情報伝送に対し、従来の制御条件間の１対１電気配線による鉄道信号伝送技術と同レベルの安全性（ＩＥＣ６１５０８ Ｓａｆｔｙ Ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ Ｌｅｖｅｌ４: リスク発生確率が１０＾−９／ｈ以下であること）を確保することができる。

２.従来は、中央制御装置と各信号機器間の配線数は、制御条件１つに対し電気配線１本が必要であり、全信号機器を制御するためには多数の電気配線が必要であったが、本実施の形態により制御信号の多重化が実現され、伝送路の配線数を減少させることができ、工事作業の施工性が向上する。

３.従来は、中央制御装置と各信号機器の信号情報伝送は、物理的に固定された１対１の電気配線により実現されていたが、本実施の形態により、物理的な電気配線の後、中央制御装置と各信号機器間でＩＰアドレスに基づく自動認識を行うことにより、電気配線間の照合が不要となり、施工性が向上する。

４.従来は、中央制御装置と各信号機器の情報伝送は電圧の有無により実現しており、伝送可能な情報量が少ないが、本実施の形態によりインターネットプロトコルを利用することで、各信号機器にデータ形式に基づいた制御情報を伝送することができ、従来に比較して大量かつ複雑なデータの交換が可能となる。これにより、試験用データを構成し、ネットワーク信号システムの設置工事期間中に、既設の信号制御装置を稼動しながら、同時に設置工事に関する試験が実施され、施工性が向上する。

５.従来は、鉄道信号制御装置固有の制御信号を扱っており専用の伝送機器・手法が必要であったが、本実施の形態により汎用のインターネット機器及びインターネット伝送手法を用いることができ、本システムの建設コストが低減する。さらに、鉄道信号制御技術に関する特殊な技能を要することなく操作することが可能となり、施工性が向上すると同時に保守性が向上する。

６．従来は、信号制御条件を作成する際、現地設備を実際に動作させることで作成に必要な条件を構成し信号を作成していたが、本実施の形態により、信号制御条件はソフトウェアを用いて模擬的に簡易に作製することが可能となり、現地試験に必要な労力が低減される。
７．設備定数は各信号機器が持つデータであり、運動変更を伴わない駅構内改修の際には、信号機器の制御論理用プログラム（中央制御装置側）は改修する必要がなく、信号機器の制御論理用プログラム（端末）及び端末の制御用定数のみを改修すればよいため、そのため、中央制御装置を停止させる必要がなく、施工性・安定稼動性が向上する。

次に、本発明の実施の形態によるプログラムについて説明する。
信号機器２の前述した動作に基づく処理を、この信号機器２のコンピュータシステムにおけるＣＰＵが実行するためのプログラムは、本発明によるプロラムを構成する。

このプログラムを記録するための記録媒体としては、光磁気ディスク、光ディスク、半導体メモリ、磁気記録媒体等を用いることができ、これらをＲＯＭ，ＲＡＭ，ＣＤ−ＲＯＭ，フレキシブル・ディスク、メモリカード等に構成して用いてよい。この記録媒体は、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部のＲＡＭ等の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持するものも含まれる。

また上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから伝送媒体を介して、あるいは伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されるものであってよい。上記伝送媒体とは、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように、情報を伝送する機能を有する媒体をいうものとする。

また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためであってもよい。さらに、前述した機能をコンピュータシステムに既に記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。

従って、このプログラム及び記録媒体を図１、図３のシステム又は装置とは異なるシステム又は装置において用い、そのシステム又は装置のコンピュータがこのプログラムを実行することによっても、前記実施の形態で説明した機能及び効果と同等の機能及び効果を得ることができ、本発明の課題を解決することができる。

本発明の実施の形態による信号制御システムを示す構成図である。 信号制御システムのＰＯＮネットワークシステムを示す構成図である。 信号機器の構成を示すブロック図である。 インターネットプロトコルによるデータフォーマットを示す構成図である。 ３現示信号機の場合における制御信号と実際の信号灯の点灯・滅灯制御出力との関係を示す構成図である。 ４現示(警戒)信号機の場合における制御信号と実際の信号灯の点灯・滅灯制御出力との関係を示す構成図である。 ４現示(減速)信号機の場合における制御信号と実際の信号灯の点灯・滅灯制御出力との関係を示す構成図である。 ５現示信号機の場合における制御信号と実際の信号灯の点灯・滅灯制御出力との関係を示す構成図である。 従来の信号制御システムを示す構成図である。

符号の説明

２ 信号機器
３ 中央制御装置
５ 連動装置
６ ネットワーク
８ 制御ユニット
９ 端末
８３ 論理部

Claims (8)

1. 中央制御装置により複数の信号機器を制御する信号制御システムにおいて、
   前記中央制御装置と各信号機器との間のＰＯＮシステムを用いた通信をインターネットプロトコルを用いた多重化情報伝送方式により行うようになし、
   前記信号機器は制御ユニットと端末からなり、
   前記中央制御装置からは、抽象化された制御データと、前記信号機の設備番号との組合せのデータを格納した制御信号をインターネットプロトコルを用いた伝送方式により、前記信号機器に自動的に付与されたＩＰアドレス宛に送信し、
   前記信号機器は、自機に割り当てられたＩＰアドレス宛の前記制御信号内に格納された前記設備番号が自機の設備番号と一致する場合には、前記制御ユニットにおいて設定された制御用定数を用いて前記抽象化された制御データを端末制御データに変換し、当該端末制御データにより前記端末を制御することを特徴とする信号制御システム。
2. 前記各信号機器は自機の状態情報をインターネットプロトコルを用いた伝送方式により中央制御装置に送信し、中央制御装置は受信した各信号機器の状態情報を集約して表示することを特徴とする請求項１記載の信号制御システム。
3. 前記設備番号は、各信号機器の名称を駅単位で識別する識別情報であり、前記中央制御装置と各信号機器の端末に登録されることにより両者間の１対１伝送を保障するものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の信号制御システム。
4. 前記信号機器は、信号機、転てつ機、軌道回路のＡＴＳ、センサー類、信号諸設備の全て又は何れかであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の信号制御システム。
5. 中央制御装置とこの中央制御装置により制御される複数の信号機器からなり、前記中央制御装置と各信号機器との間のＰＯＮシステムを用いた通信をインターネットプロトコルを用いた多重化情報伝送方式により行うようになされた信号制御システムにおける前記信号機器であって、
   制御ユニットと端末とを備え、
   前記制御ユニットは、前記中央制御装置から抽象化された制御データと、前記信号機の設備番号との組合せのデータを格納した制御信号を、インターネットプロトコルを用いた伝送方式により、自機に自動的に付与されたＩＰアドレスで受信し、
   自機に割り当てられたＩＰアドレス宛の前記制御信号内に格納された前記設備番号が自機の設備番号と一致する場合には、前記制御ユニットにおいて設定された制御用定数を用いて前記抽象化された制御データを端末制御データに変換し、当該端末制御データにより前記端末を制御することを特徴とする信号機器。
6. 前記設備番号は、各信号機器の名称を駅単位で識別する識別情報であり、前記中央制御装置と前記端末に登録されることにより両者間の１対１伝送を保障するものであることを特徴とする請求項５に記載の信号機器。
7. 信号機、転てつ機、軌道回路、ＡＴＳ、センサー類、信号諸設備の全て又は何れかであることを特徴とする請求項５又は６記載の信号機器。
8. 中央制御装置とこの中央制御装置により制御される複数の信号機器からなり、前記中央制御装置と各信号機器との間のＰＯＮシステムを用いた通信をインターネットプロトコルを用いた多重化情報伝送方式により行うようになされた信号制御システムにおける、制御ユニットと端末とを備えた前記信号機器で用いられるプログラムであって、
   前記中央制御装置から抽象化された制御データと、前記信号機の設備番号との組合せのデータを格納した制御信号を、インターネットプロトコルを用いた伝送方式により、自機に自動的に付与されたＩＰアドレスで受信する受信処理と、
   自機に割り当てられたＩＰアドレス宛の前記制御信号内に格納された前記設備番号が自機の設備番号と一致する場合には、前記制御ユニットにおいて設定された制御用定数を用いて前記抽象化された制御データを端末制御データに変換する変換処理と、
   前記端末制御データにより端末を制御する制御処理とをコンピュータに実行させるプログラム。

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