JP5806801B2 - トランスポンダ装置 - Google Patents

Description

本発明は、列車に搭載された車上装置と電文の送受信を行なう列車制御用のトランスポンダ装置に関する。

列車の速度超過又は過走を規制するＡＴＳ−Ｐ装置は、安全に鉄道を運行するために必要不可欠な装置である。かかるＡＴＳ−Ｐ装置は、列車に搭載された車上装置と、これと電文の送受信を行なうトランスポンダ装置とから主に構成される。

トランスポンダ装置は、各地上子と接続された複数の中継器（いわゆるＲＰ）と、符号処理器（いわゆるＥＣ）とを含み、これらが特許文献１などに開示されたような種々の形態で通信可能に接続されて構成される。このうち、マルチドロップ接続の形態、つまり特許文献１の図３に示された１対多（ＰＯＩＮＴ−ＴＯ−ＭＵＬＴＩＰＯＩＮＴ）型の接続形態を採用した場合、図２に示された１対１（ＰＯＩＮＴ−ＴＯ−ＰＯＩＮＴ）型の接続形態と比較して、情報伝送ケーブルと電源ケーブルの施設距離を大幅に削減することができるというメリットが得られる。

しかしながら、その反面、複数の中継器が電源ケーブルを共有するため、符号処理器が、何れかの中継器の故障を検出したときに、その中継器の動作を停止させるべく電源を遮断する場合、接続されている全ての中継器の電源を遮断する必要があるという不都合が生ずる。正常な中継器を含めた全中継器の動作が停止してしまうと、列車の車上装置において、適切な速度パタンが更新されなくなるというデメリットが生ずる。

中継器の故障時に電源を遮断するケースとしては、例えば、装置に対応する信号機がＲ現示を示している場合があるが、通常、車上装置は、直前の閉そく区間の中継器から受信した電文に基づいて速度パタンを更新しているから、次の閉そく区間までは制御下で走行可能である。しかし、操車場において過走防止機能を発揮する必要がある場合は、中継器から電文を受信しない限り、有効な速度パタンがなくなってしまい、このとき、速度超過又は過走の防止が運転手の操作に依存するために問題となる。

一方、信号機がＧ現示を示している場合は、通常、中継器の電源の遮断は行われない。しかし、故障した中継器から車上装置に不正な電文が送信されることが考えられるため、やはり、列車の車上装置において、適切な速度パタンが作成されなくなる場合が起こりうる。

特開２０００−１２７９６７号公報

本発明の課題は、中継器の故障が発生した場合における動作を改善しうる列車制御用のトランスポンダ装置を提供することである。

上述した課題を解決するため、本発明に係るトランスポンダ装置は、符号処理器と、複数の中継器とを含む。

前記符号処理器は、前記複数の中継器の各々と、分岐した電源ケーブルを介して接続されている。また、前記スイッチは、前記電源ケーブルに接続されて、前記符号処理器からの制御によりオンオフされる。

前記符号処理器は、前記複数の中継器のうち、何れかの中継器の故障を検出した時、前記スイッチをオフにして前記複数の中継器への電源供給を遮断し、所定時間経過後、前記スイッチをオンにして前記複数の中継器への電源供給を再開する。

前記符号処理器は、前記故障の回復を検出した中継器と電文の送受信を開始する。

本発明に係るトランスポンダ装置において、符号処理器と複数の中継器は、分岐した電源ケーブルを介して接続されているから、上述したマルチドロップ接続の形態で接続されており、スイッチがオフになると全ての中継器の電源供給が遮断される。

このため、符号処理器が、中継器の故障を検出したときにスイッチをいったんオフにすることによって、全ての中継器が再起動（すなわちリセット）されることになる。

したがって、中継器の故障がノイズなどに起因する一過性のものである場合、再起動によって故障を回復させることができる。このとき、符号処理器は、故障の回復を検出した中継器と電文の送受信を開始するから、その中継器を通常の動作状態に復旧させるとともに、他の中継器も通常の動作状態となる。

一方、再起動により中継器の故障が回復しない場合であっても、対応する信号機の現示とは関係なく、少なくとも正常な中継器の動作を維持することができ、また、故障した中継器が不正な電文の送信を継続しているとき、再起動によって、これを停止させることができる。

これにより、中継器の故障発生時に列車の車上装置が適切な速度パタンが作成できなくなる可能性を低減することができる。

以上述べたように、本発明によれば、中継器の故障が発生した場合における動作を改善しうる列車制御用のトランスポンダ装置を提供することができる。

本発明に係るトランスポンダ装置を含めたトランスポンダシステムを示す。 符号処理器及び接続器の電気的な構成を示す。 中継器１２の電気的な構成を示す。 符号処理器の動作のフローを示す。 符号処理器と中継器の正常時の通信動作を表す。 符号処理器と中継器の異常時の通信動作を表す。 電源供給の再開後の符号処理器と中継器の通信動作を表す。 符号処理器の設置時等における初回電源投入直後の場合について、符号処理器と中継器の通信動作を表す。

図１は、本発明に係るトランスポンダ装置を含めたトランスポンダシステムを示す。このトランスポンダシステムは、列車制御用であり、典型的にはＡＴＳ−Ｐ装置に適用される。トランスポンダシステムは、地上に設置されたトランスポンダ装置１と、列車２に搭載された車上装置２０及び車上子２１とを含んで構成される。

トランスポンダ装置１は、列車２の進行方向Ｄ上にある信号機３の現示情報Ｓに基づく
距離情報などを含む電文を、車上装置２１へ送信する。一方、車上装置２１は、受信した電文に基づき適切な速度パタンを生成するとともに、列車番号などの情報を含む電文を、車上子２１を介してトランスポンダ装置１へ送信する。

トランスポンダ装置１は、符号処理器１１と、接続器１０と、複数の中継器１２〜１６と、複数の地上子１７とを含む。符号処理器１１は、接続器１０と電気的に接続され、さらに、複数の中継器１２〜１６の各々と、分岐した電源ケーブル１８を介して接続されている。

この電源ケーブル１８は、電文を伝送するための通信ケーブルの機能を兼備し、符号処理器１１と複数の中継器１２〜１６とを、上述したマルチドロップ接続の形態で接続している。したがって、符号処理器１１と複数の中継器１２〜１６の何れかが送信した電文は、符号処理器１１と複数の中継器１２〜１６の全てにおいて受信される。

複数の中継器１２〜１６は、列車２が在線する軌道Ｒに沿って適当な間隔で設置された各地上子１７とそれぞれ電気的に接続され、列車２が応動距離内に進入して地上子１７と車上子２１が（磁気的に）結合したとき、これらを介して車上装置２０と電文の送受信を行なう。

図２は、符号処理器１１及び接続器１０の電気的な構成を示す。符号処理器１１は、制御部１１０と、送受信部１１１と、電文用メモリ１１２とを構成に含む。また、接続器１０は、スイッチ１００と、多重化処理部１０１とを構成に含む。

制御部１１０は、バス同期ＣＰＵ回路を構成に含み、不揮発性メモリに予め記録されたプログラムに従って動作する。制御部１１０は、装置１と対応する信号機３から入力された現示情報Ｓに基づいて、電源投入時、距離情報などを含む電文を、不揮発性メモリに予め記録された電文の中から選択し、電文用メモリ１１２に格納した後、送信タイミングの到来時に読み出して送受信部１１１へと出力する。一方、制御部１１０は、送受信部１１１から入力された中継器１２〜１６からの電文を、電文用メモリ１１２に一時的に格納した後、受信電文の処理タイミングの到来時に読み出して処理する。

送受信部１１１は、周波数変調方式（ＦＳＫ：Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）モデムを構成に含む。送受信部１１１は、多重化処理部１０１から入力される電文をアナログ信号からデジタル信号に変換して制御部１１０に出力し、一方、制御部１１０から入力される電文をデジタル信号からアナログ信号に変換して多重化処理部１０１に出力する。

多重化処理部１０１は、電源ケーブル１８による電力線通信（ＰＬＣ：Ｐｏｗｅｒ Ｌｉｎｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）を実現するものであって、直交周波数分割多重方式（ＯＦＤＭ：Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ−Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）のデジタル変調を行うためのトランス回路を構成に含む。多重化処理部１０１は、外部のＡＣ１００Ｖの電源４から入力される電力波に、送受信部１１１から入力される電文のアナログ信号を多重させて電源ケーブル１８へ出力するとともに、電源ケーブル１８からの入力信号から、電文のアナログ信号を抽出して送受信部１１１へ出力する。

電文用メモリ１１２は、ＳＤＲＡＭなどの揮発性メモリであり、制御部１１０とバスを介して読み書き可能に接続され、中継器１２〜１６から受信した電文と、中継器１２〜１６へ送信する電文とを格納する。

スイッチ１００は、リレーを構成に含み、電源４から中継器１２〜１６への電力波の搬送を遮断できるように、多重化処理部１０１を介して電源ケーブル１８に接続されている。スイッチ１００は、制御部１１０からの制御によりオンオフされる。

図３は、中継器１２の電気的な構成を示す。ここでは、例として中継器１２を示しているが、他の中継器１３〜１６も同一の構成を有するものとして説明する。

中継器１２は、電文処理部１２２と、送受信部１２１と、分離部１２０と、変調器１２５と、復調器１２６と、電文用メモリ１２３と、電源部１２４とを構成に含む。

電文処理部１２２は、バス同期ＣＰＵ回路を構成に含み、不揮発性メモリに予め記録されたプログラムに従って動作する。電文処理部１２２は、送受信部１２１から受信した符号処理器１１からの電文を、符号処理器１１に対する応答として送受信部１２１へと折り返して出力するとともに、その電文を電文用メモリ１２３に格納し、周期的に読み出して復調器１２６へと出力する。

一方、電文処理部１２２は、変調器１２５から入力された車上装置２０からの電文を、電文用メモリ１２３に一時的に格納した後、符号処理器１１からの電文によって指示された送信タイミングで読み出し、送受信部１２１へと出力する。

送受信部１２１は、周波数変調方式モデムを構成に含む。送受信部１２１は、分離部１２０から入力される電文をアナログ信号からデジタル信号に変換して電文処理部１２２へと出力し、一方、電文処理部１２２から入力される電文をデジタル信号からアナログ信号に変換して分離部１２０へと出力する。

分離部１２０は、直交周波数分割多重方式でデジタル変調された信号から特定の信号を抽出するためのトランス回路を構成に含む。分離部１２０は、電源ケーブル１８からの入力信号から、電力波を抽出して電源部１２４へと出力するとともに、電文のアナログ信号を抽出して送受信部１２１へと出力する。一方、分離部１２０は、送受信部１２１から入力される電文のアナログ信号を、電源ケーブル１８からの入力信号とは異なる周波数で電源ケーブル１８へと出力する。

変調器１２５と復調器１２６は、周波数変調方式モデムである。変調器１２５は、地上子１７から入力される電文をアナログ信号からデジタル信号に変換して、電文処理部１２２へと出力する。復調器１２６は、電文処理部１２２から入力される電文をデジタル信号からアナログ信号に変換して、地上子１７へと出力する。これにより、地上子１７と車上子２１が結合したときに、中継器１２と車上装置２０の間で電文の送受信が行われる。

電文用メモリ１２３は、ＳＤＲＡＭなどの揮発性メモリであり、電文処理部１２２とバスを介して読み書き可能に接続され、符号処理器１１から受信した電文と、車上装置２０から受信した電文とを格納する。電文用メモリ１２３に電文が格納されていないとき、電文処理部１２２は電文の送信処理を行わない。

電源部１２４は、電源トランスとＡＣ−ＤＣインバータとを構成に含み、分離部１２０から入力された電力波を変換して直流の電源電圧を生成し、中継器１２内の各部に供給する。

次に、本発明の特徴部分である符号処理器１１の動作を説明する。図４は、１台の中継器１２〜１６に関して、符号処理器１１の動作のフローを示す。なお、このフローは、符号処理器１１が通常の運用状態に移行した後の動作を表すものであって、符号処理器１１の設置時等における初回電源投入直後の動作を表すものではない。

符号処理器１１は、電文Ｑを中継器１２〜１６の各々へ送信し（ステップＳｔ１）、中継器１２〜１６から応答の電文Ａを正常に受信したか否かを判定する（ステップＳｔ２）。以下に具体的な動作を説明する。

図５は、符号処理器１１と中継器１２〜１６の正常時の通信動作を表し、他方、図６は、符号処理器１１と中継器１２〜１６の異常時の通信動作を表す。

制御部１１０は、中継器１２〜１６の各々に、順次に電文Ｑを送信してポーリングを行う。このとき、電文Ｑは、送信先の中継器１２〜１６の識別番号を含んでいるから、中継器１２〜１６の各々は、他の中継器１２〜１６宛ての電文Ｑを受信しているにも関わらず、自宛の電文Ｑを認識することができる。

中継器１２〜１６の各々が故障状態でなければ、電文処理部１２２は、受信した自宛の電文Ｑを電文用メモリ１２３に書き込み、復調器１２６へと出力するとともに、電文Ｑを折り返すように、電文Ｑと同一内容の電文Ａを符号処理器１１へと出力する。

制御部１１０は、電文Ｑの送信後の所定時間Ｔ内に電文Ａを受信した場合、電文Ａと、これに対応する電文Ｑと内容の照合を行い、一致したときは、電文Ａを正常に受信したものと判断して処理を終える。

一方、所定時間Ｔ内に電文Ａを受信しないとき、または、電文Ａを受信しても照合の結果が不一致であるとき、制御部１１０は、図６のように、該当する中継器１６に電文Ｑを再度送信する。そして、電文Ｑを所定回数送信しても、所定時間Ｔ内に電文Ａを受信しないとき、または、電文Ａを受信しても照合の結果が不一致であるとき、電文Ａを正常に受信できなかったものと判断し、該当する中継器１６の故障を検出する。

次に、符号処理器１１は、複数の中継器１２〜１６のうち、何れかの中継器１６の故障を検出した時、スイッチ１００をオフにして複数の中継器１２〜１６への電源供給を遮断し（ステップＳｔ３）、所定時間経過後、スイッチ１００をオンにして複数の中継器１２〜１６への電源供給を再開する（ステップＳｔ４）。

具体的には、制御部１１０は、オフを指示する制御信号をスイッチ１００に出力し、所定時間経過後、オンを指示する制御信号をスイッチ１００に出力する。上述したとおり、電源ケーブル１８は分岐して複数の中継器１２〜１６の各々と接続されているから、スイッチ１００がオフオンされることによって、全ての中継器１２〜１６が、いったん電源供給が遮断された後、再開される。このとき、上記の所定時間は、スイッチ１００がオフされてから、電源電圧が、全ての中継器１２〜１６の動作停止電圧に至るまでの十分な時間を見込んで設定されている。

次に、符号処理器１１は、故障検出した中継器１６に検査用電文Ｃを送信し（ステップＳｔ５）、その中継器１６から応答の電文Ａを正常に受信したか否かを判定する（ステップＳｔ６）。一方、故障検出しなかった中継器１１〜１５に対しては、符号処理器１１は、先の述べたように、通常の電文Ｑを送信して（ステップＳｔ１）、応答の電文Ａを正常に受信したか否かを判定する（ステップＳｔ２）。以下に具体的な動作を説明する。

図７は、電源供給の再開後の符号処理器１１と中継器１２〜１６の通信動作を表す。制御部１１０は、、故障検出しなかった中継器１２〜１５の各々には、上述したステップＳｔ１と同様に、電文Ｑを順次に送信してポーリングを行い、一方、故障検出した中継器１６には検査用電文Ｃを送信する。

この検査用電文Ｃは、特定の識別子を含んでおり、車上装置２０は、地上子１７及び車上子２１を介して、これを受信した場合、識別子により検査用電文Ｃであると認識して廃棄する。このため、車上装置２０が検査用電文Ｃを受信しても、その動作に影響はない。

また、検査用電文Ｃを受信した中継器１６は、故障状態でなければ、上述したように、応答の電文Ａを符号処理器１１へと送信する。

そして、制御部１１０は、上述したステップＳｔ２と同様に、電文Ａを正常に受信したか否かを判断することにより、故障を検出した中継器１６について、その応答に基づいて故障の回復を検出することができる。制御部１１０は、故障の回復を検出した場合、他の中継器１１〜１５と同様に、その中継器１６に対して通常の電文Ｑの送信を開始し、一方、故障の回復を検出しなかった場合、その中継器１６にのみ検査用電文Ｃを送信し続ける。

これにより、符号処理器１１は、再び、故障の回復を検出した中継器１６と電文の送受信（ステップＳｔ１，Ｓｔ２）を開始することができ、また、他の中継器１２〜１５についても、電文の送受信（ステップＳｔ１，Ｓｔ２）を、電源のオフオン以前と同様に行うことができる。

本発明に係るトランスポンダ装置１において、符号処理器１１と複数の中継器１２〜１６は、分岐した電源ケーブル１８を介して接続されているから、上述したマルチドロップ接続の形態で接続されており、スイッチ１００がオフになると全ての中継器１２〜１６の電源供給が遮断される。

このため、符号処理器１１が、中継器１６の故障を検出したときにスイッチ１００をいったんオフにすることによって、全ての中継器１２〜１６が再起動（すなわちリセット）されることになる。

したがって、中継器１６の故障がノイズなどに起因する一過性のものである場合、再起動によって故障を回復させることができる。このとき、符号処理器１１は、故障の回復を検出した中継器１６と電文の送受信を開始するから、その中継器１６を通常の動作状態に復旧させるとともに、他の中継器１２〜１５も通常の動作状態となる。

本実施形態において、電文処理部１２２は、ＣＰＵ回路を含んでいるから、典型的には、気温上昇に伴う装置内温度の上昇や外部からのノイズに起因して、一時的に、正常に電文Ａが送信できなくなることが想定される。このような場合、ＣＰＵ回路のリセットにより高い確率で中継器１６が正常な状態に復旧する。また、ＣＰＵ回路に限られず、電気回路であれば、リセットによる異常状態が復旧することがある。

このため、故障を検出した場合、中継器１６を再起動することは、故障の復旧に当たって有効な手段である。

一方、故障の原因が電源ケーブル１８にあるときなど、再起動により中継器１６の故障が回復しない場合であっても、対応する信号機３の現示とは関係なく、少なくとも正常な中継器１２〜１５の動作を維持することができ、また、故障した中継器１６が不正な電文の送信を継続しているとき、再起動によって、これを停止させることができる。

中継器１２〜１６の電文用メモリ１２３は、再起動時にリセットされるから、格納した不正な電文を含め、全ての記録情報を消去される。上述したように、電文用メモリ１２３に電文が格納されていないとき、電文処理部１２２は電文の送信処理を行わない。

したがって、再起動によって、故障した中継器１６は、不正な電文を含めた全ての電文の送信を停止することができる。さらに、故障の回復を検出するための検査用電文Ｃは、上述したように、車上装置２０において廃棄される。このため、車上装置２０や符号処理器１１は、中継器１２〜１６の再起動後、電文の受信により動作に影響を受けることがない。

このように、本発明によれば、中継器１２〜１６の故障発生時に列車２の車上装置２０が適切な速度パタンが作成できなくなる可能性を低減することができる。

また、本実施形態において、符号処理器１１は、複数の中継器１２〜１６の各々と、電源ケーブル１８を介して電文Ｑまたは検査用電文Ｃの送受信を行っているから通信専用のケーブルの施設が不要になるというメリットが得られる。しかし、本発明は、これに限定されるものではなく、別途、通信専用ケーブルを設けて、電文Ｑまたは検査用電文Ｃの送受信を行うようにしてもよい。

これまで述べたような効果は、符号処理器１１及び中継器１２〜１６の起動段階においても得ることができる。図８は、符号処理器１１の設置時等における初回電源投入直後の場合について、符号処理器１１と中継器１２〜１６の通信動作を表している。この場合、符号処理器１１は、各中継器１２〜１６の初期状態を故障状態として認識しているため、中継器１２〜１６の各々に検査用電文Ｃを順次に送信してポーリングを行い、通常の運用状態と同様に、各々からの応答の電文Ａを正常に受信したか否かを判定する。

このような動作を初回電源投入直後に行うことにより、トラブルが発生しがちな装置起動段階において、上述したメリットを享受して、符号処理器１１及び中継器１２〜１６をスムーズに正常な運用状態に移行させることができる。

以上、好ましい実施例を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、種々の変形態様を採り得ることは自明である。

１ トランスポンダ装置
１１ 符号処理器
１２〜１６ 中継器
１８ 電源ケーブル
１００ スイッチ
２０ 車上装置
Ｑ，Ａ 電文
Ｃ 検査用電文

Claims (3)

1. 符号処理器と、複数の中継器と、スイッチ及び多重化処理部を有する接続器とを含む列車制御用のトランスポンダ装置であって、
   前記符号処理器は、前記複数の中継器の各々と、分岐した電源ケーブルを介して接続され、
   前記スイッチは、前記電源ケーブルに接続されて、前記符号処理器からの制御によりオンオフされ、電源から前記中継器への電源供給を遮断し、
   前記符号処理器は、
   前記複数の中継器のうち、何れかの中継器の故障を検出した時、前記スイッチをオフにして前記電源ケーブルを介して接続されている全ての前記中継器への電源供給を遮断し、
   所定時間経過後、前記スイッチをオンにして前記複数の中継器への電源供給を再開し、前記故障を検出した中継器に検査用電文を送信し、前記故障の回復を検出した中継器と電文の送受信を開始し、
   前記接続器は、前記符号処理器と電気的に接続され、さらに、前記複数の中継器の各々と、前記分岐した電源ケーブルを介して接続され、
   前記多重化処理部は、前記電源から入力される電力波に、前記電文を多重させて前記電源ケーブルへ出力するとともに、前記電源ケーブルからの入力信号から電文を抽出して前記符号処理器へ出力する、
   トランスポンダ装置。
2. 請求項１に記載されたトランスポンダ装置であって、
   前記符号処理器は、前記複数の中継器の各々に検査用電文を送信し、その応答に基づいて前記故障の回復を検出し、
   前記検査用電文は、車上装置において受信された場合、廃棄される、
   トランスポンダ装置。
3. 請求項１又は２に記載されたトランスポンダ装置であって、
   前記符号処理器は、前記複数の中継器の各々と、前記電源ケーブルを介して前記電文または前記検査用電文の送受信を行う、
   トランスポンダ装置。
   

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