微機(jī)半自動(dòng)閉塞設(shè)備及其工作方法與流程

本發(fā)明涉及鐵路通信、信號(hào)領(lǐng)域，具體是一種微機(jī)半自動(dòng)閉塞設(shè)備及其工作方法。

背景技術(shù)：

站間閉塞設(shè)備是保證鐵路運(yùn)輸安全的關(guān)鍵技術(shù)設(shè)備，分為自動(dòng)閉塞、自動(dòng)站間閉塞和半自動(dòng)閉塞，目前，我國還有約5萬公里的半自動(dòng)閉塞。

區(qū)間繼電半自動(dòng)閉塞64D、64F已經(jīng)使用了多年，其設(shè)備構(gòu)成簡單，穩(wěn)定可靠，但隨著技術(shù)的進(jìn)步，繼電半自動(dòng)閉塞存在的一些問題也顯現(xiàn)出來：

1） 繼電半自動(dòng)閉塞設(shè)備采用的是繼電器組合、變壓器、電容、電阻等器件，電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一旦發(fā)生問題，處理時(shí)間較長，影響運(yùn)輸效率；

2） 繼電半自動(dòng)閉塞兩站間信息傳輸通過通信實(shí)回線，傳輸線路易發(fā)生斷線、混線、混電、接地、外電干擾等問題，均能影響閉塞設(shè)備的使用；同時(shí)隨著運(yùn)輸生產(chǎn)力布局的調(diào)整，一些小站、中間站在逐步撤消，這類車站被取消后的區(qū)間半自動(dòng)站間傳輸線路相應(yīng)的延長了，信息傳輸實(shí)現(xiàn)起來更為困難；

3） 繼電半自動(dòng)閉塞現(xiàn)場使用均為單套，信息傳輸也為單通道，無自動(dòng)診斷功能，當(dāng)設(shè)備發(fā)生問題時(shí)，均會(huì)對(duì)運(yùn)輸產(chǎn)生不利影響。

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，鐵路電務(wù)設(shè)備也得到了長足發(fā)展，計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖替代電氣集中聯(lián)鎖、光纜傳輸替代普通線纜已成為發(fā)展趨勢。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決當(dāng)前繼電半自動(dòng)閉塞存在的問題，推進(jìn)車站信號(hào)設(shè)備的全電子化進(jìn)程，減少設(shè)備故障，提高運(yùn)輸效率，本發(fā)明提供了一種以計(jì)算機(jī)和光通信技術(shù)為基礎(chǔ)，將繼電半自動(dòng)閉塞的條件與邏輯電子化，利用電子器件替代傳統(tǒng)的繼電器實(shí)現(xiàn)繼電半自動(dòng)的邏輯功能，利用光纖或光通道取代傳統(tǒng)的電纜或架空明線作為站間信息的傳輸媒介，同時(shí)采用信息安全傳輸技術(shù)保證站間信息的安全傳輸?shù)奈C(jī)半自動(dòng)閉塞設(shè)備。

本系統(tǒng)采用機(jī)柜式結(jié)構(gòu)，由閉塞設(shè)備、傳輸網(wǎng)絡(luò)、監(jiān)測設(shè)備、輸入輸出及電源設(shè)備等五部分組成。有以下特點(diǎn)：

1）系統(tǒng)采用具有高可靠性的芯片級(jí)ARM控制器，保證系統(tǒng)的每一步操作具有可控性與安全性；

2）系統(tǒng)采用機(jī)柜形式，機(jī)柜尺寸 2000×800×600 mm；

3）每個(gè)電路板均設(shè)計(jì)有工作狀態(tài)表示燈、自檢故障、通信故障表示燈；

4）關(guān)鍵電路及元件均設(shè)計(jì)為雙套冗余熱備；

5）系統(tǒng)內(nèi)部通信采用高速串口總線，站間通信采用光纖通信；

6）通信通道均采用雙通道冗余設(shè)計(jì)；

7）系統(tǒng)具有故障自動(dòng)切換功能，雙機(jī)自動(dòng)切換時(shí)能夠確保不影響現(xiàn)場狀態(tài)，滿足系統(tǒng)高可用性要求；

8）安全輸出采用輸出端口回采檢查電路以及光藕隔離驅(qū)動(dòng)方式，當(dāng)檢測到輸入與輸出不一致時(shí)，會(huì)立刻切斷輸出，并通過板級(jí)指示燈與監(jiān)測機(jī)報(bào)警；

9）安全采集采用2取2邏輯電路以及光藕隔離采集方式，當(dāng)兩路采集對(duì)比不一致時(shí)，通過板級(jí)指示燈與監(jiān)測機(jī)報(bào)警；

10）每一塊電路板均設(shè)計(jì)有硬件監(jiān)視器，防止程序跑飛；

11）系統(tǒng)配置雙UPS電源，滿足系統(tǒng)可靠性要求；

12）系統(tǒng)電源及接口均設(shè)計(jì)了電磁兼容與雷電防護(hù)。

本發(fā)明還提供了一種微機(jī)半自動(dòng)閉塞設(shè)備的工作方法。微機(jī)半自動(dòng)閉塞系統(tǒng)由邏輯處理單元、驅(qū)動(dòng)單元、采集單元、監(jiān)測單元和通信單元組成。

邏輯處理單元接收來自采集單元和通信單元的數(shù)據(jù)信息，對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，然后將輸出信息發(fā)送到驅(qū)動(dòng)單元。

采集單元對(duì)控制臺(tái)的按鈕、軌道電路條件和結(jié)合繼電器條件的狀態(tài)信息進(jìn)行采集接收，并上傳給邏輯處理單元。

驅(qū)動(dòng)單元接收來自邏輯處理單元的數(shù)據(jù)，從而對(duì)相關(guān)的表示燈、繼電器和電鈴進(jìn)行控制。

監(jiān)測單元主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測與報(bào)警維護(hù)。

通信單元主要負(fù)責(zé)傳輸各單元之間的數(shù)據(jù)和站間的閉塞數(shù)據(jù)。

微機(jī)半自動(dòng)的控制系統(tǒng)有以下特點(diǎn)：

1）控制軟件采用模塊化和結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)，程序設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化；

2）利用光纜傳輸站間閉塞信息，各站閉塞之間有獨(dú)立識(shí)別編碼；

3）傳輸協(xié)議符合《RSSP-I鐵路信號(hào)安全通協(xié)議（V1.0）》；

4）使用數(shù)字簽名、數(shù)據(jù)加密及時(shí)序校驗(yàn)技術(shù)保證信息傳輸?shù)陌踩煽浚?/p>

5）系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)及站間傳輸?shù)男畔⒕镁幋a技術(shù)，這樣可以避免數(shù)據(jù)在內(nèi)部運(yùn)算和傳輸過程中產(chǎn)生錯(cuò)碼帶來的危害；

6）信息在傳輸過程中進(jìn)行CRC編碼及幀頭、幀尾檢測，保證數(shù)據(jù)接收的可靠性與安全性；

7）系統(tǒng)邏輯條件均定義安全側(cè)值，符合鐵路安全中的“故障-安全”原則；

8）獨(dú)有的監(jiān)測機(jī)程序，直觀監(jiān)視設(shè)備狀態(tài)，具有自診斷與輔助維護(hù)的功能。

附圖說明

圖1是單線繼電半自動(dòng)閉塞示意圖；

圖2是微機(jī)半自動(dòng)組成框圖；

圖3是微機(jī)半自動(dòng)結(jié)構(gòu)框圖；

圖4是微機(jī)半自動(dòng)邏輯處理單元原理框圖；

圖5是微機(jī)半自動(dòng)驅(qū)動(dòng)采集單元原理框圖；

圖6是微機(jī)半自動(dòng)監(jiān)測單元原理框圖；

圖7是微機(jī)半自動(dòng)站間傳輸框圖；

圖8是微機(jī)半自動(dòng)機(jī)柜設(shè)計(jì)圖；

圖9是微機(jī)半自動(dòng)機(jī)柜邏輯處理層設(shè)計(jì)圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

半自動(dòng)閉塞是以出站信號(hào)機(jī)的開放作為占用區(qū)間的憑證，列車出發(fā)后即自動(dòng)關(guān)閉出站信號(hào)機(jī)。辦理閉塞手續(xù)、開放出站信號(hào)和確認(rèn)列車的完整到達(dá)，均靠人工參與；列車的出發(fā)、到達(dá)，人工辦理的信息均靠設(shè)備自動(dòng)傳遞。這種由人工辦理、確認(rèn)和設(shè)備自動(dòng)傳遞信息共同完成閉塞作用的設(shè)備稱為半自動(dòng)閉塞設(shè)備。

微機(jī)半自動(dòng)閉塞設(shè)備的工作原理：由甲站設(shè)備通過驅(qū)動(dòng)采集單元采集站內(nèi)的本地結(jié)合條件，把采集到的開關(guān)量轉(zhuǎn)化為數(shù)字信息傳遞給邏輯處理單元，邏輯處理單元將信息經(jīng)過邏輯分析后，對(duì)驅(qū)動(dòng)采集單元發(fā)出相應(yīng)動(dòng)作指令，并將經(jīng)過編碼處理的站間信息通過光纜傳輸通道傳送給乙站。

乙站的設(shè)備根據(jù)接收到的站間信息進(jìn)行譯碼校驗(yàn)后，結(jié)合采集的本站狀態(tài)通過邏輯處理單元的邏輯分析，對(duì)驅(qū)動(dòng)采集單元下發(fā)相應(yīng)動(dòng)作指令，完成站間閉塞的相關(guān)操作。

圖1的示意圖展示了繼電半自動(dòng)閉塞的基本工作原理，相鄰兩站各有一個(gè)半自動(dòng)閉塞機(jī)，站間通過電纜通信，然后通過繼電器聯(lián)鎖關(guān)系完成閉塞功能。而微機(jī)半自動(dòng)閉塞的工作原理與繼電半自動(dòng)類似，如圖7所示，微機(jī)半自動(dòng)閉塞將站間電纜換成了光纜，將車站的半自動(dòng)閉塞機(jī)換成了微機(jī)半自動(dòng)閉塞機(jī)柜。微機(jī)半自動(dòng)的交換機(jī)可以實(shí)現(xiàn)雙通道的交叉互連，達(dá)到單系設(shè)備可以使用雙通道的目的。

圖2顯示了微機(jī)半自動(dòng)的基本組成，包括了電源設(shè)備、閉塞設(shè)備、輸入輸出、監(jiān)測設(shè)備及傳輸網(wǎng)絡(luò)五大部分。其中閉塞設(shè)備是微機(jī)半自動(dòng)的處理中樞，它將輸入設(shè)備采集到的條件進(jìn)行運(yùn)算，然后將通訊數(shù)據(jù)由傳輸網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到鄰站，將顯示與動(dòng)作數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)到輸出設(shè)備，將狀態(tài)信息傳送給監(jiān)測設(shè)備。

圖3展示了微機(jī)半自動(dòng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，主要由邏輯處理單元、驅(qū)動(dòng)采集單元、通信及接口單元、監(jiān)測單元等組成。從圖3可以看出系統(tǒng)采用雙機(jī)熱備冗余方式，增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，減少了故障率；還可以看出站間傳輸通道交叉互連，互為冗余通道，使站間通信更加安全可靠。

圖4顯示了邏輯處理單元的基本原理，由兩塊邏輯處理板組成。兩塊板的主控CPU組成雙機(jī)熱備的冗余結(jié)構(gòu)，兩塊板的主控電路的硬件結(jié)構(gòu)及原理完全相同，當(dāng)任何一個(gè)發(fā)生故障或狀態(tài)異常時(shí)，設(shè)備會(huì)自動(dòng)倒機(jī)。

圖5顯示了驅(qū)動(dòng)采集單元的基本原理，由驅(qū)動(dòng)板和采集板兩部分組成：

采集板通過串口與邏輯處理板進(jìn)行通信，實(shí)時(shí)上傳本板的工作狀態(tài)及采集到的站內(nèi)結(jié)合條件的數(shù)據(jù)信息，包括控制臺(tái)按扭及軌道信息等；

安全采集電路采用2取2邏輯電路以及光藕隔離采集方式，對(duì)同一信號(hào)進(jìn)行雙路對(duì)比采集；

驅(qū)動(dòng)板通過串口與邏輯處理板進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)命令的上傳與接收，負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)控制臺(tái)上的指示燈、電鈴、計(jì)數(shù)器及開通繼電器等；

安全驅(qū)動(dòng)電路具有輸出端口回采檢查設(shè)計(jì)以及光藕隔離驅(qū)動(dòng)方式，當(dāng)檢測到輸入與輸出不一致時(shí)，會(huì)立刻通過板級(jí)指示燈與監(jiān)測機(jī)報(bào)警，并切斷輸出。

圖6顯示了監(jiān)測單元的原理，系統(tǒng)監(jiān)測層主要由工控機(jī)與推拉式顯示器組成，邏輯處理板通過隔離的RS-232將監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)送至工控機(jī)，工控機(jī)根據(jù)得到的監(jiān)測數(shù)據(jù)將系統(tǒng)狀態(tài)通過畫面直觀的顯示在監(jiān)測屏幕上，實(shí)時(shí)監(jiān)測整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。

監(jiān)測機(jī)顯示的主要內(nèi)容包括：

1） 站內(nèi)接、發(fā)車狀態(tài)顯示；

2） 邏輯板運(yùn)行在主、備狀態(tài)的顯示；

3） 邏輯板與驅(qū)動(dòng)板、采集板通信故障報(bào)警的顯示；

4） 驅(qū)動(dòng)板與邏輯板通信故障報(bào)警的顯示、驅(qū)動(dòng)板自檢故障報(bào)警的顯示；

5） 采集板與邏輯板通信故障報(bào)警的顯示、采集板自檢故障報(bào)警的顯示；

6） 本站與鄰站光纖通信通道故障報(bào)警的顯示；

7） 站內(nèi)操作及系統(tǒng)狀態(tài)故障的文字信息提示。

圖8展示了微機(jī)半自動(dòng)機(jī)柜的正反面設(shè)計(jì)圖，顯示出了機(jī)柜的布局及各單元的位置。

圖9顯示了微機(jī)半自動(dòng)的邏輯處理層的設(shè)計(jì)圖，顯示出了各個(gè)板子的相對(duì)位置及尺寸。

目前我國鐵路的單線區(qū)段，大部分采用64D半自動(dòng)閉塞設(shè)備，但是64D半自動(dòng)閉塞設(shè)備存在故障率高、不便于維護(hù)等問題。微機(jī)半自動(dòng)閉塞設(shè)備采用電子器件和光纜傳輸、雙套冗余等技術(shù)，便于現(xiàn)場維護(hù)，減少了故障，提高了運(yùn)輸效率，具有廣泛的應(yīng)用前景。

當(dāng)然，本發(fā)明還可有其它多種實(shí)施例，在不背離本發(fā)明精神及其實(shí)質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。