無線機車信號雙機熱備控制方法
2023-09-12 22:52:00
專利名稱：無線機車信號雙機熱備控制方法
技術領域：
本發明涉及一種控制方法，特別涉及一種無線機車信號雙機熱備控制方法，屬於鐵路信號技術領域。
背景技術：
目前，在我國鐵路運輸系統中，列車運行控制設備，無論是車載控制設備還是車站地面控制設備，為了保證設備的可靠性、可用性、可維護性和安全性(即RAMS性能)大多採用冗餘措施，如3取2、2取2、雙機熱備、冷備等。無線機車信號採用無線方式替代軌道電路方式傳輸信號信息。在傳輸信號質量、信息量以及可以進行信號回示確認等多方面較既有機車信號存在很大優勢，符合未來鐵路信號發展方向。針對無線機車信號的結構、數據來源、控制方式及無線傳輸特徵，發明了一種無線機車信號雙機熱備控制方法，旨在提高無線機車信號的RAMS性能。解決列車運行過程中，信號控制設備工作不間斷問題，即一臺設備出現故障時，另一臺備用設備立即頂替其繼續工作。
發明內容
本發明的目的在於針對現有技術的不足和鐵路運輸系統中安全第一的需求，提供一種具備自主智慧財產權的無線機車信號雙機熱備控制方法。該方法為保證鐵路運行安全可靠，即在無線機車信號車站地面控制設備中，同時使用兩臺同樣的控制機，其中一臺工作，另一臺上電後備用。一旦正在工作的控制機出現故障，另一臺熱備用機通過雙機切換控制器切換立即頂替其正常繼續工作。這樣便可極大地降低無線機車信號系統出事故的概率。
為實現上述的發明目的，本發明採用下述的技術方案一種無線機車信號雙機熱備控制方法，用於無線機車信號系統中，該系統包括車站地面控制設備和至少一臺車載控制設備。其特徵在於所述無線機車信號雙機熱備控制方法中使用的控制設備，屬於車站地面控制設備，它包括上位管理機、控制機A、控制機B、雙機切換控制器、聯鎖機接口電路、兩個數傳電臺和天線組成。
所述上位管理機由工業PC機、監視器、鍵盤和滑鼠組成，它通過雙機切換控制器與控制機A和控制機B相連接；所述雙機切換控制器機內設有控制板、電源及接線端子，包括切換控制電路，隔離電路、繼電器電路和上電搶權電路，雙機切換控制器輸入端與上位管理機、車站聯鎖主機、數傳電臺天線接口相連接；雙機切換控制器輸出端與控制機A通信板和控制機B通信板、數傳電臺天線相連接；所述控制機器A和控制機B組成完全相同，它們分別由控制機主板、電子盤、通信板、I/O接口板、控制面板、系統電源、數傳電臺和心跳線組成；所述控制機A和控制機B之間通過心跳線相連接。
所述電子盤、通信板及I/O接口板接控制機主板，所述控制機主板經過所述I/O接口板接控制機面板，所述數傳電臺經過RS-232接口接通信板，經雙機切換控制器接所述天線。
本發明無線機車信號雙機熱備控制方法，其特徵在於所述雙機熱備控制方法是控制機A和控制機B採用控制權競爭的切換機制方式，即控制機A和控制機B同時上電後，通過搶權電路進行控制權搶權，獲得控制權的為主控機執行控制任務，失權者為熱備用機；非同時上電時，上電者為主控機，後上電者為備用機，此時切換裝置自動倒向主控機一側，接通相關電路；主控機工作時向熱備用機發送站場數據，列車數據和心跳幀，熱備用機在規定時間內未能接收到主控機的心跳信息，則(1)如果此時控制機A為主控機，熱備用機即控制機B啟動切換裝置，利用動態控制電路驅動繼電器組接通各通道與熱備用機相連，控制機B由熱備用機變成主控機執行任務；(2)如果此時控制機B為主控機，切換電路中繼電器失電，根據繼電器自動復位特性，接通各通道與熱備用機即控制機A相連，控制機A由熱備用機變成主控機執行控制任務。
本發明無線機車信號雙機熱備控制方法，是申請人獨立自主開發的控制方法，它不僅具有無線通信功能，還兼有強大的控制功能。它採用雙機熱備方式，當正在運行的主控機由於硬體故障、程序轉飛、通信鎖死或外部連線斷開等原因，認定為控制機故障，立即執行自動切換，另一臺主機頂替其工作。當需要進行維護或進行切換檢查時，進行人工手動切換，這樣便可極大地降低無線機車信號系統出事故的概率，保證整個無線機車信號系統運行的安全可靠。
下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步的說明。
圖1為切換前後控制機通信過程示意圖；圖2為無線機車信號地面控制設備雙機熱備結構示意圖；圖3為無線機車信號地面控制設備雙機熱備內部電路原理圖；圖4為無線機車信號地面控制櫃示意圖。
具體實施例方式如圖2、3所示，本發明無線機車信號雙機熱備控制由A、B兩組組成完全相同，可以各自獨立運行的控制設備構成，分別在圖中標記為A和B。在使用時，一組設備正常運行，另一組設備則上電，處於隨時待命狀態。
兩組控制設備共用一臺雙機切換控制器，機合內設有控制板，接線端子。包括切換控制電路、隔離電路、繼電器電路、上電搶權電路。它與上位管理機相連接，上位管理機即為一臺工業控制用PC計算機。雙機切換控制器還具有微機聯鎖接口，以與車站聯鎖主機相連接。8串口通信板為EMM-8M-XT通信板，它接控制機主板，控制機主板為盛博SCM/Super Dxni，其上具有硬碟接口接DOC2000電子盤。控制機主板經過I/O接口板GMM-48接控制面板KZ001。通信板經過RS-232接口接數傳電臺MDS4710C，數傳電臺接電臺天線TQJ-450K全向天線。通信板A和通信板B通過RS-232接口與雙機切換控制器及數傳電臺相連接；上述的各種電路板皆為成型通用的商品電路板，在此不作詳細說明。
如圖4所示，本發現無線機車信號雙機熱備控制的地面控制設備安裝在封閉櫃體內。櫃體的正面從上到下依次是監示器，控制機A、控制機B、鍵盤和上位管理機。
本發明無線機車信號雙機熱備車站地面控制設備是對本站控制範圍內所有列車實行註冊、註銷管理；建立列車與進路的對應關係；實時地接收聯鎖和列車信息，根據聯鎖條件和列車運行位置生成控制命令；將控制命令通過無線方式發送到列車上，指揮列車安全運行。
上位管理機是動態監視車站軌道及列車佔用，監視管轄內列車信號顯示；記錄機車信號運行數據，數據查詢和回放；提供人機互動操作界線，對掉線、故障等異常列車人工鍵入。
本發明無線機車信號雙機熱備控制機的作用是(1)數據採集與存儲，採集的數據包括聯鎖數據、列車數據和管理機控制命令。
(2)列車管理與控制命令生成，對接近列車進行註冊，對出站列車註銷；建立列車與進路的對應關係；根據聯鎖條件和列車運行位置生成控制命令。
(3)將控制命令通過無線方式發送到列車上並接收列車回示信息，確認信息的完整性和正確性。
(4)實現與上位管理機、車載設備和熱備用機的信息交互，接收聯鎖信息。
(5)面板控制與顯示，面板上設置手動切換按紐、復位按鈕和電源開關，設有機車號和股道表示數碼管，通信收發指示燈、上下行、進出站、工作及報警指示燈，機車信號發出信號燈和回示信號燈。
(6)雙機切換控制。
本發明無線機車信號雙機熱備的基本功能是實現手動切換和故障時自動切換；控制機A和控制機B在電路、連接及安裝方面相對獨立，其中一臺故障機可從機櫃中取出進行檢修，不影響主機工作；在切換過程中，能保證站場數據和列車數據不丟失；控制機A，控制機B上電後，可進行控制板搶權；切換完成後，能保證主機與聯鎖、車載設備、上位管理機正常通信；切換完成後，能保證主機不會因為數據短缺造成信號升級顯示。
本發明無線機車信號雙機熱備的切換機制是1、切換條件當正在運行的主機或備機由於硬體故障、程序轉飛、通信鎖死、無線鏈路中斷或外部連線斷開等原因，認定為控制機故障，執行自動切換；當需要進行維護或進行切換檢查，可進行人工手動切換。
2、切換過程中的信息交互，如圖1所示，切換前是控制機A工作，控制機B備用。聯鎖至控制機A(單向)聯鎖信息，包括上下行進出站信號、軌道佔用、道岔定反位、進路、引導等信息。控制機A與列車車載設備之間(雙向)控制機A將機車信號、進路信息及控制命令等發送到列車上；車載設備將機車回示信號、列車位置、應答器編號、機車號及公裡標等信息返回給控制機A。控制機A與上位管理機之間(雙向)站場數據、列車數據和控制命令。控制機A至控制機B(單向)站場數據、列車數據和心跳幀。
切換後是控制機B工作，控制機A備用。聯鎖至控制機B(單向)聯鎖信息，包括上下行進出站信號、軌道佔用、道岔定反位、進路、引導等信息。控制機B與列車車載設備之間(雙向)控制機B將機車信號、進路信息及控制命令等發送到列車上；車載設備將機車信號回示信號、列車位置、應答器編號、機車號及公裡標等信息返回給控制機B。控制機B與上位管理機之間(雙向)站場數據、列車數據和控制命令。控制機B至控制機A(單向)站場數據、列車數據和心跳幀。
3、切換過程控制機A和控制機B同時上電後，通過競爭搶權獲得控制權者為主控機，另者為備用機；非同時上電時，先上電者為主控機，後上電者為備用機。此時切換裝置自動倒向主機一側，接通相關電路。備用機失電、故障或需要維修從機櫃中取出時，不影響主機工作。主控機工作時向備用機發送站場數據、列車數據和心跳幀，備用機在規定時間內未能接收到主控機的心跳信息，則(1)如果此時控制機A為主控機，備用機即控制機B啟動切換控制，利用動態控制電路驅動繼電器組接通各通道與備用機相連，控制機B由備用機變成主控機執行控制任務；(2)如果此時控制機B為主控機，切換電路中繼電器失電，根據繼電器自動復位特性，接通各通道與備用機即控制機A相連，控制機A由備用機變成主控機執行控制任務。
4、切換特性(1)完整性每幀數據的完整性，從接收信息幀頭，字節數及校驗和確定一幀數據的完整性。切換時主機將管轄內的列車數量、信號內容、所在股道、進路等列車數據，以及站場數據與備機進行交接，備用機得到接管控制的完整的初始數據。控制機在一個控制周內，聯鎖信息、列車位置和信號信息，必須是實時更新後的數據，保證數據的齊備和運算的準確性。
(2)可靠性基於數傳電臺的無線機車信號有四路串行通道，基本GSM-R網絡的無線機車信號根據列車多少，至少有八路串行通道。為了保證傳輸實時性，每個通道都採用中斷方式與地面設備控制機進行通信。其中與一列列車的通信堵塞時，不能影響對其他列車的控制。無線機車信號地面裝置採用地址碼、時間戳、註冊號三維控制技術來保證無線傳輸的可靠性。
(3)時效性無線機車信號地面控制櫃以事件組合、事件的順序及事件的狀態為基礎，採用自律輪詢優化控制方法。在不同事件中設置時間戳，超過規定時間被認為失效。當前狀態的聯鎖信息不能與前一狀態的列車信息或者為前狀態的列車信息不能與前一狀態的聯鎖信息生成機車信號。
(4)穩定性切換前後狀態唯一，切換電路穩定可靠。
5、控制權競爭控制機A與控制機B同時上電後，通過搶權電路進行控制權搶權，獲得控制權的為主控機執行控制任務，失權者為熱備用機。
權利要求
1.一種無線機車信號雙機熱備控制方法，用於無線機車信號系統中，該系統包括車站地面控制設備和至少一個車載設備。其特徵在於所述的無線機車信號雙機熱備控制方法中的控制設備，屬於車站地面控制設備，它包括上位管理機、控制機A、控制機B、雙機切換控制器、聯鎖機接口電路、兩個數傳電臺和天線；所述上位管理機由工業PC機、監視器、鍵盤和滑鼠組成，它通過雙機切換控制器與控制機A和控制機B相連接；所述雙機切換控制器機內設有控制板、電源及接線端子，包括切換控制電路，隔離電路、繼電器電路和上電搶權電路，雙機切換控制器輸入端與上位管理機、車站聯鎖主機、數傳電臺天線接口相連接；雙機切換控制器輸出端與控制機A通信板和控制機B通信板、數傳電臺天線相連接；所述控制機器A和控制機B組成完全相同，它們分別由控制機主板、電子盤、通信板、I/O接口板、控制面板、系統電源、數傳電臺和心跳線組成；所述控制機A和控制機B之間通過心跳線相連接。所述電子盤、通信板及I/O接口板接控制機主板，所述控制機主板經過所述I/O接口板接控制機面板，所述數傳電臺經過RS-232接口接通信板，經雙機切換控制器接所述天線。
2.根據權利要求1所述無線機車信號雙機熱備控制方法，其特徵在於所述雙機熱備控制方法是控制機A和控制機B採用控制權競爭的切換機制方式，即控制機A和控制機B同時上電後，通過搶權電路進行控制權搶權，獲得控制權的為主控機執行控制任務，失權者為熱備用機；非同時上電時，先上電者為主控機，後上電者為備用機，此時切換裝置自動倒向主控機一側，接通相關電路；主控機工作時向熱備用機發送站場數據，列車數據和心跳幀，熱備用機在規定時間內未能接收到主控機的心跳信息，則(1)如果此時控制機A為主控機，熱備用機即控制機B啟動切換裝置，利用動態控制電路驅動繼電器組接通各通道與熱備用機相連，控制機B由熱備用機變成主控機執行任務；(2)如果此時控制機B為主控機，切換電路中繼電器失電，根據繼電器自動復位特性，接通各通道與熱備用機即控制機A相連，控制機A由熱備用機變成主控機執行控制任務。
3.根據權利要求1、2所述的無線機車信號雙機熱備控制方法，其特徵在於所述的雙機熱備切換條件是當正在運行的主控機由於硬體故障、程序轉飛、通信鎖死、無線鏈路中斷或外部連線斷開等原因，認定為控制機故障，切換控制裝置執行自動切換；當需要進行維護或進行切換檢查時，進行人工手動切換。
全文摘要
本發明公開了一種無線機車信號雙機熱備控制方法，用於無線機車信號系統。該方法是在無線機車信號地面控制設備中，同時使用兩臺結構完全相同的控制機，其中一臺作為主控機執行控制任務，另一臺作為備用機處於上電熱備狀態。當主控機出現故障時，熱備用機通過自動切換方式立即頂替其工作，執行控制任務，此時熱備用機就變為主控機。這樣雙機熱備控制可大大地降低無線機車信號系統故障率，保證鐵路運輸安全可靠。
文檔編號H04B1/74GK1775606SQ20051013457
公開日2006年5月24日 申請日期2005年12月19日 優先權日2005年12月19日
發明者王俊峰, 陳煒, 熊坤 申請人:北京交通大學