基于光纤通信的半自动闭塞系统_杨昭军
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参 考文献
1 中华人民共和国铁道部 1 铁路技术管理规程 1R21 北京: 中国铁道出版社, 20061
2 中华人民共和国铁道部 1 铁路信号维护规则 1R21 北京: 中国铁道出版社, 20061
3 蒋笑冰 1 现 代铁 路通信 新技 术 1M 21 北京: 中 国铁 道出 版社, 20061 (责任编辑: 张 利 )
4 系统技术特点
411 动态采集驱动 系统的动态采集驱动模块主要是为了满足铁路
对区间控制系统安全性的要求。 动态采集: 数据采集电路只有采集到特定频率
的、稳定的动态信息, 才认为继电器已经吸起。 动态驱动: 只有特定频率范围内的动态信号,
才能控制继电 器驱动电路, 输出满足要求 的驱动 电平。
动态采集驱动电路有效地排除了硬件误动带来 的安全隐患, 提高了系统的安全性。 412 结构冗余设计
系统内部通信采用被广泛应用的 USART 通信 协议, 并预 留了 E thernet 接口 和 CAN 通 信接 口, 能方 便 与 其他 通 信网 络 对 接, 提 高 了 系统 的 兼 容性。
外部通信采用符合欧洲标准的 E1光纤通信协 议, E1 采 用 PCM 编 码, 最 高 传 输 速 率 可 高 达 2M b / s, 完全能满足系统对于通信速率的要求。同
2007年 11月 第 43卷 第 11期
铁 道通 信信号 RA ILW AY S IGNALL ING & COMMUN ICAT ION
O ctober12007 V o l143 N o111
基于光纤通信的半自动闭塞系统
地方铁路
杨昭军* 徐洪泽* * 岳 强* * *
摘要: 分析了半自动闭塞系统的功能需求, 指出了继电半自动闭塞系统的不足。给出了基于光纤 通信网的计算机半自动闭塞系统设计方案。研制光纤半自动闭塞系统的工程样机并成功应用于舞 钢线铁山等车站, 应用效果表明, 该系统满足半自动闭塞系统的功能和安全需求。 关键词: 半自动闭塞系统; 光纤通信网; 安全性 Abstract: T he functional requirem ents o f relay sem iautom at ic b lock system w ere ana lyzed and the drawbacks of relay sem iautom a tic b lock system w ere po inted ou.t The design o f compu ter netw ork w as proposed. The sam ple equipm ent of optic fiber sem iautom atic block system w as successfully developed and app lied at T ieshan stat ion on W ugang line. T he effects of its application show ed that it satisf ied the requirem en ts o f stab ility and security for sem iautom at ic b lock system. K ey w ord s: Sem iautom atic b lock system; Optical f iber netw ork; Security
参 考文献
Hale Waihona Puke Baidu
1 冉茂盛. 继 电半 自动 闭塞 1M 2. 北 京: 中 国铁 道 出版 社,
1985: 1- 2411 2 刘芳. 实现信号半自动闭塞 光通道 传输的 方案 1 J2. 铁道
通信信号, 2006( 4): 401 3 刘名元, 郭进. 铁路站间自动闭塞信息传输和热 备的研究
1 J2. 铁路计算机应用, 2005, 14( 1): 12- 141 4 肖运勇, 利用光缆传输继电 半自动 闭塞信 号 1 J2. 铁道通
2 硬件系统设计
本着最大限度利用原有资源的原则, 改造方案 为: 保留原有的 64D 型继电半自动闭 塞组合, 闭 塞逻辑不变; 区间通信采用原有的光纤通信网; 设 计了全新的动态采集驱动电路。 211 结构设计
系统主要由电源、中心控制单元及与其他系统 的接口 组成, 其具体 功能由分立的 电源板、控制
MCU 采用了 W atchdog 复位设计, 可以有效防 止软件异常或错误。
系统通信信息的接收采用了中断方式, 软件可 以在任何时候响应由接收引起的中断, 提高了系统 的实时性; 同时软件中还设 计了超时静态 保护模 块, 若超过规定时间没有接收到对方信息, 将不作 出任何改变原有系统状态的决策。系统安全性及可 靠性得到了很好的保障。
) 21 )
铁道通信信号 2007年第 43卷第 11期
在未重新办理闭塞之前, 双方车站都不能再向该区 间发车, 出站信号机不能再次开放。
4. 接车站确认列车完整到达后, 方可办理闭 塞解除手续, 两站闭塞机复原。
5. 必须符合故障-安全原则。 6. 需要在区间两侧的分界点之间实时交换操 作员的操作信息和闭塞机的状态信息。根据接收到 的信息控制本地闭塞机继电器。同时, 需要在操作 箱上正确给出闭塞系统的状态指示。 112 光纤半自动闭塞系统原理 光纤半自动闭塞系统以微控制器 M CU ( M icro Con tro ller Un it ) 为控制 核心。系统通过信息采集 电路实时地采集本地闭塞机继电器状态, 将模拟状 态信息转换成数字信息并发送到通信网; 同时对接 收到的信息进行译码, 并根据闭塞规则输出控制信 号, 驱动本地闭塞机继电器。 系统上电工作后, 动态信息源电路不间断地为 闭塞机继电器中接点提供一定频率的动态信号。同 时动态采集电路实时采集继电器与中接点同组的前 接点状态, 若系统能采集到与中接点频率一致的、 稳定的动态信号, 则证明继电器在吸起状态, 反之 则在落下状态。 在闭塞手 续的办理过程中, 若相关 继电器吸 起, 则 MCU 立即把采集到的继电器状态按协议规 则进行软件编码, 编码后的信息通过串行口发送到 / UART \光 纤网 络转换 器 0, 并 利用 光纤通 信网 络, 将信息传输到目标区间的另外一端。若系统空 闲, 则以 015s 为周 期向 对方 发 送相 关继 电 器的 信息。 区间另一侧的闭塞系统接收到信息后, 对信息 进行校验和译码, 并根据通信协议和闭塞规则给出 继电器驱动电路的动态控制信号, 驱动相应的继电 器, 同时在控制台上给出正确的指示, 并将本地闭 塞机的状态信息传输给对方。
) 22 )
板、通信板和底板实现。 各功能电路板安装在 3U / 84TE 的标准工业机
箱内, 此机箱符合 IEEE 110111机械标准结构欧卡 标准, 是一种高密度、高扩展性、高稳定性的硬件 架构。这不仅在物理上为系统提供了可靠支撑, 而 且提高了系统的可维护性。当系统发生故障时, 只 需直接更换发生故障的电路板即可。
1. 对于本地继电器的信息采集以双路方式进 行, 只有当同一继电器的 2个不同组的前接点同时 采集到动态信息, 才认为此继电器已动作。
2. 系统的各功能模块设计成热备冗余形式, 并 含有相应的通道选择和切换模块, 以保证在某个功 能模块发生故障的情况下传输系统仍能可靠工作。
5 结论
此套光纤半自动闭塞系统已应用于舞钢线等多 条线路车站。现场应用效果表明: 该系统满足半自 动闭塞系统的功能和安全需求, 工作稳定可靠。到 目前为止, 所有光纤半自动 闭塞系统皆无 故障记 录, 线路运行效率得到了较大提高。
信信号, 2003( 7): 141
(责任编辑: 张 利 )
) 23 )
图 1 系统总体结构图
212 中心控制单元 核心器件为 M CU, 另外还包 括动态信息源模
块、继电器动态采集模块、继电器动态驱动模块、 通信控制模块以及系统状态显示模块。M CU 完成 的功能有: 给与闭塞相关的继电器中接点提供特定 频率的动态信 号; 本地闭塞 机状态信息采 集与编 码、发送; 对接收到的信息进行译码; 为继电器驱 动电路提供特定频率的动态控制信号; 驱动显示设 备显示系统状态。 213 通信控制单元
北京交通大学自动控制工程系 100044 北京 * 硕士研究生 ** 教授 *** 讲师 收稿日期: 2007-06-14
调度用的电话网络为光纤通信网。根据舞钢线的实 际情况, 研制了一套基于光纤通信网络的半自动闭 塞系统。
1 系统功能需求及工作原理
111 继电半自动闭塞的技术要求 1. 若车站要向区间发车, 必须检查区间是否
RA ILWAY SIGNA LL ING & COMM UN ICAT ION V o l1 43 N o1 11 2007
时以光信号取代普通电信号作为信息载体, 利用光 纤优异的衰耗性能、抗干扰能力、高可靠性和宽带 性能, 使信息的理论传输距离可以满足任何大小区 间的应用。
接口主要包括与闭塞机、与车站联锁系统, 以 及与光纤通信网络协议转换器等的接口。
底板固定在机箱的背面; 电源板、控制板、通 信板从机箱正面插入, 通过 64针插头与底板相连 接。为了使维护人员定位故障变得简单, 各功能模 块设计在独立的电路板上并通过底板进行联系, 外 部设备 ( 如继电器、通信协议转换 器 ) 连 接口也 在底板上。控制板的继电器动态采集、驱动电路通 过 16芯接头分别与闭塞机继电器的节点和线圈连 接。系统的总体结构如图 1。
我国单线铁路大多采 用 64D 型继电半自动闭 塞系统。它是利用继电器电路的逻辑关系实现分界 点之间的联系, 以闭塞机继电器吸起产生的普通电 平信号作为信息载体, 通过电缆传输闭塞系统的状 态信息。继电半自动闭塞系统信息在电通道中的无 中继传输能力不强, 容易受到外界环境的干扰, 影 响了线路的安全性能和运营效率, 且不利于铁路信 息化。舞钢线是隶属于舞钢集团的地方单线铁路,
在空闲状态。 2. 若区间空闲, 在取得对方站同意并取消对
方站发车权后, 方可向区间发车。 3. 列车进入 区间后, 出站 信号机 自动关 闭。
图 1 道岔模拟盘、分线盘及道岔模块示 意图
盘、分线盘及道岔模块示意图如图 1所示。在制作 道岔的模拟电路时, 要在分线盘加 1个三位的钮子
开关和 2个二极管, 通过手动来倒换道岔的定反位 表示。这就要求在做道岔控制电路的模拟试验时, 要特别注意核对道岔的室内外状态及控制台表示, 做到三点检查。
3 软件系统设计
系统软件的主要功能是控制硬件完成信息的采 集校验, 信息的编码、发送、接收、校验、译码以 及控制信号的输出, 其主程序流程及中断服务程序 流程图分别如图 2、图 3所示。
图 2 主程序流程图
图 3 中断服务程序流程图
软件编码采用带校验的安全型编码方法, 即 使系统发生意外故障, 本地系统发送给目标系统的 信息码也为故障-安全的信息码。信息的发送采用 带校验的方式, 不会 因为系统故障 而引发安全事 故, 符合故障-安全原则。
1 中华人民共和国铁道部 1 铁路技术管理规程 1R21 北京: 中国铁道出版社, 20061
2 中华人民共和国铁道部 1 铁路信号维护规则 1R21 北京: 中国铁道出版社, 20061
3 蒋笑冰 1 现 代铁 路通信 新技 术 1M 21 北京: 中 国铁 道出 版社, 20061 (责任编辑: 张 利 )
4 系统技术特点
411 动态采集驱动 系统的动态采集驱动模块主要是为了满足铁路
对区间控制系统安全性的要求。 动态采集: 数据采集电路只有采集到特定频率
的、稳定的动态信息, 才认为继电器已经吸起。 动态驱动: 只有特定频率范围内的动态信号,
才能控制继电 器驱动电路, 输出满足要求 的驱动 电平。
动态采集驱动电路有效地排除了硬件误动带来 的安全隐患, 提高了系统的安全性。 412 结构冗余设计
系统内部通信采用被广泛应用的 USART 通信 协议, 并预 留了 E thernet 接口 和 CAN 通 信接 口, 能方 便 与 其他 通 信网 络 对 接, 提 高 了 系统 的 兼 容性。
外部通信采用符合欧洲标准的 E1光纤通信协 议, E1 采 用 PCM 编 码, 最 高 传 输 速 率 可 高 达 2M b / s, 完全能满足系统对于通信速率的要求。同
2007年 11月 第 43卷 第 11期
铁 道通 信信号 RA ILW AY S IGNALL ING & COMMUN ICAT ION
O ctober12007 V o l143 N o111
基于光纤通信的半自动闭塞系统
地方铁路
杨昭军* 徐洪泽* * 岳 强* * *
摘要: 分析了半自动闭塞系统的功能需求, 指出了继电半自动闭塞系统的不足。给出了基于光纤 通信网的计算机半自动闭塞系统设计方案。研制光纤半自动闭塞系统的工程样机并成功应用于舞 钢线铁山等车站, 应用效果表明, 该系统满足半自动闭塞系统的功能和安全需求。 关键词: 半自动闭塞系统; 光纤通信网; 安全性 Abstract: T he functional requirem ents o f relay sem iautom at ic b lock system w ere ana lyzed and the drawbacks of relay sem iautom a tic b lock system w ere po inted ou.t The design o f compu ter netw ork w as proposed. The sam ple equipm ent of optic fiber sem iautom atic block system w as successfully developed and app lied at T ieshan stat ion on W ugang line. T he effects of its application show ed that it satisf ied the requirem en ts o f stab ility and security for sem iautom at ic b lock system. K ey w ord s: Sem iautom atic b lock system; Optical f iber netw ork; Security
参 考文献
Hale Waihona Puke Baidu
1 冉茂盛. 继 电半 自动 闭塞 1M 2. 北 京: 中 国铁 道 出版 社,
1985: 1- 2411 2 刘芳. 实现信号半自动闭塞 光通道 传输的 方案 1 J2. 铁道
通信信号, 2006( 4): 401 3 刘名元, 郭进. 铁路站间自动闭塞信息传输和热 备的研究
1 J2. 铁路计算机应用, 2005, 14( 1): 12- 141 4 肖运勇, 利用光缆传输继电 半自动 闭塞信 号 1 J2. 铁道通
2 硬件系统设计
本着最大限度利用原有资源的原则, 改造方案 为: 保留原有的 64D 型继电半自动闭 塞组合, 闭 塞逻辑不变; 区间通信采用原有的光纤通信网; 设 计了全新的动态采集驱动电路。 211 结构设计
系统主要由电源、中心控制单元及与其他系统 的接口 组成, 其具体 功能由分立的 电源板、控制
MCU 采用了 W atchdog 复位设计, 可以有效防 止软件异常或错误。
系统通信信息的接收采用了中断方式, 软件可 以在任何时候响应由接收引起的中断, 提高了系统 的实时性; 同时软件中还设 计了超时静态 保护模 块, 若超过规定时间没有接收到对方信息, 将不作 出任何改变原有系统状态的决策。系统安全性及可 靠性得到了很好的保障。
) 21 )
铁道通信信号 2007年第 43卷第 11期
在未重新办理闭塞之前, 双方车站都不能再向该区 间发车, 出站信号机不能再次开放。
4. 接车站确认列车完整到达后, 方可办理闭 塞解除手续, 两站闭塞机复原。
5. 必须符合故障-安全原则。 6. 需要在区间两侧的分界点之间实时交换操 作员的操作信息和闭塞机的状态信息。根据接收到 的信息控制本地闭塞机继电器。同时, 需要在操作 箱上正确给出闭塞系统的状态指示。 112 光纤半自动闭塞系统原理 光纤半自动闭塞系统以微控制器 M CU ( M icro Con tro ller Un it ) 为控制 核心。系统通过信息采集 电路实时地采集本地闭塞机继电器状态, 将模拟状 态信息转换成数字信息并发送到通信网; 同时对接 收到的信息进行译码, 并根据闭塞规则输出控制信 号, 驱动本地闭塞机继电器。 系统上电工作后, 动态信息源电路不间断地为 闭塞机继电器中接点提供一定频率的动态信号。同 时动态采集电路实时采集继电器与中接点同组的前 接点状态, 若系统能采集到与中接点频率一致的、 稳定的动态信号, 则证明继电器在吸起状态, 反之 则在落下状态。 在闭塞手 续的办理过程中, 若相关 继电器吸 起, 则 MCU 立即把采集到的继电器状态按协议规 则进行软件编码, 编码后的信息通过串行口发送到 / UART \光 纤网 络转换 器 0, 并 利用 光纤通 信网 络, 将信息传输到目标区间的另外一端。若系统空 闲, 则以 015s 为周 期向 对方 发 送相 关继 电 器的 信息。 区间另一侧的闭塞系统接收到信息后, 对信息 进行校验和译码, 并根据通信协议和闭塞规则给出 继电器驱动电路的动态控制信号, 驱动相应的继电 器, 同时在控制台上给出正确的指示, 并将本地闭 塞机的状态信息传输给对方。
) 22 )
板、通信板和底板实现。 各功能电路板安装在 3U / 84TE 的标准工业机
箱内, 此机箱符合 IEEE 110111机械标准结构欧卡 标准, 是一种高密度、高扩展性、高稳定性的硬件 架构。这不仅在物理上为系统提供了可靠支撑, 而 且提高了系统的可维护性。当系统发生故障时, 只 需直接更换发生故障的电路板即可。
1. 对于本地继电器的信息采集以双路方式进 行, 只有当同一继电器的 2个不同组的前接点同时 采集到动态信息, 才认为此继电器已动作。
2. 系统的各功能模块设计成热备冗余形式, 并 含有相应的通道选择和切换模块, 以保证在某个功 能模块发生故障的情况下传输系统仍能可靠工作。
5 结论
此套光纤半自动闭塞系统已应用于舞钢线等多 条线路车站。现场应用效果表明: 该系统满足半自 动闭塞系统的功能和安全需求, 工作稳定可靠。到 目前为止, 所有光纤半自动 闭塞系统皆无 故障记 录, 线路运行效率得到了较大提高。
信信号, 2003( 7): 141
(责任编辑: 张 利 )
) 23 )
图 1 系统总体结构图
212 中心控制单元 核心器件为 M CU, 另外还包 括动态信息源模
块、继电器动态采集模块、继电器动态驱动模块、 通信控制模块以及系统状态显示模块。M CU 完成 的功能有: 给与闭塞相关的继电器中接点提供特定 频率的动态信 号; 本地闭塞 机状态信息采 集与编 码、发送; 对接收到的信息进行译码; 为继电器驱 动电路提供特定频率的动态控制信号; 驱动显示设 备显示系统状态。 213 通信控制单元
北京交通大学自动控制工程系 100044 北京 * 硕士研究生 ** 教授 *** 讲师 收稿日期: 2007-06-14
调度用的电话网络为光纤通信网。根据舞钢线的实 际情况, 研制了一套基于光纤通信网络的半自动闭 塞系统。
1 系统功能需求及工作原理
111 继电半自动闭塞的技术要求 1. 若车站要向区间发车, 必须检查区间是否
RA ILWAY SIGNA LL ING & COMM UN ICAT ION V o l1 43 N o1 11 2007
时以光信号取代普通电信号作为信息载体, 利用光 纤优异的衰耗性能、抗干扰能力、高可靠性和宽带 性能, 使信息的理论传输距离可以满足任何大小区 间的应用。
接口主要包括与闭塞机、与车站联锁系统, 以 及与光纤通信网络协议转换器等的接口。
底板固定在机箱的背面; 电源板、控制板、通 信板从机箱正面插入, 通过 64针插头与底板相连 接。为了使维护人员定位故障变得简单, 各功能模 块设计在独立的电路板上并通过底板进行联系, 外 部设备 ( 如继电器、通信协议转换 器 ) 连 接口也 在底板上。控制板的继电器动态采集、驱动电路通 过 16芯接头分别与闭塞机继电器的节点和线圈连 接。系统的总体结构如图 1。
我国单线铁路大多采 用 64D 型继电半自动闭 塞系统。它是利用继电器电路的逻辑关系实现分界 点之间的联系, 以闭塞机继电器吸起产生的普通电 平信号作为信息载体, 通过电缆传输闭塞系统的状 态信息。继电半自动闭塞系统信息在电通道中的无 中继传输能力不强, 容易受到外界环境的干扰, 影 响了线路的安全性能和运营效率, 且不利于铁路信 息化。舞钢线是隶属于舞钢集团的地方单线铁路,
在空闲状态。 2. 若区间空闲, 在取得对方站同意并取消对
方站发车权后, 方可向区间发车。 3. 列车进入 区间后, 出站 信号机 自动关 闭。
图 1 道岔模拟盘、分线盘及道岔模块示 意图
盘、分线盘及道岔模块示意图如图 1所示。在制作 道岔的模拟电路时, 要在分线盘加 1个三位的钮子
开关和 2个二极管, 通过手动来倒换道岔的定反位 表示。这就要求在做道岔控制电路的模拟试验时, 要特别注意核对道岔的室内外状态及控制台表示, 做到三点检查。
3 软件系统设计
系统软件的主要功能是控制硬件完成信息的采 集校验, 信息的编码、发送、接收、校验、译码以 及控制信号的输出, 其主程序流程及中断服务程序 流程图分别如图 2、图 3所示。
图 2 主程序流程图
图 3 中断服务程序流程图
软件编码采用带校验的安全型编码方法, 即 使系统发生意外故障, 本地系统发送给目标系统的 信息码也为故障-安全的信息码。信息的发送采用 带校验的方式, 不会 因为系统故障 而引发安全事 故, 符合故障-安全原则。