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1、2 0 1 2年 1 1 月 第4 8卷第 1 1期 铁 道 通 信 信 号 RA I L W AY S I GN AL L I NG C OMMU NI CA T I ON No v e mb e r 2 O1 2 Vo 1 4 8 No 1 1 电子化双线双向自动闭塞系统的设计与实现 张杰 摘 要 介 绍 时速 1 6 0 k m 以 下 即 C T C S 0 C T C S 一 1级 自动 闭塞 系统 的 电子 化研 究 与 实现 系 统主机采用二乘二取二计 算机 平 台搭载 V x Wo r k s实时操作 系统 保障 系统的 实时性和安全性 全 电子执 行模 块 用 于现 场设 备
2、 的驱 动和数 据 采集 区间控 制 软件 采用模 块化 设计 以闭塞分 区为 单位可 以根据不 同的 区间灵活组合 系统在硬件和软件设计上都遵循故 障一 安全原则 经测试 系统安全 可靠 可以在现场试点使 用 关键词 铁路信号 区间控制 全 电子化 Abs t r a c t Ai me d a t s t u d y i n g a n d i mp l e me n t i ng e l e c t r o ni c a u t o ma t i c b l o c k o f CTCS 0 a n d CTCS一 1 wi t h t r a i n r u n n i n g s p
3、 e e d o f l e s s t h a n 1 6 0 k m h t h e h o s t ma c hi ne a d o p t s Vx W o r k s r e a l t i me o p e r a t i n g s y s t e m v i a a 2 v o t e 2 c o mp u t e r p l a tf o r m t o e n s u r e t h e r e a l t i me n e s s a n d s a f e t y A1 1 一 e l e c t r o n i c e x e c u t i o n un i t s
4、 a r e u s e d f o r d r i v i n g a n d a c q u i ring t h e d a t a f r o m fie l d d e v i c e s S e c t i o n c o n t r o l s o f t wa r e wa s d e v e l o p e d b a s e d o n mo d ul a r i z a t i o n d e s i g n a n d c o u l d b e b u i l t up a c c o r d i n g t o d i f f e r e n t b l o c k
5、 s e c t i o n s f l e x i b l y o n t h e ba s e o f b l o c k u n i t s Bo t h t h e h a r d wa r e a n d s o f t wa r e we r e d e s i g n e d i n a c c o r d a n c e wi t h f a i l s afe p rin c i p l e s Th e t e s t i n g r e s u l t s s h o we d t h a t t h e s y s t e m i s s a f e a n d r e
6、 l i a b l e a n d c a n b e u s e d i n p i l o t p r o j e c t s o n t h e s p o t Ke y wo r d s Ra i l wa y s i g na l i n g S e c t i o n c o n t r o l A1 1 一 e l e c t r o ni c 由于 C T C S 0 C T C S 1级 以下简称 C O C 1 系统的区间控制全部采用继 电器组合 维护和排除 故障困难 大大降低 了 自动 闭塞区段的通过能力 所以 有必要用一种更简洁 更高效 更安全和易 维护的方案来代替
7、随着电子技术与通信技术的不 断发展 区间控制 的电子化也更体现出其优越性和 可实施性 故提出 C 0 C 1区间双线双向 自动闭塞 电子化的实现方式 1 系统硬件整体 架构 区间控制系统的主机是核心运算部分 采用二 乘二取二计算机硬件平 台 由2套联锁主机 冗余 光纤 网络和冗余热备 的实时通信单元 3部分组成 C P U主板 由 2路独立 的 C P U处理器 总线硬件 比 较控制器 硬件 自检控制器 硬件 同步控制器 I F控制部件 全局冗余 时钟 和光纤通信接 口组成 通过硬件 同步控制器 总线硬件比较控制器和软件 时间点同步相结合 的方式 实现一种 新 的同步机 制 主机通过以太 网与
8、车站联锁系统 C T C设备 监测维护终端连接通信 与邻站区间控制系统通过 张杰 兰州交通大学光电技术 与智 能控制教育部重点实验室 硕士研究生7 3 0 0 7 0 兰州 收稿 日期 2 0 1 2 0 6 0 1 站间 2 M b s 网连接通信 主机通过现场 C A N总线 与全 电子执行模块通信 进行相应设备的驱动和数 据采集 监测维护终端也从现场采集数据 并上传 集中监测系统 全电子 执行单元继 电器 采集模 块 J C J 继 电器驱动模块 J Q D 信号机点灯模块 L X A 电码化模块 Z D M 均采用 二取二 与逻辑控 制结构 具有过流保 护功能 实现了信号 的控制 监测
9、 监督一体化 C A N总线采用广播通信模式 主机将整个总线上所有模块 的数据包按地址从低到 高依次发送到 C A N总线上 然后等待 C A N总线上 的电子模块返 回状态数据 系统整体框架图如图 1 所示 2 主机软件设计 主机采用实时多任务操作系统 V x Wo r k s 该系 统由 4 0 0多个相对独立 的 短小精炼 的模块组成 用户可根据需要选择适当模块来剪裁和配置 有效 地保证 了系统的安全性和可靠性 多任务环境允许 一 个实时应用作为一系列独立任务来运行 各任务 有各 自的线程和系统资源 V x Wo r k s 系统提供多处 理器间和任务间高效的信号 消息队列 管道 网 络
10、透明的套接字和最快速的硬件 中断处理 主机的 主要功能如下 铁道通信信号2 0 1 2年第 4 8卷第 1 1 期 以 爪 筮 以A网f l l l I J I 一 一 I I I l I I 叫控 菌 制 系 统 A l BIlL 卜机 一 t ll 1 一士 i 一 I 一 一 士 i f 士 f一 II I I l l I l l I zI l l u 口 挖 制 系 统 口 他 系 统 二 驱 动 对 象 图 1 区间控制系统整体框 图 1 根据列车进路状态和轨道 区段状态 实现 区间轨道电路的载频 低频信息编码功能 并控制 区间轨道电路发送方向 2 实现区间运行方 向与闭塞控制逻辑运
11、算 3 通过 2 Mb s 端 口实现站间安全信息传输 向邻站实时传输 区间轨道电路状态 区间方 向等 安全信息 4 区间信号机点灯控制逻辑运算 5 应能实现中继站控制 区间控制主机软件流程图如图 2所示 2 1 通信初 始化模 块 主机与车站联锁系统 邻站主机和微机监测 通过以太网连接 使用 C R C校验保证数据安全 主机与全电子执行模块之间采用 C A N通信 该模 块也完成 C A N卡和通信端 口初始化 当所有 以太 网通信和 C A N通信正常时 主程序开始运行并随 时检查通信状态 否则监听等待 通信模块流程 图如 图 3所 示 2 2数据 发送 与接收模 块 根据通信协议 主机要
12、从车站联锁 系统得到 接 发车进路信息 区间方向控制命令 进站信 号机灯丝断丝信息 从邻站主机得到邻站闭塞分 区情况及线路改方信息 主机要 向车站发送 区间 方向表示信息 闭塞分 区状态信息 信号 降级信 息 离去区段防护信号机红灯断丝信息 并发给 邻站主机本站 的闭塞分 区情况及线路方 向信息 一 1 2 一 此外 主机还要发给监测维护终端区间控制主机状 态记录 区间信号点灯状态 轨道电路编码 方向 继电器驱动输出 与 Z P W 2 0 0 0系统 的接 口报警信 息等 主机要发送 的信息都有各 自的打包函数 每条 信息 4 0字节 有 C R C校验信息 对于接收到的数 据也有相应的解包
13、函数 打包 解包过程都用关键 代码段保护 保证数据安全 2 3 核心逻辑运算模块 核心运算模块分为改方逻辑模块和 自动闭塞模 块 2个主要部分 改方模块主要完成线路 的正常改 方和辅助改方 自动闭塞模块主要完成区间的信号 点灯和轨道编码 2 3 1 改方模块 与邻站通信全部采用 2 Mb s以太网 故以前 继电改方线路无论四线还是二线 全部被新的通信 方式替代 原来改方电路 的 1 6个继 电器只保留 F J 一 个实体继电器 其他 如 G F J J Q J J Q J F由于改 方逻辑和防止轻车跳动的需求 都用虚拟的方式来 实现 新的改方逻辑以四线制改方逻辑为基础 在 保证安全和继承其所有
14、优点的情况下 使改方逻辑 图 2 区间控制主机软件流程图 RAI L WAY S I GNAL L I NG C 0MMU NI C AT I ON V o 1 4 8 N o 1 1 2 0 1 2 图 3 通信模块流程 图 变得 更 简 捷 更 高效 改 方 模 块 流 程 图如 图 4 所示 图 4 改方模块流程 图 正常改方 当接车站有发车请求时 主机先检 查 J Q J F是否 吸起 如果 吸起 使接车站 G F J吸起 通过站间 2 Mb s网传给发车站 发 车站接到接车 站的发车请求时 检查在没有办理发车进路的情况 下 取消发 车权 G F J落 下 F J吸起 改 为接车 站
15、并且把改方成功标志置 1 代表发车站改方完 成 否则改方成功标志置 0 然后发 回接车站 接 车站接到发车站改方成功标 志为 1后 检查 J Q J F 是否吸起 如果 吸起则使 G F J吸起 F J落下 改 为发车站 改方成功 辅助改方 当区间故 障 某个闭塞分区 G J 无 法正常吸起 虽然 区间空闲但却无法正常改方时 由两站值班员人工确认 区间空闲后 接车站 向主机 发出辅助发车请求 主机则跳过检测 J Q J F直接使 G F J 吸起 发往发车站请求改方 发车站检测没有 发车进路则取消发车权 G F J 落下 F J吸起 改为 接车站 改方 成功标志 置 1 代表发 车站改方 完
16、成 否则改方成功标志置 0 然后发 回接车站 接 车站接到发车站改方成功标 志为 1后 使 G F J吸 起 F J 落下 改 为发 车站 等待排 出发 车进路 辅助改方成功 主机实时监测发车站与接车站 F J的状态 一 旦出现双发情况 立即导 向安全侧并报警 2 3 2自动闭塞模块 区间根据模块化设计 以闭塞分 区为单位设计 相应的类 根据功能不 同又分为普通闭塞分 区类 一 接近 二接近 三接 近类和反 向一接 近 二接 近 三接近类 其 中的核 心方法是点灯和发码逻 辑 对于三显示或四显示普通闭塞分 区的点灯和发 码 都是根据运行前方 2个或 3个闭塞分 区的 G J 来判断 对于一 二 三接近不光要根据前方闭塞 分 区的空闲情况来判断 还要根据车站发来的进路 号来判断 对于 c 0 c 1区间 根据进路号判断进 站 信 号 机 显 示 即 进 站 信 号 机 的 5个 继 电器 L X J T X J L U X J Y X J Z X J 的状态 来 控制 接近区段点灯 发码 反向运行时 所有区间信号 灯灭灯 除了反向接近区段正常发码外 其他区段 都发 白码 对于不 同区间
