基于通信網(wǎng)絡(luò)控制的信號機(jī)點(diǎn)燈系統(tǒng)的設(shè)計

高陳江 陳紅霞 田仕林 賈俊強(qiáng) 劉心海

摘? 要：文章首先對目前信號控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀和存在的問題分析，設(shè)計了基于通信控制的信號機(jī)點(diǎn)燈系統(tǒng)的設(shè)計，采用雙網(wǎng)、雙電源對LED信號燈進(jìn)行通信網(wǎng)絡(luò)控制，接收計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的控制命令實現(xiàn)點(diǎn)燈，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，易維護(hù)，并且能夠監(jiān)測故障實現(xiàn)故障定位，該設(shè)計方案提高了系統(tǒng)的安全性、可靠性和可維護(hù)性，為全電子計算機(jī)聯(lián)鎖的設(shè)計提供一定的參考價值。

關(guān)鍵詞：2乘2取2;冗余;計算機(jī)聯(lián)鎖;信號機(jī)點(diǎn)燈

中圖分類號：U284.1? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）09-0052-02

Abstract： In this paper， the present situation and existing problems of the signal control system are analyzed， and the design of the signal lighting system based on communication control is designed. The communication network control of LED signal lamp is carried out using double network and double power supply. Receiving the control command of the computer interlocking system to realize the lighting， the system structure is simple， easy to maintain， and can monitor the fault to achieve fault location. The design scheme improves the security， reliability and maintainability of the system. It provides a certain reference value for the design of all-computer interlocking.

Keywords： Double 2-vote-2; redundancy; computer interlocking; signal light

隨著高速鐵路和客運(yùn)專線的建設(shè)，車站信號控制系統(tǒng)已是不可或缺的信號系統(tǒng)之一，目前主要采用計算機(jī)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)，計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)核心運(yùn)算部分都由計算機(jī)來進(jìn)行實現(xiàn)，但執(zhí)行電路仍采用原來6502電氣集中聯(lián)鎖的繼電控制電路。但現(xiàn)實是繼電電路沒有冗余設(shè)計，故障處理難度大，故障恢復(fù)不及時直接影響整個系統(tǒng)的可靠性;繼電電路施工周期長、電纜接口多、投入大、改造施工和施工調(diào)整不方便等缺點(diǎn)已成為發(fā)展計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的一個瓶頸，與此同時隨著全電子計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的發(fā)展，傳統(tǒng)信號電燈電路也不能很好地配合全電子計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)。因此，迫切研制新型的基于通信控制的信號點(diǎn)燈系統(tǒng)成為必然趨勢。本文以此為背景，提出基于通信網(wǎng)絡(luò)控制的信號點(diǎn)燈方案，采用模塊化和冗余設(shè)計，增加設(shè)計的靈活性和可靠性，同時也減少了維修人員工作強(qiáng)度和工作量。

1 系統(tǒng)設(shè)計思想

計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的聯(lián)鎖機(jī)主要是采集現(xiàn)場信號設(shè)備的狀態(tài)信息，進(jìn)行聯(lián)鎖邏輯運(yùn)算在顯示設(shè)備上進(jìn)行顯示，同時接受控制臺的控制信息輸出驅(qū)動命令經(jīng)過接口架、組合柜、分線盤到室外控制信號設(shè)備的?；谕ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)控制的信號點(diǎn)燈系統(tǒng)，就是取消原來的繼電器，經(jīng)聯(lián)鎖機(jī)輸出驅(qū)動命令直接控制室外信號設(shè)備。電路模塊的設(shè)計包括信號采集電路、通信網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計、發(fā)光盤的設(shè)計等。

信號點(diǎn)燈電路是信號系統(tǒng)的重要組成部分之一，設(shè)計首先要滿足故障-安全原則，考慮到極端情況則要做以下設(shè)計：如果通信網(wǎng)絡(luò)被嚴(yán)重干擾或斷網(wǎng)的情況下，信號機(jī)應(yīng)滅燈;如果控制設(shè)備故障或倒機(jī)單元斷電時，信號機(jī)應(yīng)點(diǎn)禁止燈光;如果控制設(shè)備斷電，信號機(jī)應(yīng)滅燈;如果接收到非正常命令，信號機(jī)應(yīng)點(diǎn)禁止燈光。

在考慮系統(tǒng)安全性的同時，也要有高的可靠性，設(shè)計采用冗余結(jié)構(gòu)，主要部件采用雙套?？刂葡到y(tǒng)采用2乘2取2。為便于系統(tǒng)維護(hù)，增加系統(tǒng)監(jiān)測電路并采用模塊化設(shè)計，大大提高系統(tǒng)的可維護(hù)性。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)室內(nèi)設(shè)備已經(jīng)是比較成熟的設(shè)備了，該系統(tǒng)主要進(jìn)行通信網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計、信號采集電路的設(shè)計、信號點(diǎn)燈電路和發(fā)光盤的設(shè)計等。

2.1 通信網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計

計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的核心設(shè)備聯(lián)鎖機(jī)與信號機(jī)之間的通信網(wǎng)絡(luò)采用CAN總線，結(jié)構(gòu)如圖1所示。

聯(lián)鎖機(jī)與信號機(jī)之間的網(wǎng)絡(luò)連接采用總線型，CAN總線采用的不是主備形式，是雙網(wǎng)并用的方式，聯(lián)鎖機(jī)和信號機(jī)分別與CAN A和CAN B總線連接。發(fā)送信息期間，發(fā)送端同時向CAN A和CAN B發(fā)送數(shù)據(jù)，接收端先行接收到其中一個網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)，則該數(shù)據(jù)就作為有效數(shù)據(jù)參與聯(lián)鎖機(jī)的邏輯運(yùn)算，接收到另外一個網(wǎng)絡(luò)發(fā)送來的數(shù)據(jù)只做校驗使用而不作為有效數(shù)據(jù)使用，校驗結(jié)果作為網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)檢測使用。如果CAN A和CAN B中有其中一個網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障，則系統(tǒng)會自動隔離，不會影響另外一個網(wǎng)絡(luò)的正常使用，因此保證了系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性和有效性，從而提高了整個系統(tǒng)的可靠性。

2.2 信號機(jī)點(diǎn)燈電路設(shè)計

考慮到安全性和可靠性，信號機(jī)點(diǎn)燈電路的設(shè)計采用2乘2取2冗余結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)核心部分是二取二安全性CPU板，CPU板是由兩個不同CPU組成的。CPU-A和CPU-B完全一樣。每個系有自己的獨(dú)立邏輯處理單元，兩系中任意一個出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)仍然能正常工作，這樣設(shè)計大大提高了整個系統(tǒng)的可靠性和安全性。電源系統(tǒng)采用雙套冗余設(shè)計，避免了電源故障出現(xiàn)系統(tǒng)停機(jī)的情況，如圖2所示。

為了便于維護(hù)人員進(jìn)行維修，增加了自診斷功能，對信號機(jī)的健康狀況進(jìn)行監(jiān)測，該模塊能自動檢測出發(fā)光盤故障并實現(xiàn)故障定位，把檢測出的狀態(tài)信息反饋到主機(jī)，由主機(jī)進(jìn)行邏輯處理判斷。

2.3 信號采集電路設(shè)計

采集電路實時采集每個燈位的電流，并與CPU輸出的控制命令狀態(tài)進(jìn)行對比，如果CPU沒有輸出點(diǎn)燈命令，而電流達(dá)到亮燈時的值，則要立即斷開電源;如果CPU輸出點(diǎn)燈命令，而沒有采集到電流信息則要立即報警，并將故障狀態(tài)返回到主機(jī)系統(tǒng)，即聯(lián)鎖主機(jī)。如圖3所示，利用傳感電阻檢測電流，改變測流電阻值就可以對不同負(fù)載電流的范圍進(jìn)行檢測。

2.4 發(fā)光盤的設(shè)計

LED鐵路信號具有機(jī)構(gòu)輕便、組合靈活、顯示距離元、節(jié)能環(huán)保、無沖擊電流、壽命長、機(jī)構(gòu)耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，取代傳統(tǒng)信號機(jī)已成趨勢。本文基于LED進(jìn)行發(fā)光盤電路的設(shè)計。

發(fā)光盤的設(shè)計包括外觀設(shè)計和硬件部分設(shè)計，為了滿足發(fā)光強(qiáng)度要求，還要考慮發(fā)光盤的聚光系統(tǒng)設(shè)計。外觀和硬件電路的設(shè)計采用計算機(jī)輔助設(shè)計工具完成，然后由具體的專業(yè)制造廠家完成。聚光系統(tǒng)采用由多個單管構(gòu)成的陣列和聚光透鏡，要使陣列中的發(fā)光管和聚光陣列中的透鏡對應(yīng)并且光軸要重合，使得發(fā)光源位居聚光透鏡的焦點(diǎn)附近，這樣會讓光能量匯聚在光軸方向，增強(qiáng)信號燈的發(fā)光強(qiáng)度，達(dá)到光強(qiáng)度的技術(shù)要求。

發(fā)光盤采用雙路電源，該電源采用高可靠的開關(guān)電源，考慮到現(xiàn)場的環(huán)境影響，電源可能出現(xiàn)波動的情況，采用寬幅工作的電源，輸入唯一時，均能保證可靠工作。信號燈采用冗余交互式布置，如果一路電源出現(xiàn)故障時，保證信號機(jī)能正常點(diǎn)燈，原理圖如圖4所示。這種設(shè)計方式可增加信號機(jī)的可靠性。如果A路電源故障，則B路電源正常工作，當(dāng)監(jiān)測模塊監(jiān)測到一路電源斷電后，可以采用增加電流占空比的方式提高剩余發(fā)光源的光強(qiáng)度，能使得信號機(jī)的顯示不影響司機(jī)的觀察。這種設(shè)計方式在一定程度上可以降低維護(hù)人員的工作強(qiáng)度。但如果發(fā)光二極管損壞達(dá)到30%以上時，要進(jìn)行報警通知維護(hù)人員進(jìn)行維修。

3 系統(tǒng)特點(diǎn)

系統(tǒng)采用通信網(wǎng)絡(luò)控制方式設(shè)計信號機(jī)點(diǎn)燈電流，系統(tǒng)特點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個方面：（1）核心控制部分采用2乘2取2的冗余方式，提高了可靠性和安全性。（2）采用LED點(diǎn)燈單元，具有光源穩(wěn)定，節(jié)能、維修量少等特點(diǎn)。（3）系統(tǒng)采用雙網(wǎng)通信的方式，保證通信可靠安全。（4）系統(tǒng)采用雙路電源供電方式，保證系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。（5）系統(tǒng)大大減少了電纜的使用量，降低了維修量，便于實現(xiàn)系統(tǒng)的冗余設(shè)置。（6）系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)，電磁兼容性好，系統(tǒng)的穩(wěn)定性好。

4 結(jié)束語

計算機(jī)聯(lián)鎖全電子化是車站信號控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，結(jié)合新技術(shù)的發(fā)展，綜合運(yùn)用通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和控制技術(shù)設(shè)計的信號機(jī)點(diǎn)燈系統(tǒng)符合故障-安全原則，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸信號機(jī)的控制信息，通信網(wǎng)絡(luò)采用雙套冗余的配置，信號機(jī)采用LED發(fā)光盤，并采用雙路交互式LED陣列，提高光強(qiáng)度，與此同時還具有故障診斷的輔助功能，實現(xiàn)系統(tǒng)故障定位和監(jiān)控，降低維修人員的工作量，提高維修人員的工作效率，希望這一設(shè)計對全電子計算機(jī)聯(lián)鎖的設(shè)計和模擬具有一定的參考價值。

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