一种分布式智能转辙机控制系统
阅读说明：本技术 一种分布式智能转辙机控制系统 (Distributed intelligent switch machine control system ) 是由 徐成闻 周旭东 马勇剑 戴胜男 于 2021-01-27 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种分布式智能转辙机控制系统,远程转辙机控制单元由互为冗余的远程转辙机控制单元A系和远程转辙机控制单元B系组成,所述远程转辙机控制单元A系和B系均包括安全监控单元1、安全监控单元2、安全控制器1、安全控制器2、安全采集单元1、安全采集单元2、安全驱动单元；所述安全采集单元1、安全采集单元2分别独立采集转辙机的表示信号,并分别通过通信通道1和通信通道2实时上传给全电子联锁控制单元。本发明的分布式智能转辙机远程控制降低了系统的故障概率和维护成本,提升了系统可用性,并通过多种安全机制,安全性高,确保系统的安全性。(The invention discloses a distributed intelligent switch machine control system.A remote switch machine control unit consists of a remote switch machine control unit A system and a remote switch machine control unit B system which are redundant with each other, wherein the remote switch machine control unit A system and the remote switch machine control unit B system respectively comprise a safety monitoring unit 1, a safety monitoring unit 2, a safety controller 1, a safety controller 2, a safety acquisition unit 1, a safety acquisition unit 2 and a safety driving unit; the safety acquisition unit 1 and the safety acquisition unit 2 respectively and independently acquire the representation signals of the point switch and respectively upload the representation signals to the full electronic interlocking control unit through the communication channel 1 and the communication channel 2 in real time. The distributed intelligent point switch remote control reduces the fault probability and maintenance cost of the system, improves the availability of the system, and ensures the safety of the system through various safety mechanisms and high safety.)
技术领域
本发明涉及轨道交通技术领域，具体涉及转辙机控制系统。
背景技术
转辙机是铁路及城市轨道交通的轨旁基础设备，用来可靠地转换道岔位置，改变道岔开通方向，锁闭道岔尖轨，反映道岔位置。转辙机不仅保证了行车安全，还提高了运输效率，改善了行车人员的劳动强度。目前，既有的转辙机控制方案大多是一种集中式的联锁方案，即联锁系统部署在控制中心，通过大量的室外线缆与轨旁的转辙机相连接。但是伴随着我国轨道交通的迅速发展，对施工周期的缩短，建设成本的降低以及后期现场维护成本的降低和运营效率的提升，都对铁路系统设计提出了新的要求。
现有的全电子连锁系统一般是采用机笼式安装的“集中式”的控制架构，不利于转辙机分布密度低的场景。
集中式架构特点是：把系统的安全电源板、安全控制板、安全输入输出板都放置在一个机笼，转辙机板的输出通过长距离走线与转辙机连接，如图1所示。
为了解决转辙机控制线长距离走线的问题，现有技术也提出了一种更优的解决方案：使用“轨旁转辙机控制单元”。如图2所示，与方式1最大区别在于长距离走线更改为通信单元，这种方式可以突破转辙机输出板输出控制线长度的限制，更改为通过网络等方式进行长距离通信，减少的室外电缆的使用量。但这种方式最大缺点是：每一系轨旁控制单元需要1块电源安全板、2块安全控制板，至少1块转辙机驱动板，如果两系的话需要2块电源安全板、4块安全控制板，2块转辙机驱动板，成本极高，特别在于一个轨旁转辙机控制单元只控制1台转辙机的情况。
发明内容
本发明所要解决的技术问题就是提供一种分布式智能转辙机控制系统，减少继电器的使用和室外电缆的使用，降低成本，并保证安全性和可用性。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种分布式智能转辙机控制系统，包括一全电子联锁控制单元和靠近相应转辙机呈分布式设置的若干远程转辙机控制单元，所述全电子联锁控制单元和远程转辙机控制单元之间通过光纤进行通讯连接且并联设置有通信通道1和通信通道2；
所述全电子联锁控制单元由互为冗余的全电子联锁控制单元A系和全电子联锁控制单元B系组成，所述全电子联锁单元A系和B系均包括安全控制板1、安全控制板2以及安全监控板，所述安全控制板1和安全控制板2采取双通道2取2同步比较，并负责与远程转辙机控制单元进行数据信息交换，所述安全监控板实时监控安全控制板1和安全控制板2的状态，如果安全控制板1和/或安全控制板2故障，将输出通信关闭；
所述远程转辙机控制单元由互为冗余的远程转辙机控制单元A系和远程转辙机控制单元B系组成，所述远程转辙机控制单元A系和B系均包括安全监控单元1、安全监控单元2、安全控制器1、安全控制器2、安全采集单元1、安全采集单元2、安全驱动单元；
所述安全驱动单元根据全电子联锁控制单元下发的控制信号对转辙机进行控制，所述安全监控单元1、安全监控单元2分别对全电子联锁控制单元和远程转辙机控制单元进行安全监控，并且在全电子联锁控制单元和/或远程转辙机控制单元出现故障时切断安全驱动单元的输出；
所述安全采集单元1、安全采集单元2分别独立采集转辙机的表示信号，并分别通过通信通道1和通信通道2实时上传给全电子联锁控制单元。
所述安全控制器1和安全控制器2分别接收全电子联锁控制单元对转辙机的控制信号，并对应对转辙机驱动的正负端进行控制，且在两个控制信号同时有效时，实现转辙机正常驱动：所述安全控制器1和安全控制器2将安全采集单元1和安全采集单元2采集到的转辙机表示信息实时上报；所述安全控制器1和安全控制器2将安全监控单元1和安全监控单元2的监测信息实时上报，并对安全监控单元1和安全监控单元2的健康状态检测，且在安全监控单元1和/或安全监控单元2异常时，通知全电子联锁控制单元。
优选的，所述远程转辙机控制单元安装在转辙机内部。
优选的，所述安全监控单元1、安全监控单元2、安全控制器1、安全控制器2、安全采集单元1、安全采集单元2设置在同一个单板上。
优选的，所述全电子联锁控制单元和远程转辙机控制单元之间通过交换机进行以太网通信，且采用铁路安全通信协议保障通信安全。
本发明采用上述技术方案，具有如下有益效果：
1、分布式智能转辙机远程控制极大程度减少了继电器的使用和室外电缆的使用，缩短了施工周期，降低了施工工艺要求，降低了建设成本，同时也降低了系统的故障概率和维护成本，提升了系统可用性。
2、为满足系统可用性，系统中所有单元均有备份，即全电子联锁控制单元由互为冗余的全电子联锁控制单元A系和全电子联锁控制单元B系组成，远程转辙机控制单元由互为冗余的远程转辙机控制单元A系和远程转辙机控制单元B系组成，远程转辙机控制单元A系和远程转辙机控制单元B系内部的安全监控单元、安全控制器、安全采集单元也设置备份。
3、全电子联锁控制单元中，安全控制板的对外通信口受安全监控板控制，当安全监控板监测到危险失效后会及时通知全电子联锁控制单元，表明系统处于不确定的危险状态，此时全电子联锁控制单元只接收外部信息并进行处理，不再对转辙机进行控制输出。
安全电源是安全驱动电源的核心，系统的功能安全相关部件均由受控的“安全电源”供电，当且仅当系统功能正常时，“安全电源”有电，只有当安全电源有效时，驱动单元才能正常响应安全控制器1和安全控制器2的指令。如果系统功能异常时，安全电源将处于失电的安全状态。安全电源被切断后，转辙机驱动器无法转动，可以防止转辙机发生非预期动作。安全电源是否供电，由安全监控单元控制。安全监控单元是保障转辙机安全的核心，安全监控单元实时监控系统是否故障。无论是外部的全电子联锁单元故障还是远程转辙机控制单元内部故障，安全监控单元都会切断转辙机控制安全电源的输出，同时通过安全控制器将信号回传给全电子联锁控制单元。并且安全监控单元1与安全监控单元2均为有效状态时，安全电源的输出才为有效状态。当安全监控电源自身发生故障时，安全电源也将停止对外输出。
综上，通过多种安全机制，安全性高，满足安全完整性等级SIL4的要求。
4、除了上述的“安全断电”的安全机制以外，转辙机表示电路的正确采集与传输也是非常重要的。在表示电路采集方面，系统采用独立的安全采集单元1、安全采集单元2分别独立采集转辙机的表示信号，以确保采集的独立性。为提升安全性，采集的表示信号在转辙机上不表决。两组表示信号并分别通过通信通道1和通信通道2实时上传给全电子联锁控制单元，全电子联锁系统接收并判断两组表示信号是否一致。如果发现两组表示信号不一致次数超过设定值，判定为系统故障。此时，通信链路采用只收不发的策略，即全电子联锁控制单元只接收外部信息并进行处理，不再对转辙机进行输出控制输出，最终以确保系统的安全性。
本发明的具体技术方案及其有益效果将会在下面的
具体实施方式
中结合附图进行详细的说明。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述：
图1为集中式架构的转辙机控制系统示意图；
图2为轨旁转辙机控制单元架构示意图；
图3为本发明一种分布式智能转辙机控制系统的系统架构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图3所示，一种分布式智能转辙机控制系统，包括一全电子联锁控制单元和靠近相应转辙机呈分布式设置的若干远程转辙机控制单元，所述全电子联锁控制单元和远程转辙机控制单元之间通过光纤进行通讯连接且并联设置通信通道1和通信通道2。
所述全电子联锁控制单元由互为冗余的全电子联锁控制单元A系和全电子联锁控制单元B系组成，所述全电子联锁单元A系和B系均包括安全控制板1、安全控制板2以及安全监控板，所述安全控制板1和安全控制板2采取双通道2取2同步比较，并负责与远程转辙机控制单元进行数据信息交换，所述安全监控板实时监控安全控制板1和安全控制板2的状态。当安全监控板监测到危险失效后，即安全控制板1和/或安全控制板2故障，会及时通知全电子联锁控制单元，表明系统处于不确定的危险状态，此时全电子联锁控制单元只接收外部信息并进行处理，不再对转辙机进行控制输出。
所述远程转辙机控制单元由互为冗余的远程转辙机控制单元A系和远程转辙机控制单元B系组成，所述远程转辙机控制单元A系和B系均包括安全监控单元1、安全监控单元2、安全控制器1、安全控制器2、安全采集单元1、安全采集单元2、安全驱动单元。
所述安全驱动单元根据全电子联锁控制单元下发的控制信号对转辙机进行控制，所述安全监控单元1、安全监控单元2分别对全电子联锁控制单元和远程转辙机控制单元进行安全监控，并且在全电子联锁控制单元和/或远程转辙机控制单元出现故障时切断安全驱动单元的输出。
安全监控单元是保障转辙安全驱动的核心，无论是外部的全电子联锁单元故障还是远程转辙机控制单元内部故障，安全监控单元都会切断转辙机控制安全电源的输出，同时通过安全控制器将信号回传给全电子联锁单元。
并且安全监控单元1与安全监控单元2均为有效状态时，安全电源的输出才为有效状态。当安全监控电源自身发生故障时，安全电源也将停止对外输出。
安全电源是安全驱动电源的核心，只有当安全电源有效时，驱动单元才能正常响应安全控制器1和安全控制器2的指令，当安全电源被切断后，转辙机驱动器无法转动，可以防止转辙机发生非预期动作。
同时，安全采集单元1和安全采集单元2均采集到信息为“异常”的安全状态。
所述安全采集单元1、安全采集单元2分别独立采集转辙机的表示信号(道岔位置信息)，并分别通过通信通道1和通信通道2实时上传给全电子联锁控制单元。全电子联锁控制单元当且仅当获得的安全采集单元1与安全采集单元2的两者信息一致时，认为采集结果正确可靠。
所述安全控制器1和安全控制器2分别接收全电子联锁控制单元对转辙机的控制信号，并对应对转辙机驱动的正负端进行控制，只有当两者同时有效时，转辙机才能正常驱动。所述安全控制器1和安全控制器2将安全采集单元1和安全采集单元2采集到的转辙机表示信息实时上报；所述安全控制器1和安全控制器2将安全监控单元1和安全监控单元2的监测信息实时上报，并对安全监控单元1和安全监控单元2的健康状态检测，且在安全监控单元异常时，通知全电子联锁控制单元。
其中，所述远程转辙机控制单元安装在转辙机背部，有且只有以太网口与全电子联锁控制单元相连，并采用RSSP-II，即铁路安全通信协议II保证通信安全。一个全电子联锁控制单元可以与N个远程转辙机控制单元相连接控制N个转辙机，全电子联锁控制单元的性能和交换机的性能决定了系统可以控制转辙机的总量。
综上，本发明采用分布式转辙机远程控制，极大程度减少了继电器的使用和室外电缆的使用，缩短了施工周期的，降低了施工工艺要求，降低了建设成本，同时也降低了系统的故障概率和维护成本，提升了系统可用性。
本发明为满足系统可用性，系统中所有单元均有备份，即全电子联锁控制单元由互为冗余的全电子联锁控制单元A系和全电子联锁控制单元B系组成，一个远程转辙机控制单元由互为冗余的远程转辙机控制单元A系和远程转辙机控制单元B系组成，远程转辙机控制单元A系和远程转辙机控制单元B系内部的安全监控单元、安全控制器、安全采集单元也设置备份。因而，通过上述多种安全设置，本发明满足安全完整性等级SIL4的要求。
除上述优选实施例外，本发明还有其他的实施方式，本领域技术人员可以根据本发明作出各种改变和变形，只要不脱离本发明的精神，均应属于本发明权利要求书中所定义的范围。
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