列车运行控制系统中的地面目标控制器技术方案

本发明专利技术实施例提供了一种列车运行控制系统中的地面目标控制器。该控制器包括双套热备的地面目标控制单元，每套地面目标控制单元包括：主控制电路、信号灯控制回路、道岔控制回路、信号灯状态监测电路和道岔状态监测电路；主控制电路包括异构的MCU电路和FPGA电路，MCU电路和FPGA电路发出一致的信号灯控制命令和道岔控制命令后，将经过二取二表决的最终信号灯控制命令传输给信号灯控制回路，将经过二取二表决的最终道岔控制命令传输给道岔控制回路。本发明专利技术实施例通过在地面目标控制单元的主控制电路选择异构二取二安全架构，能够保证道岔或者信号机不会错误操作，满足故障‑安全原则，避免了故障的积累，提高了系统的安全性，可以满足极端苛刻安全要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及轨道交通控制
，尤其涉及一种列车运行控制系统中的地面目标控制器。
技术介绍
近年来，随着技术的进步和经济的发展，轨道交通得以迅速发展。列车运行控制(以下简称列控)系统，作为轨道交通的安全保障基础，为铁路的客运高速化和货运重载化和城轨高密度化、低间隔化提供了坚实的技术保障。轨道交通列控车载系统实时监督列车运行速度，并根据列车运行限制条件，自动控制列车制动系统，从而实现列车超速防护，保障列车行车安全、提高列车运行效率。申请号为201310603679.9的专利《一种简化轨道交通列车运行控制系统的方法》基于分布式处理原则和铁路信号技术、计算机技术以及电力电子技术的不断发展，提出来一种分布式的地面安全计算机的配置方案，将列控系统的地面设备分为核心主机部分和远程外设部分。远程外设部分作为地面目标控制器控制道岔和信号机，设置于轨旁，尽量靠近现场的被控对象—道岔和信号机，确保地面目标控制器和道岔、信号机之间的硬连线尽可能缩短，以达到减少布线成本，降低各种电磁干扰的引入，减少故障点，提高设备运用可靠性之目的。目前，在铁路信号控制领域，计算机联锁已逐渐普及，但其与室外设备接口部分仍主要基于有机械触点的电磁式重力安全型继电器的继电逻辑电路实现，来控制室外道岔、信号机等设备。同时，轨旁是典型的振动环境，电磁式重力安全型继电器由于结构限制不能用于轨旁设备。因此，从计算机技术、电力电子技术、嵌入式系统开发和安全系统设计的发展现状出发，以微处理器或可编程逻辑器件为基础，基于嵌入式软硬件开发技术和安全系统设计技术实现地面目标控制器非常有必要。近年来，随着微电子技术、控制技术、信息技术、通信和网络技术的不断发展，以及电子设备的可靠性、安全性和容错技术的提高，出现了与地面目标控制器功能类似的全电子执行单元。全电子执行单元一般按转辙机、信号机等不同的控制和采集对象，通过划分成不同功能模块的形式来设计与实现。综观与全电子执行单元相关的研究成果，可以发现现有的全电子执行单元存在以下不足之处：(1)目前的全电子执行单元从基于非对称故障模式的电磁式重力安全型继电器为基础的继电逻辑电路，转向对称模式的以微处理器或可编程逻辑器件为基础、基于嵌入式软硬件开发技术设计实现的控制电路，但并未证明其控制逻辑的安全性；(2)目前的全电子执行单元主控回路开关普遍选择SSR(SolidStateRelay,固态继电器)和小触点容量安全继电器，尽管SSR是无触点开关，但其属于不能完全关死的功率器件，即使处于关断状态也会有微弱的漏泄电流的存在，而目前无论是转辙机还是信号机，均属于较高电压较大电流类型被控对象。当SSR与小型安全继电器配合使用时，即使处于关断状态，从电压和电流角度看，仍有超过小触点容量安全继电器使用极限参数的问题；(3)目前的全电子执行单元仍沿用传统继电联锁所使用的防混连电路，例如双断法、位置法、电源隔离法等，而在目前的使用SSR和小型安全继电器所实现的全电子执行单元中，由于改变了传统的继电逻辑—硬配线的电路构成方式，存在混线而导致危险的可能。(4)在道岔启动的技术条件中，要求“在道岔启动电路已经动作之后，如果车随后进入该道岔区段，则应保证转辙机能够继续转换到底，不能停转”。在信号机控制的技术条件中要求“信号灯的允许灯光—黄灯或绿灯因故障熄灭时，应该自动改点禁止灯光—红灯”。而目前的全电子执行单元普遍基于2取2安全架构，一旦出现故障会导向安全侧而断开输出，这样就不能满足上述特殊的技术要求而会出现导致影响行车安全的设备故障。(5)全电子执行单元的控制对象为直接影响行车安全的转辙机和信号机，既有的全电子执行单元普遍基于同构方式实现其安全架构，而相关的最新版本安全标准要求基于差异性异构设计原则实现安全控制系统以达到最高的安全完整性等级。
技术实现思路
本专利技术的实施例提供了一种列车运行控制系统中的地面目标控制器，以解决既有的全电子执行单元存在的上述问题。为了实现上述目的，本专利技术采取了如下技术方案。一种列车运行控制系统中的地面目标控制器，包括双套热备的地面目标控制单元，每套所述的地面目标控制单元又包括：主控制电路、信号灯控制回路、道岔控制回路、信号灯状态监测电路和道岔状态监测电路；所述的主控制电路，用于连接所述信号灯控制回路、道岔控制回路、信号灯状态监测电路和道岔状态监测电路，包括异构的MCU电路和FPGA电路，所述MCU电路和FPGA电路组成二取二架构，分别根据所述信号灯状态监测电路传输过来的信号灯状态信息、所述道岔状态监测电路传输过来的道岔状态信息，以及外部输入的列控目标控制命令，执行道岔控制电路和信号机点灯电路的控制逻辑，而发出信号灯控制命令和道岔控制命令；当所述MCU电路和FPGA电路发出一致的信号灯控制命令和道岔控制命令后，则将经过二取二表决的最终信号灯控制命令传输给信号灯控制回路，将经过二取二表决的最终道岔控制命令传输给道岔控制回路；所述的双套热备主控制电路通过通信总线交互双系热备控制逻辑所需要的数据信息，同时通过通信总线获得外部输入的列控目标控制命令；信号灯控制回路，用于根据所述主控制电路传输过来的信号灯控制命令对列车轨道的信号灯进行控制操作；道岔控制回路，用于根据所述主控制电路传输过来的道岔控制命令对列车轨道的道岔进行控制操作；信号灯状态监测电路，用于监测信号灯状态信息，将信号灯状态信息传输给主控制电路；道岔状态监测电路，用于监测道岔状态信息，将道岔状态信息传输给主控制电路。进一步地，根据道岔控制电路和信号机点灯电路的工作原理，分析道岔控制电路和信号机点灯电路的控制逻辑，并提取出道岔控制电路和信号机点灯电路的控制逻辑伪代码，利用形式化工具建立所述控制逻辑伪代码的模型，根据所述模型来验证所述道岔控制电路和信号机点灯电路的控制逻辑的安全性。进一步地，基于道岔控制电路和信号机点灯电路的控制逻辑伪代码的模型来设计所述MCU电路和FPGA电路的软件控制程序。进一步地，所述信号灯控制回路的开关电路、所述道岔控制回路的开关电路都采用固态继电器、接触器或功率继电器、安全继电器三种异构控制器件串联实现，所述固态继电器用来实现接触器或功率继电器、安全继电器的空载切换。进一步地，根据负载类型选择直流或交流固态继电器，信号机点灯电路和五线制交流转辙机动作电路选择SCR型交流固态继电器，四线制直流转辙机时则选用直流型固态继电器；根据负载类型选择接触器或功率继电器，交流负载选交流接触器或功率继电器或功率本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种列车运行控制系统中的地面目标控制器，其特征在于，包括双套热备的地面目标控制单元，每套所述的地面目标控制单元又包括：主控制电路、信号灯控制回路、道岔控制回路、信号灯状态监测电路和道岔状态监测电路；所述的主控制电路，用于连接所述信号灯控制回路、道岔控制回路、信号灯状态监测电路和道岔状态监测电路，包括异构的MCU电路和FPGA电路，所述MCU电路和FPGA电路组成二取二架构，分别根据所述信号灯状态监测电路传输过来的信号灯状态信息、所述道岔状态监测电路传输过来的道岔状态信息，以及外部输入的列控目标控制命令，执行道岔控制电路和信号机点灯电路的控制逻辑，而发出信号灯控制命令和道岔控制命令；当所述MCU电路和FPGA电路发出一致的信号灯控制命令和道岔控制命令后，则将经过二取二表决的最终信号灯控制命令传输给信号灯控制回路，将经过二取二表决的最终道岔控制命令传输给道岔控制回路；所述的双套热备主控制电路通过通信总线交互双系热备控制逻辑所需要的数据信息，同时通过通信总线获得外部输入的列控目标控制命令；信号灯控制回路，用于根据所述主控制电路传输过来的信号灯控制命令对列车轨道的信号灯进行控制操作；道岔控制回路，用于根据所述主控制电路传输过来的道岔控制命令对列车轨道的道岔进行控制操作；信号灯状态监测电路，用于监测信号灯状态信息，将信号灯状态信息传输给主控制电路；道岔状态监测电路，用于监测道岔状态信息，将道岔状态信息传输给主控制电路。...

【技术特征摘要】
1.一种列车运行控制系统中的地面目标控制器，其特征在于，包括双套热备的地面目
标控制单元，每套所述的地面目标控制单元又包括：主控制电路、信号灯控制回路、道岔控
制回路、信号灯状态监测电路和道岔状态监测电路；
所述的主控制电路，用于连接所述信号灯控制回路、道岔控制回路、信号灯状态监测电
路和道岔状态监测电路，包括异构的MCU电路和FPGA电路，所述MCU电路和FPGA电路组成二
取二架构，分别根据所述信号灯状态监测电路传输过来的信号灯状态信息、所述道岔状态
监测电路传输过来的道岔状态信息，以及外部输入的列控目标控制命令，执行道岔控制电
路和信号机点灯电路的控制逻辑，而发出信号灯控制命令和道岔控制命令；当所述MCU电路
和FPGA电路发出一致的信号灯控制命令和道岔控制命令后，则将经过二取二表决的最终信
号灯控制命令传输给信号灯控制回路，将经过二取二表决的最终道岔控制命令传输给道岔
控制回路；
所述的双套热备主控制电路通过通信总线交互双系热备控制逻辑所需要的数据信息，
同时通过通信总线获得外部输入的列控目标控制命令；
信号灯控制回路，用于根据所述主控制电路传输过来的信号灯控制命令对列车轨道的
信号灯进行控制操作；
道岔控制回路，用于根据所述主控制电路传输过来的道岔控制命令对列车轨道的道岔
进行控制操作；
信号灯状态监测电路，用于监测信号灯状态信息，将信号灯状态信息传输给主控制电
路；
道岔状态监测电路，用于监测道岔状态信息，将道岔状态信息传输给主控制电路。
2.根据权利要求1所述的列车运行控制系统中的地面目标控制器，其特征在于，根据道
岔控制电路和信号机点灯电路的工作原理，分析道岔控制电路和信号机点灯电路的控制逻
辑，并提取出道岔控制电路和信号机点灯电路的控制逻辑伪代码，利用形式化工具建立所
述控制逻辑伪代码的模型，根据所述模型来验证所述道岔控制电路和信号机点灯电路的控
制逻辑的安全性。
3.根据权利要求2所述的列车运行控制系统中的地面目标控制器，其特征在于，基于道
岔控制电路和信号机点灯电路的控制逻辑伪代码的模型来设计所述MCU电路和FPGA电路的
软件控制程序。
4.根据权利要求1至3任一项所述的列车运行控制系统中的地面目标控制器，其特征在
于，所述信号灯控制回路的开关电路、所述道岔控制回路的开关电路都采用固态继电器、接
触器或功率继电器、安全继电器三种异构控制器件串联实现，所述固态继电器用来实现接
触器或功率继电器、安全继电器的空载切换。
5.根据权利要求4所述的列车运行控制系统中的地面目标控制器，其特征在于，根据负
载类型选择直流或交流固态继电器，信号机点灯电路和五线制交流转辙机动作电路选择

【专利技术属性】
技术研发人员：马连川，唐涛，李开成，曹源，胡瑞，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：北京;11