基于光通信的计算机半自动闭塞系统研究与实现.pdf
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1、2023 年 10 月第 59 卷 第 10 期铁 道 通 信 信 号Railway Signalling&CommunicationOctober 2023Vol.59 No.10基于光通信的计算机半自动闭塞系统研究与实现孙岩华,芦凤来,王立延摘 要:针对既有继电半自动闭塞系统存在的传输电缆老化、可维护性差等问题,提出计算机半自动闭塞系统技术升级方案。该系统采用2乘2取2安全计算机平台架构,实现主、备系间的安全切换;采用安全计算机技术替代既有继电器电路,实现闭塞区间办理功能;采用光纤通信替代以电平信号传输的站间闭塞信息,并通过RSSP-铁路信号安全通信协议保证站间交互数据的安全传输;系统具备
2、维护机功能,可有效缩短故障延时。该系统已通过各项安全性检测,并在实际站场应用,具有良好的稳定性和可维护性。关键词:半自动闭塞;安全计算机平台;光通信;RSSP-协议;二乘二取二中图分类号:U284.42 文献标识码:A Research and Implementation for Computerized Semi-automatic Block System Based on Optical Fiber CommunicationSUN Yanhua,LU Fenglai,WANG LiyanAbstract:Aiming at the problems of aging transmis
3、sion cable and poor maintainability in the existing relay semi-automatic block system,a technical upgrading scheme of computerized semi-automatic block system is proposed.The system adopts a double 2-vote-2 vital computer platform architecture to realize the active-standby switching.The secure compu
4、ter technology is used to replace the existing relay circuit to realize the block section handling function.The optical fiber communication is used to replace the inter-station block information transmitted by the level signal,and the RSSP-railway signal safety communication protocol is used to ensu
5、re the safe transmission of inter-station exchange data.The system also has the function of maintenance machine,which can effectively shorten the fault delay.The system has passed various safety tests and has been applied in actual stations,with good stability and maintainability.DOI:10.13879/j.issn
6、.1000-7458.2023-10.23153扫码浏览下载孙岩华:中国铁路北京局集团有限公司 正高级工程师 100860 北京芦凤来:中国铁路北京局集团有限公司 正高级工程师 100860 北京王立延:深圳市长龙铁路电子工程有限公司 高级工程师 518031 北京基金项目:中国国家铁路集团有限公司科技研究开发计划(N2018G063)收稿日期:2023-05-31引用格式:孙岩华,芦凤来,王立延.基于光通信的计算机半自动闭塞系统研究与实现J.铁道通信信号,2023,59(10):23-28.Citation:SUN Yanhua,LU Fenglai,WANG Liyan.Research
7、and Implementation for Computerized Semi-automatic Block System Based on Optical Fiber CommunicationJ.Railway Signalling&Communication,2023,59(10):23-28.23铁道通信信号 2023年第59卷第10期Key words:Semi-automatic block;Vital computing platform;Optical fiber communication;RSSP-protocol;Double 2-vote-2铁路闭塞设备是控制列车区
8、间运行间隔,防止列车追尾碰撞,以保证行车安全的必要基础设施1,可分为人工闭塞、半自动闭塞和自动闭塞等类型。截至2022年底,中国普速铁路营业里程达 11 万 km,其中单线里程超过 5 万 km,从运输效率、经济效益等方面综合考量,这些单线线路大都采用继电半自动闭塞方式。以北京局集团公司为例,采用继电半自动闭塞系统的车站仍有200多个。继电半自动闭塞系统通过继电电路与控制台、联锁设备、轨道电路相连接;以电脉冲的方式,发送、接收各种闭塞操作指令并产生回执,实现半自动闭塞2。其中,64D 型继电半自动闭塞系统从19世纪70年代装备至今,以其简单、实用、价廉的优异特性,为我国铁路运输做出重要贡献。随
9、着继电半自动闭塞系统使用年限的增加,设备老化问题日趋严重,主要表现在:继电器电路结构复杂、故障点多,器件参数离散性大3;站间通信通过电缆或架空明线,以“+”“-”电平信号来传输信息,传输通道电缆劣化严重,易发生断线、混线、接地、外界干扰等问题。为实现半自动闭塞系统的技术升级,基于“故障-安全原则”,且满足轨道交通 通信、信号和处理系统 信号用安全相关电子系统(GB/T 288092012)4规定的 SIL4(安全完整性第 4等级)相关要求,提出基于光通信的计算机半自动闭塞系统(简称“计算机半自动闭塞”)设计方案。在不改变既有闭塞技术条件和行车操作方法的前提下,实现联锁功能、通信接口、人机界面的
10、标准化5。1系统架构1.1硬件组成计算机半自动闭塞系统主要由安全主机(、系)、驱动/采集单元(、系)、通信单元(、系)、维护机、继电器接口电路等设备组成,见图1。安全主机是系统的核心控制设备,负责闭塞逻辑处理功能;驱动/采集单元负责采集闭塞控制台、联锁设备的各种信息,驱动计算机闭塞定型组合继电器,以及发送闭塞指令;通信单元负责站间光纤通信的协议转换和信息传输;维护机由维护主机和键盘、显示器、鼠标组成,与既有的微机监测设备通信,提供设备维护信息。站间传输通道计算机联锁6502继电联锁继电接口电路 系统总线计算机半自动闭塞机柜轨道电路邻站计算机半自动闭塞设备闭塞按钮显示灯显示 电源屏微机监测闭塞控
11、制台 驱动采集系驱动采集系安全主机系安全主机系通信单元系通信单元系冗余供电单元维护主机+KVM图1 计算机半自动闭塞系统架构24Railway Signalling&Communication Vol.59 No.10 20231.2软件组成计算机半自动闭塞系统软件分为核心逻辑层和应用层,核心逻辑层和应用层之间通过系统内部总线交换数据,见图2。其中,核心逻辑层主要由安全计算机软件和基础数据库组成,实现计算机半自动闭塞逻辑和安全切换功能;应用层软件主要由复杂可编程逻辑器件(Complex Programm able Logic Device,CPLD)、通信、维护机等软件模块组成,并与外部设备交
12、换数据,完成命令采集、通信、执行等功能。1)安全计算机软件:通过基础数据库获取站场及线路的基础数据,通过系统总线获取实时信息并发送各种控制命令;与通信软件实现信息交互,完成各种闭塞功能;支持系统检测、应用调度等功能;实现系统2乘2取2安全冗余运算功能。2)CPLD软件:主要包括采集、驱动接口的CPLD软件,涉及控制台、继电器、微机联锁等外部条件的驱采,以及内、外接口转换。3)通信软件:完成系统内、外部通信接口转换,实现站间光纤通信;采用RSSP-铁路信号安全通信协议,保证数据传输的实时性和安全性;对通信过程中可能出现的数据帧重复、丢失、插入、次序混乱、错误、超时等问题进行防范,并采用冗余双通道
13、保障站间信息的安全可靠传输6。4)维护机软件:实时监控设备工作、网络通信等状态信息,若有异常信息可实时报警,并生成设备运行统计日志。2系统功能2.1办理闭塞依据半自动闭塞技术条件(TB/T 1567.32020)7要求,计算机半自动闭塞系统闭塞办理方式与原有继电器半自动闭塞系统保持一致,即根据本站按键事件及站间指令请求事件,结合接口继电器状态,执行闭塞办理及复原功能。1)上电。由于站间没有占用检查设备,计算机半自动闭塞系统仅对接近区段和进站内方轨道电路的状态进行逻辑判断,因此按照“故障-安全”原则,上电时将设备设定为闭塞状态,且必须由人工确认站间是否空闲。此时,发车表示灯为红灯、接车表示灯灭灯
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