(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 109532964 A(43)申请公布日 2019.03.29
(21)申请号 201811463867.5(22)申请日 2018.12.03
(71)申请人 通号万全信号设备有限公司
地址 317500 浙江省台州市温岭市城东街
道曙光东路619号(72)发明人 王宏明 蒉凯腾 林卫永 聂超
王泉荣 王磊 (74)专利代理机构 北京科亿知识产权代理事务
所(普通合伙) 11350
代理人 李卫节(51)Int.Cl.
B61L 29/00(2006.01)B61L 29/08(2006.01)
权利要求书2页 说明书6页 附图2页
(54)发明名称
一种铁路平交道口控制系统(57)摘要
本发明涉及一种铁路平交道口控制系统，属于轨道交通技术领域，包括主控单元、IO单元、道口控制表示盘、监测机。系统采用二乘二取二冗余架构，通过IO单元实现外部设备的状态采集，根据道口的应用逻辑进行运算处理后再通过IO单元控制外部设备，从而完成道口系统的自动开放和关闭，保证铁路和公路安全有序的运行，同时设有日志记录、手动控制功能，加强系统安全性，可维护性。
CN 109532964 ACN 109532964 A
权 利 要 求 书
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1.一种铁路平交道口控制系统，其特征在于，至少包括主控单元、IO单元和外部设备，其中，
所述主控单元与多个IO单元相连接，用于负责所有的道口应用逻辑处理并根据道口的应用逻辑进行运算处理后再通过IO控制外部设备以完成道口系统的自动或人工控制；
每个IO单元通过总线与所述主控单元相连接，用于实现与其相连接的外部设备的状态采集和外部设备的控制；
所述外部设备至少包括栏木机、道口出清继电器、列车接近通知继电器、公路信号机和道口防护信号机，其中，所述列车接近通知继电器用于检测列车靠近道口的接近区域；所述道口出清继电器用于检测列车驶离道口的离去区域；所述栏木机、公路信号机和道口防护信号机受控于所述IO单元，用于根据列车处于接近区域或者离去区域控制其工作状态以实现安全控制。
2.根据权利要求1所述的铁路平交道口控制系统，其特征在于，所述主控单元至少包括第一主控单元和第二主控单元，其中，所述第一主控单元和第二主控单元互为主备；
每个主控单元包含两个数据处理单元，分别为CPU1和CPU2，互为冗余结构；每个IO单元由两块IO单元板构成，分别为IO单元板1和IO单元板2，两系的单元板为冗余结构，各单元板又包含两个CPU，分别为CPU1和CPU2；
所述IO单元通过CAN总线与主控单元进行通信；所述CAN总线由两个冗余CAN网构成，分别为CANA和CANB；当数据下传时，主控单元CPU1分别通过CANA和CANB双网，将控制数据发送给各系IO单元CPU1，主控单元CPU2分别通过CANA和CANB双网，将控制数据发送给各系IO单元CPU2，数据上传时，各系IO单元CPU1分别通过CANA和CANB双网，将采集数据发送给主控单元CPU1，各系IO单元CPU2分别通过CANA和CANB双网，将采集数据发送给主控单元CPU2。
3.根据权利要求1或2所述的铁路平交道口控制系统，其特征在于，所述主控单元获取列车区域信息并进行逻辑运算，所述列车区域信息至少包括第一接近区段、第二接近区段和离去区段。
4.根据权利要求1或2所述的铁路平交道口控制系统，其特征在于，该系统还包括控制盘，所述控制盘与IO单元相连接，用于向主控单元发送人工控制按钮的控制信息以控制栏木机。
5.根据权利要求1或2所述的铁路平交道口控制系统，其特征在于，该系统还包括监测机，所述监测机远程接入主控单元，用于接收、存储并显示主控单元处理后的道口信息。
6.根据权利要求1或2所述的铁路平交道口控制系统，其特征在于，所述外部设备通过干接点与IO单元的采集电路相连，所述列车接近通知继电器和道口出清继电器通过同时采集前后节点的方式以防止继电器接点粘连导致错误动作的风险。
7.根据权利要求1或2所述的铁路平交道口控制系统，其特征在于，所述主控单元可实现系统的所有应用逻辑功能，其具体实现流程如下：
S1、IO单元采集各外部设备状态并上传给主控单元；S2、主控单元接收IO单元的采集数据，并通过配置数据将采集的数据转化为设备状态信息；
S3、主控单元根据道口系统的各外部设备状态进行应用逻辑处理，计算出外部设备的控制命令；
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权 利 要 求 书
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S4、主控单元将各外部设备的控制命令映射到IO单元的输出通道，并向IO单元发送输出控制命令；
S5、IO单元接收到主控单元的输出控制命令后，向相应外部设备输出控制，最终完成道口系统的控制功能。
8.根据权利要求6所述的铁路平交道口控制系统，其特征在于，所述采集电路采用双路动态采集方式采集，各IO单元板CPU1和CPU2分别控制一个独立的动态采集电路采集输入信号；通过硬件冗余的方式实现双采集，通过比较采集结果可以检测自身硬件故障，同时，只有系统连续采集到多个连续稳定的脉冲序列后方认为该信号有效。
9.根据权利要求1或2所述的铁路平交道口控制系统，其特征在于，所述道口防护信号机由二显铁路信号机组成，主控单元同时采集信号机接点继电器状态判断控制命令与信号机输出动作的一致性，采用双断的方式控制道口防护信号机和公路信号机。
10.根据权利要求3所述的一种安全型铁路平交道口控制系统，其特征在于，所述栏木机还配有动作按钮，动作按钮采用自复式按钮，动作按钮按下至少一秒方为有效，以防外部干扰源引起栏木误动。
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说 明 书
一种铁路平交道口控制系统
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技术领域
[0001]本发明属于轨道交通技术领域，具体涉及一种安全型铁路平交道口控制系统。背景技术
[0002]铁路道口安全是铁路交通安全的重要组成部分，道口安全系统也是铁路行车安全保障系统的重要组成部分。目前，全国铁路提出了铁路运输行业的跨越式发展思路，铁路运输的快速发展必然使列车速度的迅速提高和列车密度的显著增大，从而也对铁路安全提出了新的要求，在铁路道口方面就表现在占用频率也就会显著提高，列车均占用道的时间也相应缩短，因此，铁路路口的安全防护任务就越来越繁重，道口控制系统的高效性与安全性也愈发受到人们的重视。[0003]目前，我国铁路平交道口安全管理、控制系统主要有以下三种：1)有人值守管理道口；2)声光报警管理道口；3)远程集中控制管理道口。其中，有人值守管理道口通过在铁路平交道口设置专人操控道闸，利用人工引导火车通行。该方法安全性高、灵活性大，能及时应对多种突发事件，但同时也需要在铁路平交道口布置大量的人力，对于火车通行不密集的铁路平交道口来说，实质上造成了大量的人力浪费；声光报警管理道口，是指在铁路平交道口设置用于检测火车接近的传感器和与传感器相连的声光报警器，传感器检测到当火车接近时，声光报警器发出报警信号，需要穿行铁路平交道口的行人和运输工具止步等待火车通过，火车减速通过。声光报警管理道口方式完全依赖设置在铁轨上的传感器来感知火车接近，虽然节省了大量的人力资源，但是整体安全性较差、预警效率也远低于其它管理方式；远程集中控制管理道口，是指在管理中心设置管理控制平台，在通行火车上设置车载终端，在铁路平交道口设置道闸控制装置、及与道闸控制装置相连的道闸，车载终端向管理控制平台通告火车运行信息，管理中心的管理人员通过管理控制平台程控制道闸控制装置，道闸控制装置关闭道闸，使铁路平交道通行中断。远程集中控制管理道口，不在铁路平交道口设置人力管理铁路平交道口，但是，由于一个管理中心需要管理的铁路平交道口数量较多，管理人员的工作强度大，通过人工远程控制道闸控制装置关闭道闸，存在不确定性和不安全性。
[0004]故，针对现有技术的缺陷，实有必要提出一种技术方案以解决现有技术存在的技术问题。
发明内容
[0005]为实现路平交道口控制系统的安全性和高效性，同时节省人力成本，本发明提供了一种安全型铁路平交道口控制系统。
[0006]本发明目的通过以下技术方案实现：[0007]一种铁路平交道口控制系统，主要功能设备包括：[0008]1)主控单元，是系统中安全相关的核心单元，负责所有的道口应用逻辑处理，通过IO单元实现外部设备的状态采集，根据道口的应用逻辑进行运算处理后再通过IO控制外部
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设备，从而完成道口系统的自动或人工控制；[0009]2)IO单元，是系统中安全相关的执行单元。通过IO单元实现外部设备的状态采集、外部设备的控制等。[0010]3)控制盘，向主控单元发送人工控制按钮的控制信息，用以控制栏木机的上升、下降等。其中监测机含有日志存储功能和人机显示功能；[0011]4)监测机，接收并显示主控单元处理后的道口信息，工作人员能够通过HMI界面直观的看到道口的工作状况。监测机含有日志存储功能。[0012]5)外部设备，至少包括栏木机、道口出清继电器、列车接近通知继电器、公路信号机和道口防护信号机，其中，所述列车接近通知继电器用于检测列车靠近道口的接近区域；所述道口出清继电器用于检测列车驶离道口的离去区域；所述栏木机、公路信号机和道口防护信号机受控于所述IO单元，用于根据列车处于接近区域或者离去区域控制其工作状态以实现安全控制。
[0013]作为优选的，主控单元包含两个互为主备的主控板，分别为主控单元1和主控单元2，每个主控单元又包含两个信息、数据处理单元，分别为CPU1和CPU2；所述IO单元由多个IO子单元构成，每个IO子单元又由两块IO单元板构成，分别为IO单元1和IO单元2，两系的单元板为冗余结构，单系的故障不会导致系统不能运行。各单元板又包含两个CPU，分别为CPU1和CPU2；IO单元与各外部设备相连，可对各外部设备进行驱动控制和状态采集，并通过CAN总线与主控单元进行通信；CAN总线由两个冗余CAN网构成，分别为CANA和CANB；当数据下传时，主控单元CPU1分别通过CANA和CANB双网，将控制数据发送给各系IO单元CPU1，主控单元CPU2分别通过CANA和CANB双网，将控制数据发送给各系IO单元CPU2，数据上传时，各系IO单元CPU1分别通过CANA和CANB双网，将采集数据发送给主控单元CPU1，各系IO单元CPU2分别通过CANA和CANB双网，将采集数据发送给主控单元CPU2。采用该型结构使得系统内各信号、数据都会有一个备份存在，当某一环节发生故障时，不影响系统运行，同时通过主备两组信号、数据的对比，可以及时发现错误信息寻找系统故障，极大程度提升了系统安全性。[0014]作为优选，列车接近通知继电器和道口出清继电器通过干节点接口方式采集IO单元的电路与相连，扩展性好。对于列车接近通知继电器和道口出清继电器通过同时采集前后节点的方式，防止继电器接点粘连导致错误动作的风险。[0015]作为优选，本系统将道口分为第一接近区段，第二接近区段，出清区段三部分进行逻辑运算，提高道口控制系统的可靠性，安全性。[0016]作为优选，监测机与主控单元相连，显示系统工作状态并记录工作日志，并可根据日志进行道口工作状态的回放，以便于使用人员了解、查询系统工作情况。[0017]作为优选，所述控制按钮盘用于控制系统的运行方式，控制外部设备的动作。控制按钮盘能够让系统运行于自动模式，实现道口控制的自动化；也可以转为人工控制模式，由工作人员手工来控制道口的相关设备运行。[0018]作为优选，主控单元可实现系统的所有应用逻辑功能，其具体实现流程如下：[0019]S1、IO单元采集各外部设备状态并上传给主控单元；[0020]S2、主控单元接收IO单元的采集数据，并通过配置数据将采集的数据转化为设备状态信息；[0021]S3、主控单元根据道口系统的各外部设备状态进行应用逻辑处理，计算出外部设
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备的控制命令；[0022]S4、主控单元将各外部设备的控制命令映射到IO单元的输出通道，并向IO单元发送输出控制命令；[0023]S5、IO单元接收到主控单元的输出控制命令后，向相应外部设备输出控制，最终完成道口系统的控制功能。[0024]作为优选，所述道口防护信号机由二显铁路信号机组成，由主控单元控制信号机主表示灯点亮，主控单元同时采集信号机接点继电器状态判断控制命令与信号机输出动作的一致性，为保证安全性，采用双断的方式控制道口防护信号机。公路信号机控制公路方向的行人和车辆通行。[0025]作为优选，所述栏木机还配有动作按钮，动作按钮采用自复式按钮，动作按钮按下至少一秒方为有效，以防外部干扰源引起栏木误动。[0026]与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：[0027]1、由于设置有第1接近区段，第2接近区段，出清区段的划分，主控单元获取更多信息，能够检测同向，异向的后续列车到达，并进行相应的处理。同时使用多个区段信息进行逻辑运算，安全性，可靠性更高。[0028]2、铁路侧的信号常时保持通行禁止信号，由于采用3区段的划分，能够准确控制铁路侧列车通行允许信号的时间，提高道口的安全性。[0029]3、扩展性更好，使用方式灵活多样。本系统采用干接点的方式，可以接入铁路联锁系统的信号，计轴系统的信号，各种列车检测系统的信号。输出也采用干接点的方式，可以使用不同厂家的信号机，栏木机等。[0030]4、安全性更好。对于重要的输入信息，采用前后接点采集的方式使信息更准确。重要的输出信号，软件上进行一致性表决，硬件上再进行一致性表决，任何的不一致都不会输出驱动信号。
附图说明
[0031]图1是本发明实施例的系统示意图。
[0032]图2是本发明实施例的逻辑功能判定流程图。[0033]图3是本发明对道口的区段划分示意图。
具体实施方式
[0034]以下结合具体实施例来说明本发明，下列实施例仅用于说明本发明的技术方案，并不限定本发明的保护范围。[0035]实施例一：[0036]参见图1，所示为本发明铁路平交道口控制系统的结构框图，至少包括主控单元、IO单元、控制盘、监测机和外部设备，其中，[0037]主控单元与多个IO单元相连接，用于负责所有的道口应用逻辑处理并根据道口的应用逻辑进行运算处理后再通过IO控制外部设备以完成道口系统的自动或人工控制；[0038]每个IO单元通过总线与所述主控单元相连接，用于实现与其相连接的外部设备的状态采集和外部设备的控制；
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外部设备至少包括栏木机、道口出清继电器、列车接近通知继电器、公路信号机和
道口防护信号机，其中，所述列车接近通知继电器用于检测列车靠近道口的接近区域；所述道口出清继电器用于检测列车驶离道口的离去区域；所述栏木机、公路信号机和道口防护信号机受控于所述IO单元，用于根据列车处于接近区域或者离去区域控制其工作状态以实现安全控制。[0040]其中，所述主控单元至少包括第一主控单元和第二主控单元，其中，所述第一主控单元和第二主控单元互为主备；[0041]控制盘与IO单元相连接，用于向主控单元发送人工控制按钮的控制信息以控制栏木机。
[0042]监测机远程接入主控单元，用于接收、存储并显示主控单元处理后的道口信息。[0043]上述技术方案中，[0044]1)第一主控单元1，第二主控单元2，用于道口的应用逻辑处理，与IO单元3，4相连接，通过IO单元3，4实现外部设备的状态采集，再根据道口的应用逻辑进行运算处理后，通过IO单元3，4将控制外信号发送至外部设备，从而完成道口系统的自动或人工控制；[0045]2)监测机7，接收并显示主控单元1，2处理后的道口信息，用于日志存储功能和人机显示功能；控制盘7用于向主控单元1，2发送控制按钮的控制信息；[0046]3)栏木机8，是城市轨道交通的轨旁基础设备，接收相应指令时，升起和放下道口栏木，用于允许或阻止与列车运行方向垂直的城市车辆及行人通行；[0047]4)信号机，是城市轨道交通的轨旁基础设备，列车必须写按照信号机的显示运行，至少包括公路信号机11和道口防护信号机12；
[0048]整个系统采用二乘二取二冗余架构根据各设备工作状态自动开放和关闭道口，保证铁路和公路安全有序的运行。[0049]其中，主控单元1，2包含两个互为主备的主控板，分别为1系主控板和2系主控板，每块主控板又包含两个信息、数据处理单元，分别为CPUA和CPUB；所述IO单元3，4由多个互为主备的IO子单元构成，每个IO子单元又由两块IO单元板构成，分别为1系单元板和2系单元板，各系单元板也同样包含两个CUP，亦称为CPUA和CPUB，但所属单元不同。[0050]IO单元3，4通过干节点接口方式与各外部设备相连，可各外部设备进行驱动控制和状态采集，并通过CAN总线3与主控单元1，2进行通信；CAN总线3由两个互为主备的冗余网构成，分别为CANA和CANB；当数据下传时，主控单元CPUA分别通过CANA和CANB双网，将控制数据发送给各系IO单元CPUA，主控单元CPUB分别通过CANA和CANB双网，将控制数据发送给各系IO单元CPUB，数据上传时，各系IO单元CPUA分别通过CANA和CANB双网，将采集数据发送给主控单元CPUA，各系IO单元CPUB分别通过CANA和CANB双网，将采集数据发送给主控单元CPUB。采用该型结构使得系统内各信号、数据都会有一个备份存在，当某一环节发生故障时，不影响系统运行，同时通过主备两组信号、数据的对比，可以及时发现错误信息寻找系统故障。
[0051]列车接近通知继电器8和道口出清继电器7通过干节点接口方式与IO单元3，4的采集电路相连，为了降低继电器接点粘连的风险，采用复示继电器设置两个并联的继电器，系统采集两个继电器串联的一组前接点及一组后接点的通断状态，判定道口是否有列车接近以及栏木机8状态，从而切换信号机显示信号，例如：要求当有列车接近时，必须监测到栏木
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机8完全放下状态的相应信号后，才允许将信号机9至于允许通过状态，列车方可通过道口。[0052]如图3所示，本系统按照区段划分对列车占用进行列车计数，在第一接近区段计数为2以上时，表明同向有续行列车到达，应再次发出报警声，表明有续行列车到达道口，需要保持栏木关闭状态，阻止公路方向的车辆行人进入道口。在有多条轨道的道口，不同行车方向的区段上都有列车计数时，也认为有续行列车到达道口，需要保持栏木关闭状态。同时，以此方式划分区段，可以将道口对列车开发的时间尽可能缩短。只有在第2接近区段有车且道口对公路侧关闭的情况下才开放铁路侧的道口防护信号机让列车通行，可以有效的提高道口的安全性。
[0053]监测机6通过3G/4G网络或光纤等与主控单元相连，显示系统工作状态并记录工作曰志，并可根据曰志进行道口工作状态的回放，以便于使用人员了解、查询系统工作情况。[0054]控制按钮盘7位于控制室内，仅当工作人员需要手动向系统下达控制指令是使用。[0055]主控单元1，2可实现系统的所有应用逻辑功能，参见图2，其实现流程如下：[0056]S1、IO单元3，4采集各外部设备状态并上传给主控单元；[0057]S2、主控单元1，2接收IO单元3，4的采集数据，并通过配置数据将采集的数据转化为设备状态信息；[0058]S3、主控单元1，2根据道口系统的各外部设备状态进行应用逻辑处理，若判定不需要进行任何控制操作，则返回步骤S1，同时主控单元1，2进入待机状态；若判定需要进行控制操作，则计算出外部设备的控制命令，并进入步骤S4；[0059]S4、主控单元1，2将各外部设备的控制命令映射到IO单元3，4的输出通道，并向IO单元3，4发送输出控制命令；[0060]S5、IO单元3，4接收到主控单元的输出控制命令后，向相应外部设备输出控制，最终完成道口系统的控制功能。
[0061]本实施例更为具体的是：所述采集电路采用双路动态采集方式采集，各IO单元板CPUA和CPUB分别控制一个独立的动态采集电路采集输入信号；通过硬件冗余的方式实现双采集，通过比较采集结果可以检测自身硬件故障，同时，只有系统连续采集到多个连续稳定的脉冲序列后方认为该信号有效。[0062]同时，栏木机8状态通过四组微动开关接点表示，分别为：0-6度、84-90度、0-84度、6-90度。在系统电路中，使用0-6度和6-90度两组接点组合，作为系统回采的栏木机8栏木状态。[0063]信号机包含道口防护信号机12和公路信号机11。遮断信号由二显铁路信号机组成，由主控单元采用双断方式控制道口防护信号机12主表示灯点亮，主控单元1，2同时采集信号机接点继电器状态判断控制命令与道口防护信号机12的输出动作的一致性。公路信号机11控制公路方向的行人和车辆通行。[0064]栏木机8还配有动作按钮，动作按钮采用自复式按钮，动作按钮按下至少一秒方为有效，以防外部干扰源引起栏木误动。
[0065]以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。[0066]对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。
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对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
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