一种半自动闭塞系统及其方法与流程

1.本发明涉及铁路闭塞系统领域，具体涉及一种半自动闭塞系统及其方法。


背景技术：

2.单线铁路上一般采用闭塞的方式来保证站与站之间不出现多列列车的对向、同向运行，从而确保列车在区间内的行车安全。闭塞通常是由发车站值班员和接车站值班员人工办理闭塞手续，并开放出站信号作为区间占用凭据，信号的关闭是随着列车出发自动完成的，到达复原操作也是接车站值班员人工进行。这种闭塞从整体运行过程来看是半自动的，因此把实现这种闭塞的系统称为半自动闭塞系统。
3.当前，铁路上多采用继电电路来实现半自动闭塞系统，这种传统的半自动闭塞系统具有下列问题：
4.1、传统半自动闭塞系统中的继电电路模块安全等级较低，且没有冗余设计，当发生单点故障时，会影响整个系统的运行，可靠性不高。
5.2、施工阶段，由于继电器数量众多且电路配线复杂，不利于铁路现场工程项目施工。
6.3、车站投入使用后，维护成本较高，很难提前发现故障隐患，且一旦发生故障也不易定位、修复故障。


技术实现要素：

7.本发明的目的就是为了克服上述传统半自动闭塞系统方案存在的缺陷，而提供一种高可靠性可用性，并且易于安装维护的方法及装置，来替代传统继电电路搭建的半自动闭塞系统。
8.为了达到上述目的，本发明提供了一种半自动闭塞系统包含：
9.维护台，收集来自于安全通信及逻辑处理模块的维护和报警信息；
10.安全通信及逻辑处理模块，与外部系统以及驱动采集模块通信连接，根据接受的外部系统的闭塞请求信号、列车行驶条件以及驱动采集模块采集的脉冲信号，控制驱动采集模块输出脉冲信号并控制外部系统完成闭塞状态转换；
11.所述安全通信及逻辑处理模块以及所述驱动采集模块均采用了二乘二取二的架构。
12.优选地，所述半自动闭塞系统设置在各个车站，任意两个车站之间通过各自设置的半自动闭塞系统通信。
13.优选地，所述驱动采集模块包含驱动模块、采集模块、隔离模块、熔丝模块、处理器模块；驱动模块以及采集模块都与处理器模块连接，处理器模块还与安全通信及逻辑处理模块连接；驱动模块与隔离模块连接，处理器模块通过隔离模块来控制给驱动模块的供电；电源通过熔丝模块给隔离模块供电。
14.其中，采集模块用于接收对方车站驱动模块发出的脉冲信号；
15.当驱动模块发生故障时，隔离模块将切断驱动模块的供电防止误输出，当采集模块或隔离模块故障时，熔丝模块切断电源，使得隔离模块掉电同时也切断了驱动模块的供电。
16.处理器模块根据安全通信及逻辑处理模的驱动命令，控制驱动模块输出脉冲信号。
17.优选地，所述的安全通信及逻辑处理模块采用了主备冗余技术。
18.优选地，所述安全通信及逻辑处理模块采用了红蓝网冗余网络，与外部系统进行冗余连接。
19.本发明还提供了一种半自动闭塞系统方法，采用上述的半自动闭塞系统实现，所述半自动闭塞系统分别设置在需要通信的发车站和接车站，包含以下步骤：
20.步骤1、发车站的安全通信及逻辑处理模块根据外部系统的闭塞状态转化请求，控制发车站的驱动采集模块向接车站的驱动采集模块发送脉冲信号；
21.步骤2、接车站的驱动采集模块接收到发车站发出的脉冲信号后传输给接车站的安全通信及逻辑处理模块进行处理，根据处理结果，接车站的安全通信及逻辑处理模块控制接车站驱动采集模块向发车站的驱动采集模块反馈脉冲信号，并通过控制外部系统对接车站的闭塞状态进行转换；
22.步骤3、发车站的驱动采集模块接收反馈的脉冲信号并传输给发车站的安全通信及逻辑处理模块进行处理，根据处理结果，安全通信及逻辑处理模块通过控制外部系统对发车站的闭塞状态进行转换。
23.当接车站和发车站都处于空闲状态时，车站的闭塞状态转换包含以下内容：
24.当发车站触发发车请求，发车站由空闲状态转到发车请求状态，发车站的驱动采集模块发出第一脉冲；
25.接车站的驱动采集模块接收到发车站发出的第一脉冲信号后，接车站的由空闲状态转到请求接车状态，并发出第二脉冲信号，接车站发出第二脉冲信号后，接车站的状态由请求接车状态转到准备接车状态；
26.发车站的驱动采集模块接收到接车站发出的第二脉冲信号后，发车站的状态由请求发车状态转到准备发车状态；
27.接车站触发接车请求，接车站的状态由准备接车状态转到允许接车状态，接车站的驱动采集模块发出第三脉冲信号；
28.发车站的驱动采集模块接收到接车站发出的第三脉冲信号后，发车站的状态由准备发车状态转到允许发车状态，发车站的安全通信及逻辑处理模块向外部系统发送指令信号，外部系统锁闭发车进路，并指引列车驶出发车站；
29.发车进路锁闭且列车驶出后，发车站的状态由允许发车状态转到发车闭塞状态。
30.在发车站处于发车闭塞状态下时，车站的闭塞状态转换包含以下内容：
31.发车站的驱动采集模块发出第四脉冲信号；
32.接车站的驱动采集模块接收到第四脉冲信号，接车站的状态由允许接车状态转到接车闭塞状态；
33.列车驶入接车站后，接车站的状态由接车闭塞状态转到列车进站状态；当接车站发出复原请求，接车站状态由列车进站转为复原准备状态，接车站的驱动采集模块输出第
五脉冲信号，完成第五脉冲发送后接车站转为空闲状态；
34.发车站的驱动采集模块接收到第五脉冲信号，接车站的状态由复原准备状态转为空闲状态。
35.进一步地，所述安全通信及逻辑处理模块实现的闭塞状态包括以下内容：
36.空闲状态，仅向外部系统发送空闲状态；
37.初始状态，向外部系统发送发车闭塞状态；
38.请求发车状态，向外部系统发送空闲状态，发送正电脉冲命令给驱动采集模块；
39.准备发车状态，向外部系统发送准备发车状态；
40.允许发车状态，向外部系统发送允许发车状态；
41.发车闭塞状态，向外部系统发送发车闭塞状态；发送正电脉冲命令给驱动采集模块；
42.请求接车状态，向外部系统发送空闲状态；发送负电脉冲命令给驱动采集模块；
43.准备接车车状态，向外部系统发送准备接车状态；
44.允许接车状态，向外部系统发送允许接车状态；发送正电脉冲命令给驱动采集模块；
45.接车闭塞状态，向外部系统发送接车闭塞状态；
46.列车进站状态，向外部系统发送接车闭塞状态和发车闭塞状态；
47.复原准备状态，保持之前向外部系统发送的状态；发送负电脉冲命令给驱动采集模块。
48.本发明具有以下有益效果：
49.1、采用了基于二取二架构及bit(板内自检)技术的驱动采集、通讯和逻辑处理模块，能够对自身模块上的安全器件进行周期性检测，确保系统运行的安全稳定；
50.2、采用了二乘二的冗余设计，单个模块故障时不影响系统的运行，提高系统运行的可用性；
51.3、取代了原有的继电电路，设备体积减小，施工难度降低；
52.4、可将故障信息及监测维护消息传给维护台，提高了可维护性。
附图说明
53.图1是本发明的半自动闭塞系统结构示意图；
54.图2是本发明的半自动闭塞系统部分结构详细示意图；
55.图3是本发明的半自动闭塞方法实现示意图。
具体实施方式
56.以下结合附图和具体实施方式对本发明提出的一种半自动闭塞系统及其方法进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施方式的目的。为了使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结
构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
57.如图1所示，本发明提供的一种半自动闭塞系统，两个通信车站分别设置有所述半自动闭塞系统，该半自动闭塞系统包含驱动采集模块、安全通信及逻辑处理模块、维护台、以及外部系统，外部系统主要是联锁系统以及外部设备；安全通信及逻辑处理模块与维护台通过网络连接，维护台收集来自于安全通信及逻辑处理模块的维护和报警信息，维护人员可以通过维护台收集的信息进行实时监测；安全通信及逻辑处理模块还分别与外部系统以及驱动采集模块通信连接，本例中安全通信及逻辑处理模块与驱动采集模块之间通过can(controller area network，控制器局域网络)总线连接，安全通信及逻辑处理模块根据接受的外部系统的闭塞请求信号、列车行驶条件以及驱动采集模块采集的脉冲信号，控制驱动采集模块输出脉冲信号，并控制将对应的状态发送给外部系统完成闭塞状态转换；所述安全通信及逻辑处理模块以及所述驱动采集模块均采用了二乘二取二的架构，如图1中所示的安全通信及逻辑处理模块a、b和驱动采集模块a、b，每种模块中若有一个出故障也不影响该模块功能实现，对应的外部系统设置两个联锁系统a、b。两个通信车站之间通过彼此半自动闭塞系统的驱动采集模块发送的脉冲信号进行通信。
58.进一步地，驱动采集模块能够根据安全通信及逻辑处理模块的正/负电脉冲驱动命令，输出正/负电脉冲信号，并向安全通信及逻辑处理模块发送驱动回执。如图2所示，上述驱动采集模块包含驱动模块、采集模块、隔离模块、熔丝模块、处理器模块(cpu和fpga)，驱动模块以及采集模块都与处理器模块连接，处理器模块还与安全通信及逻辑处理模块连接；驱动模块与处理器模块之间还连接有隔离模块，隔离模块通过熔丝模块与12v电源连接。其中，采集模块用于接收对方车站的驱动模块输出的正/负脉冲信号，驱动模块用于输出正/负脉冲信号；当驱动模块发生故障时，隔离模块断开驱动模块中的驱动继电器供电，防止驱动模块误输出；当采集模块或隔离模块故障时，熔丝模块熔断12v电源的熔丝，使得隔离模块掉电同时也切断了驱动模块的供电，使驱动采集模块处于安全状态；处理器模块的cpu根据安全通信及逻辑处理模的正/负脉冲驱动命令，控制驱动模块输出正/负脉冲信号，并向安全通信及逻辑处理模块发送驱动回执。以两个车站(本方站和对方站)之间的通信为例，本方站采集模块接收到对方站驱动模块发出的脉冲信号后传递给本方站处理器模块处理，本方站处理器模块的处理结果传递至本方站的安全通信及逻辑处理模块，本方站的安全通信及逻辑处理模块根据外部系统闭塞请求信号、列车行驶条件以及本方站处理器模块的处理结果进行处理，并将驱动命令反馈至本方站的处理器模块，本方站的处理器模块则根据驱动命令驱动本方站的驱动模块产生对应的脉冲信号，本方站的驱动模块发出的脉冲信号由对方站的采集模块接收，并根据上述过程由对方站的处理器模块、安全通信及逻辑处理模块处理，并控制对方站驱动模块发出对应的脉冲信号，上述通信过程为一个通信周期。
59.优选地，所述的安全通信及逻辑处理模块采用了主备冗余技术，安全通信及逻辑处理模块采用了红蓝网冗余网络，与外部系统进行冗余连接。安全通信及逻辑处理模块与驱动采集模块在运行过程中相互独立，一个模块故障时不影响另一个模块正常工作。驱动采集模块采用了双系并驱并采技术，并且，安全通信及逻辑处理模块与驱动采集模块，均采用了bit(板内自检)技术，能够对自身模块上的安全器件进行周期性检测。
60.本发明还提供了一种半自动闭塞方法，主要由以下步骤实现：
61.1、发车站的安全通信及逻辑处理模块根据外部系统的闭塞状态转化请求，控制发车站的驱动采集模块向接车站的驱动采集模块发送脉冲信号；
62.2、接车站的驱动采集模块接收到发车站发出的脉冲信号后，接车站的安全通信及逻辑处理模块根据外部系统的闭塞状态转化请求对接收的脉冲信号进行处理，控制接车站的驱动采集模块向发车站的驱动采集模块反馈脉冲信号，并通过控制外部系统对接车站的闭塞状态进行转换；
63.3、发车站的驱动采集模块接收反馈的脉冲信号，发车站的安全通信及逻辑处理模块对反馈的脉冲信号进行处理，根据处理结果通过控制外部系统对发车站的闭塞状态进行转换。
64.如图3所示，根据上述的半自动闭塞系统可以实现一种半自动闭塞方法，上述半自动闭塞系统中的安全通讯及逻辑处理模块通过软件状态机实现了完整的闭塞逻辑，半自动闭塞的状态机中各个状态的迁移条件如下：
65.t1：收到发车请求信号；
66.t2：收到接车请求信号；
67.t3：收到复位请求信号；
68.t4：收到故障复位请求信号；
69.t5：完成输出正电脉冲；
70.t6：未执行输出正电脉冲，跳转回前一个状态；
71.t7：完成输出负电脉冲；
72.t8：未执行输出负电脉冲，跳转回前一个状态；
73.t9：采集到正电脉冲；
74.t10：采集到负电脉冲；
75.t11：发车进路锁闭且列车驶出；
76.t12：接车进路锁闭且列车驶入；
77.t13：发车进路解锁且收到复原请求信号。
78.以下以完成一个完整的闭塞转换过程为例，对本发明的半自动闭塞方法进行说明，具体包含以下步骤：
79.s1：接车站和发车站都处于空闲状态；
80.s2：当发车站的值班员按下闭塞按钮，触发发车请求，发车站的安全通信及逻辑处理模块接收到发车请求t1，并将发车站由空闲状态转到发车请求状态，在发车请求状态，发车站的驱动采集模块发出第一脉冲信号，本例中为正脉冲；
81.s3：接车站的驱动采集模块接收到发车站发出的第一脉冲信号t9后，接车站的状态由空闲状态转到请求接车状态，在请求接车状态，接车站的驱动采集模块发出第二脉冲信号，本例为负脉冲；完成所述第二脉冲信号发送后t7，接车站的状态由请求接车状态转到准备接车状态；
82.s4：发车站的驱动采集模块接收到接车站发出的第二脉冲信号t10后，发车站的状态由请求发车状态转到准备发车状态；接着接车站的值班员按下闭塞按钮，触发接车请求，接车站的安全通信及逻辑处理模块接收到接车请求t2，并将接车站的状态由准备接车状态
转到允许接车状态，在允许接车状态，接车站的驱动采集模块发出第三脉冲信号，本例为正脉冲；
83.s5：发车站的驱动采集模块接收到接车站发出的第三脉冲信号t9后，发车站的状态由准备发车状态转到允许发车状态；并且，发车站的安全通信及逻辑处理模块将允许发车的状态发送给外部系统，外部系统的联锁机锁闭发车进路，并指引列车驶出发车站；
84.s6：发车进路锁闭且列车驶出t11后，发车站的状态由允许发车状态转到发车闭塞状态。
85.s7：在发车站处于发车闭塞状态下，发车站的驱动采集模块发出第四脉冲信号，本例为正脉冲；
86.s8：接车站的驱动采集模块接收到第四脉冲信号t9，接车站的状态由允许接车状态转到接车闭塞状态；
87.s9：列车驶入接车站后t12，接车站的状态由接车闭塞状态转到列车进站状态；在列车进站状态下，接车站值班员按下复原按钮，接车站发出复原请求t3，接车站状态由列车进站状态转为复原准备状态；在复原准备状态下，接车站的驱动采集模块输出第五脉冲信号，本例为负脉冲，接车站的状态由复原准备状态转为空闲状态；
88.s10：在发车闭塞状态下，发车站的驱动采集模块接收到第五脉冲信号t10，发车站由发车闭塞状态转为空闲状态。
89.本例中，半自动闭塞系统中的安全通讯及逻辑处理模块通过软件状态机实现了完整的闭塞逻辑，所实现的半自动闭塞状态机中的状态包括以下内容：
90.空闲状态；在该状态下仅向外部系统发送空闲状态；
91.初始状态；在该状态下向外部系统发送发车闭塞状态；
92.请求发车状态；在该状态下向外部系统发送空闲状态；发送正电脉冲命令给驱动采集模块；
93.准备发车状态；在该状态下向外部系统发送准备发车状态；
94.允许发车状态；在该状态下向外部系统发送允许发车状态；
95.发车闭塞状态；在该状态下向外部系统发送发车闭塞状态；发送正电脉冲命令给驱动采集模块；
96.请求接车状态；在该状态下向外部系统发送空闲状态；发送负电脉冲命令给驱动采集模块；
97.准备接车车状态；在该状态下向外部系统发送准备接车状态；
98.允许接车状态；在该状态下向外部系统发送允许接车状态；发送正电脉冲命令给驱动采集模块；
99.接车闭塞状态；在该状态下向外部系统发送接车闭塞状态；
100.列车进站状态；在该状态下向外部系统发送接车闭塞状态和发车闭塞状态；
101.复原准备状态；在该状态下保持之前向外部系统发送的状态；发送负电脉冲命令给驱动采集模块。
102.综上所述，本发明具有以下有益效果：
103.1、采用了基于二取二架构及bit技术的驱动采集、通讯和逻辑处理模块，能够对自身模块上的安全器件进行周期性检测，确保系统运行的安全稳定；
104.2、采用了二乘二的冗余设计，单个模块故障时不影响系统的运行，提高系统运行的可用性；
105.3、取代了原有的继电电路，设备体积减小，施工难度降低；
106.4、可将故障信息及监测维护消息传给维护台，提高了可维护性。
107.需要说明的是，在本文中术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
108.尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。