基于通信網絡控制的信號機點燈系統的設計

高陳江 陳紅霞 田仕林 賈俊強 劉心海

摘? 要：文章首先對目前信號控制系統的現狀和存在的問題分析，設計了基于通信控制的信號機點燈系統的設計，采用雙網、雙電源對LED信號燈進行通信網絡控制，接收計算機聯鎖系統的控制命令實現點燈，系統結構簡單，易維護，并且能夠監測故障實現故障定位，該設計方案提高了系統的安全性、可靠性和可維護性，為全電子計算機聯鎖的設計提供一定的參考價值。

關鍵詞：2乘2取2;冗余;計算機聯鎖;信號機點燈

中圖分類號：U284.1? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）09-0052-02

Abstract： In this paper， the present situation and existing problems of the signal control system are analyzed， and the design of the signal lighting system based on communication control is designed. The communication network control of LED signal lamp is carried out using double network and double power supply. Receiving the control command of the computer interlocking system to realize the lighting， the system structure is simple， easy to maintain， and can monitor the fault to achieve fault location. The design scheme improves the security， reliability and maintainability of the system. It provides a certain reference value for the design of all-computer interlocking.

Keywords： Double 2-vote-2; redundancy; computer interlocking; signal light

隨著高速鐵路和客運專線的建設，車站信號控制系統已是不可或缺的信號系統之一，目前主要采用計算機聯鎖控制系統，計算機聯鎖系統核心運算部分都由計算機來進行實現，但執行電路仍采用原來6502電氣集中聯鎖的繼電控制電路。但現實是繼電電路沒有冗余設計，故障處理難度大，故障恢復不及時直接影響整個系統的可靠性;繼電電路施工周期長、電纜接口多、投入大、改造施工和施工調整不方便等缺點已成為發展計算機聯鎖系統的一個瓶頸，與此同時隨著全電子計算機聯鎖系統的發展，傳統信號電燈電路也不能很好地配合全電子計算機聯鎖系統。因此，迫切研制新型的基于通信控制的信號點燈系統成為必然趨勢。本文以此為背景，提出基于通信網絡控制的信號點燈方案，采用模塊化和冗余設計，增加設計的靈活性和可靠性，同時也減少了維修人員工作強度和工作量。

1 系統設計思想

計算機聯鎖系統的聯鎖機主要是采集現場信號設備的狀態信息，進行聯鎖邏輯運算在顯示設備上進行顯示，同時接受控制臺的控制信息輸出驅動命令經過接口架、組合柜、分線盤到室外控制信號設備的。基于通信網絡控制的信號點燈系統，就是取消原來的繼電器，經聯鎖機輸出驅動命令直接控制室外信號設備。電路模塊的設計包括信號采集電路、通信網絡的設計、發光盤的設計等。

信號點燈電路是信號系統的重要組成部分之一，設計首先要滿足故障-安全原則，考慮到極端情況則要做以下設計：如果通信網絡被嚴重干擾或斷網的情況下，信號機應滅燈;如果控制設備故障或倒機單元斷電時，信號機應點禁止燈光;如果控制設備斷電，信號機應滅燈;如果接收到非正常命令，信號機應點禁止燈光。

在考慮系統安全性的同時，也要有高的可靠性，設計采用冗余結構，主要部件采用雙套。控制系統采用2乘2取2。為便于系統維護，增加系統監測電路并采用模塊化設計，大大提高系統的可維護性。

2 系統結構

計算機聯鎖系統室內設備已經是比較成熟的設備了，該系統主要進行通信網絡的設計、信號采集電路的設計、信號點燈電路和發光盤的設計等。

2.1 通信網絡的設計

計算機聯鎖系統的核心設備聯鎖機與信號機之間的通信網絡采用CAN總線，結構如圖1所示。

聯鎖機與信號機之間的網絡連接采用總線型，CAN總線采用的不是主備形式，是雙網并用的方式，聯鎖機和信號機分別與CAN A和CAN B總線連接。發送信息期間，發送端同時向CAN A和CAN B發送數據，接收端先行接收到其中一個網絡的數據，則該數據就作為有效數據參與聯鎖機的邏輯運算，接收到另外一個網絡發送來的數據只做校驗使用而不作為有效數據使用，校驗結果作為網絡狀態檢測使用。如果CAN A和CAN B中有其中一個網絡出現故障，則系統會自動隔離，不會影響另外一個網絡的正常使用，因此保證了系統數據傳輸的實時性和有效性，從而提高了整個系統的可靠性。

2.2 信號機點燈電路設計

考慮到安全性和可靠性，信號機點燈電路的設計采用2乘2取2冗余結構，系統核心部分是二取二安全性CPU板，CPU板是由兩個不同CPU組成的。CPU-A和CPU-B完全一樣。每個系有自己的獨立邏輯處理單元，兩系中任意一個出現故障，整個系統仍然能正常工作，這樣設計大大提高了整個系統的可靠性和安全性。電源系統采用雙套冗余設計，避免了電源故障出現系統停機的情況，如圖2所示。

為了便于維護人員進行維修，增加了自診斷功能，對信號機的健康狀況進行監測，該模塊能自動檢測出發光盤故障并實現故障定位，把檢測出的狀態信息反饋到主機，由主機進行邏輯處理判斷。

2.3 信號采集電路設計

采集電路實時采集每個燈位的電流，并與CPU輸出的控制命令狀態進行對比，如果CPU沒有輸出點燈命令，而電流達到亮燈時的值，則要立即斷開電源;如果CPU輸出點燈命令，而沒有采集到電流信息則要立即報警，并將故障狀態返回到主機系統，即聯鎖主機。如圖3所示，利用傳感電阻檢測電流，改變測流電阻值就可以對不同負載電流的范圍進行檢測。

2.4 發光盤的設計

LED鐵路信號具有機構輕便、組合靈活、顯示距離元、節能環保、無沖擊電流、壽命長、機構耐腐蝕等優點，取代傳統信號機已成趨勢。本文基于LED進行發光盤電路的設計。

發光盤的設計包括外觀設計和硬件部分設計，為了滿足發光強度要求，還要考慮發光盤的聚光系統設計。外觀和硬件電路的設計采用計算機輔助設計工具完成，然后由具體的專業制造廠家完成。聚光系統采用由多個單管構成的陣列和聚光透鏡，要使陣列中的發光管和聚光陣列中的透鏡對應并且光軸要重合，使得發光源位居聚光透鏡的焦點附近，這樣會讓光能量匯聚在光軸方向，增強信號燈的發光強度，達到光強度的技術要求。

發光盤采用雙路電源，該電源采用高可靠的開關電源，考慮到現場的環境影響，電源可能出現波動的情況，采用寬幅工作的電源，輸入唯一時，均能保證可靠工作。信號燈采用冗余交互式布置，如果一路電源出現故障時，保證信號機能正常點燈，原理圖如圖4所示。這種設計方式可增加信號機的可靠性。如果A路電源故障，則B路電源正常工作，當監測模塊監測到一路電源斷電后，可以采用增加電流占空比的方式提高剩余發光源的光強度，能使得信號機的顯示不影響司機的觀察。這種設計方式在一定程度上可以降低維護人員的工作強度。但如果發光二極管損壞達到30%以上時，要進行報警通知維護人員進行維修。

3 系統特點

系統采用通信網絡控制方式設計信號機點燈電流，系統特點主要體現在以下幾個方面：（1）核心控制部分采用2乘2取2的冗余方式，提高了可靠性和安全性。（2）采用LED點燈單元，具有光源穩定，節能、維修量少等特點。（3）系統采用雙網通信的方式，保證通信可靠安全。（4）系統采用雙路電源供電方式，保證系統的可靠性和穩定性。（5）系統大大減少了電纜的使用量，降低了維修量，便于實現系統的冗余設置。（6）系統抗干擾能力強，電磁兼容性好，系統的穩定性好。

4 結束語

計算機聯鎖全電子化是車站信號控制系統的發展趨勢，結合新技術的發展，綜合運用通信技術、網絡技術和控制技術設計的信號機點燈系統符合故障-安全原則，系統結構簡單，通過網絡傳輸信號機的控制信息，通信網絡采用雙套冗余的配置，信號機采用LED發光盤，并采用雙路交互式LED陣列，提高光強度，與此同時還具有故障診斷的輔助功能，實現系統故障定位和監控，降低維修人員的工作量，提高維修人員的工作效率，希望這一設計對全電子計算機聯鎖的設計和模擬具有一定的參考價值。

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