列車運(yùn)行控制系統(tǒng)中的地面目標(biāo)控制器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明實(shí)施例提供了一種列車運(yùn)行控制系統(tǒng)中的地面目標(biāo)控制器。該控制器包括雙套熱備的地面目標(biāo)控制單元，每套地面目標(biāo)控制單元包括：主控制電路、信號(hào)燈控制回路、道岔控制回路、信號(hào)燈狀態(tài)監(jiān)測電路和道岔狀態(tài)監(jiān)測電路；主控制電路包括異構(gòu)的MCU電路和FPGA電路，MCU電路和FPGA電路發(fā)出一致的信號(hào)燈控制命令和道岔控制命令后，將經(jīng)過二取二表決的最終信號(hào)燈控制命令傳輸給信號(hào)燈控制回路，將經(jīng)過二取二表決的最終道岔控制命令傳輸給道岔控制回路。本發(fā)明實(shí)施例通過在地面目標(biāo)控制單元的主控制電路選擇異構(gòu)二取二安全架構(gòu)，能夠保證道岔或者信號(hào)機(jī)不會(huì)錯(cuò)誤操作，滿足故障?安全原則，避免了故障的積累，提高了系統(tǒng)的安全性，可以滿足極端苛刻安全要求。
【專利說明】
列車運(yùn)行控制系統(tǒng)中的地面目標(biāo)控制器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及軌道交通控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種列車運(yùn)行控制系統(tǒng)中的地面目 標(biāo)控制器。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，隨著技術(shù)的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，軌道交通得W迅速發(fā)展。列車運(yùn)行控制 (W下簡稱列控)系統(tǒng)，作為軌道交通的安全保障基礎(chǔ)，為鐵路的客運(yùn)高速化和貨運(yùn)重載化 和城軌高密度化、低間隔化提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)保障。
[0003] 軌道交通列控車載系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)督列車運(yùn)行速度，并根據(jù)列車運(yùn)行限制條件，自動(dòng) 控制列車制動(dòng)系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)列車超速防護(hù)，保障列車行車安全、提高列車運(yùn)行效率。
[0004] 申請(qǐng)?zhí)枮?01310603679.9的專利《一種簡化軌道交通列車運(yùn)行控制系統(tǒng)的方法》 基于分布式處理原則和鐵路信號(hào)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)W及電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，提出來 一種分布式的地面安全計(jì)算機(jī)的配置方案，將列控系統(tǒng)的地面設(shè)備分為核屯、主機(jī)部分和遠(yuǎn) 程外設(shè)部分。遠(yuǎn)程外設(shè)部分作為地面目標(biāo)控制器控制道岔和信號(hào)機(jī)，設(shè)置于軌旁，盡量靠近 現(xiàn)場的被控對(duì)象一道岔和信號(hào)機(jī)，確保地面目標(biāo)控制器和道岔、信號(hào)機(jī)之間的硬連線盡可 能縮短，W達(dá)到減少布線成本，降低各種電磁干擾的引入，減少故障點(diǎn)，提高設(shè)備運(yùn)用可靠 性之目的。
[0005] 目前，在鐵路信號(hào)控制領(lǐng)域，計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖已逐漸普及，但其與室外設(shè)備接口部分仍 主要基于有機(jī)械觸點(diǎn)的電磁式重力安全型繼電器的繼電邏輯電路實(shí)現(xiàn)，來控制室外道岔、 信號(hào)機(jī)等設(shè)備。同時(shí)，軌旁是典型的振動(dòng)環(huán)境，電磁式重力安全型繼電器由于結(jié)構(gòu)限制不能 用于軌旁設(shè)備。因此，從計(jì)算機(jī)技術(shù)、電力電子技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)開發(fā)和安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)的發(fā) 展現(xiàn)狀出發(fā)，W微處理器或可編程邏輯器件為基礎(chǔ)，基于嵌入式軟硬件開發(fā)技術(shù)和安全系 統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)實(shí)現(xiàn)地面目標(biāo)控制器非常有必要。
[0006] 近年來，隨著微電子技術(shù)、控制技術(shù)、信息技術(shù)、通信和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，W及 電子設(shè)備的可靠性、安全性和容錯(cuò)技術(shù)的提高，出現(xiàn)了與地面目標(biāo)控制器功能類似的全電 子執(zhí)行單元。全電子執(zhí)行單元一般按轉(zhuǎn)徹機(jī)、信號(hào)機(jī)等不同的控制和采集對(duì)象，通過劃分成 不同功能模塊的形式來設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。綜觀與全電子執(zhí)行單元相關(guān)的研究成果，可W發(fā)現(xiàn)現(xiàn) 有的全電子執(zhí)行單元存在W下不足之處：
[0007] (1)目前的全電子執(zhí)行單元從基于非對(duì)稱故障模式的電磁式重力安全型繼電器為 基礎(chǔ)的繼電邏輯電路，轉(zhuǎn)向?qū)ΨQ模式的W微處理器或可編程邏輯器件為基礎(chǔ)、基于嵌入式 軟硬件開發(fā)技術(shù)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的控制電路，但并未證明其控制邏輯的安全性；
[000引（2)目前的全電子執(zhí)行單元主控回路開關(guān)普遍選擇SSR(Solid S化te Relay,固態(tài) 繼電器)和小觸點(diǎn)容量安全繼電器，盡管SSR是無觸點(diǎn)開關(guān)，但其屬于不能完全關(guān)死的功率 器件，即使處于關(guān)斷狀態(tài)也會(huì)有微弱的漏泄電流的存在，而目前無論是轉(zhuǎn)徹機(jī)還是信號(hào)機(jī)， 均屬于較高電壓較大電流類型被控對(duì)象。當(dāng)SSR與小型安全繼電器配合使用時(shí)，即使處于關(guān) 斷狀態(tài)，從電壓和電流角度看，仍有超過小觸點(diǎn)容量安全繼電器使用極限參數(shù)的問題；
[0009] (3)目前的全電子執(zhí)行單元仍沿用傳統(tǒng)繼電聯(lián)鎖所使用的防混連電路，例如雙斷 法、位置法、電源隔離法等，而在目前的使用SSR和小型安全繼電器所實(shí)現(xiàn)的全電子執(zhí)行單 元中，由于改變了傳統(tǒng)的繼電邏輯一硬配線的電路構(gòu)成方式，存在混線而導(dǎo)致危險(xiǎn)的可能。
[0010] (4)在道岔啟動(dòng)的技術(shù)條件中，要求"在道岔啟動(dòng)電路已經(jīng)動(dòng)作之后，如果車隨后 進(jìn)入該道岔區(qū)段，則應(yīng)保證轉(zhuǎn)徹機(jī)能夠繼續(xù)轉(zhuǎn)換到底，不能停轉(zhuǎn)"。在信號(hào)機(jī)控制的技術(shù)條 件中要求"信號(hào)燈的允許燈光一黃燈或綠燈因故障焰滅時(shí)，應(yīng)該自動(dòng)改點(diǎn)禁止燈光一紅 燈"。而目前的全電子執(zhí)行單元普遍基于2取2安全架構(gòu)，一旦出現(xiàn)故障會(huì)導(dǎo)向安全側(cè)而斷開 輸出，運(yùn)樣就不能滿足上述特殊的技術(shù)要求而會(huì)出現(xiàn)導(dǎo)致影響行車安全的設(shè)備故障。
[0011] (5)全電子執(zhí)行單元的控制對(duì)象為直接影響行車安全的轉(zhuǎn)徹機(jī)和信號(hào)機(jī)，既有的 全電子執(zhí)行單元普遍基于同構(gòu)方式實(shí)現(xiàn)其安全架構(gòu)，而相關(guān)的最新版本安全標(biāo)準(zhǔn)要求基于 差異性異構(gòu)設(shè)計(jì)原則實(shí)現(xiàn)安全控制系統(tǒng)W達(dá)到最高的安全完整性等級(jí)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種列車運(yùn)行控制系統(tǒng)中的地面目標(biāo)控制器，W解決既有 的全電子執(zhí)行單元存在的上述問題。
[OOU]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了如下技術(shù)方案。
[0014] -種列車運(yùn)行控制系統(tǒng)中的地面目標(biāo)控制器，包括雙套熱備的地面目標(biāo)控制單 元，每套所述的地面目標(biāo)控制單元又包括:主控制電路、信號(hào)燈控制回路、道岔控制回路、信 號(hào)燈狀態(tài)監(jiān)測電路和道岔狀態(tài)監(jiān)測電路；
[0015] 所述的主控制電路，用于連接所述信號(hào)燈控制回路、道岔控制回路、信號(hào)燈狀態(tài)監(jiān) 巧陸路和道岔狀態(tài)監(jiān)測電路，包括異構(gòu)的MCU電路和FPGA電路，所述MCU電路和FPGA電路組 成二取二架構(gòu)，分別根據(jù)所述信號(hào)燈狀態(tài)監(jiān)測電路傳輸過來的信號(hào)燈狀態(tài)信息、所述道岔 狀態(tài)監(jiān)測電路傳輸過來的道岔狀態(tài)信息，W及外部輸入的列控目標(biāo)控制命令，執(zhí)行道岔控 制電路和信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈電路的控制邏輯，而發(fā)出信號(hào)燈控制命令和道岔控制命令;當(dāng)所述MCU 電路和FPGA電路發(fā)出一致的信號(hào)燈控制命令和道岔控制命令后，則將經(jīng)過二取二表決的最 終信號(hào)燈控制命令傳輸給信號(hào)燈控制回路，將經(jīng)過二取二表決的最終道岔控制命令傳輸給 道岔控制回路；
[0016] 所述的雙套熱備主控制電路通過通信總線交互雙系熱備控制邏輯所需要的數(shù)據(jù) 信息，同時(shí)通過通信總線獲得外部輸入的列控目標(biāo)控制命令；
[0017] 信號(hào)燈控制回路，用于根據(jù)所述主控制電路傳輸過來的信號(hào)燈控制命令對(duì)列車軌 道的信號(hào)燈進(jìn)行控制操作；
[0018] 道岔控制回路，用于根據(jù)所述主控制電路傳輸過來的道岔控制命令對(duì)列車軌道的 道岔進(jìn)行控制操作；
[0019] 信號(hào)燈狀態(tài)監(jiān)測電路，用于監(jiān)測信號(hào)燈狀態(tài)信息，將信號(hào)燈狀態(tài)信息傳輸給主控 制電路；
[0020] 道岔狀態(tài)監(jiān)測電路，用于監(jiān)測道岔狀態(tài)信息，將道岔狀態(tài)信息傳輸給主控制電路。
[0021] 進(jìn)一步地，根據(jù)道岔控制電路和信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈電路的工作原理，分析道岔控制電路 和信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈電路的控制邏輯，并提取出道岔控制電路和信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈電路的控制邏輯偽代 碼，利用形式化工具建立所述控制邏輯偽代碼的模型，根據(jù)所述模型來驗(yàn)證所述道岔控制 電路和信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈電路的控制邏輯的安全性。
[0022] 進(jìn)一步地，基于道岔控制電路和信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈電路的控制邏輯偽代碼的模型來設(shè)計(jì) 所述MCU電路和FPGA電路的軟件控制程序。
[0023] 進(jìn)一步地，所述信號(hào)燈控制回路的開關(guān)電路、所述道岔控制回路的開關(guān)電路都采 用固態(tài)繼電器、接觸器或功率繼電器、安全繼電器Ξ種異構(gòu)控制器件串聯(lián)實(shí)現(xiàn)，所述固態(tài)繼 電器用來實(shí)現(xiàn)接觸器或功率繼電器、安全繼電器的空載切換。
[0024] 進(jìn)一步地，根據(jù)負(fù)載類型選擇直流或交流固態(tài)繼電器，信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈電路和五線制 交流轉(zhuǎn)徹機(jī)動(dòng)作電路選擇SCR型交流固態(tài)繼電器，四線制直流轉(zhuǎn)徹機(jī)時(shí)則選用直流型固態(tài) 繼電器;根據(jù)負(fù)載類型選擇接觸器或功率繼電器，交流負(fù)載選交流接觸器或功率繼電器或 功率交流繼電器，直流負(fù)載選擇直流接觸器或功率繼電器或功率直流繼電器;均選用大觸 點(diǎn)容量安全繼電器作為切換元件，用來實(shí)現(xiàn)道岔的定/反位轉(zhuǎn)換或信號(hào)機(jī)所控8個(gè)燈位的分 組控制和不同燈位的切換。
[0025] 進(jìn)一步地，所述信號(hào)燈控制回路中的每個(gè)信號(hào)燈位的控制主回路均采用Ξ個(gè)開 關(guān)，去線上采用固態(tài)繼電器和安全繼電器兩種開關(guān)進(jìn)行控制，回線上采用接觸器或功率繼 電器式開關(guān)，使得每個(gè)信號(hào)燈位的控制都構(gòu)成一個(gè)雙斷的結(jié)構(gòu)；
[0026] 當(dāng)需要進(jìn)行信號(hào)燈位的點(diǎn)亮操作時(shí)，先控制安全繼電器、接觸器或功率繼電器進(jìn) 行接點(diǎn)切換，等相應(yīng)接點(diǎn)閉合到位之后，再控制固態(tài)繼電器開關(guān)使所述信號(hào)燈位處于導(dǎo)通 狀態(tài)，接通點(diǎn)燈電源，點(diǎn)亮所述信號(hào)燈位。
[0027] 進(jìn)一步地，所述的主控制電路通過隔離電路向所述道岔控制回路發(fā)送道岔控制命 令，所述道岔控制回路的開關(guān)電路中的電源開關(guān)采用固態(tài)繼電器、接觸器或功率繼電器來 實(shí)現(xiàn)，所述道岔控制回路的開關(guān)電路中的換相開關(guān)采用安全繼電器來實(shí)現(xiàn)，所述電源開關(guān) 和所述換相開關(guān)之間相互配合來完成電源的輸出。
[0028] 進(jìn)一步地，所述的地面目標(biāo)控制器還包括檢測電路，該檢測電路包括防混線檢測 電路；
[0029] 所述的防混線檢測電路，從所述安全繼電器的常閉接點(diǎn)引入，所述防混線檢測電 路基于LC振蕩原理，首先電源向所述防混線檢測電路的電容充電，然后所述電容向道岔電 機(jī)和信號(hào)機(jī)變壓器繞組進(jìn)行放電，當(dāng)所述電容兩端的波形為振蕩波形，則判斷地面目標(biāo)控 制器與道岔或信號(hào)機(jī)之間的電纜不存在混線故障；當(dāng)所述電容兩端的波形不為振蕩波形， 則判斷所述地面目標(biāo)控制器與道岔或信號(hào)機(jī)之間的電纜存在混線故障，并將所述地面目標(biāo) 控制器與道岔或信號(hào)機(jī)之間的電纜存在的混線故障檢測結(jié)果發(fā)送主控制電路。
[0030] 進(jìn)一步地，所述的檢測電路還包括；
[0031] 電源開關(guān)狀態(tài)電壓檢測電路，用于對(duì)所述信號(hào)燈控制回路和道岔控制回路中的構(gòu) 成電源開關(guān)的固態(tài)繼電器與接觸器或功率繼電器進(jìn)行電壓監(jiān)測，將檢測結(jié)果發(fā)送主控制電 路；
[0032] 安全繼電器狀態(tài)檢測電路，用于對(duì)道岔控制電流W及信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈電路的安全繼電 器的復(fù)式接點(diǎn)進(jìn)行檢測，W判斷安全繼電器是否可控，并將檢測結(jié)果發(fā)送主控制電路；
[0033] 電流檢測電路，用于對(duì)道岔控制電流W及信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈電路電流進(jìn)行檢測，將檢測 結(jié)果發(fā)送主控制電路。
[0034] 由上述本發(fā)明的實(shí)施例提供的技術(shù)方案可W看出，本發(fā)明實(shí)施例通過根據(jù)道岔控 制電路和信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈電路的工作原理，利用形式化工具對(duì)道岔控制電路和信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈電路 的控制邏輯進(jìn)行形式化建模，可W驗(yàn)證道岔控制電路和信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈電路的控制邏輯的安全 性，為后續(xù)的軟硬件設(shè)計(jì)提供更加堅(jiān)定的依據(jù)和基礎(chǔ)。
[0035] 本發(fā)明實(shí)施例通過在主控制電路選擇異構(gòu)二乘(熱備)二取二的安全架構(gòu)，能夠保 證道岔或者信號(hào)機(jī)不會(huì)錯(cuò)誤操作，滿足故障-安全原則，避免了故障的積累，提高了系統(tǒng)的 安全性，可W滿足極端苛刻安全要求。
[0036] 本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，運(yùn)些將從下面的描述中變 得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。
【附圖說明】
[0037] 為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用 的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本 領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可W根據(jù)運(yùn)些附圖獲得其他 的附圖。
[0038] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種四線制道岔控制電路原理圖；
[0039] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種進(jìn)站信號(hào)機(jī)的點(diǎn)燈電路示意圖；
[0040] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種列車運(yùn)行控制系統(tǒng)中的地面目標(biāo)控制器結(jié)構(gòu)示意 圖；
[0041] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種信號(hào)機(jī)控制回路的示意圖；
[0042] 圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種五線制道岔控制回路原理示意圖；
[0043] 圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種四線制道岔控制回路原理示意圖；
[0044] 圖7為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種五線制道岔的道岔狀態(tài)監(jiān)測電路的示意圖圖；
[0045] 圖8為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種檢測電路示意圖；
[0046] 圖9為本發(fā)明實(shí)施例提供的四線制道岔的道岔狀態(tài)監(jiān)測電路示意圖；
[0047] 圖10為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種電源開關(guān)的狀態(tài)檢測電路示意圖；
[0048] 圖11為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種安全繼電器的檢測電路示意圖；
[0049] 圖12為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種線性電流傳感器ACS712的功能原理示意圖；
[0050] 圖13為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種防混線檢測電路的原理示意圖；
[0051 ]圖14為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種IX振蕩波形示意圖；
[0052] 圖15為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種調(diào)度子模塊軟件流程圖圖；
[0053] 圖16為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種信號(hào)機(jī)控制子模塊軟件流程圖；
[0054] 圖17為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈狀態(tài)檢測軟件流程圖；
[0055] 圖18為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種定位操作軟件流程圖；
[0056] 圖19為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種道岔表示檢測子模塊的軟件流程圖； 圖20為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種進(jìn)站信號(hào)機(jī)的圖形符號(hào)示意圖； 圖21為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種調(diào)車信號(hào)機(jī)的圖形符號(hào)示意圖； 圖22為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種四顯示出站兼調(diào)車信號(hào)機(jī)四顯示出站兼調(diào)車信號(hào)機(jī)； 圖23為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種指定的圖形符號(hào)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0057]下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施方式，所述實(shí)施方式的示例在附圖中示出，其中自始 至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參 考附圖描述的實(shí)施方式是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對(duì)本發(fā)明的限制。 [005引本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員可W理解，除非特意聲明，運(yùn)里使用的單數(shù)形式"一"、"一 個(gè)"、"所述"和"該"也可包括復(fù)數(shù)形式。應(yīng)該進(jìn)一步理解的是，本發(fā)明的說明書中使用的措 辭"包括"是指存在所述特征、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或組件，但是并不排除存在或添加 一個(gè)或多個(gè)其他特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、組件和/或它們的組。應(yīng)該理解，當(dāng)我們稱元 件被"連接"或"禪接"到另一元件時(shí)，它可W直接連接或禪接到其他元件，或者也可W存在 中間元件。此外，運(yùn)里使用的"連接"或"禪接"可W包括無線連接或禪接。運(yùn)里使用的措辭 "和/或"包括一個(gè)或更多個(gè)相關(guān)聯(lián)的列出項(xiàng)的任一單元和全部組合。
[0059] 本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員可W理解，除非另外定義，運(yùn)里使用的所有術(shù)語(包括技術(shù)術(shù) 語和科學(xué)術(shù)語)具有與本發(fā)明所屬領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員的一般理解相同的意義。還應(yīng)該 理解的是，諸如通用字典中定義的那些術(shù)語應(yīng)該被理解為具有與現(xiàn)有技術(shù)的上下文中的意 義一致的意義，并且除非像運(yùn)里一樣定義，不會(huì)用理想化或過于正式的含義來解釋。
[0060] 為便于對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的理解，下面將結(jié)合附圖W幾個(gè)具體實(shí)施例為例做進(jìn)一步 的解釋說明，且各個(gè)實(shí)施例并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的限定。
[0061] 本發(fā)明實(shí)施例解決既有的全電子執(zhí)行單元存在的上述問題，實(shí)現(xiàn)滿足極端苛刻安 全要求的列控系統(tǒng)地面目標(biāo)控制器。
[0062] 本發(fā)明實(shí)施例的方案如下：
[0063] 1.1控制邏輯提取、形式化建模與驗(yàn)證
[0064] (1)道岔控制電路邏輯分析
[0065] 目前車站道岔控制多采用成熟的6502電氣集中電路中的道岔控制電路，其必須符 合如下技術(shù)條件：
[0066] (1)道岔區(qū)段有車時(shí)，道岔不應(yīng)該轉(zhuǎn)換；
[0067] (2)當(dāng)進(jìn)路在鎖閉狀態(tài)時(shí)，進(jìn)路上的道岔不應(yīng)再轉(zhuǎn)換；
[0068] (3)在道岔啟動(dòng)電路已經(jīng)動(dòng)作之后，如果車隨后進(jìn)入該道岔區(qū)段，則應(yīng)保證轉(zhuǎn)徹機(jī) 能夠繼續(xù)轉(zhuǎn)換到底，不受(1)的限制而停轉(zhuǎn)；
[0069] (4)道岔啟動(dòng)電路接通后，如果因?yàn)檗D(zhuǎn)徹機(jī)內(nèi)部的電動(dòng)機(jī)或自動(dòng)開閉器等設(shè)備故 障或接觸不良使得道岔無法動(dòng)作，則應(yīng)該自動(dòng)切斷道岔啟動(dòng)電路，從而防止其他外界原因 使得故障自動(dòng)恢復(fù)后使得道岔再次動(dòng)作，可能在車進(jìn)入道岔所在區(qū)段時(shí)造成道岔中途轉(zhuǎn)換 事故；
[0070] (5)道岔轉(zhuǎn)換過程中，若由于外界阻力導(dǎo)致基本軌與尖軌之間無法密貼，道岔無法 轉(zhuǎn)換到位時(shí)，應(yīng)該能夠使道岔轉(zhuǎn)換回原位；
[0071] (6)道岔轉(zhuǎn)換完畢密貼后，應(yīng)能自動(dòng)切斷電動(dòng)機(jī)電路；
[0072] (7)道岔在轉(zhuǎn)換過程中，或者在發(fā)生擠岔、停電、斷線等故障時(shí)應(yīng)該沒有狀態(tài)表示；
[0073] (8)外線發(fā)生混線或者混入其他電源時(shí)，道岔應(yīng)該沒有表示。
[0074] 最常見的道岔控制電路為四線制道岔控制電路和五線制道岔控制電路，兩者在控 制邏輯上有類似之處，此處選取四線制道岔控制電路為例進(jìn)行分析，提取相應(yīng)的數(shù)字邏輯。
[0075] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種四線制道岔控制電路原理圖。分析圖1所示的四線 制道岔控制電路發(fā)現(xiàn)，該電路分為啟動(dòng)電路和表示電路兩部分，共包含有8個(gè)繼電器，分別 為CAJ、SJ、1DQJ、2DQJ、DCJ、FCJ、DBJ和FBJ。其中用1DQJ和2DQJ完成道岔的啟動(dòng)和轉(zhuǎn)換，用 1DQJ來檢查聯(lián)鎖條件，2DQJ控制轉(zhuǎn)換方向，校核道岔的位置；用DBJ和FBJ來反映道岔的位 置。
[0076] 假設(shè)道岔原在定位，即已知1DQJ在落下狀態(tài)，2DQJ的極性定位接點(diǎn)（141-142)閉 合，若辦理進(jìn)路時(shí)需要使道岔由定位向反位轉(zhuǎn)換，即FCJ處在吸起狀態(tài)，則需要經(jīng)過Ξ級(jí)電 路控制。首先是第一道岔啟動(dòng)繼電器1DQJ的接通，隨后接通第二道岔啟動(dòng)繼電器2DQJ的轉(zhuǎn) 極電路，第Ξ級(jí)為電機(jī)的供電電路。由于1DQJ的吸起和2DQJ的轉(zhuǎn)極，連通1DQJ的1-2線圈自 保電路向室外電機(jī)送電，使得轉(zhuǎn)徹機(jī)的直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，將道岔由定位轉(zhuǎn)到反位，所W道岔 啟動(dòng)電路最終的輸出量即為直流電機(jī)的狀態(tài)。同理，分析道岔的表示電路，DBJ和FBJ的最終 狀態(tài)為輸出量，相關(guān)的控制繼電器作為邏輯提取時(shí)的輸入量，運(yùn)樣分析比較簡單和直觀。
[0077] 1DQJ的1-2線圈是通過它的前接點(diǎn)接通電機(jī)電路的，該線圈與電機(jī)串聯(lián)，在電機(jī)正 常工作時(shí)，1DQJ能隨著道岔的轉(zhuǎn)換而保持在勵(lì)磁吸起狀態(tài)。如果電機(jī)因故障不通，則1DQJ的 自保電路也不會(huì)接通，取消了道岔再有轉(zhuǎn)換的可能。
[0078] 在對(duì)四線制道岔控制電路進(jìn)行邏輯提取時(shí)，假設(shè)所有線路接通為1，斷開為0。所有 繼電器吸起為狀態(tài)"Γ，失磁落下為狀態(tài)"0"，則要求當(dāng)?shù)啦硖幱诙ㄎ粫r(shí)，2DQJ= 1，DBJ= 1， FBJ = 0;當(dāng)?shù)啦硖幱诜次粫r(shí)，2DQJ = 0，DBJ = 0，F(xiàn)BJ=1。根據(jù)1DQJ和2DQJ的主要功能作用， 設(shè)置IDQJ在電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)為1，電機(jī)停轉(zhuǎn)時(shí)為0.而將負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)極的2DQJ化簡省去，直接去監(jiān)測道 岔轉(zhuǎn)徹機(jī)的自動(dòng)開閉器接點(diǎn)來判斷道岔現(xiàn)處于的狀態(tài)。
[0079] 根據(jù)上述對(duì)于傳統(tǒng)四線制道岔控制電路控制原理的分析，可W提取地面目標(biāo)控制 器道岔模塊的控制邏輯，即在地面目標(biāo)控制器道岔模塊開始運(yùn)作時(shí)，首先獲得道岔轉(zhuǎn)徹機(jī) 的表示，只有當(dāng)定位表示(DBKDB為定表的漢語拼音首字母，下同）和反位表示(FB)()相惇 時(shí)才將道岔狀態(tài)反饋給聯(lián)鎖計(jì)算機(jī)，否則根據(jù)電動(dòng)機(jī)監(jiān)測電流來判斷道岔是否在動(dòng)作過程 中，如果道岔未動(dòng)作則接通擠岔報(bào)警電路。
[0080] 然后判斷道岔是否在鎖閉狀態(tài)，同時(shí)檢測是否有混線故障等，判斷報(bào)警電路是否 輸出報(bào)警信號(hào)，只有在道岔未鎖閉、沒有報(bào)警信號(hào)輸出的情況下才接收命令數(shù)據(jù)。
[0081] 當(dāng)接收到的命令是單操信號(hào)(CA)或者是進(jìn)路反操命令(FC)時(shí)，接通道岔啟動(dòng)電路 電源。
[0082] 在接通道岔啟動(dòng)電源時(shí)要注意為了保證道岔在四開狀態(tài)下可W恢復(fù)為原位，要另 外設(shè)置道岔在報(bào)警系統(tǒng)有輸出，并且有車站值班員辦理單操動(dòng)作信號(hào)的時(shí)候，道岔啟動(dòng)電 源也可W接通，此時(shí)定位的控制和表示線X2接通。
[0083] 在道岔電動(dòng)機(jī)工作過程中，此時(shí)DB和FB都沒有顯示，為了能讓道岔繼續(xù)工作，加入 CA或者FC有命令動(dòng)作使得道岔轉(zhuǎn)動(dòng)命令繼續(xù)。
[0084] 再次檢測接收到的命令有單操的信號(hào)命令或者是進(jìn)路反操命令時(shí)，控制專用回線 X4接通。
[0085] 只有當(dāng)X2接通，X4也接通，道岔未鎖閉的時(shí)候，道岔轉(zhuǎn)徹機(jī)電路電源才接通，也就 是原本道岔控制繼電器接口電路的1DQJ接通，1DQJ = 1。
[0086] 轉(zhuǎn)徹機(jī)工作電流供電時(shí)候，同時(shí)監(jiān)測轉(zhuǎn)徹機(jī)電路，一旦電流過流或者電流時(shí)間超 過設(shè)定的30秒，則報(bào)警電路輸出報(bào)警信號(hào)，一旦有報(bào)警信號(hào)輸出，轉(zhuǎn)徹機(jī)工作電源關(guān)閉，也 就是讓1DQJ = 0。
[0087] 當(dāng)轉(zhuǎn)徹機(jī)定位工作電源有電，報(bào)警電路未報(bào)警，那么說明此時(shí)道岔正在從定位向 反位轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)檢測到道岔轉(zhuǎn)徹機(jī)自動(dòng)開閉器接點(diǎn)沒有定位表示而有反位表示時(shí)，則切斷轉(zhuǎn) 徹機(jī)工作電源，否則給出擠岔報(bào)警表示。當(dāng)轉(zhuǎn)徹機(jī)工作電源關(guān)閉時(shí)，再一次監(jiān)測自動(dòng)開閉器 接點(diǎn)定位和反位表示，最后監(jiān)測無誤時(shí)板饋給聯(lián)鎖計(jì)算機(jī)道岔的表示位置。
[0088] 根據(jù)上述對(duì)四線制道岔控制電路的邏輯分析，可W提取出目標(biāo)控制器四線制道岔 控制電路的邏輯偽代碼。
[0089] 道岔在正常狀態(tài)下從定位向反位轉(zhuǎn)換，其啟動(dòng)部分的邏輯偽代碼如下所示：
[0090]
[0091]
[0092] (2)信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈電路邏輯分析
[0093] 常見的信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈電路有進(jìn)站信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈電路、出站信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈電路和調(diào)車信號(hào) 機(jī)點(diǎn)燈電路，其必須符合如下技術(shù)條件：
[0094] (1)信號(hào)燈的允許燈光一黃燈或綠燈因故障焰滅時(shí)，應(yīng)該自動(dòng)改點(diǎn)禁止燈光一紅 燈；
[00M] (2)開放信號(hào)時(shí)，應(yīng)該首先檢查紅燈燈絲完整性，即紅燈確實(shí)在亮燈狀態(tài)。在紅燈 燈絲斷絲時(shí)，不允許再開放允許燈光；
[0096] (3)不允許信號(hào)機(jī)給出亂顯示，凡超出規(guī)定的信號(hào)顯示，都屬于亂顯示。
[0097] 信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈電路中的進(jìn)站信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈電路相對(duì)最為復(fù)雜，所W運(yùn)里W進(jìn)站信號(hào)機(jī) 點(diǎn)燈電路為例，分析信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈電路的邏輯。圖2為進(jìn)站信號(hào)機(jī)的點(diǎn)燈電路，根據(jù)信號(hào)繼電 器及輔助繼電器的不同條件，信號(hào)點(diǎn)燈電路會(huì)形成不同的信號(hào)顯示控制。
[0098] 由進(jìn)站信號(hào)機(jī)的點(diǎn)燈電路可W看出，進(jìn)站信號(hào)機(jī)包含5個(gè)燈位，分別為:黃、綠、紅、 黃、白，可W組成6種顯示:綠、黃、紅、黃黃、紅白、綠黃。用有兩種狀態(tài)的繼電器，控制六種信 號(hào)顯示，需要五個(gè)繼電器。每個(gè)信號(hào)燈的燈泡都串接有DJ(燈絲繼電器），用來監(jiān)督燈泡的完 整性。點(diǎn)燈電路采用集中供電制，即由信號(hào)樓繼電器室供給220V交流點(diǎn)燈電源。其中允許信 號(hào)燈有:U、L、2U，禁止燈為:Η，除此之外，YB和Η等同時(shí)點(diǎn)亮作為引導(dǎo)信號(hào)使用。
[0099] 因?yàn)樾盘?hào)點(diǎn)燈電路有室外聯(lián)系線路，所W在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，既考慮了斷線保護(hù)，又考 慮了混線保護(hù)。信號(hào)點(diǎn)燈電路發(fā)生斷線故障，信號(hào)機(jī)就要滅燈。允許燈光滅燈則必須使信號(hào) 顯示降級(jí)，如黃燈或綠燈滅燈時(shí)，要自動(dòng)改點(diǎn)禁止燈光紅燈。禁止燈光紅燈滅燈時(shí)，不允許 信號(hào)機(jī)再開放其他信號(hào)燈光。所W在目標(biāo)控制器信號(hào)點(diǎn)燈模塊設(shè)計(jì)時(shí)，要采用電流監(jiān)測的 方式，在每個(gè)燈泡的控制電路上都設(shè)有電流監(jiān)測電路，用來取代燈絲繼電器，監(jiān)測燈泡的完 整性。
[0100] 如果點(diǎn)燈電路發(fā)生混線故障，將點(diǎn)亮平時(shí)不應(yīng)該點(diǎn)亮的燈位。因此在執(zhí)行點(diǎn)燈命 令之前，要首先檢查是否存在混線故障，只有當(dāng)沒有混線故障錯(cuò)誤輸出時(shí)，才能進(jìn)而監(jiān)測目 前所點(diǎn)亮的燈位是否處于正常狀態(tài)。
[0101] 與道岔控制電路分析方法類似，將每個(gè)燈泡的顯示作為被控量，燈泡被點(diǎn)亮，設(shè)置 為狀態(tài)"Γ，反之為狀態(tài)"0";電路中的各信號(hào)繼電器條件作為輸入量，繼電器吸起即為狀態(tài) "Γ，失磁落下為狀態(tài)"0"，在目標(biāo)控制器中，上述信號(hào)繼電器的吸起簡化為目標(biāo)控制器所執(zhí) 行的點(diǎn)燈命令開關(guān)，采用相應(yīng)的電子開關(guān)來控制相應(yīng)需要點(diǎn)亮的燈光。
[0102] W進(jìn)站信號(hào)機(jī)點(diǎn)綠燈為例進(jìn)行說明其點(diǎn)燈電路的控制邏輯，在執(zhí)行點(diǎn)綠燈命令之 前，首先要獲得紅燈的點(diǎn)燈狀態(tài)HDW及紅燈燈絲的完整，通過監(jiān)測紅燈點(diǎn)燈開關(guān)W及紅燈 回路點(diǎn)燈電流進(jìn)行判斷，只有紅燈處于正常點(diǎn)亮情況下才能執(zhí)行點(diǎn)綠燈的命令，否則不允 許驅(qū)動(dòng)綠燈點(diǎn)燈開關(guān)。
[0103] 然后進(jìn)行混線檢測，判斷是否是因?yàn)榛炀€故障而點(diǎn)亮的紅燈，只有當(dāng)不存在混線 故障時(shí)，才能接收命令數(shù)據(jù)LDM。若存在混線故障，不允許執(zhí)行點(diǎn)燈命令。
[0104] 當(dāng)紅燈處于正常點(diǎn)亮狀態(tài)且不存在混線故障，且目標(biāo)控制器本身自檢無故障時(shí)， 才首先關(guān)閉紅燈驅(qū)動(dòng)開關(guān)HXJ，斷開紅燈點(diǎn)燈回路，然后閉合綠燈點(diǎn)燈驅(qū)動(dòng)開關(guān)LXJ，接通綠 燈點(diǎn)燈回路去線和回線的點(diǎn)燈電源，點(diǎn)亮綠燈。
[0105] 點(diǎn)燈結(jié)束之后，通過監(jiān)測綠燈LD點(diǎn)燈回路的控制開關(guān)和點(diǎn)燈電流，判斷綠燈是否 正常點(diǎn)亮，監(jiān)測無誤反饋相應(yīng)的信息給上層聯(lián)鎖機(jī)，參與下次聯(lián)鎖邏輯運(yùn)算，否則給出點(diǎn)燈 電路故障報(bào)警信息。
[0106] 同理，在監(jiān)測目前點(diǎn)亮的綠燈過程中，發(fā)現(xiàn)其點(diǎn)燈開關(guān)或點(diǎn)燈電流處于不正常狀 態(tài)，判斷綠燈處于滅燈狀態(tài)，則目標(biāo)控制器應(yīng)立即給出報(bào)警信息，并控制紅燈的點(diǎn)燈開關(guān)， 使其接通紅燈點(diǎn)燈回路電源，并確認(rèn)點(diǎn)亮禁止燈光紅燈，從而使燈光降級(jí)顯示，避免危險(xiǎn)的 發(fā)生。
[0107] 根據(jù)上述對(duì)進(jìn)站信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈控制邏輯的分析，提取出目標(biāo)控制器點(diǎn)燈邏輯偽代 碼。
[0108] 信號(hào)機(jī)在正常狀態(tài)下，開放綠燈信號(hào)，其點(diǎn)燈控制部分邏輯偽代碼如下所示：
[0109]
[0110]
[0111] (3)四線制道岔控制模塊Event-B建模與驗(yàn)證
[0112] 四線制道岔控制模塊的具體規(guī)則描述如下述表1所示。其中控制模塊的功能描述 采用即N關(guān)鍵字，設(shè)備描述采用ENV關(guān)鍵字，安全特性描述用SAF關(guān)鍵字。建模時(shí)，SAF描述的 內(nèi)容可w作為事件發(fā)生的衛(wèi)條件。
[0113] 表1道岔控制模塊的具體規(guī)則描述
[0114]
[0115] 采用Event-B對(duì)其進(jìn)行建模和驗(yàn)證，主要分為W下步驟：
[0116] 第一步:建立基本場景和抽象機(jī)
[0117] point為控制對(duì)象道岔，Poin巧osition為道岔位置集合，pointMove對(duì)應(yīng)道岔轉(zhuǎn)換 事件，主要常量化ormal、Preverse、Ptrailed分別描述道岔的定位、反位、四開狀態(tài)；變量 3訊；[1：油_]1和3*；[1：油_1'分別描述道岔向定位、反位轉(zhuǎn)換，3*。日；[1_]1和3*化；[1_1'分別描述向定 位、反位轉(zhuǎn)換失敗，switch_n和switch_;r由道岔控制命令觸發(fā)，若轉(zhuǎn)換失敗，則進(jìn)入報(bào)錯(cuò)狀 態(tài)err,其他變量、常量定義類似。
[0118] 第二步:將抽取的各個(gè)規(guī)則非形式化描述轉(zhuǎn)換成Event-B語言描述，即將道岔位置 變化的各種控制條件都用衛(wèi)條件的方式表達(dá)出來，加入到各抽象機(jī)的事件中。例如道岔的 Ξ種位置都屬于道岔位置集合，采用在場景中添加公理的方式：
[0119] axml:partition(PointPosition,{Pnormal},{Preverse},{Ptrailed})
[0120]道岔不能同時(shí)既向定位轉(zhuǎn)換又向反位轉(zhuǎn)換，采用在抽象機(jī)中添加不變式：
[0121 ] invl: ^(switch_n = TR肥八switch_r = TR肥）
[0122]道岔在轉(zhuǎn)換過程中若發(fā)生擠岔等故障導(dǎo)致轉(zhuǎn)換失敗，則給出四開狀態(tài)，即：
[012引 W 肥 RE
[0124] grd1:SwFa il_r = TR肥 V SwFa il_n = TR肥
[0125] THEN
[0126] actionl :err: =TRUE
[0127] 類似可W書寫其他控制或功能條件。
[01巧]第Ξ步，模型構(gòu)建好之后，采用Event-B Rodin平臺(tái)自帶的Proof Obligation驗(yàn)證 模塊對(duì)模型的邏輯正確性進(jìn)行驗(yàn)證，對(duì)于不能自動(dòng)驗(yàn)證的，通過手動(dòng)加入變量的方式完成 交互證明。交互證明成功率應(yīng)為100 %。
[0129] (4)進(jìn)站信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈控制模塊Event-B建模與驗(yàn)證
[0130] 進(jìn)站信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈控制模塊的具體規(guī)則描述如表2。其中關(guān)鍵字定義與四線制道岔 控制模塊定義相同。建模時(shí)，SAF描述的內(nèi)容可W作為事件發(fā)生的衛(wèi)條件。
[0131 ]表2進(jìn)站信號(hào)點(diǎn)燈控制模塊具體規(guī)則描述 [01321
[0133]
[0134] 采用Event-B方法對(duì)信號(hào)機(jī)控制模塊進(jìn)行建模時(shí)，將信號(hào)點(diǎn)燈控制分成信號(hào)點(diǎn)燈 和信號(hào)保持兩個(gè)過程，信號(hào)點(diǎn)燈是接收到點(diǎn)燈命令的標(biāo)志，信號(hào)保持則是不斷檢查開放信 號(hào)的各個(gè)條件，包括燈絲完整性、點(diǎn)燈電流正常等，條件滿足則保持信號(hào)的點(diǎn)燈狀態(tài)，否則 信號(hào)關(guān)閉。根據(jù)前文對(duì)于信號(hào)點(diǎn)燈控制邏輯的分析，建立信號(hào)點(diǎn)燈控制的Event-B抽象機(jī)模 型，并加入信號(hào)點(diǎn)燈、信號(hào)保持和信號(hào)關(guān)閉等相關(guān)事件，并在其中加入信號(hào)的狀態(tài)及其變 化，包含加入的各種控制條件。引入新事件和新變量則W模型精化的方式進(jìn)行。
[0135] 為了簡化模型，建立信號(hào)控制相關(guān)事件對(duì)應(yīng)的狀態(tài)機(jī)sm_signalCon化〇1時(shí)，設(shè)置 的信號(hào)狀態(tài)變量signalState只設(shè)置了 red和green兩個(gè)值，分別表示信號(hào)的關(guān)閉和開放狀 態(tài)。用signal化en、signa化old、signal Shunt分別表示信號(hào)點(diǎn)燈事件、信號(hào)保持事件和信號(hào) 關(guān)閉事件；用變量redsig和grnsig分別表示紅燈和綠燈的點(diǎn)燈控制開關(guān)狀態(tài)，red_no;rmal 和grn_normal分別表示紅燈和綠燈監(jiān)測正常。根據(jù)前文關(guān)于信號(hào)開放，也就是點(diǎn)亮綠燈的 分析，可知需要首先要監(jiān)測紅燈是否處于正常點(diǎn)亮狀態(tài)，然后才能控制開關(guān)使綠燈順利點(diǎn) 亮，該事件在狀態(tài)機(jī)中的描述如下：
[0136] EVENTS
[0137] signalOpen
[013 引 W 肥 RE
[0139] grdl :openSi即al = TRUE
[0140] grd2: reds ig = TRUE
[0141] grd3:grnsig=FALSE
[0142] Ι?ΕΝ
[0143] actl :redsig: =FALSE
[0144] act2: grnsig: =FALSE
[0145] END
[0146] 類似可W書寫其他控制事件或條件，建立的信號(hào)控制狀態(tài)機(jī)圖形表示和Event-B 語言描述如圖4所示。
[0147] 模型建立好之后，同樣采用Event-B Rodin平臺(tái)自帶的Proof Obligation驗(yàn)證工 具對(duì)模型的邏輯正確性進(jìn)行驗(yàn)證，對(duì)于不能自動(dòng)驗(yàn)證的，通過手動(dòng)加入變量的方式完成交 互證明，交互證明成功率應(yīng)為100 %。
[0148] 通過分析所構(gòu)建的兩個(gè)狀態(tài)機(jī)的證明結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在模型精化階段，相應(yīng)的事件和 變量會(huì)相對(duì)增多，需要證明的義務(wù)就會(huì)相應(yīng)增加，有些機(jī)器無法自動(dòng)驗(yàn)證的義務(wù)，若手工驗(yàn) 證還存在一些問題，則問題的原因可能在于規(guī)范本身的問題或在建模過程中出現(xiàn)的邏輯不 一致，則需要對(duì)規(guī)范本身或模型進(jìn)行修改，從而保證規(guī)范的邏輯正確性和一致性。對(duì)目標(biāo)控 制器的控制邏輯進(jìn)行建模和驗(yàn)證分析，為后續(xù)的軟硬件設(shè)計(jì)提供更加堅(jiān)定的依據(jù)和基礎(chǔ)。
[0149] 1.2地面目標(biāo)控制器結(jié)構(gòu)原理
[0150] 列控系統(tǒng)地面目標(biāo)控制器的主要控制對(duì)象為四線制直流轉(zhuǎn)徹機(jī)、五線制交流轉(zhuǎn)徹 機(jī)和信號(hào)機(jī)，基于模塊化、強(qiáng)弱電隔離的設(shè)計(jì)原則，根據(jù)申請(qǐng)?zhí)枮?01310603679.9的專利申 請(qǐng)《一種簡化軌道交通列車運(yùn)行控制系統(tǒng)的方法》及申請(qǐng)?zhí)枮镃N201410852714.5的專利申 請(qǐng)《基于通用COTS軟硬件實(shí)現(xiàn)列控安全計(jì)算機(jī)的方法和系統(tǒng)》，選擇異構(gòu)二乘二取二的安全 架構(gòu)。
[0151] 根據(jù)地面目標(biāo)控制器的功能需求，本發(fā)明實(shí)施例提供的一種滿足道岔和信號(hào)機(jī)控 制要求的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)中的地面目標(biāo)控制器結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示，地面目標(biāo)控制器 包括雙套熱備的地面目標(biāo)控制單元:地面目標(biāo)控制單元A系和地面目標(biāo)控制單元B系，一套 地面目標(biāo)控制單元作為主用，另一套地面目標(biāo)控制單元作為備用。
[0152] 其中每套地面目標(biāo)控制單元包括:主控制電路、信號(hào)燈控制回路、道岔控制回路、 信號(hào)燈狀態(tài)監(jiān)測電路和道岔狀態(tài)監(jiān)測電路；
[0153] 所述的主控制電路，用于連接所述信號(hào)燈控制回路、道岔控制回路、信號(hào)燈狀態(tài)監(jiān) 測電路和道岔狀態(tài)監(jiān)測電路，包括異構(gòu)的MCU電路和FPGA電路，所述的異構(gòu)MCU電路和FPGA 電路組成二取二架構(gòu)，所述MCU電路和FPGA電路分別根據(jù)所述信號(hào)燈狀態(tài)監(jiān)測電路傳輸過 來的信號(hào)燈狀態(tài)信息、所述道岔狀態(tài)監(jiān)測電路傳輸過來的道岔狀態(tài)信息，W及外部輸入的 列控目標(biāo)控制命令，執(zhí)行道岔控制電路和信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈電路的控制邏輯，而發(fā)出信號(hào)燈控制 命令和道岔控制命令；當(dāng)所述MCU電路和FPGA電路發(fā)出一致的信號(hào)燈控制命令和道岔控制 命令后，則將經(jīng)過二取二表決的最終信號(hào)燈控制命令傳輸給信號(hào)燈控制回路，將經(jīng)過二取 二表決的最終道岔控制命令傳輸給道岔控制回路；
[0154] 所述的雙套熱備主控制電路通過通信總線交互雙系熱備控制邏輯所需要的數(shù)據(jù) 信息，同時(shí)通過通信總線獲得外部輸入的列控目標(biāo)控制命令；
[0155] 所述的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)中的地面目標(biāo)控制器，基于道岔控制電路和信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈 電路的控制邏輯偽代碼的模型來設(shè)計(jì)所述MCU電路和FPGA電路的軟件控制程序；
[0156] 信號(hào)燈控制回路，用于根據(jù)所述主控制電路傳輸過來的信號(hào)燈控制命令對(duì)列車軌 道的信號(hào)燈進(jìn)行控制操作；
[0157] 道岔控制回路，用于根據(jù)所述主控制電路傳輸過來的道岔控制命令對(duì)列車軌道的 道岔進(jìn)行控制操作；
[0158] 信號(hào)燈狀態(tài)監(jiān)測電路，用于監(jiān)測信號(hào)燈狀態(tài)信息，將信號(hào)燈狀態(tài)信息傳輸給主控 制電路；
[0159] 道岔狀態(tài)監(jiān)測電路，用于監(jiān)測道岔狀態(tài)信息，將道岔狀態(tài)信息傳輸給主控制電路。
[0160] 進(jìn)一步地，所述的地面目標(biāo)控制器還包括檢測電路，該檢測電路包括防混線檢測 電路；
[0161] 所述的防混線檢測電路，從所述安全繼電器的常閉接點(diǎn)引入，所述防混線檢測電 路基于LC振蕩原理，首先電源向所述防混線檢測電路的電容充電，然后所述電容向道岔電 機(jī)和信號(hào)機(jī)變壓器繞組進(jìn)行放電，當(dāng)所述電容兩端的波形為振蕩波形，則判斷地面目標(biāo)控 制器與道岔或信號(hào)機(jī)之間的電纜不存在混線故障；當(dāng)所述電容兩端的波形不為振蕩波形， 則判斷所述地面目標(biāo)控制器與道岔或信號(hào)機(jī)之間的電纜存在混線故障，并將所述地面目標(biāo) 控制器與道岔或信號(hào)機(jī)之間的電纜存在的混線故障檢測結(jié)果發(fā)送主控制電路。
[0162] 電源開關(guān)狀態(tài)電壓檢測電路，用于對(duì)所述信號(hào)燈控制回路和道岔控制回路中的構(gòu) 成電源開關(guān)的固態(tài)繼電器與接觸器或功率繼電器進(jìn)行電壓監(jiān)測，將檢測結(jié)果發(fā)送主控制電 路；
[0163] 安全繼電器狀態(tài)檢測電路，用于對(duì)道岔控制電流W及信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈電路的安全繼電 器的復(fù)式接點(diǎn)進(jìn)行檢測，W判斷安全繼電器是否可控，并將檢測結(jié)果發(fā)送主控制電路；
[0164] 電流檢測電路，用于對(duì)道岔控制電流W及信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈電路電流進(jìn)行檢測，將檢測 結(jié)果發(fā)送主控制電路。
[01化]1.3關(guān)鍵部件的選擇
[0166] (1)核屯、安全邏輯處理器的選擇
[0167] 主控制電路實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)是基于差異性設(shè)計(jì)原則選擇FPGA與安全MCU實(shí)現(xiàn)異構(gòu)的安 全邏輯控制，可優(yōu)選Altera公司的MAX10系列FPGA忍片和TI公司的安全MCU忍片作為本發(fā)明 設(shè)計(jì)的處理器。
[0168] 為了滿足極端苛刻安全要求，所有設(shè)及安全的控制電路W及采集電路，在設(shè)計(jì)時(shí) 都在異構(gòu)原則的基礎(chǔ)上考慮了雙控制方式。
[0169] 主控制電路作為目標(biāo)控制器硬件電路模塊的核屯、部分，其安全性直接關(guān)系整個(gè)電 路，本發(fā)明采用了異構(gòu)的MClKMicrocontroller化it,微控制單元)和FPGA進(jìn)行雙微控制器 邏輯"與"控制，即兩個(gè)異構(gòu)的微控制器組成一個(gè)"二取二"的結(jié)構(gòu)，對(duì)于接收到的命令或信 號(hào)，必須確保一致才能輸出相應(yīng)的控制信號(hào)，采用運(yùn)種方式，能夠發(fā)現(xiàn)電路中的故障并作出 相應(yīng)的處理，避免了故障的積累，提高了系統(tǒng)的安全性。
[0170] 電路采用雙微處理器的異構(gòu)冗余方式對(duì)電路進(jìn)行控制，只有當(dāng)兩個(gè)微處理器執(zhí)行 相同的命令時(shí)，電路才能動(dòng)作，當(dāng)接收命令不一致或者電路出現(xiàn)故障時(shí)，能夠保證道岔或者 信號(hào)機(jī)不會(huì)錯(cuò)誤操作，滿足故障-安全原則。
[0171] (2)控制回路開關(guān)的選擇
[0172] 考慮差異性設(shè)計(jì)原則和器件使用限制，道岔和信號(hào)燈控制回路開關(guān)分別選擇固態(tài) 繼電器、接觸器或功率繼電器、大觸點(diǎn)容量安全繼電器Ξ種異構(gòu)控制器件串聯(lián)使用而實(shí)現(xiàn)。
[0173] 根據(jù)負(fù)載類型選擇直流或交流固態(tài)繼電器。信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈電路和五線制交流轉(zhuǎn)徹機(jī) 動(dòng)作電路選擇SCR型交流固態(tài)繼電器，控制四線制直流轉(zhuǎn)徹機(jī)時(shí)則選用直流型固態(tài)繼電器。 固態(tài)繼電器用來實(shí)現(xiàn)接觸器或功率繼電器、大觸點(diǎn)容量安全繼電器的空載切換，W延長接 觸器或功率繼電器、大觸點(diǎn)容量安全繼電器的使用壽命。
[0174] 同樣，需要根據(jù)負(fù)載類型選擇接觸器或功率繼電器。交流負(fù)載選交流接觸器或功 率繼電器或功率交流繼電器，直流負(fù)載選擇直流接觸器或功率繼電器或功率直流繼電器。
[0175] 考慮故障-安全原則，均選用大觸點(diǎn)容量安全繼電器作為切換元件，用來實(shí)現(xiàn)道岔 的定/反位轉(zhuǎn)換或信號(hào)機(jī)所控8個(gè)燈位的分組控制和不同燈位的切換。大觸點(diǎn)容量安全繼電 器可選取Mors Smitt公司的具有焊縫無轉(zhuǎn)移(WNT，weld no transfer)特性的安全繼電器。
[0176] 1.4信號(hào)機(jī)控制回路設(shè)計(jì)
[0177] 信號(hào)機(jī)控制回路的設(shè)計(jì)是目標(biāo)控制器信號(hào)模塊設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，參考6502電氣集中信 號(hào)控制電路，將傳統(tǒng)的進(jìn)站信號(hào)機(jī)、兩方向出站兼調(diào)車信號(hào)機(jī)和進(jìn)路信號(hào)機(jī)的控制電路進(jìn) 行模塊化、智能化的設(shè)計(jì)，安全可靠地控制各個(gè)燈位的開放和關(guān)閉。
[0178] 從信號(hào)模塊的通用性出發(fā)，控制回路按著8個(gè)燈位控制進(jìn)行設(shè)計(jì)，分別可W為黃燈 (U)、綠燈化）、紅燈化）、二黃燈(2U)、引導(dǎo)白燈(YB)、二綠燈(2L)、調(diào)車白燈(DB)、發(fā)車表示 白燈(FB)進(jìn)行控制線路分配。信號(hào)機(jī)控制回路的示意圖如圖4所示，每個(gè)燈位控制主回路均 采用Ξ個(gè)開關(guān)，去線上采用固態(tài)繼電器和安全繼電器兩種開關(guān)進(jìn)行控制，回線上采用接觸 器或功率繼電器式開關(guān)，使得每個(gè)信號(hào)燈位的控制都構(gòu)成一個(gè)雙斷的結(jié)構(gòu)，能夠在一定程 度上防止混線故障的發(fā)生。
[0179] 圖4中K1-K8為固態(tài)繼電器式電子開關(guān)，用來實(shí)現(xiàn)安全繼電器和接觸器或功率繼電 器的空載切換，延長后者使用壽命，增加安全可靠性。KM1-KM8為接觸器或功率繼電器式開 關(guān)，J1-J8為安全繼電器開關(guān)。Ξ種開關(guān)平時(shí)都在關(guān)斷狀態(tài)，當(dāng)需要進(jìn)行點(diǎn)燈時(shí)，先控制安全 繼電器和接觸器或功率繼電器進(jìn)行接點(diǎn)切換，等相應(yīng)接點(diǎn)閉合到位之后，再控制固態(tài)繼電 器開關(guān)使其處于導(dǎo)通狀態(tài)，接通點(diǎn)燈電源，點(diǎn)亮需要點(diǎn)亮的燈位。例如接收到點(diǎn)燈命令，要 點(diǎn)亮燈位L1時(shí)，首先控制開關(guān)KMUJ1閉合，當(dāng)檢測到兩者完全閉合之后，再控制固態(tài)繼電器 開關(guān)K1閉合，接通L1的點(diǎn)燈電源，從而點(diǎn)亮燈位。在點(diǎn)燈之前，還要進(jìn)行點(diǎn)燈電流的采集和 監(jiān)測，用來判斷燈絲的完整性和監(jiān)督燈位的點(diǎn)燈情況。結(jié)合調(diào)車信號(hào)機(jī)和四顯示出站信號(hào) 機(jī)的原理，對(duì)所設(shè)計(jì)的八個(gè)燈位按著不同類型的信號(hào)機(jī)進(jìn)行分配，燈位對(duì)應(yīng)表如表3所示。
[0180] 表3信號(hào)機(jī)與控制回路燈位對(duì)應(yīng)表
[0181] Table 3-lThe Corresponding Table of Signal and its Main Control Circuit
[0182]
[0183] W進(jìn)站信號(hào)機(jī)為例，每個(gè)信號(hào)機(jī)從上到下對(duì)應(yīng)的燈位分別為:U、L、H、2U、YB，而設(shè) 置信號(hào)控制回路中的第1、2、3、5、7燈位作為其對(duì)應(yīng)控制燈位，而將第4、6、8燈位空閑。聯(lián)鎖 機(jī)可向目標(biāo)控制器信號(hào)控制模塊下發(fā)8種點(diǎn)燈命令:燈η的點(diǎn)燈命令(1如含8)，Κη?、ΚΜηΤ和 JnT表示點(diǎn)亮第η個(gè)燈位。例如進(jìn)站信號(hào)機(jī)點(diǎn)紅燈時(shí)，Κ3?、ΚΜ3巧日J(rèn)3T，KrU、KMni和化L其中η =1、2、4、5、6、7、8;點(diǎn)黃燈時(shí)，Κ1Τ、ΚΜ1Τ和 11丫，陸丄、謂11丄和化丄，其中11 = 2、3、4、5、6、7、8。
[0184] 其他類型信號(hào)機(jī)的控制原理與此類似。
[01化]1.5五線制道岔控制回路設(shè)計(jì)
[0186] 根據(jù)五線制道岔動(dòng)作電路的原理，五線制道岔控制回路原理示意圖如圖5所示。該 電路是通過主控制電路控制電源開關(guān)和換相開關(guān)之間的相互配合來完成Ξ相電源的正常 輸出的，W此達(dá)到轉(zhuǎn)徹機(jī)的定位或反位操作。其中控制驅(qū)動(dòng)電路的信號(hào)時(shí)由微處理器通過 隔離電路發(fā)送的，在該隔離電路的作用下，能夠減少外界的干擾信號(hào)對(duì)系統(tǒng)控制電路的影 響。
[0187] W道岔反位到定位操作為例對(duì)電路原理進(jìn)行說明。當(dāng)?shù)啦硖幱诜次粫r(shí)，轉(zhuǎn)徹機(jī)內(nèi) 部自動(dòng)開閉器第2、4組反位接點(diǎn)處于閉合狀態(tài)，主控制電路通過隔離電路向啟動(dòng)電路發(fā)出 從反位向定位轉(zhuǎn)動(dòng)的控制信號(hào)，首先控制換相開關(guān)J9、J11閉合，然后控制電源開關(guān)全部閉 合，則Ξ相交流電源則通過電源開關(guān)、換相開關(guān)、電流檢測電路W及電纜線X2/X5/X1與電動(dòng) 機(jī)線圈構(gòu)成回路，電動(dòng)機(jī)通電開始轉(zhuǎn)動(dòng);轉(zhuǎn)徹機(jī)開始轉(zhuǎn)動(dòng)之后，電纜線中就會(huì)有相應(yīng)的穩(wěn)定 電流，運(yùn)是電流檢測電路就開始實(shí)時(shí)檢測各電纜線中的電流是否正常，如果正常則保持當(dāng) 前的驅(qū)動(dòng)狀態(tài)，否則應(yīng)該立刻切斷驅(qū)動(dòng)電路;轉(zhuǎn)徹機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)到底后，轉(zhuǎn)徹機(jī)內(nèi)部自動(dòng)開閉器第 3組定位接點(diǎn)和第1組反位表示接點(diǎn)被接通，由于開閉器第2組接點(diǎn)處于斷開狀態(tài)，所W回路 中無動(dòng)作電流。運(yùn)時(shí)主控制電路通過檢測電路檢測到電流的消失，控制隔離電路斷開換相 開關(guān)J9、J11W及電源開關(guān)，撤銷Ξ相電源，定位操作動(dòng)作完畢。當(dāng)轉(zhuǎn)徹機(jī)進(jìn)行反操動(dòng)作時(shí)， 使用的換相開關(guān)是Jl〇、J12,電纜線為X3/X4/X1，其工作原理跟定位操作的動(dòng)作基本一致。
[0188] 道岔的定/反位操作主要是由電源控制開關(guān)和換相開關(guān)共同完成的，控制開關(guān)能 否正常工作直接關(guān)系到道岔能否正確動(dòng)作，如果在沒有控制命令的情況下，固態(tài)繼電器卻 錯(cuò)誤導(dǎo)通，則會(huì)導(dǎo)致道岔錯(cuò)誤動(dòng)作，所W在固態(tài)繼電器的基礎(chǔ)上，串聯(lián)上高性能的安全繼電 器，則可W防止因?yàn)楣虘B(tài)繼電器錯(cuò)誤動(dòng)作而導(dǎo)致的嚴(yán)重后果，提高了系統(tǒng)的安全性W及各 控制開關(guān)的使用壽命。同理，若安全繼電器發(fā)生擊穿故障被導(dǎo)通，與其串聯(lián)的固態(tài)繼電器還 在斷開狀態(tài)，所W道岔不會(huì)被錯(cuò)誤動(dòng)作，兩者串聯(lián)，顯著提高了系統(tǒng)的安全性。
[0189] 1.6、四線制道岔控制回路設(shè)計(jì)
[0190] 根據(jù)四線制道岔動(dòng)作電路的原理，四線制道岔控制回路原理示意圖如圖6所示。四 線制道岔的動(dòng)作電路的控制是通過微處理器下發(fā)的指令，通過硬件"與"電路對(duì)控制開關(guān)進(jìn) 行控制，控制開關(guān)與五線制道岔動(dòng)作電路一樣，電源開關(guān)采用固態(tài)繼電器和接觸器或功率 繼電器式，換相開關(guān)采用安全繼電器，用來對(duì)四線制道岔的動(dòng)作實(shí)現(xiàn)可靠的控制。
[0191] W道岔反位到定位操作為例對(duì)電路原理進(jìn)行說明。當(dāng)?shù)啦硖幱诜次粫r(shí)，轉(zhuǎn)徹機(jī)內(nèi) 部自動(dòng)開閉器第2、4組反位接點(diǎn)處于閉合狀態(tài)，主控制電路通過隔離電路向啟動(dòng)電路發(fā)出 從反位向定位轉(zhuǎn)動(dòng)的控制信號(hào)，首先控制換相開關(guān)J13閉合，然后控制電源開關(guān)全部閉合， 則道岔控制電源則通過電源開關(guān)、換相開關(guān)、電流檢測電路W及電纜線X1/X4與電動(dòng)機(jī)線圈 構(gòu)成回路，電動(dòng)機(jī)通電開始轉(zhuǎn)動(dòng);轉(zhuǎn)徹機(jī)開始轉(zhuǎn)動(dòng)之后，電纜線中就會(huì)有相應(yīng)的穩(wěn)定電流， 運(yùn)是電流檢測電路就開始實(shí)時(shí)檢測各電纜線中的電流是否正常，如果正常則保持當(dāng)前的驅(qū) 動(dòng)狀態(tài)，否則應(yīng)該立刻切斷驅(qū)動(dòng)電路;轉(zhuǎn)徹機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)到底后，轉(zhuǎn)徹機(jī)內(nèi)部自動(dòng)開閉器第3組定 位接點(diǎn)和第1組反位表示接點(diǎn)被接通，由于開閉器第2組接點(diǎn)處于斷開狀態(tài)，所W回路中無 動(dòng)作電流。運(yùn)時(shí)主控制電路通過檢測電路檢測到電流的消失，控制隔離電路斷開換相開關(guān) J13W及電源開關(guān)，撤銷電源，定位操作動(dòng)作完畢。當(dāng)轉(zhuǎn)徹機(jī)進(jìn)行反操動(dòng)作時(shí)，使用的換相開 關(guān)是J14,電纜線為X2/X4,其工作原理跟定位操作的動(dòng)作基本一致。
[0192] 1.7、五線制道岔的道岔狀態(tài)監(jiān)測電路設(shè)計(jì)
[0193] 傳統(tǒng)的電氣集中五線制道岔的道岔狀態(tài)監(jiān)測電路使用110V/50HZ交流電進(jìn)行表示 狀態(tài)的檢測。當(dāng)?shù)啦碓诙ㄎ粫r(shí)，在正弦交流電的正半周，電流主要經(jīng)過偏極繼電器DBJ，DBJ 勵(lì)磁吸起，表示道岔處于定位表示狀態(tài)，同時(shí)和表示繼電器并聯(lián)的整流二極管支路中，二極 管處于反向截止?fàn)顟B(tài)，即該支路無電流通過;在交流電的負(fù)半周，因?yàn)镈BJ只能通過正向電 流，所W絕大部分電流通過整流二極管支路回到變壓器的二次側(cè)，又因?yàn)镈BJ感抗很大，線 圈電壓下降過程中有反電勢，阻止其失電落下，從而保證DBJ的可靠吸起。道岔在反位時(shí)的 工作原理與定位相一致。
[0194] 由上述分析可知，道岔的定位狀態(tài)由XI、X2和X4確定，反位狀態(tài)由XI、X3和X5確定， 五線制道岔的道岔狀態(tài)監(jiān)測電路示意圖如圖7所示。電路主要由表示電源變壓器、功率電阻 W及道岔位置檢測電路組成。每條電纜線分別設(shè)置兩個(gè)檢測模塊，WX2為例進(jìn)行檢測模塊 工作原理的說明，如圖8所示，JC1和JC2分別為實(shí)時(shí)采集到的表示狀態(tài)檢測電壓的狀態(tài)，通 過IN輸入模塊能夠?qū)⑵鋫魉徒o主控制電路系統(tǒng)，從而完成道岔狀態(tài)的判斷。
[01M]具體設(shè)計(jì)中，先通過抓1型表示變壓器將220V的交流電壓進(jìn)行降壓，輸出110V的交 流電源，按著交流電正、負(fù)半波對(duì)電路進(jìn)行分析。
[0196] (1)當(dāng)?shù)啦碓诙ㄎ粫r(shí)，分析如下：
[0197] 1)正弦交流電源正半波時(shí)，假設(shè)變壓II次側(cè)4正，3負(fù)，則電流的流向?yàn)椋篒I4^JC8 一 XI 線一電機(jī)線圈 W(l_2) 一電機(jī) V(2_l) 一接點(diǎn)（12-11) 一 X4 一檢測模塊 JC3 一 R2 一 113， 運(yùn)時(shí)對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)JC8，JC3為脈沖信號(hào)；同時(shí)，另一條支路中，電流的流向?yàn)椋篒I4^JC8^ XI 線一電機(jī)線圈 W(l-2) 一電機(jī) U(2-l) 一接點(diǎn)（33-34) 一 R4 一 Z(l-2) 一接點(diǎn)（16-15) 一 接點(diǎn)（32-31)^X2^檢測模塊JC1^R1^II3,在運(yùn)條支路中，整流二極管反向截止，故電流 基本為零。所WJC8，JC3為動(dòng)態(tài)脈沖信號(hào)，其余電平均為高電平。
[0198] 2)當(dāng)正弦交流電為負(fù)半波時(shí)，即變壓器Π 次側(cè)3正、4負(fù)，電流的流向?yàn)?R2 一檢測模塊JC4 一 X4線一電機(jī)線圈￥(1-2)一電機(jī)胖(2-1)一檢測模塊1〔7一114，運(yùn)時(shí)對(duì) 應(yīng)的輸出信號(hào)JC4，JC7為脈沖信號(hào)；另外一條支路為：II3^R1^檢測模塊JC2^X2線^接點(diǎn) (31 -32)一接點(diǎn)（15 -16)一整流二極管Z( 2-1)一 R4 一接點(diǎn)（34 -33)一電機(jī)線圈U( 1 - 2)一 電機(jī)W(2-1)^X1^檢測模塊JC7^II4,運(yùn)時(shí)對(duì)應(yīng)的JC2，JC7為脈沖信號(hào);所W定位時(shí)JC2， JC4JC7為動(dòng)態(tài)脈沖信號(hào)，其余為高電平。
[0199] (2)當(dāng)?shù)啦碓诜次粫r(shí)，分析如下：
[0200] 1)正弦交流電源正半波時(shí)，假設(shè)變壓II次側(cè)4正，3負(fù)，則電流的流向?yàn)椋?14^檢測 模塊JC8 一 XI線一電機(jī)線圈W(l-2) 一電機(jī)V(2-l) 一接點(diǎn)（42-41) 一 X5 一檢測模塊JC5 一 R3^R1^II3,運(yùn)時(shí)對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)JC8，JC5為脈沖信號(hào)；同時(shí)另一條支路中，電流的流向 為：114 一檢測模塊JC8 一 XI線一電機(jī)線圈W(l-2) 一電機(jī)線圈U(2-l) 一接點(diǎn)（23-24) 一 Z (1-2) 一 R4 一接點(diǎn)（46-45) 一接點(diǎn)（22-21) 一 X3 一檢測模塊JC9 一 R1 一 113,運(yùn)是對(duì)應(yīng)的 JC8，JC9為動(dòng)態(tài)脈沖信號(hào)，其余電平均為高電平。所W，道岔在反位時(shí)，JC8，JC9，J巧為動(dòng)態(tài) 脈沖信號(hào)，其余為高電平。
[0201] 2)當(dāng)正弦交流電為負(fù)半波時(shí)，即變壓器II次側(cè)3正、4負(fù)，電流的流向?yàn)?R3一檢測模塊JC 6一X5線一接點(diǎn)(41-42)一電機(jī)線圈V(l-2)一電機(jī)線圈W(2-l)一XI線一 檢測模塊JC7^II4，運(yùn)時(shí)對(duì)應(yīng)的JC6，JC7為脈沖信號(hào);所W定位時(shí)，JC6，JC7為動(dòng)態(tài)脈沖信 號(hào)，其余為高電平。
[0202] 道岔所處位置可W通過定表檢測模塊和反表檢測模塊檢測線纜中是否有電流通 過，即根據(jù)JC1-JC10的電平信號(hào)來進(jìn)行判斷，并將模塊的輸出結(jié)果反饋到主控制電路中， W判斷電路是否正常，并存儲(chǔ)相應(yīng)的結(jié)果。模塊的輸出結(jié)果與JC1到JC10之間的關(guān)系如表4 所示。
[0203] 表4五線制道岔表示模塊輸出結(jié)果關(guān)系表
[0204]
[0205] 根據(jù)上述分析，電流采集周期完成之后，主控制電路模塊對(duì)存儲(chǔ)結(jié)果進(jìn)行比較，如 果檢測到定表電流且沒有反表電流，則道岔處于定位;如果檢測到反表電流且沒有定表電 流，則道岔處于反位;若同時(shí)都采集到或者都沒有采集到，則道岔處于四開狀態(tài)。同時(shí)，當(dāng)發(fā) 生接線錯(cuò)誤時(shí)也能根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行判定，滿足故障-安全的原則。
[0206] 1.8、四線制道岔的道岔狀態(tài)監(jiān)測電路設(shè)計(jì)
[0207] 四線制道岔表示電路分析方法與五線制道岔類似，根據(jù)傳統(tǒng)四線制道岔表示電路 的工作原理，設(shè)計(jì)如圖9所示的四線制道岔的道岔狀態(tài)監(jiān)測電路示意圖。其主要完成對(duì)四線 審雌岔的定、反位狀態(tài)信息的采集。電路主要由電源變壓器、電阻、檢測模塊JC1-JC6組成。 其中電阻R1、R2分別模擬表示電路中的DBJ和FBJ線圈阻抗的電阻，檢測模塊JC1-JC6的輸 出信號(hào)分別為JC1 一 JC6,并直接與主控制電路相連。
[0208] 道岔的定位狀態(tài)由XI和X3確定，反位狀態(tài)由X2和X3確定，目標(biāo)控制器通過各檢測 模塊采集各線纜是否有電流信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換成電壓輸出信號(hào)，輸入給主控制電路，進(jìn)行道 岔位置的判斷，并存儲(chǔ)相應(yīng)的結(jié)果。
[0209] 分析可知，道岔在反位時(shí)，JC4和JC5所在的回路中有電流通過，對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào) JC4和JC5為脈沖信號(hào)，其余檢測模塊中無電流通過，對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)為高電平信號(hào)。即通過 分析JC1-JC6的狀態(tài)可W判斷道岔的位置狀態(tài)。表示采集電路的輸出結(jié)果與JC1-JC6之間 的關(guān)系如表5所示。
[0210] 表5四線制道岔表示模塊輸出結(jié)果關(guān)系表
[0211]
[0213] 經(jīng)過分析可知當(dāng)檢測到定表電流而沒有檢測到反表電流時(shí)，道岔處在定位;如果 檢測到道岔反位狀態(tài)且沒有定位狀態(tài)，則道岔處在反位;若同時(shí)檢測到定、反位電流或者同 時(shí)沒有檢測到，則判斷道岔處在四開狀態(tài)。該功能為安全功能，電路中出現(xiàn)元器件故障或者 斷路等都不會(huì)給出道岔的假表示，符合故障-安全原則。
[0214] 1.9、檢測電路設(shè)計(jì)
[0215] 檢測電路主要完成對(duì)安全繼電器等回路主控元器件狀態(tài)的檢測，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)徹 機(jī)動(dòng)作電流信息和信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈電流的實(shí)時(shí)監(jiān)測。檢測電路的存在，使得目標(biāo)控制器構(gòu)成一 個(gè)閉環(huán)的控制系統(tǒng)，滿足故障-安全的原則。
[0216] 1.9.1電壓檢測電路
[0217] 道岔動(dòng)作電路和信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈電路中的任何元件故障都可能造成整個(gè)控制模塊的 故障。例如開關(guān)的誤動(dòng)作有可能造成道岔的錯(cuò)誤動(dòng)作和信號(hào)機(jī)的錯(cuò)誤點(diǎn)燈，因此對(duì)于開關(guān) 狀態(tài)的實(shí)時(shí)可靠的檢測非常重要。由上文可知，目標(biāo)控制器中信號(hào)機(jī)和道岔控制回路共采 用了 Ξ種開關(guān)，分別為固態(tài)繼電器、接觸器或功率繼電器和安全繼電器，其中接觸器或功率 繼電器和固態(tài)繼電器配合使用，作為電源開關(guān)，安全繼電器作為換相開關(guān)，下面就兩種情況 進(jìn)行電壓檢測電路的說明。
[021引（1)電源開關(guān)狀態(tài)檢測
[0219] 在各個(gè)控制回路的設(shè)計(jì)中，固態(tài)繼電器與接觸器或功率繼電器的聯(lián)合使用構(gòu)成電 源開關(guān)，是為了實(shí)現(xiàn)安全繼電器的空載切換，延長后者使用壽命，電源開關(guān)的狀態(tài)檢測電路 如圖10所示。
[0220] 固態(tài)繼電器通常處于斷開狀態(tài)，但是由于固態(tài)繼電器存在漏泄電流，所W與接觸 器或功率繼電器結(jié)合使用才能作為電源開關(guān)，不工作時(shí)其兩端是沒有電壓的，此時(shí)兩個(gè)微 處理器讀入高電平。電源開關(guān)的動(dòng)作順序按著對(duì)應(yīng)控制電路的要求進(jìn)行，其檢測結(jié)果分析 如表6所示。
[0221 ]表6電源開關(guān)檢測結(jié)果分析
[0222]
[0223] (2)安全繼電器檢測電路
[0224] 在控制回路給出相應(yīng)的道岔轉(zhuǎn)換命令或者信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈命令之前，要判斷控制回路 中的控制開關(guān)是否可控，只有在開關(guān)可控的情況下才能下達(dá)相應(yīng)的控制命令。安全繼電器 的檢測電路如圖11所示。
[0225] 選用有多組接點(diǎn)的安全繼電器，每個(gè)繼電器留出一組復(fù)式接點(diǎn)用于檢測它是否可 控，包括檢測其吸起狀態(tài)和落下狀態(tài)。微處理器A采集安全繼電器常開接點(diǎn)的狀態(tài)，微處理 器B采集常閉接點(diǎn)的狀態(tài)，如圖11所示。繼電器在落下狀態(tài)，此時(shí)微處理器A采集到的是高電 平，而微處理器B采集到的是低電平;在微處理器的控制下繼電器吸起，則運(yùn)時(shí)微處理器A采 集到低電平，微處理器B采集到高電平，才能表示該繼電器處在吸起狀態(tài)，說明該繼電器可 控，否則說明該繼電器不可控。
[0226] 除了上述對(duì)于各開關(guān)的檢測采用電壓檢測的方法，對(duì)于點(diǎn)燈電流和道岔動(dòng)作電流 的檢測，也可W通過結(jié)合電阻，構(gòu)成電壓檢測電路，跟5.9.2小節(jié)采用的電流傳感器測電流 的方法在功能上構(gòu)成異構(gòu)，采用兩種不同的方法對(duì)電路中的參數(shù)進(jìn)行檢測，將其結(jié)果進(jìn)行 計(jì)算、對(duì)比和判斷，相對(duì)而言，能夠增加系統(tǒng)的可靠性和安全性。采用異構(gòu)原則進(jìn)行檢測電 路的設(shè)計(jì)，還能夠避免共因失效的問題。
[0227] 1.9.2電流檢測電路
[0228] 傳統(tǒng)電流檢測方法一般采用電流互感器進(jìn)行，但是電流互感器存在體積大、成本 高、絕緣困難、易受電磁干擾等缺點(diǎn)，存在測量精度不高，反應(yīng)緩慢等問題。新型的線性電流 傳感器能有效克服運(yùn)些缺點(diǎn)，為系統(tǒng)中的交流或直流電流檢測提供經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的精密解決方 案。
[0229] 在對(duì)道岔控制電流W及信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈電路電流的檢測電路中，可采用線性電流傳感 器ACS712。該忍片完全基于霍爾感應(yīng)的原理設(shè)計(jì)，由一個(gè)精確的低偏移線性霍爾傳感器電 路與位于接近1C表面的銅錐組成，電流Ip流過銅錐時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)磁場化，能夠被片內(nèi)的霍爾 1C感應(yīng)并將其轉(zhuǎn)化為成比例的電壓?；魻栐鶕?jù)磁場感應(yīng)出一個(gè)線性的電壓信號(hào)，經(jīng)過 內(nèi)部的放大、濾波、斬波與修正電路，輸出一個(gè)電壓信號(hào)，該信號(hào)從忍片的第屯腳輸出，直接 反應(yīng)出流經(jīng)電纜電流的大小。圖12為線性電流傳感器ACS712的功能原理示意圖。
[0230] 考慮到直流轉(zhuǎn)徹機(jī)額定電流為2.0A，交流轉(zhuǎn)徹機(jī)額定電流為2A，信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈額定 電流值在80-120mA之間，因此，針對(duì)轉(zhuǎn)徹機(jī)電流傳感器的電流檢測范圍在±5A即可，而對(duì)于 信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈電流檢測，需要對(duì)點(diǎn)燈去線和回線上的電流信號(hào)進(jìn)行采樣后，對(duì)采樣信號(hào)需要 進(jìn)行放大。
[0231] 1.9.3防混線檢測電路
[0232] 根據(jù)傳統(tǒng)的繼電控制電路的工作原理可知，室外控制線纜發(fā)生混線故障有可能會(huì) 導(dǎo)致道岔錯(cuò)誤動(dòng)作或者信號(hào)機(jī)錯(cuò)誤點(diǎn)燈，給行車安全帶來嚴(yán)重的影響。本發(fā)明利用LC振蕩 的原理實(shí)現(xiàn)防混線檢測功能，防混線檢測模塊從安全繼電器的常閉接點(diǎn)后面引入，其原理 示意圖如圖13所示。
[0233] 該電路工作時(shí)，首先閉合開關(guān)K4,給電容C1有一個(gè)充電的過程，然后斷開K4,依次 閉合Κ2、Κ6,則電容C2通過電阻R1向被測繞組T1放電，整個(gè)控制過程通過分析R1兩端的波形 進(jìn)行判斷。即依次動(dòng)作開關(guān)Κ4、Κ2、Κ6，如果電路正常，沒有發(fā)生混線故障，則在被測端R1兩 端進(jìn)行波形的檢測會(huì)發(fā)現(xiàn)形成如圖14所示的振蕩波形，如果波形異常，則判斷存在混線故 障等。
[0234] 1.10地面目標(biāo)控制器軟件設(shè)計(jì)
[0235] 地面目標(biāo)控制器軟件需要配合上述硬件工作，W實(shí)現(xiàn)前述的已經(jīng)過證明安全的道 岔與信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈控制邏輯。
[0236] 地面目標(biāo)控制器軟件可分為如下模塊:初始化子模塊、調(diào)度子模塊、電流檢測子模 塊、道岔驅(qū)動(dòng)子模塊和道岔狀態(tài)采集子模塊、信號(hào)機(jī)控制子模塊等。
[0237] 1.10.1初始化子模塊
[0238] 初始化子模塊主要完成系統(tǒng)時(shí)鐘設(shè)置、微處理器端口配置、定時(shí)中斷的設(shè)定和初 始化、忍片工作模式的設(shè)置等任務(wù)。所W微處理器的初始化模塊具體包括：
[0239] (1)完成忍片的I/O端口配置，將所有的輸出端口設(shè)置成"OUT"初始化為"無效安全 側(cè)電平"，所有的輸入端口設(shè)置成"IN"初始化為"0";
[0240] (2)完成忍片內(nèi)部自檢，包括固化程序機(jī)器碼自檢、邏輯運(yùn)算符自檢、數(shù)據(jù)區(qū)RAM讀 寫自檢、A/D轉(zhuǎn)換自檢等；
[0241] (3)檢測忍片看口狗功能并初始化；
[0242] (4)將忍片的串口進(jìn)行初始化，并設(shè)置為中斷接收狀態(tài)；
[0243] (5)完成忍片內(nèi)部定時(shí)器和CAN控制器的檢測及初始化；
[0244] (6)讀取、設(shè)置和存儲(chǔ)該模塊所處通信節(jié)點(diǎn)地址和轉(zhuǎn)徹機(jī)及信號(hào)機(jī)配置類型信息 等。
[0245] 其中，微處理器的A/D轉(zhuǎn)換模塊直接關(guān)系到其采集到的模擬量的數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，即 關(guān)系到能否正確判斷出道岔所處的位置和點(diǎn)亮的信號(hào)燈位W及能否正常進(jìn)行道岔的轉(zhuǎn)換 和信號(hào)機(jī)的點(diǎn)燈操作，所W對(duì)其轉(zhuǎn)換端口的初始化設(shè)置是十分重要的。本發(fā)明采用處理器 內(nèi)嵌ADC，設(shè)計(jì)硬件電路時(shí)當(dāng)然還需要設(shè)計(jì)簡單的調(diào)理電路將模擬信號(hào)進(jìn)行放大或縮小，就 能準(zhǔn)確實(shí)時(shí)地采集到相應(yīng)的電流或電壓信號(hào)，并通過微處理器的AD對(duì)莫塊轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)， 進(jìn)而對(duì)所采集的狀態(tài)進(jìn)行一個(gè)合理的判斷。
[0246] 1.10.2調(diào)度子模塊
[0247] 目標(biāo)控制器軟件的調(diào)度子模塊主要實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)子功能軟件模塊的調(diào)用功能，如在 控制模塊商店之后，首先調(diào)用微處理器的初始化子模塊，初始化完成之后調(diào)用微處理器的 自檢模塊，自檢完成之后調(diào)用通信子模塊，通信完成后調(diào)用同步信息處理子模塊，信息處理 完成后控制相應(yīng)的控制模塊執(zhí)行對(duì)應(yīng)的命令，即調(diào)用相應(yīng)的轉(zhuǎn)徹機(jī)驅(qū)動(dòng)子模塊或表示采集 子模塊、信號(hào)機(jī)的點(diǎn)燈子模塊等，執(zhí)行完操作之后，微處理器根據(jù)判斷的實(shí)際情況進(jìn)行循環(huán) 運(yùn)行程序。同步信息處理模塊主要是進(jìn)行兩個(gè)微處理器之間信息數(shù)據(jù)的比較，如果同步信 息一致，則調(diào)用對(duì)應(yīng)的子功能軟件模塊執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作，如不一致，則報(bào)警。調(diào)度子模塊的 軟件流程圖如圖15所示。
[024引1.10.3信號(hào)機(jī)控制子模塊
[0249] 地面目標(biāo)控制器接收到信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈命令之后，調(diào)用信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈子模塊控制相應(yīng)的 燈位進(jìn)行點(diǎn)亮，并通過相應(yīng)的信號(hào)機(jī)狀態(tài)檢測模塊監(jiān)測信號(hào)機(jī)的顯示狀態(tài)。信號(hào)機(jī)控制子 模塊軟件流程圖如圖16所示。
[0250] 根據(jù)故障-安全的原則，當(dāng)模塊本身故障時(shí)，應(yīng)該輸出安全側(cè)，當(dāng)兩個(gè)微處理器模 塊接收到的點(diǎn)燈命令不一致時(shí)，也不能執(zhí)行點(diǎn)燈命令，即只有當(dāng)模塊非故障且驅(qū)采一致時(shí) 才會(huì)按著點(diǎn)燈命令進(jìn)行執(zhí)行。在點(diǎn)燈命令執(zhí)行完成之后，要進(jìn)行點(diǎn)燈狀態(tài)的檢測，如第Ξ章 所述，信號(hào)機(jī)控制模塊總共控制8組燈位，采用電流互感器器采集點(diǎn)燈電流，并將采集到的 模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成微處理器AD對(duì)莫塊能夠讀取的信號(hào)，并進(jìn)行點(diǎn)燈狀態(tài)的判斷。因?yàn)樵趥鹘y(tǒng)繼 電點(diǎn)燈電路中，當(dāng)流過燈絲的電流高于100mA時(shí)，燈絲繼電器吸起，低于40mA時(shí)落下，所W對(duì) 應(yīng)可W做相應(yīng)的判斷。信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈狀態(tài)檢測軟件流程圖如圖17所示。
[0251] 1.10.4道岔驅(qū)動(dòng)子模塊
[0252] 其具體的實(shí)現(xiàn)過程W四線制道岔控制模塊進(jìn)行定位操作的軟件設(shè)計(jì)為例進(jìn)行說 明：
[0253] 四線制道岔控制模塊定位操作軟件流程圖如圖18所示，模塊在接收命令之后，首 先進(jìn)行自檢，判斷動(dòng)作電路是否正常，當(dāng)?shù)啦矶ㄎ徊僮髅顔?dòng)之后，首先要對(duì)道岔的位置 進(jìn)行讀取，如果道岔在定位，則經(jīng)過一定的延時(shí)進(jìn)入道岔表示檢測模塊，若道岔不在定位， 則輸出定操啟動(dòng)開關(guān)信號(hào)，時(shí)對(duì)應(yīng)的定操控制開關(guān)按著一定的順序閉合吸起，并進(jìn)行動(dòng)作 電流的檢測，如果檢測到正確的電流信號(hào)，則開啟自閉功能知道轉(zhuǎn)徹機(jī)轉(zhuǎn)換到位，并持續(xù)檢 測動(dòng)作電流;如果沒有采集到動(dòng)作電流且延長300ms仍沒有檢測到道岔動(dòng)作電流，則輸出關(guān) 斷定操開關(guān)控制信號(hào)，退出本模塊轉(zhuǎn)入道岔表示檢測模塊;如果在轉(zhuǎn)換的過程中，持續(xù)有道 岔定操動(dòng)作電流，并且轉(zhuǎn)換時(shí)間超過30s，則立刻輸出切斷定操驅(qū)動(dòng)電源信號(hào)，退出本模塊， 轉(zhuǎn)入采集檢測模塊，并上傳擠岔信號(hào)并給出報(bào)警信息。
[0254] 道岔的反位操作流程與定位操作流程的原理是一致的，區(qū)別在于道岔位置狀態(tài)的 檢測有所不同W及驅(qū)動(dòng)電路控制開關(guān)不同。轉(zhuǎn)徹機(jī)的反位操作流程和定位操作流程共同組 成了道岔的動(dòng)作子模塊軟件程序。
[0巧5] 1.10.5道岔表示檢測子模塊
[0256]道岔表示檢測子模塊主要是實(shí)現(xiàn)道岔位置狀態(tài)W及外接二極管電路的檢測功能， 包括道岔定位狀態(tài)檢測、道岔反位狀態(tài)檢測、道岔表示二極管擊穿或反接的檢測。道岔表示 回路的信號(hào)經(jīng)過放大或縮小之后，通過光禪隔離接到微處理器自帶的ADC模/數(shù)轉(zhuǎn)換接口， 對(duì)模擬量進(jìn)行采集，并求出相應(yīng)的數(shù)值大小對(duì)信號(hào)波形進(jìn)行判斷，進(jìn)而對(duì)道岔的位置信息 進(jìn)行準(zhǔn)確的判斷。當(dāng)目標(biāo)控制器處于正常工作狀態(tài)時(shí)，且轉(zhuǎn)徹機(jī)未處于轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)，其通過表 示檢測子模塊檢測出道岔位置信息的時(shí)間應(yīng)該不大于250ms。由于在硬件電路設(shè)計(jì)的時(shí)候 將定位表示檢測電路和反位表示電路是獨(dú)立設(shè)計(jì)的，兩個(gè)微處理器的道岔位置狀態(tài)檢測也 是獨(dú)立運(yùn)行的，只有當(dāng)兩個(gè)微處理器的檢測結(jié)果一致時(shí)，才能夠認(rèn)為采集到的道岔位置狀 態(tài)信息為有效信息，并上傳相應(yīng)的信息。
[0 巧 7]
[0258] 綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例通過根據(jù)道岔控制電路和信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈電路的工作原理， 利用形式化工具對(duì)道岔控制電路和信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈電路的控制邏輯進(jìn)行形式化建模，可W驗(yàn)證 道岔控制電路和信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈電路的控制邏輯的安全性，為后續(xù)的軟硬件設(shè)計(jì)提供更加堅(jiān)定 的依據(jù)和基礎(chǔ)。
[0259] 本發(fā)明實(shí)施例通過在主控制電路選擇異構(gòu)二乘二取二的安全架構(gòu)，能夠保證道岔 或者信號(hào)機(jī)不會(huì)錯(cuò)誤操作，滿足故障-安全原，避免了故障的積累，提高了系統(tǒng)的安全性，可 W滿足極端苛刻安全要求。
[0260] 本發(fā)明實(shí)施例通過考慮差異性設(shè)計(jì)原則和器件使用限制，在道岔和信號(hào)燈控制回 路開關(guān)分別選擇固態(tài)繼電器、接觸器或功率繼電器、大觸點(diǎn)容量安全繼電器Ξ種異構(gòu)控制 器件串聯(lián)使用而實(shí)現(xiàn)，解決了固態(tài)繼電器和小觸點(diǎn)容量安全繼電器即使處于關(guān)斷狀態(tài)也會(huì) 有微弱的漏泄電流的存在的問題。
[0261] 本發(fā)明實(shí)施例利用IX振蕩的原理設(shè)計(jì)了專用混線檢查電路，可W有效地檢測出室 外控制線纜的混線故障，保證行車安全。
[0262] 本發(fā)明實(shí)施例通過設(shè)計(jì)相應(yīng)的軟件，配合上述硬件工作，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)過證明安全的 道岔和信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈控制邏輯。
[0263] 本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可W理解:附圖只是一個(gè)實(shí)施例的示意圖，附圖中的模塊或 流程并不一定是實(shí)施本發(fā)明所必須的。
[0264] 通過W上的實(shí)施方式的描述可知，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可W清楚地了解到本發(fā)明可 借助軟件加必需的通用硬件平臺(tái)的方式來實(shí)現(xiàn)?；谶\(yùn)樣的理解，本發(fā)明的技術(shù)方案本質(zhì) 上或者說對(duì)現(xiàn)有技術(shù)做出貢獻(xiàn)的部分可軟件產(chǎn)品的形式體現(xiàn)出來，該計(jì)算機(jī)軟件產(chǎn)品 可W存儲(chǔ)在存儲(chǔ)介質(zhì)中，如R0M/RAM、磁碟、光盤等，包括若干指令用W使得一臺(tái)計(jì)算機(jī)設(shè)備 (可W是個(gè)人計(jì)算機(jī)，服務(wù)器，或者網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等)執(zhí)行本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例或者實(shí)施例的某些 部分所述的方法。
[0265] 本說明書中的各個(gè)實(shí)施例均采用遞進(jìn)的方式描述，各個(gè)實(shí)施例之間相同相似的部 分互相參見即可，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說明的都是與其他實(shí)施例的不同之處。尤其，對(duì)于裝置或 系統(tǒng)實(shí)施例而言，由于其基本相似于方法實(shí)施例，所W描述得比較簡單，相關(guān)之處參見方法 實(shí)施例的部分說明即可。W上所描述的裝置及系統(tǒng)實(shí)施例僅僅是示意性的，其中所述作為 分離部件說明的單元可W是或者也可W不是物理上分開的，作為單元顯示的部件可W是或 者也可W不是物理單元，即可W位于一個(gè)地方，或者也可W分布到多個(gè)網(wǎng)絡(luò)單元上。可W根 據(jù)實(shí)際的需要選擇其中的部分或者全部模塊來實(shí)現(xiàn)本實(shí)施例方案的目的。本領(lǐng)域普通技術(shù) 人員在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的情況下，即可W理解并實(shí)施。
[0266] W上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明掲露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換， 都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該W權(quán)利要求的保護(hù)范圍 為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種列車運(yùn)行控制系統(tǒng)中的地面目標(biāo)控制器，其特征在于，包括雙套熱備的地面目 標(biāo)控制單元，每套所述的地面目標(biāo)控制單元又包括:主控制電路、信號(hào)燈控制回路、道岔控 制回路、信號(hào)燈狀態(tài)監(jiān)測電路和道岔狀態(tài)監(jiān)測電路； 所述的主控制電路，用于連接所述信號(hào)燈控制回路、道岔控制回路、信號(hào)燈狀態(tài)監(jiān)測電 路和道岔狀態(tài)監(jiān)測電路，包括異構(gòu)的Μ⑶電路和FPGA電路，所述MCU電路和FPGA電路組成二 取二架構(gòu)，分別根據(jù)所述信號(hào)燈狀態(tài)監(jiān)測電路傳輸過來的信號(hào)燈狀態(tài)信息、所述道岔狀態(tài) 監(jiān)測電路傳輸過來的道岔狀態(tài)信息，以及外部輸入的列控目標(biāo)控制命令，執(zhí)行道岔控制電 路和信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈電路的控制邏輯，而發(fā)出信號(hào)燈控制命令和道岔控制命令;當(dāng)所述MCU電路 和FPGA電路發(fā)出一致的信號(hào)燈控制命令和道岔控制命令后，則將經(jīng)過二取二表決的最終信 號(hào)燈控制命令傳輸給信號(hào)燈控制回路，將經(jīng)過二取二表決的最終道岔控制命令傳輸給道岔 控制回路； 所述的雙套熱備主控制電路通過通信總線交互雙系熱備控制邏輯所需要的數(shù)據(jù)信息， 同時(shí)通過通信總線獲得外部輸入的列控目標(biāo)控制命令； 信號(hào)燈控制回路，用于根據(jù)所述主控制電路傳輸過來的信號(hào)燈控制命令對(duì)列車軌道的 信號(hào)燈進(jìn)行控制操作； 道岔控制回路，用于根據(jù)所述主控制電路傳輸過來的道岔控制命令對(duì)列車軌道的道岔 進(jìn)行控制操作； 信號(hào)燈狀態(tài)監(jiān)測電路，用于監(jiān)測信號(hào)燈狀態(tài)信息，將信號(hào)燈狀態(tài)信息傳輸給主控制電 路； 道岔狀態(tài)監(jiān)測電路，用于監(jiān)測道岔狀態(tài)信息，將道岔狀態(tài)信息傳輸給主控制電路。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)中的地面目標(biāo)控制器，其特征在于，根據(jù)道 岔控制電路和信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈電路的工作原理，分析道岔控制電路和信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈電路的控制邏 輯，并提取出道岔控制電路和信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈電路的控制邏輯偽代碼，利用形式化工具建立所 述控制邏輯偽代碼的模型，根據(jù)所述模型來驗(yàn)證所述道岔控制電路和信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈電路的控 制邏輯的安全性。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)中的地面目標(biāo)控制器，其特征在于，基于道 岔控制電路和信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈電路的控制邏輯偽代碼的模型來設(shè)計(jì)所述MCU電路和FPGA電路的 軟件控制程序。4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)中的地面目標(biāo)控制器，其特征在 于，所述信號(hào)燈控制回路的開關(guān)電路、所述道岔控制回路的開關(guān)電路都采用固態(tài)繼電器、接 觸器或功率繼電器、安全繼電器三種異構(gòu)控制器件串聯(lián)實(shí)現(xiàn)，所述固態(tài)繼電器用來實(shí)現(xiàn)接 觸器或功率繼電器、安全繼電器的空載切換。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)中的地面目標(biāo)控制器，其特征在于，根據(jù)負(fù) 載類型選擇直流或交流固態(tài)繼電器，信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈電路和五線制交流轉(zhuǎn)轍機(jī)動(dòng)作電路選擇 SCR型交流固態(tài)繼電器，四線制直流轉(zhuǎn)轍機(jī)時(shí)則選用直流型固態(tài)繼電器;根據(jù)負(fù)載類型選擇 接觸器或功率繼電器，交流負(fù)載選交流接觸器或功率繼電器或功率交流繼電器，直流負(fù)載 選擇直流接觸器或功率繼電器或功率直流繼電器;均選用大觸點(diǎn)容量安全繼電器作為切換 元件，用來實(shí)現(xiàn)道岔的定/反位轉(zhuǎn)換或信號(hào)機(jī)所控8個(gè)燈位的分組控制和不同燈位的切換。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)中的地面目標(biāo)控制器，其特征在于，所述信 號(hào)燈控制回路中的每個(gè)信號(hào)燈位的控制主回路均采用三個(gè)開關(guān)，去線上采用固態(tài)繼電器和 安全繼電器兩種開關(guān)進(jìn)行控制，回線上采用接觸器或功率繼電器式開關(guān)，使得每個(gè)信號(hào)燈 位的控制都構(gòu)成一個(gè)雙斷的結(jié)構(gòu)； 當(dāng)需要進(jìn)行信號(hào)燈位的點(diǎn)亮操作時(shí)，先控制安全繼電器、接觸器或功率繼電器進(jìn)行接 點(diǎn)切換，等相應(yīng)接點(diǎn)閉合到位之后，再控制固態(tài)繼電器開關(guān)使所述信號(hào)燈位處于導(dǎo)通狀態(tài)， 接通點(diǎn)燈電源，點(diǎn)亮所述信號(hào)燈位。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)中的地面目標(biāo)控制器，其特征在于，所述的 主控制電路通過隔離電路向所述道岔控制回路發(fā)送道岔控制命令，所述道岔控制回路的開 關(guān)電路中的電源開關(guān)采用固態(tài)繼電器、接觸器或功率繼電器來實(shí)現(xiàn)，所述道岔控制回路的 開關(guān)電路中的換相開關(guān)采用安全繼電器來實(shí)現(xiàn)，所述電源開關(guān)和所述換相開關(guān)之間相互配 合來完成電源的輸出。8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)中的地面目標(biāo)控制器，其特征在于，所述的 地面目標(biāo)控制器還包括檢測電路，該檢測電路包括防混線檢測電路； 所述的防混線檢測電路，從所述安全繼電器的常閉接點(diǎn)引入，所述防混線檢測電路基 于LC振蕩原理，首先電源向所述防混線檢測電路的電容充電，然后所述電容向道岔電機(jī)和 信號(hào)機(jī)變壓器繞組進(jìn)行放電，當(dāng)所述電容兩端的波形為振蕩波形，則判斷地面目標(biāo)控制器 與道岔或信號(hào)機(jī)之間的電纜不存在混線故障；當(dāng)所述電容兩端的波形不為振蕩波形，則判 斷所述地面目標(biāo)控制器與道岔或信號(hào)機(jī)之間的電纜存在混線故障，并將所述地面目標(biāo)控制 器與道岔或信號(hào)機(jī)之間的電纜存在的混線故障檢測結(jié)果發(fā)送主控制電路。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)中的地面目標(biāo)控制器，其特征在于，所述的 檢測電路還包括； 電源開關(guān)狀態(tài)電壓檢測電路，用于對(duì)所述信號(hào)燈控制回路和道岔控制回路中的構(gòu)成電 源開關(guān)的固態(tài)繼電器與接觸器或功率繼電器進(jìn)行電壓監(jiān)測，將檢測結(jié)果發(fā)送主控制電路； 安全繼電器狀態(tài)檢測電路，用于對(duì)道岔控制電流以及信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈電路的安全繼電器的 復(fù)式接點(diǎn)進(jìn)行檢測，以判斷安全繼電器是否可控，并將檢測結(jié)果發(fā)送主控制電路； 電流檢測電路，用于對(duì)道岔控制電流以及信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈電路電流進(jìn)行檢測，將檢測結(jié)果 發(fā)送主控制電路。
【文檔編號(hào)】G05B9/03GK105824273SQ201610147926
【公開日】2016年8月3日
【申請(qǐng)日】2016年3月15日
【發(fā)明人】馬連川, 唐濤, 李開成, 曹源, 胡瑞
【申請(qǐng)人】北京交通大學(xué)