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自动道口信号控制仿真系统的分析与研究

2020/9/9    来源:互联网    作者:金波      
关键字:道口信号控制  仿真  
本文分析研究了自动道口信号控制仿真系统的产生背景,并按其实现的功能,论述了其两个组成部分:仿真计算机联锁功能接口和仿真道口信号设备执行层接口。

1 概述

    我国铁路事业一步步走出国门,为世界各地人民提供服务,但由于各国各地的铁路标准及需求不同,对既有的系统提出新的要求。

    铁路道口控制系统即其中一例。铁路道口是普通道路(含无轨车辆和行人通行)与铁路平面相交叉路口,一般分为有人看守道口和无人看守道口。为了使铁路侧或道口侧的车辆、行人安全有序的通过铁路道口,一般在道口区域设置栏木(或栅门)、道口信号机、道口遮断信号机及栏木的联锁控制、音响以及道口操作盘等。道口控制系统通过控制上述信号设备以实现道口区域的安全通行。在国内,道口控制相对简单分散,自动化程度不太高,安全等级也低。而在有些国家,某些地域道口相对集中,有可能1km就要穿越6个道口区域,由于各种原因铁路线路无法跨越或者下穿道口区域,所以迫切需要一套能够集中、自动、安全等级高,同时控制多个道口且能与车站联锁系统互联互通的道口控制系统。

    设想能够满足上述要求的道口控制系统的组成如图1所示。它能与计算机联锁系统互通消息,并

    且通过全电子模块驱动室外设备并采集室外设备的状态,系统间使用安全通信协议来保证通信数据的安全有效。

道口控制系统图

图1 道口控制系统图

2 仿真系统分析

    如果开发一套能同时控制20个以上道口的控制系统,若全部使用实物配套开发,需要投入可观的成本,既不实际也不方便,所以考虑开发一套仿真系统实现开发支持。

    将仿真系统实现的功能归纳如图2所示。即仿真系统需要实现两大功能:仿真计算机联锁系统接口和仿真电子模块及其控制的室外信号设备接口。

仿真系统结构图

图2 仿真系统结构图

3 仿真系统设计

    图2中网络通信需要遵循铁路信号安全协议(Railway Signal Safety Protocol,简称RSSP-I);仿真计算机联锁系统接口部分,需要考虑仿真两套联锁系统接口。联锁系统的控制区域与道口系统的控制区域并不完全重合,导致道口系统需要连接两套联锁系统才能得到足够的信息。而仿真道口信号设备接口可按道口划分,既方便管理仿真,也利于后续的扩展。

    1)网络通信协议

    RSSP-I铁路信号安全协议是由原铁道部运输局颁发的针对铁路信号的安全通信协议。规定信号安全设备之间通过封闭式传输系统进行安全相关信息交互的功能结构和协议,适用于铁路安全设备之间的安全通信接口。由于RSSP-I协议应用于封闭式传输系统,在很大程度上解决下面的威胁:数据帧重复、数据帧丢失、数据帧插入、数据帧次序混乱、数据帧错误、数据帧传输超时。

    2)仿真联锁系统接口

    计算机联锁系统需要向道口系统下达列车接近通知、轨道区段状态、遮断信号机状态、列车限速信息、道口开放/关闭命令、道口紧急关闭命令;道口系统向计算机联锁系统回送道口开放、关闭状态,请求遮断信号开放、关闭通知。仿真联锁系统的接口,需要生成列车接近通知,并且将联锁系统控制的信号设备状态(即轨道区段状态,遮断信号状态,列车限速信息)及控制道口的命令(正常开关道口,紧急关闭道口)向道口系统发送;另外,需要接收处理道口系统发起的开放关闭遮断信号请求,保存道口开放关闭状态。

    3)仿真道口信号设备接口

    仿真道口信号设备接口按道口划分管理,同时还需要分两个层次仿真。由于设想的道口控制系统将使用电子模块驱动室外设备,并采集室外设备的状态,所以仿真也将这部分分为仿真室外设备接口和仿真电子模块接口。

    a.仿真室外设备接口需要将全部涉及的室外设备纳入仿真,具体为:栏木机、道口信号机、栏木警示灯、障碍物检测装置、室外音响、室外应急盘等。根据道口类型(行人道口,行车道口)及道口规模的不同,各个道口的室外设备数量和种类也可能不尽相同。

    b.仿真电子模块接口需要将仿真室外设备接口的设备纳入模块管理,所以其类型与仿真室外设备接口的类型几乎一一相对,具体为:信号机模块、栏木机模块、通用输入模块、通用输出模块。由于障碍物检测装置、室外音响、室外应急盘的驱动和采集都通过继电装置,所以都归入通用输入模块、通用输出模块管理。

    4)仿真系统的显示及故障注入

    为方便操作仿真设备,需要考虑能显示与道口系统控显相同的站场设置,并在相应设备上通过鼠标点击即能实现相应的仿真功能。此外,为检测道口系统的防护功能,需要考虑各个设备能将故障数据注入,或者能够修改各个接口发送的数据。

4 结束语

    综合上述分析,将仿真系统按接口功能划分,经过开发调试,已经成功应用于道口控制系统的研发,并且帮助道口控制系统顺利通过SIL4级安全认证。

责任编辑:程玥
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