冗余地面电子单元的切换装置及列控系统的制作方法

1.本发明涉及轨道交通技术领域，尤其涉及一种冗余地面电子单元的切换装置。


背景技术：

2.近些年随我国高速铁路和城市轨道交通的快速发展，控车模式从人工目视行车到信号设备辅助行车(atp)、再到自动驾驶行车(ato)，部分线路实现了无人驾驶fao，其自动化、集成化、智能化越来越高。列车和地面信号设备(简称车地)之间实时通信愈发重要，其安全、可靠、低时延的信息传输是列车运行的关键之一。车地间信息传输有多种手段，如：漏缆、无线wifi、gsm-r、lte等技术，其中地面电子单元leu也是一种可靠的传输设备之一。
3.leu是一种接收列控中心传送的数据报文处理后发送给有源应答器的传输设备。主要用于实时接收列控中心传送的报文数据并将其发送给有源应答器，实现车地数据的安全传输，在列车运行控制系统中有起非常重要作用。在我国ctcs2和ctcs3线路上列车运行控制系统中，leu有着广泛应用，尤其是ctcs2线路上，其故障会影响整个线路的运行效率，ctcs3线路上其作为无线通信失效情况下降级模式运行的关键设备，实时给列车传输地面列车运行许可、限速等关键信息，保证信号系统在部分功能丧失情况下仍可正常运营。
4.为保证因leu失效或故障不影响铁路或城市轨道交通运营，在运行比较繁忙的地方，leu均为双机热备设计，双套leu并行工作通过切换单元连接室外4个有源应答器(正常工作时有且只能有一套leu单独对室外有源应答器发送信息)，需设计一种小型适用于轨道交通双套leu冗余切换的装置。
5.然而现有的切换单元存在如下问题：
6.一、使用的继电器占用空间较大，且使用周期短，需要定期进行检测更换；
7.二、部分电路设计存在不合理，切换状态未纳入实时监测。
8.三、外部配线繁多，且均为散线，不利于设备维护和更换；
9.四、切换控制和切换部分无电气隔离。


技术实现要素：

10.本发明提出了一种冗余地面电子单元的切换装置及列控系统，可以实时监测切换继电器的状态，并反馈给列控中心，确保切换指令可以有效可靠的执行，并且，对监控模块与切换模块电气隔离，以增强稳定性。
11.为了达到上述目的，本发明提出了一种冗余地面电子单元的切换装置，其连接在列控中心、冗余地面电子单元与多个应答器之间，所述冗余地面电子单元包含地面电子单元主机和地面电子备机，所述切换装置包含：
12.监控模块，其与所述列控中心连接，用于根据所述列控中心下发的切换指令生成切换信号，以驱动切换模块运行，并将切换模块的切换状态反馈至所述列控中心；
13.切换模块，其输入端与所述冗余地面电子单元连接，其输出端与应答器连接，用于根据切换信号切换冗余地面电子单元与应答器的连接状态。
14.进一步地，所述切换装置还包含：
15.电源模块，其用于为所述切换装置及冗余地面电子单元提供电能；
16.接口模块，其用于提供接口，以便所述切换装置与所述列控中心、冗余地面电子单元以及应答器连接。
17.进一步地，所述切换装置还包含：
18.底板，所述底板为pcb板，所述监控模块、切换模块、接口模块以及电源模块均集成在所述底板上；
19.固定架，所述固定架用于将所述底板固定在所述冗余地面电子单元上。
20.进一步地，所述切换模块包含：n个切换继电器，以及与n个切换继电器一一对应连接的n个负载，所述n等于应答器的数量；
21.所述n个切换继电器的输入端并联在冗余地面电子单元的输出端，且所述n个切换继电器的输出端分别对应连接一个所述应答器及一个所述负载。
22.进一步地，每个切换继电器中：所述地面电子单元主机连接至切换继电器的第一常开触点的输入端，所述切换继电器的第一常开触点的输出端与应答器连接；所述地面电子单元主机还连接至切换继电器的第一常闭触点的输入端，所述切换继电器的第一常闭触点的输出端与负载连接；所述地面电子单元备机连接至切换继电器的第二常开触点的输入端，所述切换继电器第二常开触点的输出端与负载连接；所述地面电子单元备机还连接至切换继电器的第二常闭触点的输入端，所述切换继电器第二常闭触点的输出端与应答器连接。
23.进一步地，所述监控模块，包含两个安全继电器，分别为第一安全继电器与第二安全继电器，每个安全继电器中：
24.所述安全继电器的线圈连接至所述列控中心；
25.所述安全继电器的第一常开触点的输出端与第二常开触点的输出端间，并联有n个切换继电器的线圈；
26.所述安全继电器的第一常开触点的输入端与第二常开触点的输入端间连接至电源模块。
27.进一步地，所述电源模块包含：环入电源、电源环接端子、空气开关以及电源插接端子；所述环入电源上连接有空气开关，并通过电源环接端子分别接入到地面电子单元主机leu1进而地面电子电源备机leu2的电源端口，为地面电子单元leu设备提供dc24v独立工作电源；所述环入电源还通过电源插接端子分别为n个切换继电器提供激励电源；所述空气开关用于控制冗余地面电子单元leu的工作电源，方便地面电子单元leu的维护更换。
28.进一步地，所述接口模块采用8芯成排端子。
29.基与同一发明构思，本发明还提出了一种列控系统，包含：
30.列控中心，所述列控中心采用二乘二取二架构，包含列控中心主机和列控中心备机；
31.冗余地面电子单元；以及
32.上述的切换装置；所述切换装置包含两个安全继电器，其中，第一安全继电器与所述列控中心主机连接，第二安全继电器与列控中心备机连接。
33.进一步地，所述列控中心主机与列控中心备机均包含有：
34.驱动装置，所述驱动装置用于生成控制指令以驱动所述第一安全继电器或第二安全继电器的线圈励磁或失磁；
35.采集装置，所述采集装置与n个切换继电器以及第一安全继电器或第二安全继电器连接，用于采集冗余地面电子单元与应答器间的连接状态。
36.进一步地，所述驱动装置与所述第一安全继电器的线圈串联形成回路，或所述驱动装置与所述第二安全继电器的线圈串联形成回路。
37.进一步地，所述采集装置分别与n个切换继电器的第三常开触点、第一安全继电器的第三常开触点串联形成回路；或
38.所述采集装置分别与n个切换继电器的第三常开触点、第二安全继电器的第三常开触点串联形成回路。
39.本发明具有以下优势：
40.本发明提供的冗余地面电子单元的切换装置包含监控模块及切换模块，所述切换模块用于切换冗余地面电子单元与应答器之间的连接状态，所述监控模块用于控制所述切换模块运行，并将切换模块的切换状态反馈至列控中心，从而可以实现冗余地面电子单元与应答器连接状态的实时监测，确保列控中心发送的切换指令可以有效可靠的执行。
41.所述监控模块与切换模块均采用继电器，使得监控模块与切换模块间电气隔离，增强切换装置的稳定性。
42.所述切换模块中的n个切换继电器并联控制，避免级联电路切换过程中因继电器励磁时间顺序造成对外输出不一致，确保各个n个切换继电器间同步、快速切换且稳定。
附图说明
43.图1为本发明实施例提供的列控系统的结构示意图；
44.图2为本发明实施例提供的切换装置中各模块的连接示意图；
45.图3为本发明实施例提供的切换装置的结构示意图；
46.图4为本发明实施例提供的切换继电器的工作原理示意图；
47.图5为本发明实施例提供的切换继电器切换状态的采集电路图；
48.图6为本发明实施例提供的切换装置的电路原理图。
具体实施方式
49.以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
50.如图1所示，本发明提出了一种列控系统，包含列控中心tcc、冗余地面电子单元leu以及切换装置。所述切换装置是列控中心tcc和冗余地面电子单元leu与室外应答器之间的一个关键连接器件，用于切换冗余地面电子单元leu与应答器间的连接状态。
51.所述冗余地面电子单元leu包含地面电子单元主机leu1与地面电子单元备机leu2。所述地面电子单元主机leu1和地面电子单元备机leu2采用冗余电源，其供电端采用环节并联方式，避免因单点故障导致设备失电。
52.所述列控中心采用二乘二取二架构，包含列控中心主机tcc1与列控中心备机
tcc2。所述列控中心主机tcc1与列控中心tcc2备机均包含有驱动装置及采集装置，所述驱动装置用于生成控制指令以驱动所述切换装置运作，所述采集装置用于实时采集冗余地面电子单元leu的连接状态，以确保驱动采集一致。本发明中列控中心采用二乘二取二架构，且列控中心主机tcc1与列控中心备机tcc2均与切换装置连接，可有效规避列控中心双机切换过程中出现地面电子单元切换空隙。
53.如图1所示，所述切换装置的输入端与列控中心tcc、冗余地面电子单元leu连接，其输出端与应答器连接。所述切换装置包含负载，当地面电子单元发生故障时，所述切换装置根据所述列控中心的控制指令切换地面电子单元主机leu1或地面电子单元备机leu2与应答器或负载的连接状态，以确保其中一个地面电子单元与应答器连接，另一个地面电子单元与负载连接，并避免另一个地面电子单元的输出端连接悬空。此外，所述切换装置还将冗余地面电子单元leu的切换信息实时发送给列控中心，保证列控系统的可靠不间断运行。
54.如图2-3所示，所述切换装置包含监控模块、切换模块、电源模块、接口模块以及底板。
55.所述监控模块与所述列控中心连接，用于根据列控中心下发的控制指令生成切换信号，以驱动切换模块运行，并将切换模块的切换状态反馈至所述列控中心。
56.所述切换模块的输入端与所述冗余地面电子单元连接，其输出端与所述应答器连接，用于根据所述切换信号执行冗余地面电子单元与应答器之间连接状态的切换。
57.所述电源模块与所述切换模块及冗余地面电子单元连接，用于为切换模块及冗余地面电子单元供电。
58.所述接口模块用于提供接口，以便所述切换装置与所述列控中心tcc、冗余地面电子单元leu以及应答器连接。所述接口模块采用8芯成排端子。所述8芯成排端子包含鉴别销和测试孔，具有防脱及防止误插功能，可以解决既有应答器接口线缆、地面电子单元输入线缆分散，更换不方便的问题，同时可以减少现场施工配线工作流程，提高维护或更换效率。而且，接口模块具有测试孔，方便排查区分室内外故障。
59.所述底板为pcb集成板，所述监控模块、切换模块、电源模块以及接口模块均集成在所述底板上。切换装置各个模块间的配线均在pcb集成板内部完成，仅需留有输入和输出线缆，解决了现有地面电子单元leu至切换单元间配线繁多且散接的问题。根据需求，所述底板可直接集成在地面电子单元leu机笼后背板或通过固定架安装在地面电子单元leu机柜上。
60.具体地，所述切换模块包含n个切换继电器及与所述n个切换继电器一一对应连接的负载，所述n的数量大于等于2。所述切换继电器与负载的数量与室外应答器的数量相对应，每个切换继电器控制一个应答器与冗余地面电子单元leu的输入切换。本实施例中，应答器的数量为4个，所述切换模块则包含4个切换继电器qhj1～qhj4与四个负载r1～r4。
61.所述n个切换继电器并联控制，以避免级联电路切换过程中因继电器励磁时间顺序造成对外输出不一致，确保各个n个切换继电器间同步、快速切换且稳定。每个所述切换继电器的输入端与所述地面电子单元主机leu1以及地面电子单元备机leu2的输出端连接，且所述每个切换继电器的输出端分别与所述应答器及负载的输入端连接，以供所述电子单元主机leu1与地面电子单元备机leu2选择性连接至应答器或负载。如图6所示，所述地面电子单元主机leu1与地面电子单元备机leu2、切换继电器、应答器以及负载，形成切换电路。
62.进一步地，如图4所示，所述地面电子单元主机leu1输出端的正极与切换继电器的常开触点1的输入端连接，所述地面电子主机leu1输出端的负极与切换继电器的常开触点2的输入端连接；所述地面电子单元主机leu1输出端的正极还与切换继电器的常闭触点3的输入端连接，所述地面电子主机leu1输出端的负极还与切换继电器的常闭触点4的输入端连接；所述地面电子单元备机leu2输出端的正极与切换继电器的常开触点7的输入端连接，所述地面电子备机leu2输出端的负极与切换继电器的常开触点8的输入端连接；所述地面电子单元备机leu2输出端的正极还与切换继电器的常闭触点5的输入端连接，所述地面电子备机leu2输出端的负极还与切换继电器的常闭触点6的输入端连接。所述切换继电器的常开触点1的输出端与应答器的正极连接，切换继电器的常开触点2的输出端与应答器的负极连接；切换继电器的常闭触点3的输出端与负载的正极连接，切换继电器的常闭触点4的输出端与负载的负极连接；切换继电器的常闭触点5的输出端与应答器的正极连接，切换继电器的常闭触点6的输出端与应答器的负极连接，切换继电器的常开触点7的输出端与负载的正极连接，切换继电器的常开触点8的输出端与负载的负极连接。
63.当切换继电器的线圈励磁后，所述切换继电器的常开触点1、常开触点2、常开触点7、常开触点8闭合，所述切换继电器的常闭触点3、常闭触点4、常闭触点5、常闭触点6断开，所述地面电子单元主机leu1通过常开触点1、常开触点2与所述应答器串联形成回路，所述地面电子单元备机leu2通过常开触点7、常开触点8与所述负载串联形成回路；当切换继电器的线圈失磁后，所述切换继电器的常开触点1、常开触点2、常开触点7、常开触点8断开，所述切换继电器的常闭触点3、常闭触点4、常闭触点5、常闭触点6闭合，所述地面电子单元主机leu1通过常闭触点3、常闭触点4与所述负载串联形成回路，所述地面电子单元备机leu2通过常闭触点5、常闭触点6与所述应答器串联形成回路。即，通过控制切换继电器qhj1～qhj4的线圈励磁或失磁，可实现地面电子单元主机leu1切换连接至负载，地面电子单元备机leu2切换连接至应答器。
64.所述监控模块包含两个安全继电器，分别为第一安全继电器qhj5及第二安全继电器qhj6。所述第一安全继电器qhj5与列控中心主机tcc1的驱动装置连接，所述第二安全继电器qhj6与列控中心备机tcc2的驱动装置连接。所述安全继电器在驱动装置的控制下生成切换信号，并作用到切换模块，使得n个切换继电器的线圈励磁或失磁，实现冗余地面电子单元leu与应答器间连接状态的切换。优选地，每个安全继电器上可连有指示灯，以直观展现安全继电器的运行状态。
65.具体地，所述安全继电器的线圈连接在驱动装置的两端，所述安全继电器的常开触点分别与n个切换继电器的线圈连接。当安全继电器的线圈在驱动装置作用下励磁时，所述安全继电器的常开触点闭合，从而使得切换继电器的线圈励磁，当安全继电器的线圈在驱动装置作用下失磁时，所述安全继电器的常开触点断开，从而使得切换继电器的线圈失磁。如图6所示，所述驱动装置与两个安全继电器及所述n个切换继电器的线圈，形成切换控制电路。
66.进一步地，如图6所示，所述第一安全继电器qhj5与列控中心主机tcc1的驱动装置串联形成回路；所述第一安全继电器qhj5的第一常开触点的输出端以及第二常开触点的输出端间并联有第一切换继电器qhj1至第四切换继电器qhj4的线圈，所述第一安全继电器qhj5的第一常开触点的输入端以及第二常开触点的输入端连接电源模块。当第一安全继电
器qhj5的线圈在列控中心主机tcc1的驱动装置的作用下励磁时，所述第一安全继电器qhj5的第一常开触点以及第二常开触点闭合，所述第一安全继电器qhj5的常开触点与第一切换继电器至第四切换继电器的线圈间连通形成回路，使得第一切换继电器的线圈至第四切换继电器的线圈励磁。当第一安全继电器qhj5的线圈在列控中心主机tcc1的驱动装置的作用下失磁时，第一安全继电器qhj5的第一常开触点以及第二常开触点断开，所述第一安全继电器qhj5的常开触点与第一切换继电器至第四切换继电器的线圈间的回路断开，使得第一切换继电器的线圈至第四切换继电器的线圈失磁。同样的，所述第二安全继电器qhj6的连接方式与所述第一安全继电器的qhj5连接方式相同，在此不再赘述。
67.所述电源模块包含环入电源、电源环接端子、空气开关以及电源插接端子。所述环入电源上连接有空气开关，并进过空气开关后通过电源环接端子分别接入到地面电子单元主机leu1进而地面电子电源备机leu2的电源端口，为地面电子单元leu设备提供dc24v独立工作电源。所述空气开关用于控制冗余地面电子单元leu的工作电源，方便地面电子单元leu的维护更换。所述地面电子单元主机leu1和地面电子电源备机leu2采用环接的方式并联在环入电源两端，电源回路中间任何一点断电，均不影响leu正常供电，减少非环接出现故障点的影响范围，也减少了星型连接的线缆数量及接口端子。
68.同时，所述环入电源还可通过电源插接端子为第一切换继电器qhj1～第四切换继电器qhj4提供激励电源。
69.如图6所示，所述列控中心的采集装置与切换模块中的n个切换继电器的常开触点以及监控模块中2个安全继电器的常开触点串联形成采集电路，以实时采集监测切换继电器的工作状态及控制状态，确保驱动采集一致。具体地，如图5所示，列控中心主机tcc1的采集装置与第一安全继电器qhj5的第三常开触点、第一切换继电器qhj1的常开触点9、第二切换继电器qhj2的常开触点9、第三切换继电器qhj3的常开触点9以及第四切换继电器qhj4的常开触点9串联形成回路。当驱动装置驱动第一安全继电器qhj5的线圈励磁后，所述第一切换继电器qhj1的常开触点9、第二切换继电器qhj2的常开触点9、第三切换继电器qhj3的常开触点9以及第四切换继电器qhj4的常开触点9均闭合，所述采集电路导通，采集装置将继电器的状态信息反馈给列控中心主机tcc1；该回路中有一个继电器出现故障时，所述采集电路都不会导通，无法将切换继电器的状态反馈给列控中心主机tcc，列控中心中心tcc实时报警，确保列控系统安全可靠。同样的，列控中心备机tcc2的采集装置的连接方式与所述列控中心主机tcc1连接方式相同，在此不再赘述。
70.本发明提供的冗余地面电子单元的切换装置包含监控模块及切换模块，所述切换模块用于切换冗余地面电子单元与应答器之间的连接状态，所述监控模块用于控制所述切换模块运行，并将切换模块的切换状态反馈至列控中心，从而可以实现冗余地面电子单元与应答器连接状态的实时监测，确保列控中心发送的切换指令可以有效可靠的执行。所述监控模块与切换模块均采用继电器，使得监控模块与切换模块间电气隔离，增强切换装置的稳定性。而且，所述切换模块中的n个切换继电器并联控制，避免级联电路切换过程中因继电器励磁时间顺序造成对外输出不一致，确保各个n个切换继电器间同步、快速切换且稳定。
71.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。