专利名称：铁路信号灯的控制装置及其方法
技术领域：
本发明主要涉及铁路车站信号灯控制装置，尤其涉及智能化、模块化、免维护的无继 电器接点的控制装置。
背景技术：
现有的铁路车站联锁系统的信号机控制装置采用传统的重力式继电器组合控制电路， 通过控制继电器触点的通断来实现对室外设备信号灯的控制。由于是通过继电触点的通断 来实现控制的，这就需要计划维修和日常维护，以保证继电器触点的可靠接触，而且继电 器存在寿命短、体积大、转换速度慢等缺点；另外继电器组合控制电路有多个继电器，组 合中继电器之间接线繁杂、施工不便、不易查找故障的缺陷。随着技术的发展，目前又出 现了用体积小的弹力式继电器替代重力式继电器的控制电路，并实现了模块化，这种方式 解决了传统控制电路体积大、接线复杂、施工不便等缺点，但由于仍然采用了继电器，寿 命短、转换速度慢、需日常维护的固有缺陷没有解决。显然这些缺陷制约了铁路的运营安 全和运输能力的提高及加重了维护人员的工作量。
发明内容
本发明的目的在于避免现有技术的不足之处而提供一种计算机联锁系统信号灯控制 装置。采用微电子功率器件取代重力式继电器和弹力式继电器的控制电路，使信号灯控制 电路实现智能化、模块化、免维护。
本发明的目的可以通过采用以下技术方案来实现 一种铁路信号灯的控制装置，其主要
特点在于包括通信电路A (1)与为铁路信号灯的控制及状态采集的CPU处理单元A (4) 相连，CPU处理单元A (4)的输出端分别连接有开关控制单元(6)、故障安全单元(7); 开关控制单元(6)、故障安全单元(7)的输出端连接主控回路单元(11)并与被控信号灯 (14)相连。
所述的铁路信号灯的控制装置，还包括有通信电路B (2)与为铁路信号灯的控制及状
5态采集的CPU处理单元B (5)相连，通信电路A (1)与通信电路B (2)之间设有联锁机 (13)， CPU处理单元B (5)的输出端分别连接有开关控制单元(6)、故障安全单元(7); 过流检测单元(9)、同步单元(10)分别连于CPU处理单元A (4)、 CPU处理单元B (5) 之间；所述的同步单元(10)为CPU处理单元A (4)和CPU处理单元B (5)之间的控制信 息的校核与同步。所述的同步单元(10)负责CPU处理单元A (4)和CPU处理单元B (5) 之间的控制信息的校核与同步，在每次向开关控制单元(6)输出控制信息之前都要进行同 步，只有在同步成功后输出才有效。
所述的铁路信号灯的控制装置，还包括有通信电路C (3)与对主控回路进行检测的CPU 处理单元C (12)相连，并连接监测机(15)，把检测结果通过通信单元C (3)传给监测机； 状态检测单元(8)与CPU处理单元A (4)、 CPU处理单元B (5)、 CPU处理单元C (12)相 连。
所述的铁路信号灯的控制装置，所述的同步单元(10)是在CPU处理单元A (4)的通 信发送口与CPU处理单元B (5)的通信接收口之间连接电阻(10-1);在CPU处理单元A (4)的通信接收口与CPU处理单元B (5)的通信发送口之间连接电阻(10-2)。
所述的铁路信号灯的控制装置，所述的通信电路A(1)和通信电路B (2)与联锁机(13) 的通信采用两路独立现场总线；所述的通信电路C (3)与监测机(15)的通信采用独立的 通信总线。
所述的铁路信号灯的控制装置，所述的通信电路A (1)、通信电路B (2)、通信电路C (3)的电路是相同的，为CPU处理单元的数据线与地址线与CAN收发器(1-1)相连，所 述的CAN收发器a-1)的发送口经过光电隔离器(1-2)与CAN驱动器a-3)相连；CAN 收发器的接受口经过光电隔离器(1-4)与CAN驱动器(1-3)相连。
所述的铁路信号灯的控制装置，所述的过流检测单元(9)包括通过电流传感器(9-1) 取样信号灯控制回路中的电流，取样电压经过整流桥(9-2)进^1整流后送去比较器(9-3) 与设定的值进行比较，如大于设定的值则给CPU处理器输出高电平。所述的过流检测单元 (9)当室外信号灯的电流过载时，过流检测单元给三个CPU处理单元输出一个高电平信号， 经CPU处理单元处理后会断开此路的控制输出。
所述的铁路信号灯的控制装置，还包括有所述的CPU处理单元A (4)的控制信号经过 光电隔离电路(6-1)、 CPU处理单元B (5)的控制信号经过光电隔离电路(6-2)后与主控回 路单元(11)连接，两个CPU处理单元的控制输出一致时有效。
所述的铁路信号灯的控制装置，所述的主控回路单元(11)包括有允许信号灯(14-1) 和禁止信号灯(14-2)控制电路共一条控制回线，在回线中串有开关Kl (11-1);在允许
6信号灯(11-5)控制去线中串有开关K2 (11-2);在禁止信号灯(14-2)控制去线中串有 开关K3 (11-3)和开关K4 (11-4)，其中开关K4 (11-4)处于常闭状态，在模块故障时无 条件断开，切断允许信号灯(14-1)的控制回路。
所述的铁路信号灯的控制装置，所述的故障安全单元(7)由动态电路A (7-1)和动 态电路B (7-2)组成，动态电路A(7-1)连接于CPU处理单元A (4)与主控回路单元(11) 的开关K4(ll-4)之间；动态电路B(7-2)连接于CPU处理单元B(5)与主控回路单元(11) 的开关K4 (11-4)之间。所述的主控回路单元(11)开关K4 (11-4)的控制由故障安全单 元(7)来完成。动态电路A(7-1)接到CPU处理单元A (4)输出的脉冲后输出一个稳定的 电压，动态电路B(7-2)接到CPU处理单元B (5)输出的脉冲后输出一个稳定的电压，通过 两个动态电路输出的稳定电压来控制K4闭合。
所述的一种铁路信号灯的控制装置的控制方法，其步骤为
(1) 准备工作步骤101系统上电开始工作后进行步骤102系统的初始化工作；步 骤103进行系统的自检，包括检查程序区和数据区是否正常、关键器件和开关 是否正常，如果自检正确，步骤104判断自检结果是否正常，如果自检错误， 则进入步骤106使装置导向安全侧输出，即启动故障安全单元(7)，切断允许 信号灯的控制回路，并将信号灯的状态设置为灭灯状态；
(2) 如果自检正确，则进入步骤105，采集状态检测单元(8)输出的电压信号，如 检测到电压信号大于设定的值，则判定被控信号灯处于点亮状态，否则判定室 外信号灯处于熄灭状态；做完状态检测后进入步骤107;
(3) 步骤107对电灯时电流是否过大或过载进行检测，对过流检测单元(9)输出的 电平信号进行检测，如检测到有高电平，则判定点灯回路的电流过大，置该灯 过流标志后进入步骤108;
(4) 步骤108对通过通信电路接受到的数据进行分析处理，形成点灯指令后转入步 骤109进行同步处理；
(5) 步骤109和110对接收到的命令进行同步校核，两个CPU处理单元通过同步单 元(10)相互交换接受到的命令，并进行比较，如一致则同步成功转入步骤lll， 如不一致则同步不成功，维持原来的控制命令转入步骤103;
(6) 步骤111判断当前的点灯命令是否是点亮命令则转入步骤112，如是灭灯命令 则转入步骤114;
(7) 步骤112判断当前信号灯室外处在过流状态，如是在过流状态则该路灯不能点
亮，转入步骤114;否则转入步骤113输出点灯命令；(8)步骤113输出点亮信号灯的操作，步骤114输出熄灭信号灯的操作，都转则步 骤103进行下一轮的循环控制。
本发明的有益效果是本发明采用无触点控制技术、模块化的结构，用电子电路取代
由安全型继电器构成的铁路信号灯控制电路， 一般技术人员采用常规手段无法改变其既有 逻辑关系，完全消除了由于封连接点而构成的事故隐患，安全性得到大幅度的提高。装置 采用模块化设计思路，具有自检功能，利用网络平台构建，组成系统方便，排除故障快捷， 可维护性和可扩展性强。
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图1为本发明的结构框图示意图2为本发明的同步电路示意图3为本发明的通信电路示意图4为本发明的过流检测电路示意图5为本发明的开关控制单元电路示意图6为本发明的主控回路单元电路示意图7为本发明的故障安全单元电路示意图8为本发明的控制流程图。
具体实施例方式
以下结合附图所示之最佳实施例作进一步详述
实施例l，见图l， 一种铁路信号灯的控制装置，包括通信电路A1与为铁路信号灯的
控制及状态采集的CPU处理单元A4相连，CPU处理单元A4的输出端分别连接有开关控制 单元6、故障安全单元7;开关控制单元6、故障安全单元7的输出端连接主控回路单元11 并与被控信号灯14相连。
实施例2，见图l， 一种铁路信号灯的控制装置，所述的铁路信号灯的控制装置与实施 例1相同，还包括有通信电路B2与为铁路信号灯的控制及状态采集的CPU处理单元B5相 连，通信电路Al与通信电路B2之间设有联锁机13， CPU处理单元B5的输出端分别连接有 开关控制单元6、故障安全单元7;过流检测单元9、同步单元10分别连于CPU处理单元 A4、 CPU处理单元B5之间；所述的同步单元10为CPU处理单元A4和CPU处理单元B5之 间的控制信息的校核与同步，在每次向开关控制单元6输出控制信息之前都要进行同步，只有在同步成功后输出才有效。所述的通信电路Al和通信电路B2与联锁机13的通信采用 两路独立现场总线；所述的通信电路C3与监测机15的通信采用独立的通信总线。
实施例3，见图l， 一种铁路信号灯的控制装置，所述的铁路信号灯的控制装置与实施 例1、实施例2相同，还包括有通信电路C3与对主控回路进行检测的CPU处理单元C12相 连，并连接监测机15，把检测结果通过通信单元C3传给监测机15;状态检测单元8与CPU 处理单元A4、 CPU处理单元B5、 CPU处理单元C12相连。
实施例4，见图2, —种铁路信号灯的控制装置的同步单元10是在CPU处理单元A4 的通信发送口与CPU处理单元B5的通信接收口之间连接电阻10-1;在CPU处理单元A4的 通信接收口与CPU处理单元B5的通信发送口之间连接电阻10-2。
实施例5，见图3， 一种铁路信号灯的控制装置的通信电路，所述的通信电路A1、通 信电路B2、通信电路C3的电路是相同的，为CPU处理单元的数据线与地址线与CAN收发 器1-1相连，所述的CAN收发器1-1的发送口经过光电隔离器1-2与CAN驱动器1-3相连； CAN收发器的接受口经过光电隔离器1-4与CAN驱动器1-3相连。
实施例6，见图4， 一种铁路信号灯的控制装置的通信电路的过流检测单元9包括通过 电流传感器9-1取样信号灯控制回路中的电流，取样电压经过整流桥9-2进行整流后送去 比较器9-3与设定的值进行比较，如大于设定的值则给CPU处理器输出高电平。所述的过 流检测单元9当室外信号灯的电流过载时，过流检测单元给三个CPU处理单元输出一个高 电平信号，经CPU处理单元处理后会断开此路的控制输出。
实施例7，见图5， 一种铁路信号灯的控制装置的开关控制单元，包括有所述的CPU 处理单元A4的控制信号经过光电隔离电路6-l、CPU处理单元B5的控制信号经过光电隔离 电路6-2后与主控回路单元11连接，两个CPU处理单元的控制输出一致时有效。
实施例8，见图6, —种铁路信号灯的控制装置的的主控回路单元ll包括有允许信号 灯14-1和禁止信号灯14-2控制电路共一条控制回线，在回线中串有开关Kl 11-1;在允 许信号灯11-5控制去线中串有开关K2 11-2;在禁止信号灯14-2控制去线中串有开关K3 11-3和开关K4 11-4，其中开关K4 11-4处于常闭状态，在模块故障时无条件断开，切 断允许信号灯14-1的控制回路。
实施例9，见图7，所述的故障安全单元7由动态电路A7-1和动态电路B7-2组成，动 态电路A7-1连接于CPU处理单元A4与主控回路单元11的开关K4 11-4之间；动态电路 B 7-2连接于CPU处理单元B5与主控回路单元11的开关K411-4之间。动态电路A7-l接 到CPU处理单元A4输出的脉冲后输出一个稳定的电压，动态电路B7-2接到CPU处理单元 B5输出的脉冲后输出一个稳定的电压，通过两个动态电路输出的稳定电压来控制K4闭合。实施例IO，见图8， 一种铁路信号灯的控制装置的控制方法，其步骤为
(1) 准备工作步骤101系统上电开始工作后进行步骤102系统的初始化工作；步 骤103进行系统的自检，包括检查程序区和数据区是否正常、关键器件和开关 是否正常，如果自检正确，步骤104判断自检结果是否正常，如果自检错误，
则进入步骤106使装置导向安全侧输出，即启动故障安全单元7，切断允许信 号灯的控制回路，并将信号灯的状态设置为灭灯状态；
(2) 如果自检正确，则进入步骤105，采集状态检测单元8输出的电压信号，如检 测到电压信号大于设定的值，则判定被控信号灯处于点亮状态，否则判定室外 信号灯处于熄灭状态；做完状态检测后进入步骤107;
(3) 步骤107对电灯时电流是否过大或过载进行检测，对过流检测单元9输出的电 平信号进行检测，如检测到有高电平，则判定点灯回路的电流过大，置该灯过 流标志后进入步骤108;
(4) 步骤108对通过通信电路接受到的数据进行分析处理，形成点灯指令后转入步 骤109进行同步处理；
(5) 步骤109和110对接收到的命令进行同步校核，两个CPU处理单元通过同步单 元10相互交换接受到的命令，并进行比较，如一致则同步成功转入步骤lll， 如不一致则同步不成功，维持原来的控制命令转入步骤103;
(6) 步骤111判断当前的点灯命令是否是点亮命令则转入步骤112,如是灭灯命令 则转入步骤114;
(7) 步骤112判断当前信号灯室外处在过流状态，如是在过流状态则该路灯不能点
亮，转入步骤114;否则转入步骤113输出点灯命令；
(8) 步骤113输出点亮信号灯的操作，步骤114输出熄灭信号灯的操作，都转则步 骤103进行下一轮的循环控制。
权利要求
1. 一种铁路信号灯的控制装置，其特征在于包括通信电路A(1)与为铁路信号灯的控制及状态采集的CPU处理单元A(4)相连，CPU处理单元A(4)的输出端分别连接有开关控制单元(6)、故障安全单元(7)；开关控制单元(6)、故障安全单元(7)的输出端连接主控回路单元(11)并与被控信号灯(14)相连。
2. 如权利要求1所述的铁路信号灯的控制装置，其特征在于还包括有通信电路B(2) 与为铁路信号灯的控制及状态采集的CPU处理单元B (5)相连，通信电路A (1)与 通信电路B (2)之间设有联锁机(13)， CPU处理单元B (5)的输出端分别连接有开 关控制单元(6)、故障安全单元(7);过流检测单元(9)、同步单元(10)分别连 于CPU处理单元A (4)、 CPU处理单元B (5)之间；所述的同步单元(10)为CPU处 理单元A (4)和CPU处理单元B (5)之间的控制信息的校核与同步。
3. 如权利要求1所述的铁路信号灯的控制装置，其特征在于还包括有通信电路C(3) 与对主控回路进行检测的CPU处理单元C (12)相连，并连接监测机(15)，把检测 结果通过通信单元C (3)传给监测机；状态检测单元(8)与CPU处理单元A (4)、 CPU处理单元B (5)、 CPU处理单元C (12)相连。
4. 如权利要求2所述的铁路信号灯的控制装置，其特征在于所述的同步单元(10) 在CPU处理单元A (4)的通信发送口与CPU处理单元B (5)的通信接收口之间连接 电阻(10-1);在CPU处理单元A (4)的通信接收口与CPU处理单元B (5)的通信 发送口之间连接电阻(10-2)。
5. 如权利要求1或2或3所述的铁路信号灯的控制装置，其特征在于所述的通信电 路A (1)和通信电路B (2)与联锁机(13)的通信釆用两路独立现场总线；所述的 通信电路C (3)与监测机(15)的通信采用独立的通信总线。
6. 如权利要求5所述的铁路信号灯的控制装置，其特征在于所述的通信电路A(l) 或通信电路B (2)或通信电路C (3)的电路为CPU处理单元的数据线与地址线与CAN 收发器(1-1)相连，所述的CAN收发器(1-1)的发送口经过光电隔离器(1-2)与 CAN驱动器(1-3)相连；CAN收发器的接受口经过光电隔离器(1-4)与CAN驱动器(l-3)相连。
7. 如权利要求2所述的铁路信号灯的控制装置，其特征在于所述的过流检测单元(9) 包括通过电流传感器(9-1)取样信号灯控制回路中的电流，取样电压经过整流桥(9-2)进行整流后送去比较器(9-3)与设定的值进行比较，如大于设定的值则给CPU处理器A和CPU处理器B输出高电平。
8. 如权利要求1所述的铁路信号灯的控制装置，其特征在于还包括有所述的CPU处理单元A (4)的控制信号经过光电隔离电路(6-1)、 CPU处理单元B (5)的控制信号 经过光电隔离电路(6-2)后与主控回路单元(11)连接，两个CPU处理单元的控制输出一致时有效。
9. 如权利要求1所述的铁路信号灯的控制装置，其特征在于所述的主控回路单元(11) 包括有允许信号灯(14-1)和禁止信号灯(14-2)控制电路共一条控制回线，在回 线中串有开关K1 (11-1);在允许信号灯(11-5)控制去线中串有开关K2 (11-2); 在禁止信号灯(14-2)控制去线中串有开关K3 (11-3)和开关K4 (11-4)，其中开 关K4 (11-4)处于常闭状态，在模块故障时无条件断开，切断允许信号灯(14-1) 的控制回路。
10. 如权利要求9所述的铁路信号灯的控制装置，其特征在于所述的故障安全单元(7) 由动态电路A (7-1)和动态电路B (7-2)组成，动态电路A(7-l)连接于CPU处理单 元A (4)与主控回路单元(11)的开关K4 (11-4)之间；动态电路B(7-2)连接于 CPU处理单元B (5)与主控回路单元(11)的开关K4 (11-4)之间。
11. 如权利要求1所述的一种铁路信号灯的控制装置的控制方法，其步骤为(1 )准备工作步骤101系统上电开始工作后进行步骤102系统的初始化工作；步骤103进行系统的自检，包括检査程序区和数据区是否正常、关键器件和 开关是否正常，如果自检正确，步骤104判断自检结果是否正常，如果自检 错误，则进入步骤106使装置导向安全侧输出，即启动故障安全单元(7)， 切断允许信号灯的控制回路，并将信号灯的状态设置为灭灯状态；(2) 如果自检正确，则进入步骤105，采集状态检测单元(8)输出的电压信号， 如检测到电压信号大于设定的值，则判定被控信号灯处于点亮状态，否则判 定室外信号灯处于熄灭状态；做完状态检测后进入步骤107;(3) 步骤107对电灯时电流是否过大或过载进行检测，对过流检测单元(9)输出 的电平信号进行检测，如检测到有高电平，则判定点灯回路的电流过大，置 该灯过流标志后进入步骤108;(4) 步骤108对通过通信电路接受到的数据进行分析处理，形成点灯指令后转入 步骤109进行同步处理；(5) 步骤109和110对接收到的命令进行同步校核，两个CPU处理单元通过同步 单元(10)相互交换接受到的命令，并进行比较，如一致则同步成功转入步骤lll，如不一致则同步不成功，维持原来的控制命令转入步骤103;(6) 步骤111判断当前的点灯命令是否是点亮命令则转入步骤112，如是灭灯命 令则转入步骤114;(7) 步骤112判断当前信号灯室外处在过流状态，如是在过流状态则该路灯不能 点亮，转入步骤114;否则转入步骤113输出点灯命令；(8) 步骤113输出点亮信号灯的操作，步骤114输出熄灭信号灯的操作，都转则 步骤103进行下一轮的循环控制。
全文摘要
本发明主要涉及铁路车站信号灯控制装置，尤其涉及智能化、模块化、免维护的无继电器接点的控制装置。一种铁路信号灯的控制装置，其主要特点在于包括通信电路A(1)与为铁路信号灯的控制及状态采集的CPU处理单元A(4)相连，CPU处理单元A(4)的输出端分别连接有开关控制单元(6)、故障安全单元(7)；开关控制单元(6)、故障安全单元(7)的输出端连接主控回路单元(11)并与被控信号灯(14)相连。本发明的优点是采用无触点控制技术、模块化的结构，用电子电路取代由安全型继电器构成的铁路信号灯控制电路，一般技术人员采用常规手段无法改变其既有逻辑关系，完全消除了由于封连接点而构成的事故隐患，安全性得到大幅度的提高。装置采用模块化设计思路，具有自检功能，利用网络平台构建，组成系统方便，排除故障快捷，可维护性和可扩展性强。
文档编号B61L21/00GK101445119SQ20081018893
公开日2009年6月3日 申请日期2008年12月24日 优先权日2008年12月24日
发明者涛 何, 方亚非, 旷文珍, 牛宏侠, 范多旺, 陈光武, 魏宗寿, 魏文军 申请人:兰州大成自动化工程有限公司