铁路道口冗余联锁远程集控装置及其集控方法与流程

本发明涉及一种用于铁路道口控制装置及其集控方法，尤其涉及一种铁路道口冗余联锁远程

控制装置及其集控方法。

背景技术：

目前，公知的在铁路道口管理中，基本还是大量采用现场人工管理，依靠调度语音告知或铁路信号告知来车，然后进行人工操作进行道口防护；或者由铁路调度与远程控制操作人员合并办公，由排车调度预先告知，再由远程控制操作人员进行远程操作，实现道口远程防护；在以上过程中，存在的问题是：

1．自动化程度低，人工现场管理的道口需要配置大量的人员，管理成本高；

2．信息化程度低，没有自动化管理记录，不利于运行分析；

3．设备与原有的铁路信号系统各自独立运行，仍然靠人工传递信号，没有信号交换和共享，管理效率低；

授权公告号为CN201980256.U的实用新型专利“铁路道口控制系统”采用中心控制系统、视频/音频监控系统、光纤通信系统与道口现场设备系统配合控制，较好的解决了上述不足，但该中心控制系统没有冗余配置，存在系统整体故障的安全风险，一旦某控制单元或某部件出现故障，则整个系统失去作用；严重时导致道口安全事故。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种铁路道口冗余联锁远程集控装置及其集控方法，以克服上述已有技术存在的不足。

本发明采取的技术方案是：

一种铁路道口冗余联锁远程集控装置，包括中心控制系统和至少一套现场控制系统，中心控制系统通过光缆与现场控制系统连接；

所述中心控制系统包括视频监控器、音频监控中心以及结构相同/互为冗余热备的两套控制单元、即第一控制单元和第二控制单元；

第一控制单元与第二控制单元之间通过以太网线连接，第一控制单元和第二控制单元分别通过光缆与现场控制系统连接，通过视频电缆与视频监控器连接，音频监控中心通过音频电缆与现场控制系统所设的现场音频光端机连接；

所述第一控制单元与第二控制单元结构相同，包括依次连接的控制盘、控制器、交换机和光纤收发器组以及与交换机连接的PC机和解码器，光纤收发器组包括信号光纤收发器和视频光纤收发器；

所述控制盘通过电缆与控制器连接，控制器通过以太网与交换机连接，交换机通过以太网分别与信号光纤收发器和视频光纤收发器连接，第一控制单元之交换机与第二控制单元之交换机之间通过以太网连接，所述PC机通过以太网与交换机连接，并通过视频电缆连接PC显示器，所述解码器通过以太网与交换机连接，并通过视频电缆连接视频监控器；

所述第一控制单元与第二控制单元的作用：一是接收并记录现场控制系统回传的视频信息和信号信息，将视频信息解码送视频监控器进行同步监视，或在控制单元配备的PC显示器上进行复式显示，二是根据现场控制系统回传的信号信息向现场控制系统发出相应的控制命令，从而实现铁路道口的远程控制管理；

所述控制盘的作用是：输入控制操作指令，包括：扬声器、轨道信号灯、防护灯、照明装置的开闭以及栏杆机的启停；

所述控制器的作用：一是将控制盘输入的控制操作指令传至交换机，再通过信号光纤收发器传送至现场控制系统，二是将现场控制系统的各种信号通过交换机汇总传至PC机，再通过PC显示器进行状态显示；

所述PC机的作用：一是将交换机送来的、经现场控制系统分析识别的24v电信号转换成视频信号，最终在PC显示器进行复式显示，二是输入控制现场设备的操作指令，包括扬声器、轨道信号灯、防护灯、照明装置开闭以及栏杆机的启停；

所述视频光纤收发器的作用是：接收来自现场控制系统传送的视频信号送交换机处理；

所述信号光纤收发器的作用：一是将现场控制系统采集的、并经现场控制系统分析和识别的现场信号系统的24v电信号、通过以太网线传至中心控制系统的第一控制单元和第二控制单元，二是将中心控制系统发出的控制命令传送现场控制系统，并控制现场设备执行相应的操作；

所述交换机的作用：一是将PC机和控制盘输入的控制操作指令通过信号光纤收发器传送至现场控制系统，二是将现场控制系统从现场信号系统采集到的信号信息与另一套控制单元系统的交换机进行信号交换，三是将现场控制系统传来的视频信号传送解码器解码，传至视频监控器进行视频同步监视；

所述解码器的作用是：将交换机传送来的视频信号解码，然后传至视频监控器进行视频同步监视；

所述现场控制系统包括现场控制单元以及与其连接的铁路道口的现场信号系统和现场控制设备，所述现场信号系统包括轨道信号、调度信号、防闯信号、现场人工信号以及联锁信号，所述现场控制设备包括扬声器、轨道信号灯、防护灯、照明装置以及栏杆机；

所述现场控制单元包括：现场摄像机、现场视频光纤收发器、现场信号光纤收发器、现场控制器、信号采集隔离器、现场音频光端机、音频放大器和开关控制器；

现场控制系统通过现场视频光纤收发器与中心控制系统的视频光纤收发器连接、通过现场信号光纤收发器与中心控制系统的信号光纤收发器连接；

所述现场摄像机通过视频电缆或网络电缆与现场视频光纤收发器连接；

所述现场信号光纤收发器通过以太网线与现场控制器连接，音频放大器、开关控制器和信号采集隔离器分别通过电缆与现场控制器连接；

所述信号采集隔离器通过电缆与铁路道口的现场信号系统连接；

所述开关控制器通过电缆与现场设备之轨道信号灯、防护灯、照明装置以及栏杆机连接；

所述现场音频光端机一端与音频监控中心之音频光端机连接，另一端通过音频电缆与音频放大器连接，音频放大器的的输出端连接扬声器；

所述现场控制系统的作用：一是将从现场信号系统采集到的信号信息以及现场摄像机跟踪的图像信号处理后传送中心控制系统，二是根据中心控制系统的指令控制现场设备执行相应操作，三是通过扬声器发出音频监控中心发来的语音控制命令；

现场摄像机作用是：将获取的视频信号传送现场视频光纤收发器；

现场视频光纤收发器的作用是：将摄像机传送的视频信号通过视频电缆或网络电缆传送至中心控制系统的视频光纤收发器，经过交换机的解码器解码后，通过视频电缆将视频信号传至视频监视器进行视频同步监视；

信号采集隔离器的作用是：将从现场信号系统采集到的信号转换成统一的24v电信号、通过电缆传送到现场控制器；

现场控制器的作用：一是对信号采集隔离器传来的24v电信号进行分析并识别信号类型，通过现场信号光纤收发器和光缆将电信号传至中心控制系统的信号光纤收发器，二是根据中心控制系统的指令向开关控制器发出执行信号，完成对信号灯、防护灯、照明装置开闭以及栏杆机启停的控制；或通过音频放大发出报警的音频信号；

现场信号光纤收发器的作用是：一是将经现场控制器分析、识别的24v电信号传至中心控制系统的信号光纤收发器，信号光纤收发器再将电信号通过以太网线传至交换机，二是将从中心控制系统的信号光纤收发器传来的操作命令传送现场控制器；

现场音频光端机的作用是：将音频监控中心传来的、经转换的话筒声音解码，然后输送音频放大器；

音频放大器的作用是：将经现场音频光端机解码送来的、或现场控制器发出报警的音频信号放大驱动扬声器发出警告声音；

开关控制器的作用是：根据现场控制器发出的指令，完成对轨道信号灯、防护灯、照明装置开闭以及栏杆机启停的控制。

其进一步的技术方案是：所述第一控制单元和第二控制单元的之交换机分别通过视频电缆连接录像机，录像机通过视频电缆连接录像显示器；录像机对交换机收到的视频信号进行录制保存，并通过录像显示器进行视频显示，当视频监视器故障时，可通过操作录像机调取该故障显示器部分的视频信号，由录像显示器暂时替代该视频监视器实现同步监视。

更进一步：所述音频监控中心包括话筒、音频转换器和音频光端机，音频转换器通过音频电缆分别与话筒和音频光端机连接，音频光端机通过音频电缆与现场音频光端机连接；

所述音频监控中心的作用是：提供管理员向现场控制系统发出语音控制命令；音频转换器的作用是：可有选择性的对不同道口进行音频报警和语音警告；音频光端机的作用是：通过其发射端把音频转换器传来的音频模拟信号转换成光信号，并通过光纤传输到其接收端，接收端再将光信号转换成音频模拟信号。

所述控制器和现场控制器采用PLC控制器；所述开关控制器采用接触器或中间继电器；所述以太网线采用RJ45接口。

其另一技术方案是：一种铁路道口冗余联锁远程集控装置的集控方法，该方法是利用上述的铁路道口冗余联锁远程集控装置对铁路道口实施远程控制管理的方法，包括下述步骤：

S1：采集并转换信号：

信号采集隔离器开始采集各现场信号系统的信号：包括轨道信号、调度信号、防闯信号、现场人工信号和联锁信号，并将采集到的信号转换成统一的24v电信号传送到现场控制器；

S2：信号分析：

现场控制器对信号采集隔离器传来的24v电信号进行分析并识别信号类型，通过现场信号光纤收发器传至中心控制系统的信号光纤收发器，信号光纤收发器再将电信号传至交换机；

S3：信号转换并显示

交换机将24v电信号传至PC机，经PC机将电信号转换成视频模拟信号通过PC显示器进行复式显示，为管理员提供远程控制管理依据；

S4：远程控制管理：

S41：管理员根据PC显示器提供的视频模拟信号信息，在第一控制单元或第二控制单元的控制盘或PC机输入相应的控制操作，包括：扬声器、信号灯、防护灯、照明装置开闭的以及栏杆机的启停；

S42：上述控制操作的动作信息通过控制器传至交换机，再通过信号光纤收发器传送至相应的现场控制系统的现场信号光纤收发器，现场信号光纤收发器传现场控制器，现场控制器根据收到的动作信息向开关控制器发出执行信号，实现对扬声器、信号灯、防护灯、照明装置开闭以及栏杆机启停的控制；

S43：视频监控：

现场视频光纤收发器将从现场摄像机跟踪的视频信号传送至中心控制系统的视频光纤收发器，视频光纤收发器传到第一控制单元和第二控制单元交换机，经过各自的解码器解码后，将视频信号传至视频监视中心之视频监视器进行视频同步监视；

S44：如信号采集隔离器采集到防闯信号，执行语音提示：

S441：现场控制器将防闯信号通过现场信号光纤收发器传中心控制系统，管理员从PC显示器获得防闯信号，则通过话筒发出语音，经音频转换器和音频光端机传至现场音频光端机解码后，通过音频放大器驱动扬声器发出警告声音；

S442：现场控制器将防闯信号送音频放大器驱动扬声器发出警告声音。

进一步：在以上操作过程中：

第一控制单元和第二控制单元独立运行，其中的一控制单元为主设备，另一控制单元待机，即：第一控制单元为主设备时，第二控制单元待机，如第二控制单元为主设备时，第一控制单元待机，两套控制单元均显示、记录信号信息；当担任主设备的控制单元发生故障时，处于待机状态的控制单元通过交换机获取主设备的控制单元发生故障信息，自动上升为主设备。

在执行步骤S41时：当采用作为主设备的控制单元的控制盘或PC机输入相应的控制操作、对现场控制系统发出操作指令时，处于待机状态的控制单元被锁定不能进行同样的远程操控，防止误操作。

由于采取上述技术方案，本发明之铁路道口冗余联锁远程集控装置及其集控方法具有以下有益效果：

1．本发明之铁路道口冗余远程集控装置，采用工业PLC控制器，工作稳定可靠，安全性高，通用性强；

2．本发明之铁路道口冗余远程集控装置，采用硬件与软件双冗余，冗余系统为两套独立PLC系统，使用独立链路处理主备设备切换；在冗余系统进行工作时，PLC A、PLC B控制系统（处理器，通讯、 I/O等）独立运行，由主系统的PLC掌握对分布式I/O的控制权；PLC A、PLC B系统中的PLC程序由非冗余用户程序段和冗余用户程序段组成，主系统PLC执行全部的用户程序，备用系统PLC只执行非冗余用户程序段，而跳过冗余用户程序段。当PLC A为主设备时，PLC A掌握对分布式I/O的控制权，此时PLC B处于待机状态；当PLC B为主设备时，PLCB掌握对分布式I/O的控制权，此时PLC A处于待机状态），两套系统可同时工作且互为热备，当其中一套故障时，另一套仍可正常工作，安全性高；

3．本发明之铁路道口冗余远程集控装置，可安全接入现有的铁路信号和运行信息，适应性强；

4．采用本发明之铁路道口冗余远程集控装置，全部运行过程均自动保存，方便查找和管理；

5．采用本发明之铁路道口冗余远程集控装置，可同时管理多个铁路道口，节约大量人力成本，实现24小时全天候管理。

下面结合附图和实施例对本发明之铁路道口冗余联锁远程集控装置及其集控方法的技术特征作进一步的说明。

附图说明

图1：本发明之铁路道口冗余联锁远程集控装置结构示意图（一套中心控制系统、一套现场控制系统）；

图2：本发明之铁路道口冗余联锁远程集控装置结构示意图（一套中心控制系统、N套现场控制系统）；

A—中心控制系统，A1—第一控制单元，A2—第二控制单元，A3—视频监控器，A4—音频监控中心， B—现场控制系统，B01—现场控制单元，B02—现场信号系统，B03—现场控制设备。

具体实施方式，

实施例一

一种铁路道口冗余联锁远程集控装置，包括中心控制系统A和一套现场控制系统B，中心控制系统通过光缆与现场控制系统连接；

所述中心控制系统A包括视频监控器A3、音频监控中心A4以及结构相同/互为冗余热备的两套控制单元、即第一控制单元A1和第二控制单元A2；

第一控制单元与第二控制单元之间通过以太网线连接，第一控制单元和第二控制单元分别通过光缆与现场控制系统连接，通过视频电缆与视频监控器连接，音频监控中心通过音频电缆与现场控制系统所设的现场音频光端机连接；

所述第一控制单元与第二控制单元结构相同，包括依次连接的控制盘、控制器、交换机和光纤收发器组以及与交换机连接的PC机和解码器，光纤收发器组包括信号光纤收发器和视频光纤收发器；

所述控制盘通过电缆与控制器连接，控制器通过以太网与交换机连接，交换机通过以太网分别与信号光纤收发器和视频光纤收发器连接，第一控制单元之交换机与第二控制单元之交换机之间通过以太网连接，所述PC机通过以太网与交换机连接，并通过视频电缆连接PC显示器，所述解码器通过以太网与交换机连接，并通过视频电缆连接视频监控器；

所述第一控制单元与第二控制单元的作用：一是接收并记录现场控制系统回传的视频信息和信号信息，将视频信息解码送视频监控器进行同步监视，或在控制单元配备的PC显示器上进行复式显示，二是根据现场控制系统回传的信号信息向现场控制系统发出相应的控制命令，从而实现铁路道口的远程控制管理；

所述控制盘的作用是：输入控制操作指令，包括：扬声器、轨道信号灯、防护灯、照明装置的开闭以及栏杆机的启停；

所述控制器的作用：一是将控制盘输入的控制操作指令传至交换机，再通过信号光纤收发器传送至现场控制系统，二是将现场控制系统的各种信号通过交换机汇总传至PC机，再通过PC显示器进行状态显示；

所述PC机的作用：一是将交换机送来的、经现场控制系统分析识别的24v电信号转换成视频信号，最终在PC显示器进行复式显示，二是输入控制现场设备的操作指令，包括扬声器、轨道信号灯、防护灯、照明装置开闭以及栏杆机的启停；

所述视频光纤收发器的作用是：接收来自现场控制系统传送的视频信号送交换机处理；

所述信号光纤收发器的作用：一是将现场控制系统采集的、并经现场控制系统分析和识别的现场信号系统的24v电信号、通过以太网线传至中心控制系统的第一控制单元和第二控制单元，二是将中心控制系统发出的控制命令传送现场控制系统，并控制现场设备执行相应的操作；

所述交换机的作用：一是将PC机和控制盘输入的控制操作指令通过信号光纤收发器传送至现场控制系统，二是将现场控制系统从现场信号系统采集到的信号信息与另一套控制单元系统的交换机进行信号交换，三是将现场控制系统传来的视频信号传送解码器解码，传至视频监控器进行视频同步监视；

所述解码器的作用是：将交换机传送来的视频信号解码，然后传至视频监控器进行视频同步监视；

所述现场控制系统包括现场控制单元B01以及与其连接的铁路道口的现场信号系统B02和现场控制设备B03，所述现场信号系统包括轨道信号、调度信号、防闯信号、现场人工信号以及联锁信号，所述现场控制设备包括扬声器、轨道信号灯、防护灯、照明装置以及栏杆机；

所述现场控制单元B01包括：现场摄像机、现场视频光纤收发器、现场信号光纤收发器、现场控制器、信号采集隔离器、现场音频光端机、音频放大器和开关控制器；

现场控制系统通过现场视频光纤收发器与中心控制系统的视频光纤收发器连接、通过现场信号光纤收发器与中心控制系统的信号光纤收发器连接；

所述现场摄像机通过视频电缆或网络电缆与现场视频光纤收发器连接；

所述现场信号光纤收发器通过以太网线与现场控制器连接，音频放大器、开关控制器和信号采集隔离器分别通过电缆与现场控制器连接；

所述信号采集隔离器通过电缆与铁路道口的现场信号系统B02连接；

所述开关控制器通过电缆与现场设备之轨道信号灯、防护灯、照明装置以及栏杆机连接；

所述现场音频光端机一端与音频监控中心之音频光端机连接，另一端通过音频电缆与音频放大器连接，音频放大器的的输出端连接扬声器；

所述现场控制系统的作用：一是将从现场信号系统采集到的信号信息以及现场摄像机跟踪的图像信号处理后传送中心控制系统，二是根据中心控制系统的指令控制现场设备执行相应操作，三是通过扬声器发出音频监控中心A4发来的语音控制命令；

现场摄像机作用是：将获取的视频信号传送现场视频光纤收发器；

现场视频光纤收发器的作用是：将摄像机传送的视频信号通过视频电缆或网络电缆传送至中心控制系统的视频光纤收发器，经过交换机的解码器解码后，通过视频电缆将视频信号传至视频监视器进行视频同步监视；

信号采集隔离器的作用是：将从现场信号系统采集到的信号转换成统一的24v电信号、通过电缆传送到现场控制器；

现场控制器的作用：一是对信号采集隔离器传来的24v电信号进行分析并识别信号类型，通过现场信号光纤收发器和光缆将电信号传至中心控制系统的信号光纤收发器，二是根据中心控制系统的指令向开关控制器发出执行信号，完成对信号灯、防护灯、照明装置开闭以及栏杆机启停的控制；或通过音频放大发出报警的音频信号；

现场信号光纤收发器的作用是：一是将经现场控制器分析、识别的24v电信号传至中心控制系统的信号光纤收发器，信号光纤收发器再将电信号通过以太网线传至交换机，二是将从中心控制系统的信号光纤收发器传来的操作命令传送现场控制器；

现场音频光端机的作用是：将音频监控中心传来的、经转换的话筒声音解码，然后输送音频放大器；

音频放大器的作用是：将经现场音频光端机解码送来的、或现场控制器发出报警的音频信号放大驱动扬声器发出警告声音；

开关控制器的作用是：根据现场控制器发出的指令，完成对轨道信号灯、防护灯、照明装置开闭以及栏杆机启停的控制。

所述第一控制单元和第二控制单元的之交换机分别通过视频电缆连接录像机，录像机通过视频电缆连接录像显示器；录像机对交换机收到的视频信号进行录制保存，并通过录像显示器进行视频显示，当视频监视器故障时，可通过操作录像机调取该故障显示器部分的视频信号，由录像显示器暂时替代该视频监视器实现同步监视。

所述音频监控中心包括话筒、音频转换器和音频光端机，音频转换器通过音频电缆分别与话筒和音频光端机连接，音频光端机通过音频电缆与现场音频光端机连接；

所述音频监控中心的作用是：提供管理员向现场控制系统发出语音控制命令；音频转换器的作用是：可有选择性的对不同道口进行音频报警和语音警告；音频光端机的作用是：通过其发射端把音频转换器传来的音频模拟信号转换成光信号，并通过光纤传输到其接收端，接收端再将光信号转换成音频模拟信号。

所述控制器和现场控制器采用PLC控制器；所述开关控制器采用接触器或中间继电器；所述以太网线采用RJ45接口。

实施例二

一种铁路道口冗余联锁远程集控装置，包括中心控制系统A和N套现场控制系统B，中心控制系统通过光缆与现场控制系统连接；N的数值可根据需要的铁路道口确定，一般可控制到3-6套现场控制系统。

实施例三

一种铁路道口冗余联锁远程集控装置的集控方法，该方法是利用实施例二所述的铁路道口冗余联锁远程集控装置对铁路道口实施远程控制管理的方法，包括下述步骤：

S1：采集并转换信号：

信号采集隔离器开始采集各现场信号系统的信号：包括轨道信号、调度信号、防闯信号、现场人工信号和联锁信号，并将采集到的信号转换成统一的24v电信号传送到现场控制器；

S2：信号分析：

现场控制器对信号采集隔离器传来的24v电信号进行分析并识别信号类型，通过现场信号光纤收发器传至中心控制系统的信号光纤收发器，信号光纤收发器再将电信号传至交换机；

S3：信号转换并显示

交换机将24v电信号传至PC机，经PC机将电信号转换成视频模拟信号通过PC显示器进行复式显示，为管理员提供远程控制管理依据；

S4：远程控制管理：

S41：管理员根据PC显示器提供的视频模拟信号信息，在第一控制单元或第二控制单元的控制盘或PC机输入相应的控制操作，包括：扬声器、信号灯、防护灯、照明装置开闭的以及栏杆机的启停；

S42：上述控制操作的动作信息通过控制器传至交换机，再通过信号光纤收发器传送至相应的现场控制系统的现场信号光纤收发器，现场信号光纤收发器传现场控制器，现场控制器根据收到的动作信息向开关控制器发出执行信号，实现对扬声器、信号灯、防护灯、照明装置开闭以及栏杆机启停的控制；

S43：视频监控：

现场视频光纤收发器将从现场摄像机跟踪的视频信号传送至中心控制系统的视频光纤收发器，视频光纤收发器传到第一控制单元和第二控制单元交换机，经过各自的解码器解码后，将视频信号传至视频监视中心之视频监视器进行视频同步监视；

S44：如信号采集隔离器采集到防闯信号，执行语音提示：

S441：现场控制器将防闯信号通过现场信号光纤收发器传中心控制系统，管理员从PC显示器获得防闯信号，则通过话筒发出语音，经音频转换器和音频光端机传至现场音频光端机解码后，通过音频放大器驱动扬声器发出警告声音；

S442：现场控制器将防闯信号送音频放大器驱动扬声器发出警告声音。

在以上操作过程中：

第一控制单元和第二控制单元独立运行，其中的一控制单元为主设备，另一控制单元待机，即：第一控制单元为主设备时，第二控制单元待机，如第二控制单元为主设备时，第一控制单元待机，两套控制单元均显示、记录信号信息；当担任主设备的控制单元发生故障时，处于待机状态的控制单元通过交换机获取主设备的控制单元发生故障信息，自动上升为主设备。

在执行步骤S41时：当采用作为主设备的控制单元的控制盘或PC机输入相应的控制操作、对现场控制系统发出操作指令时，处于待机状态的控制单元被锁定不能进行同样的远程操控，防止误操作。