列车自动运行系统的制作方法

本实用新型涉及控制技术领域，具体涉及一种列车自动运行系统。

背景技术：

随着城市轨道交通的发展和轨道交通自动化程度的提高，轨道交通内部的自动控制系统迅速发展，越来越多样化。这其中地铁列车自动运行系统是轨道交通系统中极其重要的一个系统。

地铁列车自动运行系统ATO(Automatic Train Operation)能最大程度地保证列车运行安全，提高运输效率，减轻运营人员劳动强度，同时还具有停靠站点准时及定位准确等优点。列车自动运行系统ATO与列车控制系统TMS(Train Management System)之间的连接是实现地铁列车自动驾驶的一个关键环节。ATO系统可以通过设置在TMS系统上的TMS接口来与TMS系统。目前很多地铁线路的TMS接口都采用了基于通信的接口，比如RS485接口、MVB总线接口、以太网接口，从而可以与ATO系统无缝连接。

然而，在实现本实用新型实施例的过程中发明人发现：有一些地铁线路中的TMS接口比较特殊，比如北京地铁5号线的TMS接口就是基于开关量设计的接口。而原有ATO系统只能兼容如RS485接口或MVB总线接口的基于通信的接口，无法适用于基于开关量的接口，从而无法实现ATO系统与带有基于开关量TMS接口的TMS系统直接进行通信。

技术实现要素：

本实用新型实施例提供了一种TMS开关量接口装置以及ATO系统，用以克服现有的ATO系统不兼容基于开关量的TMS接口，无法实现与带有基于开关量TMS接口的TMS系统进行直接通信的缺陷。

为此，本实用新型实施例提供了一种列车自动运行系统，包括：主机板、通信板以及TMS开关量接口装置；

其中，所述主机板与所述通信板耦合，所述通信板与所述TMS开关量接口装置耦合；所述TMS开关量接口装置具体包括：逻辑处理单元以及开关量输出单元，所述开关量输出单元与所述逻辑处理单元耦合；

由所述主机板生成的控制指令通过所述通信板传输至所述TMS开关量接口装置的逻辑处理单元；所述逻辑处理单元对控制指令进行通信协议校验之后输出至所述开关量输出单元；所述开关量输出单元将经过校验后的控制信号转换为开关量的电平信号，并输出所述开关量的电平信号。

可选地，所述TMS开关量接口装置还包括：开关量输出反馈单元，与所述逻辑处理单元耦合，还与所述开关量输出单元耦合；

所述开关量输出反馈单元对所述开关量输出单元输出的开关量的电平信号进行电平检测，并将检测的结果反馈给所述逻辑处理单元。

可选地，所述开关量输出单元包括多路输出端，所述开关量输出反馈单元对所述多路输出端进行电平检测，并将检测的结果分别反馈至所述逻辑处理单元。

可选地，所述TMS开关量接口装置还包括：模拟量电压转换单元，与所述逻辑处理单元耦合；

所述主机板生成的调节指令通过所述通信板传输至所述TMS开关量接口装置的逻辑处理单元；所述逻辑处理单元将所述调节指令转换为模拟调节信号输出至所述模拟量电压转换单元；所述模拟量电压转换单元将所述模拟调节信号转换为相应的电流调节信号并输出。

可选地，所述TMS开关量接口装置还包括：板卡电源单元，与所述逻辑处理单元、开关量输出单元耦合，用于向所述逻辑处理单元、开关量输出单元耦合提供电能。

可选地，所述开关量输出单元还包括电磁屏蔽层，用于降低所述开关量输出单元输出的开关量的电平信号的电磁干扰。

可选地，所述通信板与所述TMS开关量接口装置通过串行外设接口连接。

可选地，所述系统还包括列车自动保护系统接口装置。

本实用新型实施例提供了一种列车自动运行系统，该系统相比于现有的ATO系统来说，添加了TMS开关量接口装置。在系统中的主机板生成的控制指令后，TMS开关量接口装置中的逻辑处理单元可以对控制指令进行通信校验，TMS开关量接口装置中开关量输出单元可以将校验后的控制信号转换为开关量的电平信号，并输出至对应的基于开关量设计的TMS接口。从而使得带有这样开关量设计TMS接口的TMS系统能够与本实用新型提供的ATO系统直接相连，并接收本实用新型提供的ATO系统输出的开关量电平信号。无需再为该TMS系统配置专门与ATO系统连接的连接接口装置，进而提高地铁工作人员的工作效率。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1是本实用新型提供的一种ATO系统实施例结构示意图；

图2是本实用新型提供的一种ATO系统中的TMS开关量接口装置结构示意图；

图3是本实用新型提供的ATO系统采用双机热备冗余机制结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

为便于理解本实用新型实施例提供的系统，下面首先介绍一下本实用新型涉及到的应用在地铁交通控制领域的常用系统。

ATP系统(Automatic Train Protection)：列车自动保护系统，用于在列车的运行速度超过规定速度时即自动制动，保护列车的行进安全；

ATO系统(Automatic Train Operation)：列车自动运行系统，用于在ATP系统的保障下，自动根据信号调节列车的行进速度；

TMS系统(Train Management System)：列车控制系统，与ATO系统通过TMS接口相连，接收ATO系统发送的列车控制指令，使得各趟列车的出库、到站、发车、回库均按照时刻表有条不紊的进行。

接下来对现有的某些TMS系统中设置的基于开关量设计的TMS接口进行介绍。

开关量：“开”和“关”是电器最基本、最典型的功能。开关量，指控制继电器的接通或者断开所对应的值，即“1”和“0”。开关量是指非连续性信号的采集和输出，包括遥信采集和遥控输出。它有1和0两种状态，这是数字电路中的开关性质，而在电力领域内是指电路的开和关，或者说是触点的接通和断开。

开关量接口，可以理解为仅能接收用于表示“0”或“1”状态的电平信号，通过接收到的信号的电平状态来识别接收到的信号。

基于上述内容，本实用新型实施例提供了一种列车自动运行系统(ATO系统)，如图1所示，包括：主机板1、通信板2以及TMS开关量接口装置3。

其中，主机板1与通信板2耦合，通信板2与TMS开关量接口装置3耦合。此外，这里的TMS开关量接口装置3具体可以包括：逻辑处理单元31以及开关量输出单元32，开关量输出单元31与逻辑处理单元32耦合；

由主机板1生成的控制指令通过通信板2传输至TMS开关量接口装置3的逻辑处理单元31；逻辑处理单元31对控制指令进行通信协议校验之后输出至开关量输出单元32；开关量输出单元32将经过校验后的控制信号转换为开关量的电平信号，并输出开关量的电平信号至TMS系统的TMS接口。

本实用新型实施例提供了一种列车自动运行系统，该系统相比于现有的ATO系统来说，添加了TMS开关量接口装置。在系统中的主机板生成的控制指令后，TMS开关量接口装置中的逻辑处理单元可以对控制指令进行通信校验，TMS开关量接口装置中开关量输出单元可以将校验后的控制信号转换为开关量的电平信号，并输出至对应的基于开关量设计的TMS接口。从而使得带有这样开关量设计TMS接口的TMS系统能够与本实用新型提供的ATO系统直接相连，并接收本实用新型提供的ATO系统输出的开关量电平信号。无需再为该TMS系统配置专门与ATO系统连接的连接接口装置，进而提高地铁工作人员的工作效率。

其中，这里的“耦合”具体指的是：某一单元与另一单元直接相连，或通过某元器件间接相连(例如可以通过若干个电阻间接相连)。

在实际应用中，这里的由主机板1生成的控制指令可以为用于控制TMS系统执行相应列车运行操作的指令，例如列车牵引指令、列车制动指令等等。

在实际应用中，这里的逻辑处理单元31对控制指令进行通信校验主要是由于控制指令在传输过程中由于受到传输距离等因素的影响，常常会出现不可预知的错误。因此为了避免由于这种传输错误导致最后向TMS发出错误控制指令的情况发生，本实用新型实施例中的逻辑处理单元31需要对控制指令进行通信校验。具体来说，可以采用奇偶校验、循环冗余码校验、异或校验或CRC循环冗余码校验等较为常用的校验方式，本实用新型对此不作具体限定。相应地，本实用新型实施例中的逻辑处理单元31可以为执行校验逻辑运算的芯片或能够实现相应校验功能的校验电路。

此外，在实际应用中，这里的开关量输出单元32可以为具有电平转换功能的芯片。这里的经过逻辑处理单元31校验的控制指令的具体形式可以为在某一电压状态下的电信号，例如可以为3.3V的电信号。进而，这里的开关量输出单元32将控制信号转换为开关量的电平信号具体可以为：利用芯片中的电平转换逻辑电路将某一电压状态下的电信号进行电平转换得到电平信号。电平信号的中的一个电平可以认为代表开关量中的“0”，另一个电平可以认为代表开关量中的“1”。例如，电平信号中包括110V信号以及0V信号，此时可以认为0V信号对应开关量中的“0”，而110V信号对应开关量中的“1”。通过这样的方式TMS系统的开关量TMS接口就可以识别电平信号中不同电平代表的不同开关量，从而获知ATO下发的控制指令，并根据该指令执行相应的操作。

在具体实施时，为了能够实时获知开关量输出单元32输出的电平信号的情况，如图2所示，本实用新型实施例提供的ATO系统中，在TMS开关量接口装置还可以包括：开关量输出反馈单元33，开关量输出反馈单元33与逻辑处理单元31耦合，还与开关量输出单元32耦合。

其中，开关量输出反馈单元33可以对开关量输出单元32输出的开关量的电平信号进行电平检测，并将检测的结果反馈给逻辑处理单元31，以供逻辑处理单元31能够实时获知开关量输出单元32的输出情况。其中，这里的开关量输出反馈单元33可以通过多种方式实现，其中一种可选的实施方式可以为RS-232逻辑电平检测电路。当然，还可以通过其他方式实现，例如可以为其他能实现逻辑电平检测的芯片，本实用新型对此不作具体限定。

在实际情况下，为了确保ATO系统向TMS输出的信号是准确无误且不间断的，ATO系统一般采用如图3所示的双机热备冗余策略来向TMS系统发送信号。图3中，主机11与主机12执行的操作是相同的是，输出的信号也是相同的。逻辑处理单元31也可以分别通过通信板21以及通信板22来获取相应的控制指令并进行相应的校验。相应地，开关量输出单元32也包括多路输出端，最大可以支持14路。其中，多路输出端的一部分输出端可以作为第一通道，用于将主机11生成并经过相应校验的控制信号转换后输出；另一部分输出端可以作为第二通道，用于将主机12生成并经过相应校验的控制信号转换后输出。

同时，开关量输出反馈单元33对两个通道输出的信号进行检测，并将检测的结果反馈至逻辑处理单元31。若逻辑处理单元31此时判断第一通道的输出信号异常(例如输出错误的电平或在该输出电平的时候不输出)，则立刻切换至第二通道输出。若逻辑处理单元31此时判断第二通道的输出信号异常，则立刻切换至第一通道输出，从而确保输出的电平信号的准确性以及不间断性。而这一故障检测以及通道切换的过程对于TMS系统来说是无感知的，从而能够使得TMS系统能够不受到通道故障的干扰，实时接收准确有效的控制信号，保证列车的运行安全。

在实际应用中，可以理解的是，除了TMS系统需要接收ATO发送的逻辑电平信号，有时为了对列车的某些参数进行调节，列车上的其他系统(例如RST系统)还需要从ATO出接收模拟信号，并根据该模拟信号的模拟量大小控制参数调节。例如可以根据从ATO处接收到的电流信号的大小来控制某一参数调节的程度。

为了使得本实用新型实施例提供的ATO系统能够适应上述需要输出模拟信号的情况，本实用新型实施例提供的ATO系统中，如图2所示，这里的TMS开关量接口装置3还可以包括模拟量电压转换单元34，模拟量电压转换单元34与逻辑处理单元31耦合。进而由主机板1生成的调节指令可以通过通信板2传输至TMS开关量接口装置3的逻辑处理单元31。接下来，逻辑处理单元31可以将调节指令转换为模拟调节信号，这里的模拟调节信号可以为模拟电压信号。逻辑处理单元31随后将模拟调节信号输出至模拟量电压转换单元34，而模拟量电压转换单元34可以将模拟调节信号转换为相应的电流调节信号并输出至对应系统的用于接收模拟量的接口，从而能够扩展本实用新型实施例提供的ATO系统的应用场景。

在具体实施时，可以理解的是，开关量输出单元32输出的电平信号可能会受到电磁信号的干扰，因此在本实用新型实施例提供的ATO系统中，开关量输出单元32还包括电磁屏蔽层，从而可以进行EMC处理。其中，这里的EMC(Electro Magnetic Compatibility)代表电磁兼容性，具体是指设备或系统在其电磁环境中符合要求运行并不对其环境中的任何设备产生无法忍受的电磁干扰的能力。这里的电磁屏蔽层可通过多种方式来实现，具体可以为设置在开关量输出单元32上方的金属屏蔽罩、贴附在开关量输出单元32表面的铜箔屏蔽片等等，本实用新型对此不作具体限定。

在具体实施时，如图2所示，这里的TMS开关量接口装置还可以包括：板卡电源单元35，与上文中提及的TMS开关量接口装置中的各个单元耦合，从而为各个单元提供电能，保证其正常的工作。

在具体实施时，这里的通信板2与TMS开关量接口装置通过串行外设接口(SPI)连接，当然还可以通过其他总线接口连接，本实用新型对此不作具体限定。

此外，在具体实施时，如前文所示由于ATO系统需要在ATP系统的控制下控制列车运行，因此本实用新型实施例提供的ATO系统还包括列车自动保护系统接口装置，从而可以与ATP系统连接。

不难理解的是，上述实施例中的举例说明只是为了便于更好地理解本实用新型实施例提供的系统，并不能构成对本实用新型的具体限定。且上述的各个可选实施方式之间不会相互影响，各个可选实施方式之间的任意组合所得到的方案均应该落入本实用新型的保护范围。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本实用新型的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个实用新型方面中的一个或多个，在上面对本实用新型的示例性实施例的描述中，本实用新型的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本实用新型要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，实用新型方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本实用新型的单独实施例。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。

应该注意的是上述实施例对本实用新型进行说明而不是对本实用新型进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本实用新型可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。