一种基于POWERLINK总线架构的全电子联锁系统的制作方法

一种基于powerlink总线架构的全电子联锁系统
技术领域
1.本发明涉及轨道交通通信技术领域，具体的，涉及一种基于powerlink总线架构的全电子联锁系统。


背景技术：

2.铁路联锁控制系统是车站信号的基础设备,是铁路安全的核心保障设备,使车站范围内的信号机、进路和进路上的道岔相互具有制约关系,来保证车站行车安全和调车作业安全,目前业界普遍采用计算机联锁作为铁路联锁设备的核心技术。在铁路信号控制领域，全电子联锁是以现场总线技术为纽带，全电子智能控制设备为基础的新型车站联锁系统。通信总线的选择至关重要，它关系到架构以及软硬件的设计以及实现难度和产品的能力。现有的全电子联锁的总线技术是业界普遍采用can总线，由于can总线具备信息传输的不一致性、信息传输的不稳定性以及易出现信道拥塞现象，越来越难以适应越来越复杂庞大的铁路信号系统。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提出一种基于powerlink总线架构的全电子联锁系统，通过两组互为备用的联锁机对于信号板进行控制，并设置有与主机笼互为备用的备用机笼，保证铁路信号系统安全稳定的运行，同时采用powerlink通信协议作为信息传输的载体，能够在信号系统内部实时处理各个独立的从站间的信息交换，保证了信息的高效稳定安全传输。
4.为实现上述技术目的，本发明提供的一种技术方案是，一种基于powerlink总线架构的全电子联锁系统，包括有联锁机n、联锁机r、交换机n、交换机r、主机笼n以及备机笼r；所述联锁机n通过交换机n分别与主机笼n以及备机笼r通讯连接，所述联锁机r通过交换机r分别与主机笼n以及备机笼r通讯连接，所述主机笼n和备机笼r互为备用；所述联锁机n和联锁机r互为备用。
5.作为优选，所述主机笼n包括有通讯板n以及若干信号板，所述通讯板n与若干信号板通过环网或星型联锁结构实现通讯。
6.作为优选，所述备机笼r包括有通讯板r以及若干信号板，所述通讯板r与若干信号板通过环网或星型联锁结构实现通讯。
7.作为优选，所述信号板包括有选择器和比较器，所述选择器分别接收相邻信号板的输出信号，通过比较器对两路信号进行比较确定信号是否一致，若信号一致，则选择器将两路信号合并为一路向前传输，若信号不一致，向通信板n或通信板r发送故障报警信号，执行互为备用指令。
8.作为优选，所述联锁机n与交换机n采用powerlink通信协议进行通信，交换机n分别与主机笼n以及备机笼r通过powerlink通信协议进行通信；通讯板n与若干信号板均采用powerlink通信协议进行通信。
9.作为优选，所述联锁机r与交换机r采用powerlink通信协议进行通信，交换机r分
别与主机笼n以及备机笼r通过powerlink通信协议进行通信；通讯板r与若干信号板均采用powerlink通信协议进行通信。
10.作为优选，互为备用指令包括联锁机故障备用以及机笼故障备用。
11.作为优选，联锁机故障备用包括如下步骤：联锁机n、交换机n以及主机笼n实现通信，联锁机r、交换机r以及备机笼r不工作；当主机笼n的通信板n未接收到联锁机n发送的指令，联锁机r和交换机r启动，交换机r与主机笼实现通信，保证主机笼正常运行；若联锁机r故障，联锁机n作为联锁机r的备用联锁机。
12.作为优选，机笼故障备用包括如下步骤：若联锁机r和联锁机n无故障，联锁机n、交换机n以及主机笼n实现通信，联锁机r、交换机r以及备机笼r不工作；主机笼n内的通信板板n进行信号收发，若信号板接收的信号出现不一致的情形，则将故障信息发送至通信板n，通信板n与联锁机n实现通信进行故障上报；交换机n切断与通信板n之间的通信连接，交换机n与备用机r建立通信连接，通信板r执行收发指令指导和监控信号板的工作。
13.本发明的有益效果：本发明一种基于powerlink总线架构的全电子联锁系统，通过两组互为备用的联锁机对于信号板进行控制，并设置有与主机笼互为备用的备用机笼，保证铁路信号系统安全稳定的运行，同时采用powerlink通信协议作为信息传输的载体，能够在信号系统内部实时处理各个独立的从站间的信息交换，保证了信息的高效稳定安全传输。
附图说明
14.图1为本发明的一种基于powerlink总线架构的全电子联锁系统的环网联锁结构示意图。
15.图2为本发明的一种基于powerlink总线架构的全电子联锁系统的星型联锁结构示意图。
具体实施方式
16.为使本发明的目的、技术方案以及优点更加清楚明白，下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明，应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅是本发明的一种最佳实施例，仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围，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，都属于本发明保护的范围。
17.实施例一：图1所示，一种基于powerlink总线架构的全电子联锁系统的环网联锁结构，由联锁机n、联锁机r、交换机n、交换机r、主机笼n以及备机笼r组成；所述联锁机n通过交换机n分别与主机笼n以及备机笼r通讯连接，所述联锁机r通过交换机r分别与主机笼n以及备机笼r通讯连接，所述主机笼n和备机笼r互为备用；所述联锁机n和联锁机r互为备用，所述联锁机n与交换机n采用powerlink通信协议进行通信，交换机n分别与主机笼n以及备机笼r通过powerlink通信协议进行通信；通讯板n与若干信号板均采用powerlink通信协议进行通信；所述联锁机r与交换机r采用powerlink通信协议进行通信，交换机r分别与主机笼n以及备
机笼r通过powerlink通信协议进行通信；通讯板r与若干信号板均采用powerlink通信协议进行通信。
18.主机笼n包括有通讯板n以及若干信号板，所述通讯板n与若干信号板通过环网联锁结构实现通讯；信号板包括有选择器和比较器，所述选择器分别接收相邻信号板的输出信号，通过比较器对两路信号进行比较确定信号是否一致，若信号一致，则选择器将两路信号合并为一路向前传输，若信号不一致，向通信板n发送故障报警信号，执行互为备用指令。其中，环网联锁结构具体连接方式如下：通讯板n的vc1端口和vc2端口作为环网链路的收发端，vc2端口与近端信号板的选择器第一端连接，近端信号板的选择器第二端与相邻信号板的选择器第一端连接，以此类推，组成环网结构。
19.备机笼r包括有通讯板r以及若干信号板，所述通讯板r与若干信号板通过环网联锁结构实现通讯；所述选择器分别接收相邻信号板的输出信号，通过比较器对两路信号进行比较确定信号是否一致，若信号一致，则选择器将两路信号合并为一路向前传输，若信号不一致，向通信板r发送故障报警信号，执行互为备用指令。其中，环网联锁结构具体连接方式如下：通讯板r的vc1端口和vc2端口作为环网链路的收发端，vc2端口与近端信号板的选择器第一端连接，近端信号板的选择器第二端与相邻信号板的选择器第一端连接，以此类推，组成环网结构。
20.互为备用指令包括联锁机故障备用以及机笼故障备用。
21.联锁机故障备用包括如下步骤：联锁机n、交换机n以及主机笼n实现通信，联锁机r、交换机r以及备机笼r不工作；当主机笼n的通信板n未接收到联锁机n发送的指令，联锁机r和交换机r启动，交换机r与主机笼实现通信，保证主机笼正常运行；若联锁机r故障，联锁机n作为联锁机r的备用联锁机。
22.机笼故障备用包括如下步骤：若联锁机r和联锁机n无故障，联锁机n、交换机n以及主机笼n实现通信，联锁机r、交换机r以及备机笼r不工作；主机笼n内的通信板板n进行信号收发，若信号板接收的信号出现不一致的情形，则将故障信息发送至通信板n，通信板n与联锁机n实现通信进行故障上报；交换机n切断与通信板n之间的通信连接，交换机n与备用机r建立通信连接，通信板r执行收发指令指导和监控信号板的工作。
23.实施例二：如图2所示，一种基于powerlink总线架构的全电子联锁系统的星型联锁结构；其结构与环网结构大体相同，不同之处在于，主机笼和备用机笼内的各节点连接方式不同；其中，主机笼包括有主机笼n1和主机笼n2，主机笼n1包括有通讯板n1和若干信号板；主机笼n2括有通讯板n2若干信号板；备机笼包括有备机笼r1和备机笼r2，备机笼r1包括有通讯板r1和若干信号板；备机笼r2包括有通讯板r2若干信号板；通讯板vc的vc1接口和vc2接口分别与通讯板n1和通讯板n2通信连接；通讯板n1至少具备与信号板数量相同的信号收发端口，所述通讯板n1的信号收发接口分别与信号板单独通讯实现星型连接，类似的，通讯板n2、通讯板r1、通讯板r2与信号板连接方式与通讯板n1相同；其星型联锁结构中，互为备用指令的
执行情况与环网联锁结构的执行逻辑相同，在此不再累述。
24.本实施例各个模块或者节点设备之间采用powerlink协议进行通讯，基于powerlink协议具备以下优点。
25.安全性和可靠性：全电子联锁系统是个安全系统，对安全性的要求很高，powerlink的安全性通过了莱茵的sil3的安全认证；powerlink安全性是唯一一个开放的关于机器和工厂自动化的面向安全性的实时协议；这个协议适用于毫秒级的通信周期，也可用于需要满足sil 3(iec 61508)的系统。
26.实时性和高速率：powerlink复用了mac层的功能同时引入新的硬件定时器(timer)来确保实时性；循环周期仅为100微秒，网络抖动小于1微秒，完全满足实时性和确定性的高标准要求。powerlink是一个软件的解决方案，可以轻松适应从百兆到千兆以太网的变化；powerlink总线架构可以轻松实现支持单板拉远的功能。
27.灵活性和可扩展性：powerlink支持所有类型的电缆拓扑；星形、树形、环形、或者菊花链，powerlink支持所有类型的拓扑结构，任何它们的组合也是可行的。而且可以做到只要对联锁主机进行修改，就能最多直接控制253个sig单板；能够带来了无限自由的扩展而同时对实时性却毫无损伤；任意的拓扑选择对于模块化的系统设计非常重要，设备的升级，扩展和增加新的安装都是可能的。
28.热插拔能力和可用性：由于powerlink基于以太网系统，本身就提供了热插拔能力。对于一个实时总线而言，热插拔能力提供了用户两个非常关键的好处，首先，无需对模块的增加或者替换专门进行配置，第二，替代任意一个模块或者激活新设备是可以在线进行的，这使得用户无需专门的停机，系统将持续运行而不受到正在进行的扩展和替换影响，并且实时特性仍然没有受到影响。提高了可用性。
29.自诊断能力：powerlink提供了一个专用于诊断的带宽，不同于其它系统，这个服务带宽不可以用作任何它用，使得针对现场级的远程诊断和维护的访问可以进行。可以轻松对接sdm系统和微机监测系统。
30.同步特性：powerlink有一个非常关键的特性，就是在节点之间的交叉通信是完全可行的，它如同广播原理一样，所有在网络上的节点可以收到任意发送者的信息，而这些数据并不需要一定通过master，因此，它可以降低对于master的负载，以及数据传输速度也同时被提高，这一关键特性扩展了分布式和模块的复杂设备的设计，因此，powerlink的交叉通信是一种理想的节点同步技术基础，使得单板冗余的信息同步变得简单。
31.未来可测性：国外已经研究和推出了集中式控制联锁和云联锁系统；这些系统的特点都是对业务逻辑进行集中计算，而控制执行基于ip以太网的分布式控制为基础。这里的关键就是安全实时的以太网控制协议。而powerlink在这些方面都具有天然的优势。
32.以上所述之具体实施方式为本发明一种基于powerlink总线架构的全电子联锁系统的较佳实施方式，并非以此限定本发明的具体实施范围，本发明的范围包括并不限于本具体实施方式，凡依照本发明之形状、结构所作的等效变化均在本发明的保护范围内。