一种双系冗余的列车运行控制系统的制作方法

本发明属于城市轨道交通列车运行控制，具体涉及一种双系冗余的列车运行控制系统。

背景技术：

1、目前，在轨道交通领域，列车运行控制系统是保障列车运行安全和效率的关键核心系统。其中不涉及行车安全的运控子系统一般采用双机热备或双机并用的运行模式，例如ats系统和dcs系统；涉及行车安全的运控子系统必须采用安全冗余计算机架构，并达到安全完整性sil4等级，例如联锁系统，轨旁atp/ato系统，车载atp/ato系统。目前国际或国内主流的安全冗余计算机均为“2取2”或“3取2”这两种架构平台，因此涉及行车安全的运行控制系统相关设备均是基于上述两种平台进行研发，如图1所示。

2、所谓“2取2”架构，即为在一套系统上集成2个cpu系统，2套系统严格同步，实时比较计算结果，只有2套系统运行计算结果一致时才对外输出或传输运算结果。

3、所谓“3取2”架构，即为在一套系统上集成3套cpu系统，3套系统严格同步，实时比较计算结果，只有至少2套系统运行计算结果一致时才对外输出或传输运算结果。

4、目前行业内既有方案，是在轨旁atp/ato子系统和车载atp/ato子系统中多采用“3取2”的安全计算机平台架构，虽然可以满足sil4安全等级要求，但是“3取2”的平台架构由于其自身的架构原因，容易出现单点故障后导致整体系统宕机，从而影响运行控制系统的整体运行，出现运营中断等问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术之缺陷，本发明专利公开了一种双系冗余的列车运行控制系统，适用于城市轨道交通列车运行控制技术领域。本发明采用双系冗余的运行控制系统整体架构方案，提高了运行控制系统整体系统的稳定性、可靠性。

2、为了到达预期效果，本发明采用了以下技术方案：

3、本发明公开了一种双系冗余的列车运行控制系统，所述运行控制系统的子系统包括列车自动监控系统、数据传输系统、联锁系统、轨旁atp/ato系统和车载atp/ato系统，所述运行控制系统的子系统均采用双系架构。

4、进一步地，所述列车自动监控系统和数据传输系统采用的是热备冗余双系架构。

5、进一步地，所述联锁系统、轨旁atp/ato系统和车载atp/ato系统的双系架构是在采取单系架构安全计算机平台的运行控制系统设备的基础上，通过数据并发处理机制转换而成。

6、进一步地，所述联锁系统、轨旁atp/ato系统和车载atp/ato系统的单系架构包括“2取2”架构或者“3取2”架构。

7、进一步地，双系架构包括两套单系架构，当单系架构为“2取2”架构时，双系架构为“2乘2取2”架构；当单系架构为“3取2”架构时，双系架构为“2乘3取2”架构。

8、进一步地，所述双系架构还包括主备切换器、比较器和表决器，比较器和表决器均与单系架构配套，单系架构、比较器和表决器均采用热备方式同步实时运行。

9、进一步地，所述双系架构的具体工作流程如下：

10、两套单系架构的cpu系统从输入数据总线上同时接收数据，并同步运算和输出结果；

11、两套比较器分别对相应的单系架构的cpu系统输出的数据进行比较；

12、两套表决器分别对配套的比较器的结果进行表决；

13、主备切换器接收两个表决结果并决定最终输出数据。

14、进一步地，所述两套表决器分别对配套的比较器的结果进行表决，具体包括：

15、当两套单系架构采用“3取2”架构时，两套比较器分别对相应的单系架构的cpu系统输出的数据进行两两比较，若至少2个cpu数据一致则表决为可信结果，否则表决为不可信结果，当连续若干次表决某套单系架构的数据为不可信结果，则认为该套单系架构故障。

16、进一步地，所述主备切换器接收两个表决结果并决定最终输出数据，具体包括：

17、主备切换器输出可信结果，当两套单系架构的表决器均表决为可信结果时，主备切换器预设输出主用单系架构的数据，或者随机输出主用或者备用单系架构的数据，或者采用轮换的方式输出主用和备用单系架构的数据；

18、当主用或者备用单系架构中的1个以上cpu故障，或者对应的比较器故障，或者对应的表决器故障，整体系统正常运行，主备切换器输出未发生故障的单系架构的数据；

19、当主用和备用单系架构中均出现1个以上的cpu同时故障，或者对应的比较器均故障，或者对应的表决器均故障，则主备切换器无法输出数据。

20、进一步地，所述车载atp/ato系统采用双系架构具体包括：在车头和车尾各设置一套单系架构设备或者双系架构设备，将车头与车尾的设备通过数据总线的方式进行连接以实现数据的实时同步和传输。

21、与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明公开了一种双系冗余的列车运行控制系统，所述运行控制系统的子系统包括列车自动监控系统、数据传输系统、联锁系统、轨旁atp/ato系统和车载atp/ato系统，所述运行控制系统的子系统均采用双系架构。所述列车自动监控系统和数据传输系统采用的是热备冗余双系架构。所述联锁系统、轨旁atp/ato系统和车载atp/ato系统的双系架构是在采取单系架构安全计算机平台的运行控制系统设备的基础上，通过数据并发处理机制转换而成。本发明将轨旁atp/ato子系统和车载atp/ato子系统设计为双系冗余的“2乘2取2”或“2乘3取2”架构，对于运行要求更高的场景下，可以将车载atp/ato设计成双套“2乘2取2”架构。本发明可以提高运行控制系统整体冗余度，任意单点故障均不会影响运行控制系统的整体运行，提升了运行控制系统的整体可靠性和可用性，能在很大程度上避免出现运营中断的情况。针对城市轨道交通运行控制系统中的基于“3取2”单系架构安全计算机平台的运行控制系统方案，本发明提高了运行控制系统整体系统的稳定性、可靠性。

技术特征：

1.一种双系冗余的列车运行控制系统，所述运行控制系统的子系统包括列车自动监控系统、数据传输系统、联锁系统、轨旁atp/ato系统和车载atp/ato系统，其特征在于，所述运行控制系统的子系统均采用双系架构。

2.如权利要求1所述的一种双系冗余的列车运行控制系统，其特征在于，所述列车自动监控系统和数据传输系统采用的是热备冗余双系架构。

3.如权利要求1所述的一种双系冗余的列车运行控制系统，其特征在于，所述联锁系统、轨旁atp/ato系统和车载atp/ato系统的双系架构是在采取单系架构安全计算机平台的运行控制系统设备的基础上，通过数据并发处理机制转换而成。

4.如权利要求3所述的一种双系冗余的列车运行控制系统，其特征在于，所述联锁系统、轨旁atp/ato系统和车载atp/ato系统的单系架构包括“2取2”架构或者“3取2”架构。

5.如权利要求4所述的一种双系冗余的列车运行控制系统，其特征在于，双系架构包括两套单系架构，当单系架构为“2取2”架构时，双系架构为“2乘2取2”架构；当单系架构为“3取2”架构时，双系架构为“2乘3取2”架构。

6.如权利要求5所述的一种双系冗余的列车运行控制系统，其特征在于，所述双系架构还包括主备切换器、比较器和表决器，比较器和表决器均与单系架构配套，单系架构、比较器和表决器均采用热备方式同步实时运行。

7.如权利要求6所述的一种双系冗余的列车运行控制系统，其特征在于，所述双系架构的具体工作流程如下：

8.如权利要求7所述的一种双系冗余的列车运行控制系统，其特征在于，所述两套表决器分别对配套的比较器的结果进行表决，具体包括：

9.如权利要求8所述的一种双系冗余的列车运行控制系统，其特征在于，所述主备切换器接收两个表决结果并决定最终输出数据，具体包括：

10.如权利要求1所述的一种双系冗余的列车运行控制系统，其特征在于，所述车载atp/ato系统采用双系架构具体包括：在车头和车尾各设置一套单系架构设备或者双系架构设备，将车头与车尾的设备通过数据总线的方式进行连接以实现数据的实时同步和传输。

技术总结
本发明公开了一种双系冗余的列车运行控制系统，所述运行控制系统的子系统包括列车自动监控系统、数据传输系统、联锁系统、轨旁ATP/ATO系统和车载ATP/ATO系统，所述运行控制系统的子系统均采用双系架构。本发明将轨旁ATP/ATO子系统和车载ATP/ATO子系统设计为双系冗余的“2乘2取2”或“2乘3取2”架构，对于运行要求更高的场景下，可以将车载ATP/ATO设计成双套“2乘2取2”架构。本发明可以提高运行控制系统整体冗余度，任意单点故障均不会影响运行控制系统的整体运行，提升了运行控制系统的整体可靠性和可用性，能在很大程度上避免出现运营中断的情况。

技术研发人员：邓志翔,郑生全,凌力,张伟,石先明,王玉,邹海平,陈龙,杨安玉,王成,姜西,邱泽宇,尤嘉成
受保护的技术使用者：中铁第四勘察设计院集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13