列控系统地面目标控制器的设计与实现

摘要

传统道岔控制电路和信号机点灯电路分别用来控制道岔转换和信号机点灯，其可靠性和安全性高低直接影响行车效率和安全。目前铁路上常用的道岔控制电路与信号机点灯电路均属于继电器联锁的范畴，系统配线复杂，继电器故障频发，导致可靠性降低，维修成本增加。而随着各种新技术的不断发展，智能型信号设备逐渐增多，轨道交通事业逐渐向电子化、网络化、分散执行、集中控制方向发展，用电力电子设备实现传统继电器的功能也成为了可能，安全计算机也逐渐成为列控系统的核心硬件设备和下一代列控系统的研究重点之一。
　　列控系统地面目标控制器作为列控系统地面安全计算机的重要组成部分，是室外信号设备，如道岔、信号机的执行单元，其设计与实现对于构建下一代列控安全计算机平台具有重要的意义，因此，开发自主的地面信号系统基础设备显得十分必要。本文正是在这种大背景下，开展对列控系统地面目标控制器的研究，用来代替传统的继电器执行电路和接口电路，实现对道岔和信号机的直接控制。
　　论文首先介绍了本课题题目的研究背景和意义，分析了目前国内外地面目标控制器的研究现状，参考传统室外信号设备执行单元的工作原理，进行了地面目标控制器的需求分析和设计分析，提取了地面目标控制器主要电路的工作逻辑并采用Event-B形式化方法进行建模和验证，在此基础上提出了地面目标控制器的整体设计方案;
　　其后，借鉴传统铁路运输的关键技术和已有的道岔控制电路和信号机点灯电路工作原理，对地面目标控制器硬件结构进行实现，并对其元器件选型、工作原理、实现过程以及在设计过程中采用的安全措施进行了详细的介绍;
　　然后，对目标控制器的软件实现提出思路，并采用模块化的设计原则，对各模块的流程图进行了详细的介绍，着重对道岔驱动模块、表示模块和信号机点灯模块的流程图进行说明，并对软件的安全性进行了简单的论述。在软硬件实现的基础上，完成地面目标控制器的功能测试和验证，测试结果证明，本文所设计的地面目标控制器能够完成相关的功能，达到最初设计的目的;
　　论文最后还对地面目标控制器的可靠性(Reliability)、安全性(Safety)进行了详细分析和计算，结果表明其设计符合信号设备安全标准的要求。

目录

声明

致谢

摘要

1 引言

1．1 选题背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 列控系统地面目标控制器国外研究现状

1．2．2 列控系统地面目标控制器国内研究现状

1．3 课题主要内容及章节安排

2 列控系统地面目标控制器功能要求与设计分析

2．1 列控系统地面目标控制器简介

2．2 列控系统地面目标控制器需求分析

2．2．1 地面目标控制器运营需求

2．2．2 地面目标控制器功能需求

2．2．3 地面目标控制器设计要求

2．3 地面目标控制器设计分析

2．3．1 道岔控制电路逻辑分析

2．3．2 道岔控制电路逻辑提取

2．3．3 信号机点灯电路逻辑分析

2．3．4 进站信号机点灯电路逻辑提取

2．4 基于Event-B的地面目标控制器控制过程建模

2．4．1 Event-B形式化建模和验证方法

2．4．2 地面目标控制器道岔控制模块Event-B建模与验证

2．4．3 地面目标控制器信号点灯模块Event-B建模与验证

2．5 本章小结

3 列控系统地面目标控制器硬件实现

3．1 列控系统地面目标控制器整体方案设计

3．2 地面目标控制器硬件结构

3．3 元器件选型

3．3．1 微处理器选型

3．3．2 主控开关选型

3．4 信号机主控回路设计

3．5 道岔动作电路设计

3．5．1 五线制道岔动作电路

3．5．2 四线制道岔动作电路

3．6 道岔表示电路设计

3．6．1 五线制道岔表示电路

3．6．2 四线制道岔表示电路

3．7 检测电路设计

3．7．1 电压检测电路

3．7．2 电流检测电路

3．7．3 防混线检测电路

3．8 通信电路设计

3．9 电源电路

3．10 地面目标控制器PCB

3．11 本章小结

4 列控系统地面目标控制器软件实现与功能测试

4．1 地面目标控制器软件功能需求分析

4．2 地面目标控制器软件流程设计

4．2．1 初始化子模块

4．2．2 调度子模块

4．2．3 通信子模块

4．2．4 信号机控制子模块

4．2．5 道岔驱动子模块

4．2．6 道岔表示检测子模块

4．3 地面目标控制器安全性设计分析

4．4 地面目标控制器功能测试

4．5 本章小结

5 地面目标控制器可靠性与安全性分析

5．1 地面目标控制器可靠性分析

5．1．1 可靠性框图

5．1．2 可靠性计算

5．1．3 可修复时间

5．2 地面目标控制器安全性

5．2．1 故障树分析

5．2．2 安全性计算

5．3 本章小结

结论

参考文献

图索引

表索引

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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