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中文题名:

 一种应用于铁路半自动闭塞信号的光缆传输装置设计和实现    

姓名:

 张亮    

学号:

 1675960076    

保密级别:

 公开    

论文语种:

 chi    

学科代码:

 085401    

学科名称:

 工学 - 电子信息 - 电子与通信工程    

学生类型:

 硕士    

学位:

 工程硕士    

学校:

 西安电子科技大学    

院系:

 电子工程学院    

专业:

 电子与通信工程    

研究方向:

 电子与通信工程    

第一导师姓名:

 郭万有    

第一导师单位:

 西安电子科技大学    

第二导师姓名:

 侯江涛    

完成日期:

 2021-03-12    

答辩日期:

 2021-05-24    

外文题名:

 Design and Implementation of Optical Fiber Transmission Device for Railway Semi-automatic Block Signal    

中文关键词:

 半自动闭塞 ; 光缆 ; 二乘二取二 ; 安全通信 ; 安全与门    

外文关键词:

 Semi-automatic blocking ; Optical cable ; Double 2-vote-2 ; Secure communication ; Security and door    

中文摘要:

      随着铁路通信信号技术的发展,基于安全冗余技术和安全通信技术的电子化设备在高速铁路中应用广泛。而在我国普速铁路区间闭塞上,还大量沿用继电半自动闭塞系统,该系统采用电缆传输模拟闭塞信号,已不能适应现代铁路发展要求。因此,对继电半自动闭塞系统技术改造研究越来越受到关注和重视。本文以继电半自动闭塞系统的信号传输作为研究对象,研究一种应用于铁路64D单线半自动闭塞信号的光缆传输装置,实现半自动闭塞信号的数字化传输,解决了原来依靠电缆传输模拟电压时传输不稳定的难题,而且能够有效抵抗电气化铁路改造后的电磁干扰。

      本文结合铁路信号发展前沿的安全冗余技术和安全通信技术展开研究,采用基于二乘二取二安全冗余架构,采用动态安全采集和动态安全驱动电路。它的软件采用冗余的同步和应用数据比较设计,并基于μC/OS-Ⅱ嵌入式实时操作系统设计,采用RSSP-Ⅰ铁路信号安全通信协议进行站间通信,用来传输闭塞信号等信息。本文将按照以下安排进行研究:

      (1)研究了铁路半自动闭塞原理和结构,并详细分析了铁路半自动闭塞运行过程,并研究了半自动闭塞使用过程中存在的问题。

     (2)根据不同的应用条件而研究了的三种采集控制方案,总体设计了光缆传输装置的二乘二取二安全冗余架构,并根据方案详细设计了传输装置各模块硬件电路,重点研究设计了二乘二取二安全冗余结构核心的主控板电路,设计出故障导向安全功能的采集电路和安全驱动电路。

      (3)根据电路设计进行了以主控板的STM32F105VC芯片为控制核心的软件模块化详细设计,及其中断设计、操作系统任务划分和运行控制流程设计, 实现了双MCU间基于安全结构的冗余比较和同步。

      (4)对主要电路、功能软件的测试,验证了主要电路和功能软件的功能和故障—安全性能;在不同的应用条件下对传输装置进行总体基本功能测试,验证传输装置闭塞信号传输的功能;进行了总体故障测试,验证其通道冗余和主控板的二乘二取二控制策略;进行了电磁兼容和防雷测试,证明其达到了相关电磁兼容和防雷测试的标准。

       通过测试,证明传输装置基本实现了设计要求,能够实现半自动闭塞信号的可靠、稳定、安全传输,实现通道冗余和二乘二取二控制策略,符合铁路运行环境要求和应用要求。

外文摘要:

With the development of railway communication and signal technology, electronic equipment based on safety redundancy technology and safety communication technology is widely used in high-speed railway. However, the relay semi-automatic block system is still widely used in the section block of common speed railway in China. The cable is used in the system to transmit analog block signal, which can not meet the requirements of modern railway development. Therefore, more and more attentions have been paid to the research on the technical transformation of relay semi-automatic block system. Taking the signal transmission of relay semi-automatic block system as the research object, the thesis studies a kind of optical cable transmission device applied to 64D single line semi-automatic block signal, and realizes the digital transmission of semi-automatic block signal. The device solves the problem of unstable transmission when the analog voltage is transmitted by cable, and can effectively resist the electromagnetic interference after the transformation of electrified railway.

Combining with the railway signal development frontier of safety redundancy technology and safety communication technology research,the thesis is based on double 2-vote-2 safety redundancy architecture and hardware design that uses dynamic acquisition and drive safety circuit. Its software adopts redundant synchronization and application data comparison design, and is based on μC/OS-Ⅱ embedded real-time operating system. RSSP-Ⅰrailway signal safety communication protocol is used for inter station communication to transmit block signal and other information. This thesis will study according to the following arrangement:

(1) The principle and structure of semi-automatic block of railway are studied, and the operation process of semi-automatic block is analyzed in detail. The problems existing in the process of semi-automatic block are also studied.

(2) According to different application conditions, three kinds of acquisition and control schemes are studied, and the overall design of double 2-vote-2 security redundancy architecture of optical cable transmission device is proposed. According to the scheme, the every hardware circuit of the transmission device is designed in detail. The main control board circuit in double 2-vote-2 security redundancy structure is researched and designed.The acquisition circuit and security drive circuit,which are based on fault oriented security function ,are designed.

(3) According to the circuit design, the detailed design of software modularization based on STM32F105VC chip of the main control board is involved.The interrupt design, the task division of the operating system and the operation control flow design are designed. The redundancy comparison and synchronization between two MCU based on security structure are realized.

(4) By testing the main circuit and function software, the function and fault safety performance of the main circuit and function software are verified. Under different application conditions, the overall basic function of the transmission device is tested to verify the block signal transmission function of the transmission device. The overall fault test is carried out to verify the channel redundancy and the double 2-vote-2 control strategy of the main control board. The EMC and lightning protection tests are carried out, and it is proved that it meets the relevant EMC and lightning protection test standards.

Through the above tests, it is proved that the transmission device not only basically meets the design requirements, which can realize reliable, stable and safe transmission of semi-automatic block signal, realizing channel redundancy and the 2-vote-2 control strategy, but also meets the requirements of railway operation environment and application requirements.

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中图分类号:

 U28    

开放日期:

 2022-01-04    

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