JP5281566B2

JP5281566B2 - 鉄道保安システム

Info

Publication number: JP5281566B2
Application number: JP2009297528A
Authority: JP
Inventors: 恭平早坂; 力服部; 裕史押切
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2009-12-28
Filing date: 2009-12-28
Publication date: 2013-09-04
Anticipated expiration: 2029-12-28
Also published as: JP2011136632A

Description

本発明は、鉄道保安システムにおける連動装置の構成制御に関するものである。

従来の二重系連動装置では、例えば、特許文献１に示されているように、各連動装置で常時対系の異常判断を行っており、異常が検知されると、異常を検知した系が故障信号を出力し、系切換を行うことによって、待機系を使用系に切り替えていた。

本発明では、従来の連動装置だけの情報に加え、制御装置経由で得た対系の情報にて異常判断を行い、構成制御を行う点で異なる。また、本発明を実施する装置は、主系、従系で構成され、両系で制御出力を行うものである。

また、特許文献２には、端末論理部と外部出力ユニットを制御対象に対して二重系とし、各系の外部出力ユニットに出力回路に他系の出力回路からの回り込みを防止する逆流阻止回路を挿入し、逆流阻止回路の前後に第一故障診断回路及び第二故障診断回路を接続する二重系の故障診断装置が開示されている。

特開平９−３１９４０１号公報特開平３−２５３９０３号公報

従来、連動装置では、対系の異常判断を行う際の情報は、連動装置間を直接繋げた複数の系間ケーブルから得ていた。しかし、複数の系間ケーブルが全て同時に遮断した時に、対系の状態を判断する情報が得られず、二重系双方が主系となり、安全性を確保できない可能性があるという問題があった。

本発明は、連動装置の安全性向上を目指し、新規に装置やケーブルなどの部品を追加することなく、連動装置間の系間ケーブル以外に、第三者を介して対系の異常判断を可能にする鉄道保安システムを実現することを課題とする。

本発明の鉄道保安システムは、鉄道の運行を管理し、進路設定の指示をする進路制御装置と、鉄道システムの信号設備を制御する２重系の連動装置と、前記連動装置からの指示で前記信号設備の入出力制御を行う電子端末と、前記連動装置からの前記信号設備の状態情報に則し、前記電子端末が入出力制御を行うための情報を伝える２重系の制御装置と、前記２重系の連動装置それぞれと前記２重系の制御装置それぞれとをつなぐ通信制御装置と、前記連動装置と前記制御装置を保守する監視端末装置とを具備し、前記連動装置の一方が主系として稼働している際、系間通信の異常により、当該一方の前記連動装置が停止していると判断した場合に、他方の連動装置を主系に切り替える鉄道保安システムにおいて、前記制御装置は、前記連動装置のうち、主系として稼働している連動装置からの制御電文の受信有無を示す受信管理テーブルを、前記連動装置の双方に送信し、前記連動装置は、受信した前記受信管理テーブルにより、系間通信の異常により停止していると判断した連動装置が、前記制御電文を送信していることを検知したとき、自系の連動装置を停止させることで、二重系の連動装置の双方が主系となるのを回避できることを特徴とする。

具体的には、前記連動装置と各前記制御装置間は、前記連動装置からの制御電文に対し現場機器状態を通知する表示電文を応答するインタフェースで成り立っている。各前記制御装置は、前記連動装置からの制御電文の受信有無を管理するテーブルを、受信状態管理テーブルとして所持している。制御サイクル毎に更新することで、前記連動装置１、２系からの制御電文受信有無を管理している。

前記各制御装置は、前記連動装置から制御電文を受信した際応答する表示電文内に、受信状態管理テーブル内容を付加して応答するようにした。このことで、表示電文を受け取った前記連動装置各系は、相手系の制御電文の送信状態を知ることになる。

この仕組みにより、複数の系間ケーブルが全て同時に遮断した際に発生する、両主系状態を回避する。前記連動装置１、２系から制御電文が送信されるため、その状態を前記各制御装置が、表示電文にて通知することで、両主系となった前記連動装置各系は、停止と判断した相手系から制御電文が送信されていることを知ることになる。相手系が停止していないことを知ることで、自系を停止系に遷移することで、両主系を回避する。

本発明によれば、既存の制御装置、通信制御装置を用いることで、新規に装置やケーブルを追加することなく、系間ケーブル以外のルートで対系の異常動作を検知することが可能となる。

また、両主系が発生すると大きく分けて２点の問題がある。１つ目は、上位の進路制御装置との通信を本来主系が行うため、送信の度に進路制御装置が認識する連動装置の主系が入れ替わり、通番が合わなくなり、通信異常となる。

２つ目は、系間通信が全て切れた状態で発生する両主系では、系間で同期を合わせることができないので、制御データの不一致またはタイミングずれが生じ、装置異常を引き起こす。
発明を用いれば、両主系の継続を阻止できるため、上記２点の問題を解決できる。

図１は、本発明を適用する鉄道保安システムの構成図である。図２は、連動装置と制御端末、電子端末との間の通信シーケンスを示す図である。図３は、従来の対系異常検知の仕組みである。図４は、本発明の実施例１の鉄道保安システムの対系異常検知の仕組みである。図５は、本発明の実施例１の鉄道保安システムの対系異常検知のフローである。

以下、図面を用いて、本発明の実施の形態について説明する。

二重系連動装置では、信頼性とフェールセーフ性を確保するため、相互に関連させあい、動作を行っている。両系に同じデータを入力し、同期をとって、同じように処理を行い、通常時は同じ結果を得ることができる。また、片方の系で異常が発生し、停止した場合でも、もう片方の系が単独で制御を行い、連続稼動を継続させる。

図１は、本発明を適用する鉄道保安システムの構成図である。図１において、本システムは、進路制御装置１１、連動装置１２、通信制御装置１３、監視端末装置１４、制御装置１５、及び電子端末１６からなる。

進路制御装置１１は、ダイヤ情報に基づき、列車の進路設定指示を行うなどの進路制御処理を行う２重系の装置である。

連動論理と信号設備制御論理を具備した連動装置１２は、進路制御装置１１からの指示や信号設備（信号機１７や転轍機１８など）の状態を読み込み、安全に配慮して論理演算を実行して、信号設備（信号機１７や転轍機１８など）の状態情報を作成し、通信制御装置１３−制御装置１５−電子端末１６を介して信号設備の状態を変化させる２重系の装置である。

制御装置１５は、２重系の装置であり、連動装置１２からの信号設備状態情報に則して、電気的Ｉ／Ｆ（Interface）で設備を制御するための情報を電子端末１６に伝える。

電子端末１６は、設備を制御するための情報から、電気的Ｉ／Ｆを決定して出力を行い、信号設備のＩＯ（Input／Output）制御を行う装置である。例えば、信号機１７への進行現示出力などを行う装置である。

通信制御装置１３は、連動装置１２と制御装置１５及び監視端末装置１４の通信を行うためのネットワーク制御（ルート制御やフロー制御）を行う装置である。本装置は、連動装置１２、制御装置１５及び監視端末装置１４間の通信制御を行うものである。

監視端末装置１４は、本システムを構成する連動装置１２及び制御装置１５を保守する装置として設置される。

図２は、連動装置１２と制御装置１５、電子端末１６との間の通信シーケンスを示す図である。図２に示すように周期１で通番１の制御電文と通番１の表示電文の関係を、「同一制御周期内で同一通番の制御電文と表示電文のやり取り」として、正常な通信が行われていると判断する。このとき、連動装置１２から制御装置１５経由で、電子端末１６に送信する制御指示電文を制御電文、制御指示を受けて、制御装置１５経由の電子端末１６から連動装置１２に送信する信号設備状態情報電文を表示電文とする。

連動装置１２からの制御電文に対し、制御装置１５経由の電子端末１６からの表示電文をもって、一つの制御サイクルが成り立つ。

電子端末１６の信号設備に対するＩＯ（Input／Output）制御は、連動装置１２からの制御電文により行われ、制御の結果として表示電文を連動装置１２に送信する。連動装置１２からの制御電文は、連動装置１２が持つ「駅別データ」により決定される。

連動装置１２が制御を行う状態には、主系と従系があり、通常両系が正常に起動したときには、１系、２系のどちらか一方が主系となり、もう一方が従系となる。

連動装置１２両系は、同じように信号機１７や転轍機１８などの現場機器の状態を読み込み、論理処理を実行し、制御データを全て照合した後で、両系とも制御装置１５へ制御電文を送信する。

主系と従系の違いは、上位の進路制御装置１１との通信は主系が行う点と、処理のタイミングを合わせるための同期割り込みを主系が行う点であり、それ以外は、主系と従系に機能上の違いはない。

連動装置１２が１台で制御を行う場合には、主系のみで稼動する。そのため、２重系で稼動中に主系が装置異常、処理異常等で停止すると、従系が主系になる機能を持つ。

図３は、連動装置の系間通信を簡略化して示した図である。対系停止判断の説明に不要な部分は割愛している。対系を停止と判断する要因には、連動装置１２系間の３つのルートの通信状態がある。１つ目は、データ照合ボード間のＲＳ−４８５で結ばれた系間ウォッチドッグタイマによる異常検出である。２つ目は、各系の通信ボード間をＥＴＨ（ETHernet：登録商標、「ＥＴＨ」と称する。）で結んだ系間通信の受信タイムアウト検知である。３つ目は、各系の汎用ＣＰＵ(Ｂ)間をＥＴＨで結んだ系間通信の受信タイムアウト検知である。

実際に連動装置１２が停止した場合には、この３つ全てで異常が検出される。しかし、ケーブル抜け、もしくはケーブル断等ケーブル本体の異常でも同じ結果となるため、安全側に作用させることを目的として、どれか１つでも異常を検知した場合、従系側を停止させる。

３つのルート全てで異常を検知する時は、連動装置１２が停止した場合以外に、３ルートが同時にケーブル抜け、もしくはケーブル断等ケーブル本体の異常が同時に発生した場合が考えられる。

後者の場合、連動装置１２停止と区別できないため、従系が対系停止と考え、主系になり、両主系の状況になる。

図４は、本発明による対系異常検知の仕組みである。図４において、１２は連動装置、１５は制御装置を示している。

上記両主系状況の時、連動装置１２−２が停止と考えた連動装置１２−１からも制御装置１５は制御電文を受信しており、制御装置１５の受信管理テーブルでは、両系から受信有りとセットされる。この情報が表示電文として、制御装置１５から連動装置１２−２へ送信され、連動装置１２−２は、停止しているはずの対系連動装置１２−１が制御装置１５へ電文を送信していることを確認する。これにより、両主系を検知して、自系を停止へ遷移させる。

３つの系間ケーブル以外の通信ルートとして、進路制御装置１１との通信を利用する案も検討した。進路制御装置１１は、進路制御装置１１が認識している連動装置１２主系以外から主系であるとの電文を受けると、連動装置１２の系切換が発生したと判断する。両主系となると連動装置１２から電文を受信するたびに系切換が発生したと判断する状況となる。駅の指令員等がこの現象を確認することで、両主系の検知は可能である。しかし、連動装置１２と制御装置１５間は、データ照合、ＣＲＣチェック、通番チェックなどの合理性チェックをお互いに行ったうえで送受信するフェールセーフ通信であるが、進路制御装置１１は保安装置ではないため、進路制御装置１１と連動装置１２間は、フェールセーフ通信の対象ではない。データの信頼性を考慮して制御装置１５経由を採用した。

図５は、本発明の実施例１の鉄道保安システムの対系異常検知のフローである。図５のステップ４０１において、連動装置１２系間の読出しデータに異常がある時に処理がスタートし、ステップ４０２において、運転状態が２重系運転か否かの判定を行う。運転状態が書き込まれたテーブルの読出し結果を基にして判定を行う。

２重系運転（ＹＥＳ）の場合は、ステップ４０３において、連動装置１２系間の３本のルートそれぞれについて異常判定を行い、対系停止判定処理を行う。その結果、ステップ４０４に移行して、対系停止か否かで分岐する。対系停止（ＹＥＳ）の場合は、ステップ４０５に移行して、対系は停止したと判断して、異常処理を行う。対系停止以外（ＮＯ）の場合は、ステップ４０６に移行して、継続して異常が発生していないかどうか、対系突発停止監視処理を行う。

ステップ４０２において、２重系運転以外（ＮＯ）の場合は、ステップ４０３、４０４までは、２重系運転の時と同じ処理を行う。ステップ４０４において、対系停止（ＹＥＳ）の場合は、ステップ４０７に移行する。対系停止以外（ＮＯ）の場合は、ステップ４０８に移行する。

以下、本発明に関する新規追加部分の処理となる。ステップ４０７において、連動装置１２対系から制御装置１５に送信があるかどうかの判定を行う。対系から制御装置１５に送信無し（ＮＯ）の場合は、ステップ４０８に移行し、対系連動装置１２から制御装置１５への送信回数を数える対系送信カウンタをクリアする。

対系から制御装置１５に送信有り（ＹＥＳ）の場合は、ステップ４０９に移行して、送信有りの状態が何回連続したか判定する。規定回数以上連続した（ＹＥＳ）場合は、停止したと考えていた対系から制御装置１５へ送信があると判断し、ステップ４１０に移行して、異常処理を行う。規定回数未満（ＮＯ）の場合は、ステップ４１１に移行して、対系送信カウンタを更新する。

１１進路制御装置
１２連動装置
１３通信制御装置
１４監視端末装置
１５制御装置
１６電子端末
１７信号機
１８転轍機
１９テーブル

Claims

鉄道の運行を管理し、進路設定の指示をする進路制御装置と、
鉄道システムの信号設備を制御する２重系の連動装置と、
前記連動装置からの指示で前記信号設備の入出力制御を行う電子端末と、
前記連動装置からの前記信号設備の状態情報に則し、前記電子端末が入出力制御を行うための情報を伝える２重系の制御装置と、
前記２重系の連動装置それぞれと前記２重系の制御装置それぞれとをつなぐ通信制御装置と、
前記連動装置と前記制御装置を保守する監視端末装置とを具備し、前記連動装置の一方が主系として稼働している際、系間通信の異常により、当該一方の前記連動装置が停止していると判断した場合に、他方の連動装置を主系に切り替える鉄道保安システムにおいて、
前記制御装置は、前記連動装置のうち、主系として稼働している連動装置からの制御電文の受信有無を示す受信管理テーブルを、前記連動装置の双方に送信し、
前記連動装置は、受信した前記受信管理テーブルにより、系間通信の異常により停止していると判断した連動装置が、前記制御電文を送信していることを検知したとき、自系の連動装置を停止させることで、二重系の連動装置の双方が主系となるのを回避するようにしたことを特徴とする鉄道保安システム。