有軌電車信號系統(tǒng)軌旁控制器I-O驅(qū)采模塊的研究.pdf

1、在經(jīng)濟飛速發(fā)展、環(huán)境污染和道路擁堵嚴重的今天，發(fā)展具有經(jīng)濟實用、運量適中、環(huán)保美觀等優(yōu)點的現(xiàn)代新型有軌電車，成為現(xiàn)在城市交通的發(fā)展方向之一。此外與公共汽車、地鐵、快速公交（BRT）、輕軌等交通方式相比，現(xiàn)代新型有軌電車造價及運能適中，性價比高，越來越受到人們的歡迎。有軌電車信號系統(tǒng)在整個有軌電車安全運營中起核心作用，其主要技術(shù)目標是保證有軌電車安全高效運行，實現(xiàn)對有軌電車的運行控制與安全防護。
　　I/O驅(qū)采模塊是現(xiàn)代新型有軌電車

2、的信號系統(tǒng)軌旁控制器正線道岔控制系統(tǒng)中的一個模塊，是關(guān)系行車安全和效率的主要部分。目前，世界上生產(chǎn)現(xiàn)代新型有軌電車制造廠商如西門子、阿爾斯通、龐巴迪公司等多為外國公司，國內(nèi)對有軌電車從事相關(guān)產(chǎn)品開發(fā)的單位并不多。本文在此背景下針對信號系統(tǒng)的軌旁控制器，研究出一套具有高可靠性安全性的I/O驅(qū)采系統(tǒng)，用于對相關(guān)信號的采集。同時也為現(xiàn)代新型有軌電車信號系統(tǒng)的國產(chǎn)化奠定堅實的基礎(chǔ)。
　　首先，介紹了有軌電車信號系統(tǒng)及軌旁控制器的發(fā)展現(xiàn)狀，

3、根據(jù)有軌電車信號系統(tǒng)特點以及外部接口特性明確了I/O驅(qū)采模塊的功能需求。在故障-安全的原則下對I/O驅(qū)采模塊提出嚴謹?shù)脑O(shè)計規(guī)則。
　　其次，對I/O驅(qū)采模塊的硬件電路和軟件流程圖進行分析設(shè)計。系統(tǒng)采用二取二的工作結(jié)構(gòu)，在硬件設(shè)計方面，對電路的整體結(jié)構(gòu)進行了詳細的介紹，依次分析了微控制器控制電路、采集電路及通信與接口電路等的電路設(shè)計和工作原理。
　　對于軟件設(shè)計，首先通過軟件的各項設(shè)計技術(shù)，對I/O驅(qū)采模塊提出軟件的安全需求和

4、軟件子模塊結(jié)構(gòu)，并對采集方案進行研究。后對各軟件子模塊即微控制器的初始化、同步、通信、采集等原理和設(shè)計流程進行了詳細的介紹，并著重分析了同步處理和CAN通信的通信協(xié)議及CAN通信的安全性分析。
　　最后，運用故障樹和可靠性框圖等RAMS分析方法對I/O驅(qū)采模塊的可靠性、可維護性、可用性、安全性等進行相關(guān)定性分析及定量計算。首先根據(jù)可靠性框圖運用元器件的基本失效率得出模塊的平均無故障運行時間；然后通過對模塊的定性分析平均可修復時間，

5、并根據(jù)平均無故障運行時間和平均可修復時間得出模塊的可用度；最后對模塊建立故障樹，并對其定量分析，得出模塊的危險率。結(jié)論表明I/O驅(qū)采模塊的各項RAMS指標均可滿足系統(tǒng)的相關(guān)要求。
　　結(jié)果表明，本模塊的設(shè)計穩(wěn)定、可靠，其可靠性、可維護性、可用性均完全滿足相關(guān)標準，安全等級達到了SIL4級。因此，本論文針對有軌電車信號系統(tǒng)軌旁控制器IO驅(qū)采模塊的設(shè)計分析得出的結(jié)果對于今后有軌電車信號系統(tǒng)的設(shè)計具有重要意義，并對今后系統(tǒng)的設(shè)計改進與運