有軌電車(chē)信號(hào)系統(tǒng)軌旁控制器I-O驅(qū)采模塊的研究.pdf

1、在經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展、環(huán)境污染和道路擁堵嚴(yán)重的今天，發(fā)展具有經(jīng)濟(jì)實(shí)用、運(yùn)量適中、環(huán)保美觀等優(yōu)點(diǎn)的現(xiàn)代新型有軌電車(chē)，成為現(xiàn)在城市交通的發(fā)展方向之一。此外與公共汽車(chē)、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(chē)造價(jià)及運(yùn)能適中，性價(jià)比高，越來(lái)越受到人們的歡迎。有軌電車(chē)信號(hào)系統(tǒng)在整個(gè)有軌電車(chē)安全運(yùn)營(yíng)中起核心作用，其主要技術(shù)目標(biāo)是保證有軌電車(chē)安全高效運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)對(duì)有軌電車(chē)的運(yùn)行控制與安全防護(hù)。
　　I/O驅(qū)采模塊是現(xiàn)代新型有軌電車(chē)

2、的信號(hào)系統(tǒng)軌旁控制器正線道岔控制系統(tǒng)中的一個(gè)模塊，是關(guān)系行車(chē)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(chē)制造廠商如西門(mén)子、阿爾斯通、龐巴迪公司等多為外國(guó)公司，國(guó)內(nèi)對(duì)有軌電車(chē)從事相關(guān)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的單位并不多。本文在此背景下針對(duì)信號(hào)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(duì)相關(guān)信號(hào)的采集。同時(shí)也為現(xiàn)代新型有軌電車(chē)信號(hào)系統(tǒng)的國(guó)產(chǎn)化奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
　　首先，介紹了有軌電車(chē)信號(hào)系統(tǒng)及軌旁控制器的發(fā)展現(xiàn)狀，

3、根據(jù)有軌電車(chē)信號(hào)系統(tǒng)特點(diǎn)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(duì)I/O驅(qū)采模塊提出嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑O(shè)計(jì)規(guī)則。
　　其次，對(duì)I/O驅(qū)采模塊的硬件電路和軟件流程圖進(jìn)行分析設(shè)計(jì)。系統(tǒng)采用二取二的工作結(jié)構(gòu)，在硬件設(shè)計(jì)方面，對(duì)電路的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)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(jì)和工作原理。
　　對(duì)于軟件設(shè)計(jì)，首先通過(guò)軟件的各項(xiàng)設(shè)計(jì)技術(shù)，對(duì)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(duì)采集方案進(jìn)行研究。后對(duì)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(jì)流程進(jìn)行了詳細(xì)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(yùn)用故障樹(shù)和可靠性框圖等RAMS分析方法對(duì)I/O驅(qū)采模塊的可靠性、可維護(hù)性、可用性、安全性等進(jìn)行相關(guān)定性分析及定量計(jì)算。首先根據(jù)可靠性框圖運(yùn)用元器件的基本失效率得出模塊的平均無(wú)故障運(yùn)行時(shí)間；然后通過(guò)對(duì)模塊的定性分析平均可修復(fù)時(shí)間，

5、并根據(jù)平均無(wú)故障運(yùn)行時(shí)間和平均可修復(fù)時(shí)間得出模塊的可用度；最后對(duì)模塊建立故障樹(shù)，并對(duì)其定量分析，得出模塊的危險(xiǎn)率。結(jié)論表明I/O驅(qū)采模塊的各項(xiàng)RAMS指標(biāo)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(jì)穩(wěn)定、可靠，其可靠性、可維護(hù)性、可用性均完全滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，安全等級(jí)達(dá)到了SIL4級(jí)。因此，本論文針對(duì)有軌電車(chē)信號(hào)系統(tǒng)軌旁控制器IO驅(qū)采模塊的設(shè)計(jì)分析得出的結(jié)果對(duì)于今后有軌電車(chē)信號(hào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有重要意義，并對(duì)今后系統(tǒng)的設(shè)計(jì)改進(jìn)與運(yùn)