CN101700783B - 一种列控中心系统平台 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种列控中心系统平台，第一子系统和第二子系统，所述第一子系统和第二子系统各自包括：主处理单元MPU、通信接口单元CIU、离散输入输出单元DIO、电源单元PSU和安全监控单元VSU，其中，所述MPU包括第一主处理单元MPU1和第二主处理单元MPU2，所述CIU包括第一通信接口单元CIU1和第二通信接口单元CIU2，所述DIO包括第一离散输入输出单元DIO1和第二离散输入输出单元DIO2，所述VSU包括第一安全监控单元VSU1和第二安全监控单元VSU2。根据本发明实施例，可以满足铁路系统对具有高可靠性和高安全性的列控中心系统平台的需求。
Description
技术领域
本发明涉及控制系统领域，特别涉及一种列控中心系统平台。
背景技术
在铁路系统中，车站列控中心是CTCS(China Train Control System，中国列车控制系统)的核心安全设备，用于根据调度命令、进路状态、线路参数等产生进路及临时限速等相关控车信息，通过有源应答器及轨道电路传送给列车。其中，列控中心系统平台包括A系统和B系统两套子系统，构成双机热备系统。在每个子系统下，都包含有一套MPU(Main Processing Unit，主处理器)、CIU(Communication Interface Unit，通信接口单元)、DIO(DiscreteInput Output，离散输入/输出)和PSU(Power Supply Unit，电源单元)。
然而，发明人在研究中发现，随着提速、客运专线的建设和改造，对列控中心系统平台的可靠性、安全性都提出了更高的需求，已经不能够满足系统安全设计等级目标为SIL4级的要求。目前，急需一种更高可靠性和安全性的系统平台，以适应铁路跨域式发展形式的需求。因此，现在迫切需要解决的技术问题是：提供一种列控中心系统平台，以满足铁路系统对具有高可靠性和高安全性的列控中心系统平台的需求。
发明内容
针对上述技术问题，本发明的目的在于，提供一种列控中心系统平台，以满足铁路系统对具有高可靠性和高安全性的列控中心系统平台的需求。
本发明的实施例提供如下技术方案：
一种列控中心系统平台，其特征在于，包括：第一子系统和第二子系统，所述第一子系统和第二子系统各自包括：主处理单元MPU、通信接口单元CIU、离散输入输出单元DIO、电源单元PSU和安全监控单元VSU，其中，所述MPU包括第一主处理单元MPU1和第二主处理单元MPU2，所述CIU包括第一通信接口单元CIU1和第二通信接口单元CIU2，所述DIO包括第一离散输入输出单元DIO1和第二离散输入输出单元DIO2，所述VSU包括第一安全监控单元VSU1和第二安全监控单元VSU2；所述VSU1，用于检测所述MPU1、CIU1、DIO1和PSU是否处于安全运行状态，所述VSU2，用于检测所述MPU2、CIU2、DIO2和PSU是否处于安全运行状态；当所述MPU1和所述MPU2中的运算结果相同时，所述MPU向外输出运算结果，当所述CIU1和所述CIU2的通信数据相同时，所述CIU完成通信数据的传输，当所述DIO1和所述DIO2的开关量点相同时，所述DIO完成开关量点的传输，当所述VSU1和所述VSU2对相同功能单元的检测结果相同时，所述VSU切断所述处于非安全运行状态的故障单元的对外输出信号。
优选的，所述第一子系统中CIU与所述第二系统中的CIU通过串行外设接口SPI通道相连，以便所述列控中心系统平台实现所述第一子系统和第二子系统之间的双机通信；所述第一子系统中的VSU与第一主控继电器相连，所述第二子系统中的VSU与第二主控继电器相连，同一时刻，所述第一主控继电器与第二主控继电器的工作状态相反，以便所述列控中心系统平台实现所述第一子系统和第二子系统之间的双机控制。
优选的，所述MPU1、CIU1、DIO1和VSU1通过工业标准结构总线ISA接口与第一工业标准结构总线ISA1相连，以便所述MPU1、CIU1、DIO1和VSU1之间实现数据传输；所述MPU2、CIU2、DIO2和VSU2通过ISA接口与第二工业标准结构总线ISA2相连，以便所述MPU2、CIU2、DIO2和VSU2之间实现数据传输。
优选的，所述VSU1检测所述PSU的输出的电压是否超过预置的范围、所述MPU1、CIU1和DIO1是否在线、以及MPU1和CIU1输出的动态安全状态信号是否正确；所述VSU2，用于检测所述PSU的输出的电压是否超过预置的范围、所述MPU2、CIU2和DIO2是否在线、以及MPU2和CIU2输出的动态安全状态信号是否正确。
优选的，所述VSU1和VSU2各自包括：至少两个电源电压检测模块VSM、一个完整性检查模块ISM、至少两个安全检验模块SSM、一个动态安全与门驱动模块、一个通道切换模块CSM、一个同步时钟信号发生器SCM和至少两个状态寄存器SR，其中，所述至少两个VSM，用于分别检测电源单元PSU输出的电压是否超过预置的范围，并将检测结果写入各自对应的一个SR中；所述ISM，用于检测主处理器MPU、通信接口单元CIU和离散输入/输出DIO是否在线，并将检测结果分别写入所述至少两个SR中；所述至少两个SSM，用于分别检测MPU和CIU输出的动态安全状态信号以及所述SCM输出的同步时钟信号是否正确，将检测结果写入各自对应的一个SR中，并根据从所述SR读取的检测结果决定是否输出动态安全与门驱动模块的驱动时钟和CSM的通道维持信号；所述动态安全与门驱动模块，用于当从所述至少两个SSM接收的驱动时钟相同时，输出驱动主控继电器的电源，否则，不输出驱动主控继电器的电源；所述CSM，用于当从所述至少两个SSM接收的通道维持信号相同时，输出维持CIU中的CAN总线连通的信号，否则，输出切换CIU中的CAN总线连通的信号。
优选的，所述ISM包括：电阻、直流电源和电压采集单元，其中，所述电阻与所述MPU、CIU和DIO串联，构成串联电路，所述直流电源为所述串联电路提供电源，所述电压采集单元采集所述电阻两端的电压，当电压为零时，输出的检测结果为不在线，否则，输出的检测结果为在线。
优选的，所述SSM包括：动态安全状态信号检测单元、同步时钟信号检测单元和第一决策单元，其中，所述动态安全状态信号检测单元检测MPU和CIU输出的动态安全状态信号的周期是否正确，并输出检测结果；所述同步时钟信号检测单元检测所述SCM输出的同步时钟信号的周期和相位差是否正确，并输出检测结果；所述第一决策单元从所述SR中读取VSM的检测结果、ISM的检测结果、动态安全状态信号检测单元的检测结果和同步时钟信号检测单元的检测结果，当上述检测结果全都正常时，输出所述动态安全与门驱动模块的驱动时钟和CSM的通道维持信号，否则，不输出所述动态安全与门驱动模块的驱动时钟和CSM的通道维持信号。
由上述本发明的实施例可以看出，列控中心系统平台包括第一子系统和第二子系统两个子系统，在第一子系统和第二子系统中，分别以MPU、CIU、DIO和VSU为基础构建了一个2取2的安全冗余结构，从而使第一子系统和第二子系统保证了高可靠性和高安全性的要求。并进一步以第一子系统和第二子系统为基础构建了一个2乘2取2的安全冗余平台，从而使整个系统平台进一步保证了高可靠性和高安全性的要求。
附图说明
图1为本发明中一种列控中心系统平台的硬件组成图；
图2为本发明中第一子系统的结构示意图；
图3为本发明中双机结构示意图；
图4为本发明中安全监控单元的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的内容进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何限制作用。
本实施例中的列控中心系统平台包括第一子系统和第二子系统，在第一子系统和第二子系统中，各自包括有：MPU(Main Processing Unit，主处理单元)、CIU(Communication Interface Unit，通信接口单元)、DIO(DiscreteInput Output，离散输入输出单元)、PSU(Power Supply Unit，电源单元)和VSU(Vital Supervision Unit，安全监控单元)。
例如，将上述的MPU、CIU、DIO、PSU和VSU分别设置在五种不同类型的控制板内，为第一子系统和第二子系统分别配置五种不同类型的控制板各一块，并将第一子系统的控制板和第二子系统的控制板组装在标准的6U机笼内。并且，由VSU对MPU、CIU、DIO和PSU是否处于安全运行状态进行检测，当MPU、CIU、DIO和PSU中任意一个处于非安全运行状态时，切断处于非安全运行状态的故障单元的对外输出信号。请参阅图1，其为本发明中一种列控中心系统平台的硬件组成图。
由于第一子系统和第二子系统的系统内部结构相同，因此，本实施例仅以第一子系统为例详细说明子系统中的内部结构，有关第二子系统的系统内部结构可以参见本实施例中的第一子系统的系统内部结构，本实施例中不再赘述。请参阅图2，其为本发明中第一子系统的结构示意图。
在第一子系统中，所述的MPU包括第一主处理单元MPU1和第二主处理单元MPU2，所述的CIU包括第一通信接口单元CIU1和第二通信接口单元CIU2，所述的DIO包括第一离散输入输出单元DIO1和第二离散输入输出单元DIO2，所述的VSU包括第一安全监控单元VSU1和第二安全监控单元VSU2，所述VSU1，用于检测所述MPU1、CIU1、DIO1和PSU是否处于安全运行状态，所述VSU2，用于检测所述MPU2、CIU2、DIO2和PSU是否处于安全运行状态。
其中，系统平台中的第一层为安全运算层，由MPU1和MPU2负责完成，且在第一子系统中，只有当所述MPU1和所述MPU2中的运算结果相同时，所述MPU向外输出运算结果；第二层为安全输入/输出层，包括CIU和DIO，CIU负责完成通信数据的输入/输出，DIO负责完成开关量点的输入/输出；且在第一子系统中，只有当所述CIU1和所述CIU2的通信数据相同时，所述CIU完成通信数据的传输，只有当所述DIO1和所述DIO2的开关量点相同时，所述DIO完成开关量点的传输；另外，由VSU1检测所述MPU1、CIU1、DIO1和PSU是否处于安全运行状态，并同时由VSU2检测所述MPU2、CIU2、DIO2和PSU是否处于安全运行状态。只有当所述VSU1和所述VSU2对相同功能单元的检测结果相同时，所述VSU切断所述处于非安全运行状态的故障单元的对外输出信号。
另外，所述MPU1、CIU1、DIO1和VSU1通过工业标准结构总线ISA接口与第一工业标准结构总线ISA1相连，以便所述MPU1、CIU1、DIO1和VSU1之间实现数据传输；所述MPU2、CIU2、DIO2和VSU2通过ISA接口与第二工业标准结构总线ISA2相连，以便所述MPU2、CIU2、DIO2和VSU2之间实现数据传输。
因此，在第一子系统中，以MPU、CIU、DIO和VSU为基础构建了一个2取2的安全冗余结构，从而使第一子系统保证了高可靠性和高安全性的要求。
同时，请参阅图3，其为本发明中双机结构示意图，如图3所示，所述第一子系统中的CIU与所述第二子系统中的CIU通过SPI(Serial PeripheralInterface，串行外设接口)通道相连，以便所述列控中心系统平台实现所述第一子系统和第二子系统之间的双机通信，所述第一子系统中的VSU与第一主控继电器相连，所述第二子系统中的VSU与第二主控继电器相连，同一时刻，所述第一主控继电器与第二主控继电器的工作状态相反，以便所述列控中心系统平台实现所述第一子系统和第二子系统之间的双机控制。
因此，在本列控中心系统平台中，在以MPU、CIU、DIO和VSU为基础构建了一个2取2的安全冗余结构后，进一步以第一子系统和第二子系统为基础构建了一个2乘2取2的安全冗余平台，从而使整个系统平台保证了高可靠性和高安全性的要求。
在上述的VSU中，所述VSU1检测所述PSU的输出的电压是否超过预置的范围、所述MPU1、CIU1和DIO1是否在线、以及MPU1和CIU1输出的动态安全状态信号是否正确。同时，所述VSU2检测所述PSU的输出的电压是否超过预置的范围、所述MPU2、CIU2和DIO2是否在线、以及MPU2和CIU2输出的动态安全状态信号是否正确。当上述VSU1和VSU2对相同功能单元的检测结果相同时，所述VSU切断所述处于非安全运行状态的故障单元的对外输出信号。例如，当VSU1检测出MPU1输出的动态安全状态信号错误，VSU2也检测出MPU2输出的动态安全状态错误时，VSU切断MPU对外输出的运算结果。
在VSU中，所述VSU1和VSU2各自包括：至少两个电源电压检测模块VSM、一个完整性检查模块ISM、至少两个安全检验模块SSM、一个动态安全与门驱动模块、一个通道切换模块CSM、一个同步时钟信号发生器SCM和至少两个状态寄存器SR，其中，所述至少两个VSM，用于分别检测电源单元PSU输出的电压是否超过预置的范围，并将检测结果写入各自对应的一个SR中；所述ISM，用于检测主处理器MPU、通信接口单元CIU和离散输入/输出DIO是否在线，并将检测结果分别写入所述至少两个SR中；所述至少两个SSM，用于分别检测MPU和CIU输出的动态安全状态信号以及所述SCM输出的同步时钟信号是否正确，将检测结果写入各自对应的一个SR中，并根据从所述SR读取的检测结果决定是否输出动态安全与门驱动模块的驱动时钟和CSM的通道维持信号；所述动态安全与门驱动模块，用于当从所述至少两个SSM接收的驱动时钟相同时，输出驱动主控继电器的电源，否则，不输出驱动主控继电器的电源；所述CSM，用于当从所述至少两个SSM接收的通道维持信号相同时，输出维持CIU中的CAN总线连通的信号，否则，输出切换CIU中的CAN总线连通的信号。
需要说明的是，本发明提供了一种安全监控单元，用于对列控中心系统平台中的MPU、CIU、DIO和PSU的各种状态进行检测，以保障列控中心系统平台的安全性和可靠性。同时，安全监控设备作为系统平台中各个功能单元的检测设备，其检测结果的正确性也需要被保障，以防止出现误监控的现象出现。因此，为了保证安全监控单元本身的安全性和可靠性，本发明提供的安全监控设备采用了取二的安全冗余结构。其中，可以是二取二的安全冗余结构，也可以是三取二的冗余结构，甚至是更高层次的冗余结构，具体可以由列控中心系统平台的安全级别和可靠级别决定，在对安全性和可靠性有更高要求的列控中心系统平台中，可以采用更高层次的冗余结构。本发明对安全监控设备中所采用的冗余结构的层次并不限定，可以根据具体的安全性和可靠性需求或者结合对设备的成本和尺寸要求而采用适合层次的冗余结构。其中，本发明的优选方案是采用二取二的冗余结构。
请参阅图4，其为本发明中安全监控单元的结构示意图。在本实施例中，采用了二取二的冗余结构，包括：两个VSM(Voltage Supervise Module，电源电压检测模块)、一个ISM(Integrality Supervise Module，完整性检查模块)、两个SSM(Safte Supervise Module，安全检验模块)、一个动态安全与门驱动模块、一个CSM(Chunnel Supervise Module，通道切换模块)、一个SCM(Synchronization Clock Module，同步时钟信号发生器)和两个SR(StaionRegister，状态寄存器)。其中，
所述两个VSM，用于分别检测PSU输出的电压是否超过预置的范围，并将检测结果写入各自对应的一个SR中；
所述ISM，用于检测MPU、CIU和DIO是否在线，并将检测结果分别写入所述两个SR中；
所述两个SSM，用于分别检测MPU和CIU输出的动态安全状态信号以及所述SCM输出的同步时钟信号是否正确，将检测结果写入各自对应的一个SR中，并根据从所述SR读取的检测结果决定是否输出动态安全与门驱动模块的驱动时钟和CSM的通道切换信号；
所述动态安全与门驱动模块，用于当从所述两个SSM接收的驱动时钟相同时，输出驱动主控继电器的电源，否则，不输出驱动主控继电器的电源；
所述CSM，用于当从所述两个SSM所接收到的通道维持信号时，输出维持CIU中的CAN总线连通的信号，否则，输出切换CIU中的CAN总线连通的信号。
所述ISM包括：电阻、直流电源和电压采集单元，其中，所述电阻与所述MPU、CIU和DIO串联，构成串联电路，所述直流电源为所述串联电路提供电源，所述电压采集单元采集所述电阻两端的电压，当电压为零时，输出的检测结果为不在线，否则，输出的检测结果为在线。
所述SSM包括：动态安全状态信号检测单元、同步时钟信号检测单元和第一决策单元，其中，所述动态安全状态信号检测单元检测MPU和CIU输出的动态安全状态信号的周期是否正确，并输出检测结果；所述同步时钟信号检测单元检测所述SCM输出的同步时钟信号的周期和相位差是否正确，并输出检测结果；所述第一决策单元从所述SR中读取VSM的检测结果、ISM的检测结果、动态安全状态信号检测单元的检测结果和同步时钟信号检测单元的检测结果，当上述检测结果全都正常时，输出所述动态安全与门驱动模块的驱动时钟和CSM的通道维持信号，否则，不输出所述动态安全与门驱动模块的驱动时钟和CSM的通道维持信号。
由上述实施例可以看出，列控中心系统平台包括第一子系统和第二子系统两个子系统，在第一子系统和第二子系统中，分别以MPU、CIU、DIO和VSU为基础构建了一个2取2的安全冗余结构，从而使第一子系统和第二子系统保证了高可靠性和高安全性的要求。并进一步以第一子系统和第二子系统为基础构建了一个2乘2取2的安全冗余平台，从而使整个系统平台进一步保证了高可靠性和高安全性的要求。
并且，本发明的实施例中，安全监控单元可以实现对列控中心系统平台中的MPU、CIU、DIO和PSU的各种状态进行检测，保障列控中心不会产生错误的控车信息，提高了列控中心系统平台的安全性和可靠性。同时，由于本发明中的安全监控单元本身采用取二的冗余结构，使得安全监控单元也同样具有安全性和可靠性，当用高安全性和可靠性的安全监控单元对列控总线系统平台进行检测时，更进一步保障了列控中心系统平台的安全性和可靠性，产生了“双层”的安全性和可靠性保护效果。另一方面，本发明的安全监控单元全部由硬件实现，也提高了检测的稳定性。使系统平台的安全设计等级达到SIL4级的要求。
以上所述仅是发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明描述的原理前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种列控中心系统平台，其特征在于，包括：第一子系统和第二子系统，所述第一子系统和第二子系统各自包括：主处理单元MPU、通信接口单元CIU、离散输入输出单元DIO、电源单元PSU和安全监控单元VSU，其中，
所述MPU包括第一主处理单元MPU1和第二主处理单元MPU2，所述CIU包括第一通信接口单元CIU1和第二通信接口单元CIU2，所述DIO包括第一离散输入输出单元DIO1和第二离散输入输出单元DIO2，所述VSU包括第一安全监控单元VSU1和第二安全监控单元VSU2；
所述VSU1，用于检测所述MPU1、CIU1、DIO1和PSU是否处于安全运行状态，所述VSU2，用于检测所述MPU2、CIU2、DIO2和PSU是否处于安全运行状态；
当所述MPU1和所述MPU2中的运算结果相同时，所述MPU向外输出运算结果，当所述CIU1和所述CIU2的通信数据相同时，所述CIU完成通信数据的传输，当所述DIO1和所述DIO2的开关量点相同时，所述DIO完成开关量点的传输，当所述VSU1和所述VSU2对相同功能单元的检测结果相同时，所述VSU切断处于非安全运行状态的故障单元的对外输出信号；
所述第一子系统中CIU与所述第二系统中的CIU通过串行外设接口SPI通道相连，以便所述列控中心系统平台实现所述第一子系统和第二子系统之间的双机通信；
所述第一子系统中的VSU与第一主控继电器相连，所述第二子系统中的VSU与第二主控继电器相连，同一时刻，所述第一主控继电器与第二主控继电器的工作状态相反，以便所述列控中心系统平台实现所述第一子系统和第二子系统之间的双机控制。
2.根据权利要求1所述的列控中心系统平台，其特征在于，所述MPU1、CIU1、DIO1和VSU1通过工业标准结构总线ISA接口与第一工业标准结构总线ISA1相连，以便所述MPU1、CIU1、DIO1和VSU1之间实现数据传输；
所述MPU2、CIU2、DIO2和VSU2通过ISA接口与第二工业标准结构总线ISA2相连，以便所述MPU2、CIU2、DIO2和VSU2之间实现数据传输。
3.根据权利要求1所述的列控中心系统平台，其特征在于，所述VSU1检测所述PSU的输出的电压是否超过预置的范围、所述MPU1、CIU1和DIO1是否在线、以及MPU1和CIU1输出的动态安全状态信号是否正确；
所述VSU2，用于检测所述PSU的输出的电压是否超过预置的范围、所述MPU2、CIU2和DIO2是否在线、以及MPU2和CIU2输出的动态安全状态信号是否正确。
4.根据权利要求1所述的列控中心系统平台，其特征在于，所述VSU1和VSU2各自包括：至少两个电源电压检测模块VSM、一个完整性检查模块ISM、至少两个安全检验模块SSM、一个动态安全与门驱动模块、一个通道切换模块CSM、一个同步时钟信号发生器SCM和至少两个状态寄存器SR，其中，
所述至少两个VSM，用于分别检测电源单元PSU输出的电压是否超过预置的范围，并将检测结果写入各自对应的一个SR中；
所述ISM，用于检测主处理器MPU、通信接口单元CIU和离散输入/输出DIO是否在线，并将检测结果分别写入所述至少两个SR中；
所述至少两个SSM，用于分别检测MPU和CIU输出的动态安全状态信号以及所述SCM输出的同步时钟信号是否正确，将检测结果写入各自对应的一个SR中，并根据从所述SR读取的检测结果决定是否输出动态安全与门驱动模块的驱动时钟和CSM的通道维持信号；
所述动态安全与门驱动模块，用于当从所述至少两个SSM接收的驱动时钟相同时，输出驱动主控继电器的电源，否则，不输出驱动主控继电器的电源；
所述CSM，用于当从所述至少两个SSM接收的通道维持信号相同时，输出维持CIU中的CAN总线连通的信号，否则，输出切换CIU中的CAN总线连通的信号。
5.根据权利要求4所述的列控中心系统平台，其特征在于，所述ISM包括：电阻、直流电源和电压采集单元，其中，
所述电阻与所述MPU、CIU和DIO串联，构成串联电路，所述直流电源为所述串联电路提供电源，所述电压采集单元采集所述电阻两端的电压，当电压为零时，输出的检测结果为不在线，否则，输出的检测结果为在线。
6.根据权利要求4所述的列控中心系统平台，其特征在于，所述SSM包括：动态安全状态信号检测单元、同步时钟信号检测单元和第一决策单元，其中，
所述动态安全状态信号检测单元检测MPU和CIU输出的动态安全状态信号的周期是否正确，并输出检测结果；所述同步时钟信号检测单元检测所述SCM输出的同步时钟信号的周期和相位差是否正确，并输出检测结果；所述第一决策单元从所述SR中读取VSM的检测结果、ISM的检测结果、动态安全状态信号检测单元的检测结果和同步时钟信号检测单元的检测结果，当上述检测结果全都正常时，输出所述动态安全与门驱动模块的驱动时钟和CSM的通道维持信号，否则，不输出所述动态安全与门驱动模块的驱动时钟和CSM的通道维持信号。
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