CN101905701B - 一种计算机联锁系统的道岔执行单元及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种计算机联锁系统的道岔执行单元及其工作方法，该道岔执行单元包括第一和第二动作控制器，以及由二者控制的定操和反操控制电路，道岔执行单元还包括安全继电器和选路开关；第一和第二动作控制器控制分别位于定操和反操控制电路上的一组开关管；交流电输入定操和反操控制电路受控于安全继电器的常开开关；选路开关与第一和第二动作控制器，以及信号采集单元通讯连接；所述第一和第二动作控制器，以及选路开关的输出经由与的逻辑关系处理控制所述安全继电器。本发明将现有系统里的继电器更换为开关管，并通过一个安全继电器和一个选路开关即确保道岔执行单元的高可靠性，这便在保证高可靠性的前提下大大降低整个系统的成本。
Description
技术领域
本发明涉及车站联锁控制系统，特别涉及用于控制转辙机带动道岔进行定操和反操的道岔执行单元及其工作方法。
背景技术
目前的车站联锁设备的道岔执行单元均是针对四线制交、直流电动转辙机进行设计的，即该电动转辙机具有X1、X2、X3和X4线，其中，X1线和X4线用于实现定操控制，X2线和X4线用于实现反操控制，X1和X3线用于进行定位表示，而X2和X3线用于进行反位表示。当定操动作到位后，所述转辙机会自动切换进入定位表示状态，并且转辙机内部在进行定位表示时会自动切断反位表示回路，同时，转辙机内部的表示二极管也将切换为反接于X1线与X3线之间的状态；当反操动作到位后，所述转辙机会自动切换进入反位表示状态，并且转辙机内部在进行反位表示时会自动切断定位表示回路，同时，转辙机内部的表示二极管也将切换为正接于X2线与X3线之间的状态。
车站联锁设备对道岔执行单元的要求是在定操运动与反操运动不能同时进行，并且在定操或者反操控制电路动作时禁止定位或者反位表示。由于继电器具有常开和常闭开关，能够实现电路的互锁，因此，现有的道岔执行单元均是通过继电器实现上述控制，控制电路如图1a至1d所示，图1a为反操控制电路，两个控制器通过继电器J4的常开开关，以及继电器J3的常开开关进行反操控制；图1b为定操控制电路，两个控制器通过继电器J2的常开开关，以及继电器J1的常开开关进行定操控制；图1c和1d分别为定操和反操闭锁电路，即将继电器J3和J4的常闭开关分别串接在控制器为继电器J1和J2的线圈供电的线路上，而将继电器J1和J2的常闭开关分别串接在控制器为继电器J3和J4的线圈供电的线路上，这样便实现了定操与反操动作之间的互锁。利用同样的原理也可以实现动作电路与表示电路的互锁。
专利号为ZL 200920209810.2，公开日为2010年06月23的中国实用新型专利公开了一种联锁道岔执行单元电路，该执行单元电路通过防护继电器FHJ和第一至第四电子开关实现定操和反操控制，该电路结构与图1a至1d说明的电路结构类似，只有第一至第四电子开关也均为继电器开关才能在软件和硬件上均实现互锁控制，如果第一至第四电子开关为其它类型开关，则需要两个控制器MCU1和MCU2进行软件上的故障判断，如果该执行单元只通过软件判断故障，并根据判断结构执行故障到安全的导向，一方面的缺陷是故障导向安全失效的几率增大，因为，在MCU1和/或MCU2出现故障时，就无法进行故障导向安全；另一方面是通过软件执行故障判断的延时时间相对硬件处理要长，不能及时进行安全导向，而车站联锁系统的对于故障导向安全的要求极高，否则将难以保证人身安全和财产安全。
虽然，通过继电器能够得到较高的安全系数，但是继电器的大量使用一方面会导致系统的结构复杂和系统的体积较大，另一方面是极大地增加了设计成本，因为，车站计算机联锁系统中使用的继电器单价均在上千元，因此，如何能够在使用尽量少的继电器的基础上又能够确保故障导向安全的高可靠性也就成为研发计算机联锁系统的重要任务。
发明内容
本发明的一个目的在于解决现有技术中存在的问题，提供一种成本低、且具有高可靠性的道岔执行单元。
本发明采用的技术方案为：一种计算机联锁系统的道岔执行单元，包括第一和第二动作控制器，以及由二者共同控制的定操和反操控制电路，所述道岔执行单元还包括安全继电器和选路开关；
所述第一动作控制器控制分别位于定操和反操控制电路上的一组开关管，所述第二动作控制器控制分别位于定操和反操控制电路上的另一组开关管；
所述安全继电器的常开开关设置在定操和反操控制电路的供电电路中；所述安全继电器的常闭开关设置在道岔执行单元的定位和反位表示电路的供电电路中，以在动作期间断开定位和反位表示电路的供电电路，并在表示期间断开定操和反操控制电路的供电电路；
所述第一和第二动作控制器与道岔执行单元的信号采集单元通讯连接；
所述选路开关接收第一动作控制器输出的第一系统状态信息，接收第二动作控制器输出的第二系统状态信息，以及接收通过道岔执行单元的信号采集单元反馈回的系统状态反馈信息，所述选路开关对第一、第二系统状态信息和系统状态反馈信息通过硬件电路进行逻辑对比，并根据对比结果输出用于控制安全继电器的系统异常信号；以及，
在无异常信号输出的情况下，所述第一和第二动作控制器的输出经由与逻辑处理控制所述安全继电器；在有系统异常信号输出的情况下，由所述系统异常信号控制安全继电器失电，切断定操和反操控制电路的供电电路，使道岔执行单元完成故障导向安全。
优选地，所述定操控制电路包括第一至第四开关管，所述第一和第二开关管电连接在第一电源输入点和用于与转辙机的X1线电连接的定操输出点之间，其中，所述第一和第二开关管分别用于导通交流输入的上半波和下半波；所述第三和第四开关管电连接在第二电源输入点和用于与转辙机的X4线电连接的动作回线点之间，其中，所述第三和第四开关管分别用于导通交流输入的上半波和下半波；所述第一和第四开关管均受控于所述第一动作控制器根据第一定操动作指令输出的第一定操开关信号，所述第二和第三开关管均受控于所述第二动作控制器根据第二定操动作指令输出的第二定操开关信号；
所述反操控制电路包括第五至第八开关管，所述第五和第六开关管电连接在第一电源输入点和用于与转辙机的X2线电连接的反操输出点之间，其中，所述第五和第六开关管分别用于导通交流输入的上半波和下半波；所述第七和第八开关管电连接在第二电源输入点和所述动作回线点之间，其中，所述第七和第八开关管分别用于导通交流输入的上半波和下半波；所述第五和第八开关管均受控于所述第一动作控制器根据第一反操动作指令输出的第一反操开关信号，所述第六和第七开关管均受控于所述第二动作控制器根据第二反操动作指令输出的第二反操开关信号；
所述第一电源输入点经由所述安全继电器的第一常开开关输出至定操和反操控制电路，所述第二电源输入点经由所述安全继电器的第二常开开关输出至定操和反操控制电路；
所述第一动作控制器根据第一定操动作指令或者第一反操动作指令输出第一总开关信号，所述第二动作控制器根据第二定操动作指令或者第二反操动作指令输出第二总开关信号，所述第一和第二总开关信号经由与逻辑处理控制所述安全继电器；以及，
所述第一系统状态信息包括第一定操和/或第一反操动作指令内容，所述第二系统状态信息包括第二定操和/或第二反操动作指令内容。
优选地，所述定操控制电路还包括定操整流电路，所述第一电源输入点经第一和第二开关管电连接至定操整流电路的一输入端，所述第二电源输入点经第三和第四开关管电连接至定操整流电路的另一输入端，所述定操整流电路的一输出端与定操输出点之间电连接有受控于第一定操开关信号的第九开关管，所述定操整流电路的另一输出端与动作回线点之间电连接有受控于第二定操开关信号的第十开关管，所述第九和第十开关管用于在所述道岔执行单元处于定位表示状态时防止定位表示电路的电流串入定操控制电路；以及，
所述反操控制电路还包括反操整流电路，所述第一电源输入点经第五和第六开关管电连接至反操整流电路的一输入端，所述第二电源输入点经第七和第八开关管电连接至反操整流电路的另一输入端，所述反操整流电路的一输出端与反操输出点之间电连接有受控于第二反操开关信号的第十一开关管，所述反操整流电路的另一输出端与动作回线点之间电连接有受控于第一反操开关信号的第十二开关管；所述第十一和第十二开关管用于在所述道岔执行单元处于反位表示状态时防止反位表示电路的电流串入反操控制电路。
优选地，所述定位表示电路包括隔离变压器、第一和第二定表光耦，以及第一和第二定表检测光耦；所述隔离变压器的后级的第二输出端与道岔执行单元的用于接入转辙机的X3线的表示回线点电连接；所述第一和第二定表检测光耦的负极，以及第一和第二定表光耦的正极均与用于接入转辙机的X1线的定表输入点电连接；所述隔离变压器的后级的第一输出端与第一和第二定表检测光耦的正极，以及第一和第二定表光耦的负极电连接；所述第一定表光耦和第一定表检测光耦的输出作为第一系统状态信息的一部分输送至第一动作控制器，所述第二定表光耦和第二定表检测光耦的输出作为第二系统状态信息的一部分输送至第二动作控制器；所述安全继电器的常闭开关电连接在隔离变压器的后级的第二输出端与表示回线点之间；以及，
所述反位表示电路包括所述隔离变压器、第一和第二反表光耦，以及第一和第二反表检测光耦；所述第一和第二反表检测光耦的正极，以及第一和第二反表光耦的负极均与用于接入转辙机的X2线的反表输入点电连接；所述隔离变压器的后级第一输出端与第一和第二反表检测光耦的负极，以及第一和第二反表光耦的正极电连接；所述第一反表光耦和第一反表检测光耦的输出作为所述第一系统状态信息的一部分输送至第一动作控制器，所述第二反表光耦和第二反表检测光耦的输出作为第二系统状态信息的一部分输送至第二动作控制器。
优选地，所述信号采集单元包括第一和第二定操反馈电路，以及第一和第二反操反馈电路；其中，
所述第一定操和第一反操反馈电路分别将各自采集到第一定操和第一反操状态信息均传输至第一动作控制器和选路开关；
所述第二定操和第二反操反馈电路分别将各自采集到第二定操和第二反操状态信息均传输至第二动作控制器和选路开关；
所述系统状态反馈信息包括第一和第二定操状态信息，以及第一和第二反操状态信息。
优选地，所述第一系统状态信息包括第一定操和第一反操状态信息；所述第二系统状态信息包括第二定操和第二反操状态信息。
优选地，所述的道岔执行单元还包括实现监测电路与控制电路之间电气隔离的状态监测单元，所述状态监测单元包括用于与上位监测机通讯连接的监测控制器，以及道岔电流感应电路和表示电压感应电路；所述第一动作控制器通过第一组光耦编码电路将所述第一系统状态信息传输至所述监测控制器，所述第二动作控制器通过第二组光耦编码电路将所述第二系统状态信息传输至所述监测控制器，所述选路开关将其获得的第一和第二系统状态信息，以及系统状态反馈信息均通过第三组光耦编码电路传输至所述监测控制器，所述道岔电流感应电路采集的动作回线点处的电流信号，以及所述表示电压感应电路采集的表示回线点处的电压信号直接传输至所述监测控制器。
优选地，所述第一和第二定操反馈电路，第一和第二反操反馈电路，以及道岔电流感应电路和表示电压感应电路均将通过各自的互感器采集到的信号整形为动态脉冲信号输出。
本发明的另一个目的在于提供一种上述道岔执行单元的工作方法，该控制方位为通过第一和第二动作控制器进行二取二冗余控制，具体为：
在启动道岔执行单元后，当第一动作控制器根据第一定操动作指令或者第一反操动作指令输出的第一总开关信号与第二动作控制器根据第二定操动作指令或者第二反操动作指令输出的第二总开关信号一致时，安全继电器得电，如果此时第一和第二动作控制器分别输出第一和第二定操开关信号，且二者一致，则定操控制电路上的所有开关管将导通，使系统处于定操动作状态；如果此时第一和第二动作控制器分别输出第一和第二反操开关信号，且二者一致，则反操控制电路上的所有开关管将导通，使系统处于反操动作状态；否则，定操和反操控制电路均不会动作；
在启动道岔执行单元后，所述选路开关实时接收第一和第二动作控制器分别输出的第一和第二系统状态信息，以及信号采集单元输出的系统状态反馈信息，并通过硬件电路对第一、第二系统状态信息和系统状态反馈信息进行逻辑对比，当第一、第二系统状态信息和系统状态反馈信息各自自身的对比均未出现异常情况，且第一、第二系统状态信息和系统状态反馈信息三者之间的对比未出现异常情况时，由第一和第二总开关信号控制安全继电器；当第一、第二系统状态信息和系统状态反馈信息中任一个自身对比出现异常情况时，或第一、第二系统状态信息和系统状态反馈信息三者之间对比出现异常情况时，由选路开关直接优先使所述安全继电器失电，切断定操和反操控制电路的供电电路，使道岔执行单元完成故障导向安全。
本发明的有益效果为：首先，本发明将现有系统里的继电器更换为开关管，并通过一个安全继电器和一个选路开关即确保道岔执行单元的高可靠性，这便在保证高可靠性的前提下大大降低整个系统的成本；其次，通过本发明的定位和反位表示电路不仅可以完成定位和反位表示，还可以判断表示二极管连接情况；再次，在上位监测机能够进行全面监测的基础上，实现了控制电路与监测电路的电气隔离；最后，通过将采集到的有效信号整形为动态脉冲的形式实现了电流和电压的可信测量，这对于直流信号尤为重要。
附图说明
图1a和1b分别示出了现有道岔执行单元的反操和定操控制电路；
图1c和1d分别示出了现有道岔执行单元的定操和反操闭锁电路；
图2为本发明所述道岔执行单元的主要部分的结构示意图；
图3为图2所示定操控制电路的结构示意图；
图4为图2所示反操控制电路的结构示意图；
图5为本发明所述道岔执行单元的定位表示电路；
图6为本发明所述道岔执行单元的反位表示电路；
图7为本发明所述道岔执行单元的状态监测单元的结构示意图。
具体实施方式
现结合附图说明本发明所述计算机联锁系统的道岔执行单元的具体实施方式。
如图2、3和4所示，本发明所述的计算机联锁系统的道岔执行单元包括第一动作控制器A和第二动作控制器B，以及由二者共同控制的定操控制电路10和反操控制电路20，所述道岔执行单元还包括安全继电器40和选路开关50。
所述定操控制电路10包括第一至第四开关管1a、1b、1c和1d，所述第一和第二开关管1a和1b电连接在第一电源输入点DJZ和用于与转辙机的X1线电连接的定操输出点之间，其中，所述第一和第二开关管1a和1b分别用于导通交流输入的上半波和下半波，即二者为并联连接(为了便于绘制附图，局部电路并没有反应实际的电路结构)；所述第三和第四开关管1c和1d电连接在道岔执行单元的第二电源输入点DJF和用于与转辙机的X4线电连接的动作回线点之间，其中，所述第三和第四开关管1c和1d分别用于导通交流输入的上半波和下半波，即二者为并联连接。所述第一动作控制器A根据第一定操动作指令输出的第一定操开关信号分别通过驱动电路1-1和1-4控制所述第一和第四开关管1a和1d；所述第二动作控制器B根据第二定操动作指令输出的第二定操开关信号分别通过驱动电路1-2和1-3控制所述第二和第三开关管1b和1c。
所述反操控制电路20包括第五至第八开关管2a至2d，所述第五和第六开关管2a和2b电连接在道岔执行单元的第一电源输入点DJZ和用于与转辙机的X2线电连接的反操输出点之间，其中，所述第五和第六开关管2a和2b分别用于导通交流输入的上半波和下半波，即二者为并联连接；所述第七和第八开关管2c和2d电连接在道岔执行单元的第二电源输入点DJF和所述动作回线点之间，其中，所述第七和第八开关管2c和2d分别用于导通交流输入的上半波和下半波，即二者为并联连接。所述第一动作控制器A根据第一反操动作指令输出的第一反操开关信号分别通过驱动电路2-1和2-4控制所述第五和第八开关管2a和2d，所述第二动作控制器B根据第二反操动作指令输出的第二反操开关信号分别通过驱动电路2-2和2-3控制所述第六和第七开关管2b和2c。
所述第一电源输入点DJZ经由所述安全继电器的第一常开开关输出至定操和反操控制电路10和20，所述第二电源输入点DJF经由所述安全继电器40的第二常开开关输出至定操和反操控制电路，即安全继电器的第一和第二常开开关均设置在定操和反操控制电路的供电电路中；所述安全继电器的常闭开关设置在道岔执行单元的定位表示电路和反位表示电路的供电电路中，以在动作期间切断定位和反位表示电路的供电电路，并在表示期间切断定操和反操控制电路的供电电路。由此，本发明的道岔执行单元在保证高安全性的前提下，实现了控制电路的无触点化。
所述安全继电器40在系统处于正常状态下受控于第一和第二动作控制器A和B，具体为所述第一动作控制器A根据第一定操动作指令或者第一反操动作指令输出的第一总开关信号与第二动作控制器B根据第二定操动作指令或者第二反操动作指令输出的第二总开关信号一致时才能通过驱动电路Z使安全继电器A吸起，使经第一电源输入点DJZ和第二电源输入点DJF输入的交流电输出至定操和反操控制电路10和20；在第一总开关信号与第二总开关信号不一致时，安全继电器A将无法吸起，即第二总开关信号与第二总开关信号经与门作用于安全继电器A的驱动电路Z，以此实现冗余控制。
所述选路开关50接收第一动作控制器A输出的包括第一定操和/或第一反操动作指令内容的第一系统状态信息，接收第二动作控制器B输出的包括第二定操和/或第二反操动作指令内容的第二系统状态信息，以及接收信号采集单元采集的系统状态反馈信息，上述信息在选路开关50的内部通过硬件电路进行对比，如所述选路开关50可通过CPLD实现各种信息的逻辑对比，并在系统出现任何异常情况下通过驱动电路Z优先切断安全继电器40，此时，第一和第二动作控制器A和B对安全继电器40的控制作用将失效，即选路开关50输出的控制信号与第一和第二动作控制器A和B经与门输出的控制信号也为“与”的逻辑关系，只要选路开关50的控制信号为低电平，安全继电器40所控制的道岔动作供电电路(定操和反操控制电路的供电电路)将被切断，由此确保道岔执行单元完成故障导向安全。
当道岔执行单元用于控制直流转辙机时，只需在定操和反操控制电路10和20中增加整流电路。如图2至4所示，此时，所述定操控制电路10还包括定操整流电路11，所述第一电源输入点DJZ经第一和第二开关管1a和1b电连接至定操整流电路11的一输入端，所述第二电源输入点DJF经第三和第四开关管1c和1d电连接至定操整流电路11的另一输入端，所述定操整流电路11的一输出端与定操输出点之间电连接有第九开关管1i，所述第一动作控制器A输出的第一定操开关信号通过驱动电路1-9控制第九开关管1i；所述定操整流电路11的另一输出端与动作回线点之间电连接有第十开关管1j，所述第二动作控制器B输出第二定操开关信号通过驱动电路1-10控制第十开关管1j。由于定操和定表操作共用转辙机的X1线，因此，设置第九开关管1i和第十开关管1j可以在系统处于定位表示状态时，有效防止定位表示电路的电流串入定操控制电路10。
同理，所述反操控制电路20还包括反操整流电路21，所述第一电源输入点DJZ经第五和第六开关管2a和2b电连接至反操整流电路21的一输入端，所述第二电源输入点DJF经第七和第八开关管2c和2d电连接至反操整流电路21的另一输入端，所述反操整流电路21的一输出端与反操输出点之间电连接有第十一开关管2i，所述第二动作控制器B输出的第二反操开关信号通过驱动电路2-11控制该第十一开关管2i；所述反操整流电路21的另一输出端与动作回线点之间电连接有第十二开关管2j，所述第一动作控制器A输出的第一反操开关信号通过驱动电路2-12控制该第十二开关管2j。由于反操和反表操作共用X2线，因此，设置该第十一和十二开关管可以在系统处于反位表示状态时，有效防止反位表示电路的电流串入反操控制电路。
对于道岔执行单元，所述开关管适于选用IGBT。
如图5和6所示，在转辙机的内部结构中设置有表示二极管35，所述表示二极管35在定位表示时反接于X1线与X3线，在反位表示时正接于X2线与X3线之间，因此，可以通过该表示二极管35监测定位和反位表示的情况。
在本实施方式中，如图5所示，所述定位表示电路包括隔离变压器30、第一和第二定表光耦31a和31b，以及第一和第二定表检测光耦32a和32b。所述隔离变压器30的后级的第二输出端与道岔执行单元的用于接入转辙机的X3线的表示回线点电连接；所述第一和第二定表检测光耦32a和32b的负极，以及第一和第二定表光耦31a和31b的正极均与用于接入转辙机的X1线的定表输入点电连接；所述隔离变压器30的后级的第一输出端与第一和第二定表检测光耦32a和32b的正极，以及第一和第二定表光耦31a和31b的负极电连接；所述第一定表光耦31a和第一定表检测光耦32a的输出作为上述第一系统状态信息的一部分输送至第一动作控制器A，所述第二定表光耦31b和第二定表检测光耦32b的输出作为上述第二系统状态信息的一部分输送至第二动作控制器B；所述安全继电器40的常闭开关电连接在隔离变压器30的后级的第二输出端与表示回线点之间，即可满足动作时禁止表示，表示时禁止动作的要求。
该定位表示电路的工作原理如下：在表示室外定位时，表示二极管35反接在X1和X3之间，交流220V输入通过220V-24V隔离变压器30送出交流24V、50Hz的交流电，该交流电通过表示二极管35后将交流负半波送往第一和第二定表光耦31a和31b，并在经过第一和第二定表光耦31a和31b后整流成50HZ的方波分别送往第一和第二动作控制器A和B；同时，交流负半波也送往第一和第二定表检测光耦32a和32b，由于第一和第二定表检测光耦32a和32b只能通过正电，因此，正常情况下，在定表期间第一和第二动作控制器A和B是接收不到由第一和第二定表检测光耦32a和32b输出的方波信号的。但是，如果表示二极管35反接或者不接，第一和第二定表检测光耦32a和32b都是可以收到正电信号的，第一和第二动作控制器A和B也就能够接收到相应的信号，因此，通过该定位表示电路，第一和第二动作控制器A和B就可以判断系统是否处于定位表示期间，并且表示二极管35是否反接或者不接。
同理，如图6所示，所述反位表示电路包括上述隔离变压器30、第一和第二反表光耦33a和33b，以及第一和第二反表检测光耦34a和34b；所述第一和第二反表检测光耦34a和34b的正极，以及第一和第二反表光耦33a和33b的负极均与用于接入转辙机的X2线的反表输入点电连接；所述隔离变压器30的后级第一输出端与第一和第二反表检测光耦34a和34b的负极，以及第一和第二反表光耦33a和33b的正极电连接；所述第一反表光耦33a和第一反表检测光耦34a的输出作为所述第一系统状态信息的一部分输送至第一动作控制器A，所述第二反表光耦33b和第二反表检测光耦34b的输出作为上述第二系统状态信息的一部分输送至第二动作控制器B。
该反位表示电路的工作原理如下：在表示室外反位时，表示二极管35正接在X2和X3线之间，交流220V输入通过220V-24V隔离变压器30送出交流24V、50Hz的交流电，该交流电通过表示二极管35后将交流正半波送往第一和第二反表光耦33a和33b，并在经过第一和第二反表光耦33a和33b后整流成50HZ的方波分别送往第一和第二动作控制器A和B，同时交流正半波也送往第一和第二反表检测光耦34a和34b，由于第一和第二反表检测光耦34a和34b只能通过负半波电，因此，在反表期间第一和第二动作控制器A和B是接收不到由第一和第二反表检测光耦34a和34b输出的方波信号的。但是，如果表示二极管35反接或者不接，第一和第二反表检测光耦34a和34b都是可以收到负电信号的，第一和第二动作控制器A和B也就能够接收到相应的信号，因此，通过该反位表示电路，第一和第二动作控制器A和B就可以判断系统是否处于反位表示期间，并且还可以判断表示二极管35是否反接或者不接。
所述定操、反操控制电路10和20，以及定位和反位控制电路在应用中均可以加入防雷电路。
所述信号采集单元包括图2至4所示的第一和第二定操反馈电路1.1和1.2，以及第一和第二反操反馈电路2.1和2.2；其中，
所述第一定操和第一反操反馈电路1.1和2.1分别将各自采集到第一定操和第一反操状态信息均传输至第一动作控制器A和选路开关50；
所述第二定操和第二反操反馈电路1.2和2.2分别将各自采集到第二定操和第二反操状态信息均传输至第二动作控制器B和选路开关50；
所述选路开关50需要获知的系统状态反馈信息包括上述第一和第二定操状态信息，以及第一和第二反操状态信息，当在在实际应用中还包括系统自检信息等需要在其存在异常的情况下将系统导向安全的信息。另外，为了提高系统的可靠性，所述第一系统状态信息还可以包括第一定操和第一反操状态信息，所述第二系统状态信息还可以包括第二定操和第二反操状态信息。
计算机联锁系统的上位监测机需要实时显示道岔执行单元的各种运行状态，因此，道岔执行单元需要向上位监测机实时传输系统的控制信息和各种监测到的信息，因此，在本实施例中，如图7所示，所述道岔执行单元还包括状态监测单元，所述状态监测单元包括与上位监测机通讯连接的监测控制器C，以及道岔电流感应电路60和表示电压感应电路70，其中，所述道岔电流感应电路60用于采集动作回线点处(即与X4线电连接的点)的电流信号，所述表示电压感应电路采集表示回线点处(即与X3线电连接的电)的电压信号。所述监测控制器C通过光耦组合编码与第一、第二动作控制器A和B，以及选路开关50进行通讯，具体方式为，所述第一动作控制器A通过第一组光耦编码电路将所述第一系统状态信息传输至所述监测控制器C，所述第二动作控制器B通过第二组光耦编码电路将所述第二系统状态信息传输至所述监测控制器C，所述选路开关50将其获得的第一和第二系统状态信息，以及系统状态反馈信息均通过第三组光耦编码电路传输至所述监测控制器C，而所述道岔电流传感电路采集的动作回线点处的电流信号，以及所述表示电压传感电路采集的表示回线点处的电压信号直接传输至所述监测控制器C。通过上述方式可以实现控制电路和监测电路的电气隔离，即可保证在控制电路出现异常时不影响上位监测机对系统的统筹监测，监测电路出现异常时也不会直接影响控制电路的工作。
由于本发明的道岔执行单元需要采集各种表征系统状态的信号，并根据所采集的各种信号完成故障导向安全，因此，信号的可信测量对于系统安全是尤为重要的，由于信号采集电路中的电子器件在采用固定输出时会造成有效信号判断和故障信号判断的二义性问题，所以，在本实施方式中，所述第一和第二定操反馈电路1.1和1.2，第一和第二反操反馈电路2.1和2.2，以及道岔电流感应电路60和表示电压感应电路70均可以将通过各自的传感器采集到的信号整形为动态脉冲信号输出，在此，如采集到的有效信号为交流信号则直接通过门限电路即可实现上述整形，如采集到的有效信号为直流信号则可通过脉冲发生器将直流信号整形为动态脉冲信号；而器件在故障情况下会产生固定电信号输出，由此，各控制器和选路开关即可区分出有效信号和故障信号，以进行相应的处理。
另外，对于需要确切知道电压值和电流值的场合，采样电路除了提供动态脉冲信号之外，还可以提供模数转换数值，并且只有在脉冲信号和模数转换数值同时有效的情况下，表征电压值或电流值的模数转换数值才有效，否则视为无效，有必要时由选路开关50强制导向安全侧。
本发明的道岔执行单元的工作方法为通过第一和第二动作控制器A和B进行二取二冗余控制，二区二的原则是为动作控制为“与”方式，而故障反馈为“或”方式。
在启动道岔执行单元后，当第一和第二动作控制器A和B均接收到定操指令或者反操指令，且据此输出的第一和第二总开关信号一致时，所述第一和第二动作控制器A和B将通过驱动电路Z使安全继电器的线圈得电；如果此时第一和第二动作开关均输出第一和第二定操开关信号，且二者一致，则第一至第四开关管，以及第九和第十开关管将均处于导通状态，即所述定操控制电路10将控制转辙机进行定操动作；相应地，如果此时输出第一和第二反操开关信号，且二者一致，则反操控制电路20将控制转辙机进行反操动作。
在启动道岔执行单元后，所述选路开关50实时接收第一、第二系统状态信息和系统状态反馈信息，并通过硬件电路对三者进行对比分析，当三者各自自身的对比均未出现异常情况，并且三者之间的对比也未出现异常情况时，由第一和第二总开关信号控制安全继电器40，当第一、第二系统状态信息和系统状态反馈信息任一个的自身对比出现异常情况时，或者第一、第二系统状态信息和系统状态反馈信息三者之间的对比出现异常情况时，由选路开关50直接优先无条件地切断所述安全继电器所控制的定操和反操控制电路的供电电路，使道岔执行单元由故障导向安全。以下举例说明几种异常情况：
1.道岔进行定操动作时，应当只有定操控制电路存在反馈信号，若此时反操控制电路出现了反馈信号，或者第一和第二定操状态信息不一致，则属于异常情况；
2.如果道岔定操动作时，定位和反位表示电路出现反馈信号，则属于异常情况；
3.道岔在定位表示期间，只有定位表示电路的第一和第二定表光耦应当有反馈信号，反位表示电路的第一和第二反表光耦不应该出现反馈信号，否则属于异常情况；
4.道岔在定位表示期间，第一和第二定表光耦的输出不一致，属于异常情况；
5.道岔在定位表示期间，如果第一和第二定表检测光耦出现反馈信号，则说明表示二极管35反接或者未接，这也属于异常情况，需要进行故障处理；
6.在系统处于定位表示状态时，如果接收到定操动作指令，属于异常情况。
以上仅说明了部分定操动作和定位表示时的异常情况，对于反操动作和反位表示时的异常情况可以据此对应得出，在此不再赘述。
另外，对于第一、第二系统状态信息和系统状态反馈信息的对比方式多种多样，只要能满足一处对比出现异常即将系统由故障导向安全即可，如可以采用对第一、第二系统状态信息和系统状态反馈信息各自所包含的各信号进行纵向对比(纵向对比采用或逻辑处理)，再对三者的纵向对比结果进行或逻辑处理；或者采用对第一、第二系统状态信息和系统状态反馈信息中有对应关系的信号进行横向对比(横向对比采用或逻辑处理)，再将各横向对比结果进行或逻辑处理。
由上可知，虽然第一和第二动作控制器A和B经过比较分析也可以得出异常结论，并通过驱动电路Z切断安全继电器40，使系统完成故障导向安全，但是，软件的判断需要各种冗余的算法，计算时间也相对较长，因此，本发明通过选路开关50接收各类信号，并通过硬件上的逻辑判断及时完成故障到安全的导向，而且第一和第二动作控制器A和B在软件上的处理也可作为有效的补充，这样就有效地提高了系统的可靠性。
综上所述仅为本发明较佳的实施例，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化及修饰，皆应属于本发明的技术范畴。
Claims (9)
1.一种计算机联锁系统的道岔执行单元，包括第一和第二动作控制器，以及由二者共同控制的定操和反操控制电路，其特征在于：所述道岔执行单元还包括安全继电器和选路开关；
所述第一动作控制器分别根据第一定操动作指令和第一反操动作指令输出第一定操开关信号和第一反操开关信号；所述第二动作控制器分别根据第二定操动作指令和第二反操动作指令输出第二定操开关信号和第二反操开关信号；所述第一动作控制器分别通过所述第一定操开关信号和第一反操开关信号控制分别位于定操和反操控制电路上的一组开关管，所述第二动作控制器分别通过所述第二定操开关信号和第二反操开关信号控制分别位于定操和反操控制电路上的另一组开关管；
所述安全继电器的常开开关设置在定操和反操控制电路的供电电路中；所述安全继电器的常闭开关设置在道岔执行单元的定位和反位表示电路的供电电路中，以在动作期间断开定位和反位表示电路的供电电路，并在表示期间断开定操和反操控制电路的供电电路；
所述第一和第二动作控制器与道岔执行单元的信号采集单元通讯连接；
所述选路开关接收第一动作控制器输出的第一系统状态信息，接收第二动作控制器输出的第二系统状态信息，以及接收通过道岔执行单元的信号采集单元反馈回的系统状态反馈信息，所述选路开关对第一、第二系统状态信息和系统状态反馈信息通过硬件电路进行逻辑对比，并根据对比结果输出用于控制安全继电器的系统异常信号；以及，
所述第一动作控制器根据第一定操动作指令或者第一反操动作指令输出第一总开关信号，第二动作控制器根据第二定操动作指令或者第二反操动作指令输出第二总开关信号；在无系统异常信号输出的情况下，第一和第二总开关信号经由与逻辑处理控制所述安全继电器；在有系统异常信号输出的情况下，由所述系统异常信号控制安全继电器失电，切断定操和反操控制电路的供电电路，使道岔执行单元完成故障导向安全。
2.根据权利要求1所述的道岔执行单元，其特征在于：所述定操控制电路包括第一至第四开关管，所述第一和第二开关管电连接在第一电源输入点和用于与转辙机的X1线电连接的定操输出点之间，其中，所述第一和第二开关管分别用于导通交流输入的上半波和下半波；所述第三和第四开关管电连接在第二电源输入点和用于与转辙机的X4线电连接的动作回线点之间，其中，所述第三和第四开关管分别用于导通交流输入的上半波和下半波；所述第一和第四开关管均受控于所述第一动作控制器根据第一定操动作指令输出的第一定操开关信号，所述第二和第三开关管均受控于所述第二动作控制器根据第二定操动作指令输出的第二定操开关信号；
所述反操控制电路包括第五至第八开关管，所述第五和第六开关管电连接在第一电源输入点和用于与转辙机的X2线电连接的反操输出点之间，其中，所述第五和第六开关管分别用于导通交流输入的上半波和下半波；所述第七和第八开关管电连接在第二电源输入点和所述动作回线点之间，其中，所述第七和第八开关管分别用于导通交流输入的上半波和下半波；所述第五和第八开关管均受控于所述第一动作控制器根据第一反操动作指令输出的第一反操开关信号，所述第六和第七开关管均受控于所述第二动作控制器根据第二反操动作指令输出的第二反操开关信号；
所述第一电源输入点经由所述安全继电器的第一常开开关输出至定操和反操控制电路，所述第二电源输入点经由所述安全继电器的第二常开开关输出至定操和反操控制电路；以及，
所述第一系统状态信息包括第一定操和/或第一反操动作指令内容，所述第二系统状态信息包括第二定操和/或第二反操动作指令内容。
3.根据权利要求2所述的道岔执行单元，其特征在于：所述定操控制电路还包括定操整流电路，所述第一电源输入点经第一和第二开关管电连接至定操整流电路的一输入端，所述第二电源输入点经第三和第四开关管电连接至定操整流电路的另一输入端，所述定操整流电路的一输出端与定操输出点之间电连接有受控于第一定操开关信号的第九开关管，所述定操整流电路的另一输出端与动作回线点之间电连接有受控于第二定操开关信号的第十开关管，所述第九和第十开关管用于在所述道岔执行单元处于定位表示状态时防止定位表示电路的电流串入定操控制电路；以及，
所述反操控制电路还包括反操整流电路，所述第一电源输入点经第五和第六开关管电连接至反操整流电路的一输入端，所述第二电源输入点经第七和第八开关管电连接至反操整流电路的另一输入端，所述反操整流电路的一输出端与反操输出点之间电连接有受控于第二反操开关信号的第十一开关管，所述反操整流电路的另一输出端与动作回线点之间电连接有受控于第一反操开关信号的第十二开关管；所述第十一和第十二开关管用于在所述道岔执行单元处于反位表示状态时防止反位表示电路的电流串入反操控制电路。
4.根据权利要求1、2或3所述的道岔执行单元，其特征在于：所述定位表示电路包括隔离变压器、第一和第二定表光耦，以及第一和第二定表检测光耦；所述隔离变压器的后级的第二输出端与道岔执行单元的用于接入转辙机的X3线的表示回线点电连接；所述第一和第二定表检测光耦的负极，以及第一和第二定表光耦的正极均与用于接入转辙机的X1线的定表输入点电连接；所述隔离变压器的后级的第一输出端与第一和第二定表检测光耦的正极，以及第一和第二定表光耦的负极电连接；所述第一定表光耦和第一定表检测光耦的输出作为第一系统状态信息的一部分输送至第一动作控制器，所述第二定表光耦和第二定表检测光耦的输出作为第二系统状态信息的一部分输送至第二动作控制器；所述安全继电器的常闭开关电连接在隔离变压器的后级的第二输出端与表示回线点之间；以及，
所述反位表示电路包括所述隔离变压器、第一和第二反表光耦，以及第一和第二反表检测光耦；所述第一和第二反表检测光耦的正极，以及第一和第二反表光耦的负极均与用于接入转辙机的X2线的反表输入点电连接；所述隔离变压器的后级第一输出端与第一和第二反表检测光耦的负极，以及第一和第二反表光耦的正极电连接；所述第一反表光耦和第一反表检测光耦的输出作为所述第一系统状态信息的一部分输送至第一动作控制器，所述第二反表光耦和第二反表检测光耦的输出作为第二系统状态信息的一部分输送至第二动作控制器。
5.根据权利要求1、2或3所述的道岔执行单元，其特征在于：所述信号采集单元包括第一和第二定操反馈电路，以及第一和第二反操反馈电路；其中，
所述第一定操和第一反操反馈电路分别将各自采集到第一定操和第一反操状态信息均传输至第一动作控制器和选路开关；
所述第二定操和第二反操反馈电路分别将各自采集到第二定操和第二反操状态信息均传输至第二动作控制器和选路开关；
所述系统状态反馈信息包括第一和第二定操状态信息，以及第一和第二反操状态信息。
6.根据权利要求5所述的道岔执行单元，其特征在于：所述第一系统状态信息包括第一定操和第一反操状态信息；所述第二系统状态信息包括第二定操和第二反操状态信息。
7.根据权利要求5所述的道岔执行单元，其特征在于：还包括实现监测电路与控制电路之间电气隔离的状态监测单元，所述状态监测单元包括用于与上位监测机通讯连接的监测控制器，以及道岔电流感应电路和表示电压感应电路；所述第一动作控制器通过第一组光耦编码电路将所述第一系统状态信息传输至所述监测控制器，所述第二动作控制器通过第二组光耦编码电路将所述第二系统状态信息传输至所述监测控制器，所述选路开关将其获得的第一和第二系统状态信息，以及系统状态反馈信息均通过第三组光耦编码电路传输至所述监测控制器，所述道岔电流感应电路采集的动作回线点处的电流信号，以及所述表示电压感应电路采集的表示回线点处的电压信号直接传输至所述监测控制器。
8.根据权利要求7所述的道岔执行单元，其特征在于：所述第一和第二定操反馈电路，第一和第二反操反馈电路，以及道岔电流感应电路和表示电压感应电路均将通过各自的互感器采集到的信号整形为动态脉冲信号输出。
9.根据权利要求1所述道岔执行单元的工作方法，通过第一和第二动作控制器进行二取二冗余控制，其特征在于：
在启动道岔执行单元后，当第一动作控制器根据第一定操动作指令或者第一反操动作指令输出的第一总开关信号与第二动作控制器根据第二定操动作指令或者第二反操动作指令输出的第二总开关信号一致时，安全继电器得电，如果此时第一和第二动作控制器分别输出第一和第二定操开关信号，且二者一致，则定操控制电路上的所有开关管将导通，使系统处于定操动作状态；如果此时第一和第二动作控制器分别输出第一和第二反操开关信号，且二者一致，则反操控制电路上的所有开关管将导通，使系统处于反操动作状态；否则，定操和反操控制电路均不会动作；
在启动道岔执行单元后，所述选路开关实时接收第一和第二动作控制器分别输出的第一和第二系统状态信息，以及信号采集单元输出的系统状态反馈信息，并通过硬件电路对第一、第二系统状态信息和系统状态反馈信息进行逻辑对比，当第一、第二系统状态信息和系统状态反馈信息各自自身的对比均未出现异常情况，且第一、第二系统状态信息和系统状态反馈信息三者之间的对比未出现异常情况时，选路开关无系统异常信号输出，由第一和第二总开关信号控制安全继电器；当第一、第二系统状态信息和系统状态反馈信息中任一个自身对比出现异常情况时，或第一、第二系统状态信息和系统状态反馈信息三者之间对比出现异常情况时，选路开关输出系统异常信号，由选路开关直接优先使所述安全继电器失电，切断定操和反操控制电路的供电电路，使道岔执行单元完成故障导向安全。
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