CN1022952C - 数据处理装置及其控制装置 - Google Patents

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Abstract

一个用于工业设施的数据处理装置及其控制装置，由辅助操作该设施的第一层或“零”层及通过信息探测器和致动器构成的层“3”所组成；该装置的特征在于在其层“0”和层“3”之间包括有一个集中进行计算和判定的层“1”以及在小型区域上进行位置分配的计算机所构成的层“2”；层“1”包括有三个并行运行的计算机(11A、11B、11C)，它们运行相同的程序(不考虑可能有的结构上的不同)，并且从三个信息的形式将其结果信息送到层“2”上的计算模块。

Description

本发明涉及数据处理装置及其控制装置（自动保险型的数据处理装置），特别是可用来控制铁路信号箱的数据处理装置。
在信号箱的控制中所寻求的基本目标是操作中的安全性。送到致动器中的所有信息都必须是可靠的，以避免可能产生出严重事故的各种错误动作。
曾经设想过采用单个计算机型，通过编码（采用“编码单处理机”技术）确保其安全性。
在与铁路网络事件定时相适应的一段时间之内，要在中等大小的信号箱上处理所有的信息，采用这种型式的计算机所需要的处理时间太长，因此是不适合的。
也曾经设想过采用两个相同的计算机以确保安全性的作法。每个计算机均接收相同的数据，并且无论哪一个计算机所给出的信息，只有当它与另一个计算机所同时给出的信息完全相同时，方予以接收。为此，采用了称之为“表决机”的多数表决电路。在这样一些情况下，通过一些常规技术即可检测出这两个计算机中任何一个计算机可能有的故障，具体来说，就是采用自动测试算法。一般把这种技术称之为“空间冗余”。
本发明由四个主要组成部分相组合而成：
把系统中的某些计算机分散开，以便使该系统适用于各种实际的设施（具体来说，就是信号的结构）;
在中心层上根据空间冗余，而在分散层上根据“编码处理机”技术，采用这种组合式的保险技术。
用“编码处理机”技术分散开空间冗余所需要的表决;以及
通过编码保护各个计算机之间所进行的信息变换。
该第一个主要组成部分广泛地应用于所有各种系统之中。
关于这方面的参考文献可见EP-A-0005968和发表在Signal    &    Draht杂志Vol.78，NO.9，1986年9月、第175-184页上的文章。
该第二个及第三个主要组成部分是新的，并且构成本发明的新颖性。该第四个主要组成部分自然源于前面那些组成部分。
本发明的目的是提供一种模块控制及数据处理装置，能适用于任何现有的工业设施及其扩展。
本发明的另一目的是提供一种数据处理装置及其控制装置，此装置可以给出完全可靠的、并且具有能与密集操作要求相适应的响应时间的信息。
根据本发明的控制装置，在系统操作中起辅助作用的“0”层（操作员接口）和信息探测器及致动器构成的“3”层之间，包括：
中心计算和判断层“1”，以及
由按位置分配、每个包括一小部分区域进行计算及输入/输出控制的模块所构成的层“2”。
层“1”包括有三个计算机，并行运行相同的程序，并且把三个编码形式的结果信息送到层“2”中的计算模块，而且层“2”的每个模块均采用编码处理机的方法，同时根据从层“1”中所接收到的信息，起着三中取二的多数表决机的作用;而后，在来自层“1”的监控下，完成控制层“3”装置的计算。
层“0”和层“1”、层“1”和层“2”、均分别通过本地网 络相连接起来。
现以信号箱上的应用更加详细地描述本发明，但要知道，该描述仅是给出一个非阻制性的实施例而已。
图1是按照本发明的信号箱控制装置的一个方框图;
图2是说明一个操作周期的示意图。
图1中，标号10的方框是一系列称之为层“0”的常规型模块10A、10B、10C，并且用作辅助操作，而且在这个实施例中，包括有自动子程序设计以及控制、监测列车的运动、遥控显示等…。
这些层“0”模块在通信本地网络上与进行计算的层“1”（称之为“联锁”层）交换对话。该层“1”由同时用相同的程序完成相同的计算的三个相同的计算机11A、11B及11C组成。
采用三个计算机的这种冗余度确保所控制的设施能够安全操作（本发明的这种原理自然也可以用在仅有两个计算机的情况。在这种情况下，则将仅提供保险功能，并且也可以任意将两个计算机构成的系统成倍地进行选择构成）。这些计算机或“模块”则被赋予诸如监控列车信号、保护设备运行、平面交叉报警等等这样一些一般任务。
最后，该装置包括有由诸如20A、20B及20C之类的计算模块（称之为“目标控制器”）所组的计算层“2”（在现场层上）。每个计算模块处理一个小型区域，并且所有的模块都在所要控制的设备附近被分散开来（称之为“目标”：即探测器、致动器、……），并且用箱31A、32A、33A、31B、32B、33B、31C、32C、33C表示之（层“3”）。
这种设备可以由列车探测器、通过监控点或开关的装置、通过监控平面交叉状态的装置等来构成。
通过本地网络4把计算层“2”连接到层“1”。
通过常规的输入/输出链5把计算层“2”连接到层“3”。
根据本发明的特征，每个层“2”模块在一个给定的时间间隔内接收来自层“1”中的计算机所给出的三个信息，并且只有至少其中有两个信息是完全相同时，才认为它们是有效的。
此外，通过采用编码处理机技术做成的计算机构成每个层“2”模块，并且它们接收采用编码单处理机技术经过编码并集总起来的信息。
通过每个层“1”计算机完成这种编码及集总的功能。（我们记得这种编码单处理机技术包括有把各种变量集总到在发送及接收上经过紧缩过的变量上去的技术。）
在层“1”和层“2”之间使用的通信网络最好仍采用已经过商标注册过的Tornad在现有技术中已公知的网络。
现在可以参照图2将该系统的操作周期概述如下。
发送及控制
在一个周期的开始时刻上，每个层“1”计算机均把指令送到层“2”。这些指令都是在前面的周期期间里从所完成的联锁计算中产生出来的。由目标控制器按照经过编码并且集总起来的信息实现发送（也可以说，采用编码单处理机技术完成进行编码和集总的功能）。
在层“2”上，在一个给定的时间间隔之内，这些信息送到三个目标控制器上去。每个目标控制器根据三中取二的原则完成这种多数表决，也就是说，只要在一个给定的时间长度之内接收到至少两个完全相同的信息，那么就认为所发生的操作是正常的（将这些信息注明日期，此日期由一个周期到下一个周期逐渐增长）。
层“2”中的目标控制器根据所接收到的信息以及每个目标上的特定功能（例如，对于信号箱来说：信号灯的传送功能）控制这些目标（层“3”）。
询问及响应
传送指令之后，层“1”向前再进一级;在此期间，层“1”通过传送这些指令上的询问信息询问那些目标控制器。
在信号箱应用的情况下，只有该层“1”的三个计算机中的一个计算机，即称之为“主计算机”才发送出询问信息。因此，每个目标控制器仅只接收到一个询问信息，于是，每个目标控制器均单个地向三个层“1”计算机中的每个计算机作出回答。通过每个层“1”上的计算机单独地处理在网络出错及重复询问方面上的各种可能出现的问题。
在层“2”上，这些目标控制器通过传送这些目标的状态，如同在一个固定的基点上借助于一个周期点汇集到层“2”上去一样地作出回答。采用编码单处理机技术把这些信息进行编码并集总起来。
接收及中央处理
然后，再进入接收级，在此期间，每个层“1”计算机将来自层“2”的信息分散开来并进行译码;而后，再用来自层“2”的目标状态进行刷新。
在该周期之内，通过每个层“1”上的计算机非同步地接收来自层“0”上的指令。
同步/排列
在每个周期期间里，层“1”上的计算机每个都是彼此相互同步 的。
当要求一个控制系统既要有高度的安全性、又要有足够快的执行速度及高度的灵活性时，均可以应用本发明。

Claims (1)

  1. 一个用于工业设施的数据处理装置及其控制装置，由辅助操作该设施的第一层或“零”层及由信息探测器和致动器构成的层“3”所组成；该装置的特征在于在其层“0”和层“3”之间包括有一个集中进行计算和判定的层“1”以及在小型区域上进行位置分配的计算机所构成的层“2”；层“1”包括有三个计算机(11A、11B、11C)，它们并行运行相同程序(不考虑可能有的结构上的不同)，并且以三个信息的形式将其结果信息送到层“2”上的计算模块(20A、20B、20C)，每个层“2”模块均采用编码处理机的原理，并且根据由层“1”所接收到的信息中起着三中取二的多数表决机的作用，而后在层“1”的监控下完成层“3”装置(31A、32A、…)的控制计算；通过各个本地网络(2，4)把层“0”和层“1”、以及层“1”和层“2”相互连接起来。
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