CN103150242A - F/s型计算机内故障确切指示电路 - Google Patents
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Abstract
本发明为保证F/S型计算机的安全工作特性，设计一种F/S型计算机内故障确切指示电路。本发明采用双通道“线或”输出实现安全备份控制，当A、B任一通道输出“地”状态即指示故障；单通道内采用电子与机械结合的双控制途径实现对故障信号的安全确切输出，电磁机械继电器常闭触点接“地”，常开触点连接达林顿管输出；通道内线圈与常开触点分别独立路径驱动；在达林顿管前端巧妙地利用二极管和电阻的组合，有效防止了连接控制源芯片因瞬态倒向电流而损坏，并增强了数字控制源端接口的鲁棒性，实现对线路上瞬态反向冲击电压的抑制。该F/S型计算机内故障确切指示电路在自身可能存在有限故障的情况下仍能可靠的输出故障指示信号。
Description
技术领域
本发明涉及一种计算机内故障指示电路，该电路可作为航空机载设备控制电路的一部分。
背景技术
机载驾驶仪系统采用数字化的飞控计算机可以有效减轻飞行员的工作负荷，由于飞控计算机与飞机的飞行安全相关，在设计上飞控计算机为优先确保实现安全工作特性而设计为双通道结构，双通道间采用F/S型（Fault/Safe：故障/安全）工作机制，即双通道在互比监控的模式下运行，当出现故障时为防止故障蔓延立即切断飞控计算机的控制输出同时申报故障，通知飞行员进入人工操作方式。实际工作运行过程中故障的出现是随机发生的具有不确定性，监控发现故障时双通道的飞控计算机必须能够可靠、及时的申报出故障指示信号以触发语音/声光告警提示，促使飞行员即刻进入人工操作驾驶状态以避免飞机失控。
发明内容
本发明目的是为保证F/S型计算机的安全工作特性，设计一种F/S型计算机内故障确切指示电路，“确切指示”要求该电路在自身可能存在有限故障的情况下仍能可靠的输出故障指示信号。
本发明的技术解决方案如下：
故障指示信号采用离散量的形式进行输出，机载设备对离散量的状态包括地/开、28V/地、28V/开三种形式，首先明确故障指示状态的选定原则：选优先级高的状态作为指示故障的状态，高优先级状态指当几种信号在线路上冲突发生时所能保持住的那种信号状态，因此“地/开”离散量确定用“地”状态指示故障，“28V/地”离散量确定用“地”状态指示故障，“28V/开”离散量确定用“28V”状态指示故障。以下结合F/S型计算机双通道体系结构针对三种不同的离散量形式给出故障确切指示电路的设计方案。
第一种：
F/S型计算机内故障确切指示电路，针对输出“地/开”离散量信号的设备，包括在互比监控模式下运行的A、B两个通道，其中，每个通道均包括依次设置的一个故障申报逻辑运算单元、并行的第一信号传输电路和第二信号传输电路、一个电磁机械继电器，所述故障申报逻辑运算单元的信号输出端一路直连第一信号传输电路的输入端，另一路经逻辑反相后连接至第二信号传输电路的输入端；
每个信号传输电路均包括依次设置的隔离缓冲单元、正向设置的二极管、驱动电路，隔离缓冲单元的信号输出端通过所述二极管连接至驱动电路的控制信号输入端；在二极管的负端通过一个逻辑下拉电阻接“地”；
所述第一信号传输电路中的驱动电路的输出端接电磁机械继电器的驱动线圈，第二信号传输电路中的驱动电路的输出端接电磁机械继电器的常开触点，电磁机械继电器的常闭触点的前端接地；
两个电磁机械继电器的输出触点共接输出，作为该F/S型计算机内故障确切指示电路的输出端。
第二种：
F/S型计算机内故障确切指示电路，针对输出“28V/地”离散量信号的设备，包括在互比监控模式下运行的A、B两个通道，其中，每个通道均包括依次设置的一个故障申报逻辑运算单元、并行的第一信号传输电路和第二信号传输电路、一个电磁机械继电器，所述故障申报逻辑运算单元的信号输出端一路直连第一信号传输电路的输入端，另一路经逻辑反相后连接至第二信号传输电路的输入端；
每个信号传输电路均包括依次设置的隔离缓冲单元、正向设置的二极管、驱动电路，隔离缓冲单元的信号输出端通过所述二极管连接至驱动电路的控制信号输入端；在二极管的负端通过一个逻辑下拉电阻接“地”；
所述第一信号传输电路中的驱动电路的输出端接电磁机械继电器的驱动线圈，第二信号传输电路中的驱动电路的输出端接电磁机械继电器的常开触点，该常开触点的前端分出一个接至+28V电源的支路，该支路上设置有限流电阻，电磁机械继电器的常闭触点的前端接地；
两个电磁机械继电器的输出触点共接输出，作为该F/S型计算机内故障确切指示电路的输出端。
第三种：
F/S型计算机内故障确切指示电路，针对输出“28V/开”离散量信号的设备，包括在互比监控模式下运行的A、B两个通道，其中，每个通道均包括依次设置的一个故障申报逻辑运算单元、并行的第一信号传输电路和第二信号传输电路、级联的第一电磁机械继电器和第二电磁机械继电器，所述故障申报逻辑运算单元的信号输出端一路直连第一信号传输电路的输入端，另一路经非逻辑连接至第二信号传输电路的输入端；
每个信号传输电路均包括依次设置的隔离缓冲单元、正向设置的二极管、驱动电路，隔离缓冲单元的信号输出端通过所述二极管连接至驱动电路的控制信号输入端；在二极管的负端通过一个逻辑下拉电阻接“地”；
所述第一信号传输电路中的驱动电路的输出端接第一电磁机械继电器的驱动线圈，第二信号传输电路中的驱动电路的输出端接第二电磁机械继电器的驱动线圈；第二电磁机械继电器的常开触点通过电阻接+28V电源，常闭触点开路；第二电磁机械继电器的输出触点接第一电磁机械继电器的常开触点，第一电磁机械继电器的常闭触点通过电阻接+28V电源；
A通道和B通道中的第一电磁机械继电器的输出触点共接输出，作为该F/S型计算机内故障确切指示电路的输出端。
上述三种方案的驱动电路均可以采用达林顿管芯片的电路结构。
本发明具有以下优点：
1.能够保障F/S型计算机的安全工作特性，具有故障指示的确切输出能力；
2.电路设计结构具有鲁棒性，并在自身多种失效模式下仍然能够持续保证确切输出的有效性；
3.电路设计组成简明，具有工程可实现性，设计内容覆盖了离散信号的全种类状态。
4、本电路可以被具有强安全性需求的嵌入式控制系统所广泛采用。
附图说明
图1为针对“地/开”信号形式的故障指示电路的示意图。
图2为针对“28V/地”信号形式的故障指示电路的示意图。
图3为针对“28V/开”信号形式的故障指示电路的示意图。
具体实施方式
故障指示—“地/开”信号形式输出的技术方案见图1所示。
双通道“线或”输出实现安全备份控制，当A、B任一通道输出“地”状态即可指示故障，有效防止单通道内故障申报电路自身失效而无法做出故障指示。
单通道内采用电子与机械结合的双控制途径实现对故障信号的安全确切输出，以A通道为例电磁机械继电器常闭触点接“地”，常开触点连接达林顿管输出，可有效防止继电器的粘连失效模式，即当继电器开关粘连常开触点时仍然可以通过达林顿管NA2指示输出故障状态“地”。
通道内对继电器双路径独立驱动，即线圈与常开触点分别独立路径驱动，单任一路径内出现的失效不会影响本通道故障指示信号的输出。
控制源接口鲁棒性增强，在达林顿管前端采用“避雷针”技术巧妙地利用二极管和电阻的组合，有效防止了连接控制源芯片因瞬态倒向电流而损坏，并增强了数字控制源端接口的鲁棒性，实现对线路上瞬态反向冲击电压的抑制。
通道内针对两条控制路径采用逻辑同源互斥原则控制输出，能够克服控制源的多失效模式对最终故障指示信号输出的影响，即对故障申报逻辑结果进行双线互斥(线C1与C2逻辑状态同源反相)输出结合后端驱动电路可以在多种失效模式下仍然确保故障指示信号的有效输出，具体故障模式抑制情况见表1，可以看出共8种逻辑状态（2种正常，6种失效）中仅有1种失效模式不能进行正确输出，但只要另一通道能够做出正确的故障指示这一种失效模式同样也可以被抑制。
表1故障申报逻辑与故障指示输出状态列表
故障指示—“28V/地”信号形式输出的设计方案见图2所示，具体设计思路同“地/开”信号形式一致，仅需要在继电器常开触点的前端通过限流电阻上拉至28V即可，限流电阻的作用是为防止输出短路并使得该电路所在功能模块支持在板编程的能力。
故障指示—“28V/开”信号形式输出的设计方案见图3所示，具体设计基本思路同“地/开”信号形式相似，不同之处是在通道内部采用2级继电器作为信号的后端输出控制，达林顿管仅作为驱动继电器线圈工作使用。
Claims (3)
1.F/S型计算机内故障确切指示电路，针对输出“地/开”离散量信号的设备，包括在互比监控模式下运行的A、B两个通道，其中，每个通道均包括依次设置的一个故障申报逻辑运算单元、并行的第一信号传输电路和第二信号传输电路、一个电磁机械继电器，所述故障申报逻辑运算单元的信号输出端一路直连第一信号传输电路的输入端，另一路经逻辑反相后连接至第二信号传输电路的输入端；
每个信号传输电路均包括依次设置的隔离缓冲单元、正向设置的二极管、驱动电路，隔离缓冲单元的信号输出端通过所述二极管连接至驱动电路的控制信号输入端；在二极管的负端通过一个逻辑下拉电阻接“地”；
所述第一信号传输电路中的驱动电路的输出端接电磁机械继电器的驱动线圈，第二信号传输电路中的驱动电路的输出端接电磁机械继电器的常开触点，电磁机械继电器的常闭触点的前端接地；
两个电磁机械继电器的输出触点共接输出，作为该F/S型计算机内故障确切指示电路的输出端。
2.F/S型计算机内故障确切指示电路，针对输出“28V/地”离散量信号的设备，包括在互比监控模式下运行的A、B两个通道，其中，每个通道均包括依次设置的一个故障申报逻辑运算单元、并行的第一信号传输电路和第二信号传输电路、一个电磁机械继电器，所述故障申报逻辑运算单元的信号输出端一路直连第一信号传输电路的输入端，另一路经逻辑反相后连接至第二信号传输电路的输入端；
每个信号传输电路均包括依次设置的隔离缓冲单元、正向设置的二极管、驱动电路，隔离缓冲单元的信号输出端通过所述二极管连接至驱动电路的控制信号输入端；在二极管的负端通过一个逻辑下拉电阻接“地”；
所述第一信号传输电路中的驱动电路的输出端接电磁机械继电器的驱动线圈，第二信号传输电路中的驱动电路的输出端接电磁机械继电器的常开触点，该常开触点的前端分出一个接至+28V电源的支路，该支路上设置有限流电阻，电磁机械继电器的常闭触点的前端接地；
两个电磁机械继电器的输出触点共接输出，作为该F/S型计算机内故障确切指示电路的输出端。
3.F/S型计算机内故障确切指示电路，针对输出“28V/开”离散量信号的设备，包括在互比监控模式下运行的A、B两个通道，其中，每个通道均包括依次设置的一个故障申报逻辑运算单元、并行的第一信号传输电路和第二信号传输电路、级联的第一电磁机械继电器和第二电磁机械继电器，所述故障申报逻辑运算单元的信号输出端一路直连第一信号传输电路的输入端，另一路经非逻辑连接至第二信号传输电路的输入端；
每个信号传输电路均包括依次设置的隔离缓冲单元、正向设置的二极管、驱动电路，隔离缓冲单元的信号输出端通过所述二极管连接至驱动电路的控制信号输入端；在二极管的负端通过一个逻辑下拉电阻接“地”；
所述第一信号传输电路中的驱动电路的输出端接第一电磁机械继电器的驱动线圈，第二信号传输电路中的驱动电路的输出端接第二电磁机械继电器的驱动线圈；第二电磁机械继电器的常开触点通过电阻接+28V电源，常闭触点开路；第二电磁机械继电器的输出触点接第一电磁机械继电器的常开触点，第一电磁机械继电器的常闭触点通过电阻接+28V电源；
A通道和B通道中的第一电磁机械继电器的输出触点共接输出，作为该F/S型计算机内故障确切指示电路的输出端。
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