CN103345147A - 基于投票机制的动车组警惕装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于投票机制的动车组警惕装置，该警惕装置的基础功能模块包括电源模块、智能继电器模块、DI检测模块和轴速检测模块，电源模块分别为智能继电器模块、DI检测模块和轴速检测模块供电，所述电源模块设置有一个，智能继电器模块和DI检测模块均设置有两个，轴速检测模块设置有三个，各模块之间通过CAN总线进行通信。本发明基于投票机制、冗余监测机制和容错机制，在警惕装置自身模块发生故障的情况下，依然能够保持警惕装置的正常运行，防止因警惕装置自身模块故障导致的停车现象发生。

Description

基于投票机制的动车组警惕装置

技术领域

本发明涉及铁道车辆电气领域，具体的说，涉及一种用于监督司机是否能够胜任运营工作的动车组警惕装置。

背景技术

动车组警惕装置的主要作用是为了监督司机是否能够胜任运营工作，能防止司机在列车行驶时打瞌睡、离岗等行为，在司机发生紧急伤病、丧失控制机车能力时具有自动停车功能。警惕装置检测列车的运行速度，当列车大于设定速度运行时，司机需要每隔一段时间踩下警惕装置脚踏板，如果脚踏板在规定时间内没有动作，警惕装置会发出警报；如果发出警报一段时间之内脚踏板仍然没有动作，那么警惕装置会自动断开安全回路，使列车紧急制动停车。

警惕装置的构成和工作原理：从功能上分，现有的警惕装置内部含有4种功能模块：电源模块、智能继电器模块、DI模块和的轴速检测模块，其中，电源模块设置有一个，智能继电器模块、DI模块和的轴速检测模块均设置有两个，其组成框图如图1所示。

其中，电源模块为其它模块提供电源；智能继电器模块有两个作用：1）接收DI模块和轴速采集模块传输的信息并进行处理，2）作为执行机构输出相应的状态，控制报警、安全回路断开、设备工作状态指示；DI模块负责对脚踏板的闭合状态、司机台的工作状态、旁路开关的状态等状态信息进行检测，将检测结果传递给继电器模块，DI模块自身带有自诊断功能，在检测到自身检测电路部分工作异常的情况下能自动发出警报给继电器模块；轴速检测模块负责对安装在车轴上的速度传感器进行检测，并将检测结果传送给继电器模块。上述各个模块之间通过CAN总线进行通信。

现有的动车组警惕装置采用2个轴速检测模块对轴速信号进行采集；采用2个DI检测模块对输入节点状态进行检测；最后采用2个智能继电器模块分别对以上功能模块传输的数据进行处理和输出。如果这两个检测环节的检测结果发生不一致，则说明设备自身发生了故障，检测结果不可信，其针对单路输入信号的检测示意图如图2所示。在自身检测结果不一致的情况下，智能继电器模块中的CPU就会得出自身故障的判断，命令安全回路断开，引发列车紧急制动停车，针对安全回路部分的控制如图3所示。正常工作情况下，两个智能继电器模块中的继电器线圈均得电，安全回路闭合；当故障发生时，只要一个智能继电器模块中的继电器（K1或者K2）断开，则安全回路断开，紧急制动由此产生。

现有动车组警惕装置的缺点在于：当检测到自身发生故障时，无法确定检测机构中的哪一个发生了故障，这种情况下，由于警惕装置无法判断来自两个检测机构的哪一路可信，警惕装置判断自身工作失效，会断开安全回路，造成紧急制动停车。如此会出现由于自身模块失效带来的停车事故发生。

发明内容

本发明针对动车组警惕装置存在的上述问题，提供了一种基于投票机制的动车组警惕装置，该动车组警惕装置基于投票机制、冗余监测机制和容错机制，在警惕装置自身模块发生故障的情况下，依然能够保持警惕装置的正常运行，防止因警惕装置自身模块故障导致的停车现象发生。

本发明的技术方案是：一种基于投票机制的动车组警惕装置，该警惕装置的基础功能模块包括电源模块、智能继电器模块、DI检测模块和轴速检测模块，电源模块分别为智能继电器模块、DI检测模块和轴速检测模块供电，所述电源模块设置有一个，智能继电器模块和DI检测模块均设置有两个，轴速检测模块设置有三个，各模块之间通过CAN总线进行通信。

优选的是，所述每个DI检测模块设置有两块16路输入的DI检测板，两个DI检测模块中的所有DI检测通道中，对每个DI检测点使用4路DI检测通道，每一块DI检测板输入一路检测信号。

优选的是，智能继电器模块对4个检测点的检测信号进行投票选举，3个检测结果相同，1个结果不同，则结果不同的检测点不再使用。

优选的是，智能继电器模块可输出频率0.1Hz的方波信号，该方波信号连接到两个DI检测模块中的2路空闲的DI输入节点上。

优选的是，所述两个智能继电器模块中，每个智能继电器模块中均设置有安全回路继电器和控制继电器，其中，控制继电器用于控制另一智能继电器模块的安全回路继电器正常工作。

本发明的有益效果是：本发明采用投票机制，有效地避免了因故警惕装置本身故障导致的停车现象发生，本发明增加了一个轴速检测模块，智能继电器模块中的CPU使用投票机制对三个轴速检测模块的检测结果进行判断，若某一个轴速检测模块故障，本发明警惕装置可以带故障正常工作，避免了因警惕装置轴速检测模块自身故障导致的停车现象发生；本发明每个DI检测模块增加一块16路DI检测板，通过4路检测通道判断DI检测模块自身是否故障，并通过设置的外部自诊断环节，判断DI检测模块的CPU是否工作异常，能够保证DI检测模块失效时及时检测出来；本发明还改进了智能继电器模块监视机制，两个智能继电器模块均设置有控制继电器，若其中一个智能继电器模块发生故障，可以用于控制另一个智能继电器模块正常工作。

附图说明

附图1为现有动车组警惕装置的组成框图。

附图2为现有动车组警惕装置DI检测模块输入信号检测示意图。

附图3为现有动车组警惕装置安全回路控制简图。

附图4为本发明具体实施方式的结构框图。

附图5为本发明具体实施方式各模块之间的监视框图。

附图6为本发明具体实施方式轴速检测模块的投票选择机制判断框图。

附图7为本发明具体实施方式DI检测4点投票选择机制判断框图。

附图8为本发明具体实施方式DI检测模块自检示意图。

附图9为本发明具体实施方式智能继电器模块之间的冗余控制机制简图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步说明。

如图4所示，一种基于投票机制的动车组警惕装置，该警惕装置的基础功能模块包括电源模块、智能继电器模块、DI检测模块和轴速检测模块，电源模块分别为智能继电器模块、DI检测模块和轴速检测模块供电，所述电源模块设置有一个，智能继电器模块和DI检测模块均设置有两个，轴速检测模块设置有三个，各模块之间通过CAN总线进行通信。

上述三个轴速检测模块可以避免因警惕装置轴速检测模块自身故障导致的停车现象发生，如图6所示，智能继电器模块的CPU使用投票机制对上述三个轴速检测模块结果进行判断，多者胜出，若某一轴速检测模块数据和胜出者的数据之间的误差超过限定值，则断定无效并被淘汰，若没有超过限定值则轴速检模块依然有效，若接收到多次数据中某一个轴速检测模块无效数据的次数超过设定值，则认定该轴速检测模块故障测。一旦检测到三个轴速检测模块中的一个发生故障，智能继电器模块的CPU将不再像故障模块请求数据，本发明警惕装置使用剩余的两个正常模块进行检测，对轴速检测调整为判断剩余的两个模块检测结果是否一致，若果一致则认定数据有效，正常运行；如果不一致则说明剩余的两个模块中又有一个模块发生故障，此时才断开智能继电器模块的安全回路继电器，断开安全回路。由于三个轴速检测模块均是独立的检测单元，三个轴速检测模块中两个模块同时失效的事件为小概率事件，因此，可以不用考虑。

为了实现警惕装置DI检测模块故障时进行判断，上述每个DI检测模块设置有两块16路输入的DI检测板，两个DI检测模块中的所有DI检测通道中，对每个DI检测点使用4路DI检测通道，每一块DI检测板输入一路检测信号。

智能继电器模块对4个检测点的检测信号进行投票选举，3个检测结果相同，1个结果不同，则结果不同的检测点标记为失效，其结果不再使用。DI检测模块的投票选择机制判断如图7所示，当1个检测点失效时，对于剩下的3个检测点再使用投票选举，2者相同的胜出，不同的标记为失效。在两路失效的情况下，设备通过判断有效的2个检测点结果是否相同，来判断读检测结果的有效性，检测结果相同则有效，不同则检测结果无效，采取紧急制动。DI检测模块的每一路输入在电路结构上都是独立的，因此4路中3路同时失效时小概率事件，可以不用考虑。因此，在2个检测点同时失效的情况下，设备依然可以正常运行。

当一个DI检测模块的CPU板失效时，会出现4路检测结果中有2路（故障CPU所在的DI检测模块）同时失效的情况，在这种情况下，由于设备无法判断是哪一个DI检测模块发生故障，因此无法从4路检测结果中通过投票机制得到正确的检测结果。虽然DI检测模块自身设计有自诊断电路，然而当DI检测模块的CPU板发生故障时，无法保证自身的自诊断电路依然有效运行。

为了避免上述情况发生，针对DI检测模块增加外部自诊断环节，如图8所示，智能继电器模块可输出频率0.1Hz的方波信号，该方波信号连接到两个DI检测模块中的2路空闲的DI输入节点上，这个两个DI检测模块接收此输入信号后，会在检测结果反映出同时变化的0、1数据。智能继电器模块中的CPU就可以根据两个DI检测模块传输的自检测部分的检测结果，来判断DI检测模块的CPU板时候工作异常，可以保证DI检测模块失效及时地检测出来。

在两个智能模块中，智能继电器模块A的故障分为三种：（1）通信环节故障，无法正常建立系统内部通信；（2）信号处理环节故障，根据检测结果得到的处理结果与智能继电器模块B不同；（3）控制环节故障，无法控制继电器正常工作。智能继电器模块B的故障分为三种：（1）通信环节故障，无法正常建立系统内部通信；（2）信号处理环节故障，根据检测结果得到的处理结果与智能继电器模块A不同；（3）控制环节故障，无法控制继电器正常工作。

如图9所示，为了防止智能继电器模块发生故障，上述两个智能继电器模块中，每个智能继电器模块中均设置有安全回路继电器和控制继电器，其中，控制继电器用于控制另一智能继电器模块的安全回路继电器正常工作。

在通信和处理结果都是有效的情况下，当智能继电器模块A（或智能继电器模块B）发生控制环节故障时，相应的继电器板或CPU板继电器控制部分发生功能故障，使得安全回路继电器K1（或安全回路继电器K3）无法正常闭合。此时，智能继电器模块A（或智能继电器模块B）通过内部CAN网络告知智能继电器模块B（或智能继电器模块A）自身继电器失效，并点亮红灯报警。收到命令后，智能继电器模块B（或智能继电器模块A）通过控制自身的控制继电器K4（或控制继电器K2），切除智能继电器模块A（或智能继电器模块B）失控安全回路继电器K1（或安全回路继电器K3），使智能继电器模块B（或智能继电器模块A）的控制继电器K4（或控制继电器K2）单独控制安全回路的断开和闭合。在这种情况下，两个智能继电器模块依然可以有效地采集其它功能模块的有效信号，进而得到有效的处理结果。既保留了原系统的监视机制，有保证了在一个智能继电器模块的继电器失效的情况下，设备可以正常的运行，避免了此类设备故障引起的停车情况发生。

当智能继电器模块A发生通信环节故障时，未发生故障的智能继电器模块B主动接管内部总线的控制权，停止向智能继电器模块A发送远程帧，智能继电器模块A在自身收不到来自智能继电器模块B远程帧请求的情况下，自身判断失败，断开安全回路继电器。智能继电器模块B同时使用控制继电器K4切除智能继电器模块A失控的安全回路继电器K1，使用智能继电器模块B的安全回路继电器K3单独控制安全回路的断开和闭合。同样，当智能继电器模块B发生通信环节故障时，未发生故障的智能继电器模块A主动接管内部总线的控制权，停止向智能继电器模块B发送远程帧，智能继电器模块B在自身收不到来自智能继电器模块A远程帧请求的情况下，自身判断失败，断开安全回路继电器。智能继电器模块A同时使用控制继电器K2切除智能继电器模块B失控的安全回路继电器K3，使用智能继电器模块A的安全回路继电器K1单独控制安全回路的断开和闭合。

当警惕装置中两个智能继电器模块有一个发生信号处理环节故障，由于无法保证自身的处理结果是正确的，此时，两个智能继电器模块必须断开各自的安全回路继电器，启动列车的紧急制动。

由上所述当警惕装置中两个智能继电器模块之间有一个发生通信故障和控制环节故障时，都能通过正常的智能继电器模块旁路故障模块，保证警惕装置的正常运行。同时，两个智能继电器模块中的任何故障都将触发相应的报警，收到报警指示后，司机可以采取手动方式旁路警惕装置。

Claims (5)

1.一种基于投票机制的动车组警惕装置，该警惕装置的基础功能模块包括电源模块、智能继电器模块、DI检测模块和轴速检测模块，电源模块分别为智能继电器模块、DI检测模块和轴速检测模块供电，其特征在于：所述电源模块设置有一个，智能继电器模块和DI检测模块均设置有两个，轴速检测模块设置有三个，各模块之间通过CAN总线进行通信。

2.根据权利要求1所述的基于投票机制的动车组警惕装置，其特征在于：所述每个DI检测模块设置有两块16路输入的DI检测板，两个DI检测模块中的所有DI检测通道中，对每个DI检测点使用4路DI检测通道，每一块DI检测板输入一路检测信号。

3.根据权利要求2所述的基于投票机制的动车组警惕装置，其特征在于：智能继电器模块对4个检测点的检测信号进行投票选举，3个检测结果相同，1个结果不同，则结果不同的检测点不再使用。

4.根据权利要求2所述的基于投票机制的动车组警惕装置，其特征在于：智能继电器模块可输出频率0.1Hz的方波信号，该方波信号连接到两个DI检测模块中的2路空闲的DI输入节点上。

5.根据权利要求1所述的基于投票机制的动车组警惕装置，其特征在于：所述两个智能继电器模块中，每个智能继电器模块中均设置有安全回路继电器和控制继电器，其中，控制继电器用于控制另一智能继电器模块的安全回路继电器正常工作。

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