CN105197068B - 一种双机安全冗余型lkj主机系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种双机安全冗余型LKJ主机系统，包括两个相同的控制系：控制系Ⅰ和控制系Ⅱ，每个控制系均包含：信息采集处理模块、安全计算机模块、记录维护模块、制动输出模块、隔离开关，安全计算机模块包括第一CPUA和第二CPUB，第一CPUA和第二CPUB之间通过计算机通信模块连接；同时，本发明还提供一种用于双机安全冗余型LKJ主机系统的方法，在控制系Ⅰ和控制系Ⅱ中的每系控制系中，安全计算机模块中的第一CPUA和第二CPUB接收列车运行信息，对列车运行信息进行计算，输出本系的运行结果给制动输出模块，制动输出模块进行列车制动阀的制动；与现有技术相比，本发明改进主机系统结构，同时运用2乘2取2的安全系统，具有更高的可靠性和安全性。

Description

一种双机安全冗余型LKJ主机系统及方法

技术领域

本发明涉及LKJ列车运行监控领域，尤其涉及一种双机安全冗余型LKJ主机系统及方法。

背景技术

列车运行监控功能为列车运行监控系统的核心功能，其主要作用在于：一是防止列车运行越过关闭的地面信号机，二是防止列车在任何区段运行中超过机车车辆的构造速度、线路允许的最高运行速度和对应于不同规格的道岔的限制速度。为实现这样的作用目标需要获取3个方面的信息，即行车指令要求、运行线路状况和列车自身状况。现有的列车运行监控系统无法满足铁路新的运用需求，其存在安全性、可靠性、可用性等方面的隐患。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种新的双机安全冗余型LKJ主机系统及方法，以解决现有技术存在的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种双机安全冗余型LKJ主机系统，其特征在于：

所述主机系统包括两个相同的控制系：控制系Ⅰ和控制系Ⅱ，每个控制系均包含：

信息采集处理模块，包括信息采集处理模块A和信息采集处理模块B，用于采集列车运行信息，并输出采集的列车运行信息给安全计算机模块，同时用于获取安全计算机模块发送的控制信号；

安全计算机模块，包括第一CPUA和第二CPUB，用于接收列车运行信息并对信息进行计算处理，同时生成控制指令，第一CPUA和第二CPUB之间通过计算机通信模块连接，用于获取对方CPU中的运行数据；

所述主机系统还包括记录维护模块、制动输出模块、隔离开关，

记录维护模块，用于获取并存储控制系Ⅰ和控制系Ⅱ的运行数据；

制动输出模块，用于接收控制系Ⅰ和控制系Ⅱ的安全计算机模块的制动输出指令，并输出制动控制信号完成列车运行控制，同时进行控制系Ⅰ和控制系Ⅱ之间的切换；

隔离开关，对制动输出模块输出的制动控制信号进行隔离后输出给列车制动阀；

其中，在每系控制系中，所述安全计算机模块中的第一 CPUA和第二CPUB接收所述信息采集处理模块A和信息采集处理模块B采集的列车运行信息，对列车运行信息进行计算并输出结果，制动输出模块接受两系的输出结果，并对两系的输出结果进行比较，根据比较的结果进行相应的控制系切换操作或者进行列车制动操作。

所述每系控制系均包括继电器驱动模块，同时每系控制系均设置心跳信号寄存器，所述继电器驱动模块包括故障继电器驱动模块、制动继电器驱动模块；

所述安全计算机模块对列车运行信息进行计算，输出制动输出指令和故障信号，所述制动输出指令通过制动继电器驱动模块驱动制动输出模块的制动继电器触点动作进行制动输出，所述故障继电器驱动模块根据心跳寄存器输出的心跳信号和安全计算机模块输出的故障信号，通过制动输出模块进行故障继电器的触点动作从而进行系间切换。

所述每系的信息采集处理模块A和信息采集处理模块B分别设置对本模块进行自检的A自检模块和B自检模块，

所述每系的第一CPUA和第二CPUB分别设置对本CPU进行自检的CPUA自检模块和CPUB自检模块，

所述每系的第一CPUA和第二CPUA之间均设置对获取的信息采集模块的信息进行同步的同步模块，并且还设置进行数据校核的2取2模块，数据校核的2取2模块对获取的第一CPUA和第二CPUB的信息进行判断处理以后，输出制动信息给制动输出模块，制动输出模块根据控制系Ⅰ和控制系Ⅱ输出的制动信息进行比较，判断进行制动控制信号的输出或者进行系间切换。

所述安全计算机模块与制动输出模块之间设置输出检测模块，所述制动输出模块接收到制动控制信号后，通过输出检测模块向安全计算机模块输出回检信息判断控制信号的正确性，进而判断是否需要制动输出模块进行列车制动信号的输出。

所述记录维护模块为安全冗余模块，设置记录A和记录B，所述每个控制系均设置分别与记录A和记录B相连的接口，每系同时将信息存储在记录A和记录B中。

一种用于双机安全冗余型LKJ主机系统的方法，

在控制系Ⅰ和控制系Ⅱ中的每系控制系中，安全计算机模块中的第一 CPUA和第二CPUB分别接收信息采集处理模块A和信息采集处理模块B采集的列车运行信息，对列车运行信息进行计算，输出本系的运行结果给制动输出模块，制动输出模块对接收的两系的运行结果进行比较，假如两系运行结果比较数据正常，制动输出模块输出列车输出制动控制信号通过隔离开关隔离后进行列车制动阀的制动；假如两系运行结果比较数据异常，则制动输出模块输出切换命令，故障系退出控制，由正常系进行制动控制信号的输出；

在两系工作过程中，记录维护模块记录安全计算机模块的所有运行信息。

每系的故障继电器驱动模块接收心跳信号寄存器定时发送的心跳信号和安全计算机模块输出的故障信号，如果心跳信号异常或者接收到故障信号，故障继电器的触点动作切除故障系的控制，故障系退出控制，制动输出模块进行正常系的切换，由正常系输出制动输出指令，制动输出指令通过制动继电器驱动模块驱动制动输出模块的制动继电器触点动作进行制动输出，当两系均故障时，两系的故障继电器均动作并使制动输出模块输出制动，导向安全测。

在系统运行时，每系的信息采集处理模块A和信息采集处理模块B分别通过本模块中设置的A自检模块和B自检模块对本模块自检，进行故障排除，当自检结果正常时，系统进入正常工作；

同时每系的第一CPUA和第二CPUB分别通过CPUA自检模块和CPUB自检模块本模块自检，进行故障排除，当自检结果正常时，系统进入正常工作；

每系的第一CPUA和第二CPUB获取信息采集模块的信息后，通过第一CPUA和第二CPUB之间设置的同步模块对数据进行同步以后，重新分别输入到第一CPUA和第二CPUB中；

第一CPUA和第二CPUB接收到同步过后的数据之后，分别将数据传送给本系中进行数据校核的2取2模块，数据校核的2取2模块对获取的第一CPUA和第二CPUB的运行信息进行计算并进行判断，如果两个CPU中的运行信息相同，则输出制动输出指令给制动输出模块，制动输出模块接收两个控制系的2取2模块输入的制动输出指令以后，判断他们是否一致，两系一致时制动输出模块对外输出制动控制信号，否则不进行输出；如果本系的两个CPU中的运行信息不同，则向故障继电器输出故障信号，故障继电器动作切除本系输出，制动输出模块进行切换到正常系进行控制。

所述制动输出模块接收到制动控制信号后，制动输出模块通过驱动制动继电器的触点进行信息的回检，将信息通过输出检测模块回传到安全计算机模块的2取2模块中进行回检，回检结果正确则制动控制信号正确，制动输出模块进行制动指令的输出。

记录维护模块记录两系的安全计算机模块的运行数据，当两系中有一系发生故障时，另一系单独运行，记录维护模块记录正常系的信息，记录维护模块为安全冗余模块，设置记录A和记录B，每系同时将信息存储在记录A和记录B中。

本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明改进主机系统结构，同时运用2乘2取2的安全系统，具有更高的可靠性和安全性。

附图说明

图1为主机系统框图。

图2为主机系统架构示意图。

图3为系间表决与输出模块的架构示意图。

图4为两系切换的逻辑架构示意图。

具体实施方式

如图1~2所述，一种双机安全冗余型LKJ主机系统， 主机系统包括两个相同的控制系：控制系Ⅰ和控制系Ⅱ，双系采用并行运行方式，一系输出制动则系统制动，当一系故障时，本系故障继电器动作，切除故障系的控制，系统交由正常系控制，双系之间的切换无延时。

每个控制系均包含：

信息采集处理模块，包括信息采集处理模块A和信息采集处理模块B，用于采集列车运行信息，并输出采集的列车运行信息给安全计算机模块，同时用于获取安全计算机模块发送的采集控制信号，在连接时，信息采集处理模块A和信息采集处理模块B通过并联的方式连接在上一级的信息输入端，通过信号采样电路和信号隔离电路，将接收的相同的信息存储在各自的CPU中。

安全计算机模块，包括第一CPUA和第二CPUB，用于接收列车运行信息并对信息进行计算处理，同时生成控制指令，第一CPUA和第二CPUB之间通过计算机通信模块连接，用于获取对方CPU中的运行数据；两系的安全计算机之间通过串行接口进行联通，可以在需要是进行系间的通信。与信息采集模块相连时，第一CPUA和第二CPUB每个CPU连接一个信息采集模块，安全计算机模块的CPU向与它相连接的信息采集模块发送查询指令，信息采集模块接受命令以后发送信息给安全计算机模块进行计算输出。

主机系统还包括记录维护模块、制动输出模块、隔离开关、电源模块。

电源模块设置为冗余的两个，每个电源模块均连接两个控制系统，当一个电源模块出现故障时，不会影响正常工作，只有当两个电源模块均出现故障时，才会影响正常工作。

记录维护模块，用于获取并存储控制系Ⅰ和控制系Ⅱ的运行数据；可以用于后续进行查看，这些运行信息主要包括列车基本信息、列车状况信息、司机操作信息、运行状态信息、设备基本信息，记录维护模块通过获取的相关系统信息独立完成信息的判断、记录和存储。记录维护模块设置为安全冗余模块，设置记录A和记录B，每个控制系均设置分别与记录A和记录B相连的接口，每系同时将信息存储在记录A和记录B中。

制动输出模块，用于接收控制系Ⅰ和控制系Ⅱ的安全计算机模块的制动输出指令，并输出制动控制信号完成列车运行控制，同时进行控制系Ⅰ和控制系Ⅱ之间的切换。

隔离开关，对制动输出模块输出的制动控制信号进行隔离后输出给列车制动阀。

其中，在每系控制系中，安全计算机模块中的第一 CPUA和第二CPUB接收信息采集处理模块A和信息采集处理模块B采集的列车运行信息，对列车运行信息进行计算并输出结果，制动输出模块接受两系的输出结果，并对两系的输出结果进行比较，根据比较的结果进行相应的控制系切换操作或者进行列车制动操作。

每系控制系均包括继电器驱动模块，同时每系控制系均设置心跳信号寄存器，心跳信号寄存器通常与安全计算机模块相连，心跳信号寄存器定时发送心跳信号，继电器驱动模块包括故障继电器驱动模块、制动继电器驱动模块。

安全计算机模块对列车运行信息进行计算，输出制动输出指令和故障信号，制动输出指令通过制动继电器驱动模块驱动制动输出模块的制动继电器触点动作进行制动输出，故障继电器驱动模块根据心跳寄存器输出的心跳信号和安全计算机模块输出的故障信号，通过制动输出模块进行故障继电器的触点动作从而进行系间切换。

每系的信息采集处理模块A和信息采集处理模块B分别设置对本模块进行自检的A自检模块和B自检模块。

每系的第一CPUA和第二CPUB分别设置对本CPU进行自检的CPUA自检模块和CPUB自检模块。

每系的第一CPUA和第二CPUA之间均设置对获取的信息采集模块的信息进行同步的同步模块，并且还设置进行数据校核的2取2模块，数据校核的2取2模块对获取的第一CPUA和第二CPUB的信息进行判断处理以后，输出制动信息给制动输出模块，制动输出模块根据控制系Ⅰ和控制系Ⅱ输出的制动信息进行比较，判断进行制动控制信号的输出或者进行系间切换。

安全计算机模块与制动输出模块之间设置输出检测模块，所述制动输出模块接收到制动控制信号后，通过输出检测模块向安全计算机模块输出回检信息判断控制信号的正确性，进而判断是否需要制动输出模块进行列车制动信号的输出。

如图3~4，本发明还提供一种用于上述的双机安全冗余型LKJ主机系统的方法，包括

在控制系Ⅰ和控制系Ⅱ中的每系控制系中，安全计算机模块中的第一 CPUA和第二CPUB分别接收信息采集处理模块A和信息采集处理模块B采集的列车运行信息，对列车运行信息进行计算，输出本系的运行结果给制动输出模块，制动输出模块对接收的两系的运行结果进行比较，假如两系运行结果比较数据正常，制动输出模块输出列车输出制动控制信号通过隔离开关隔离后进行列车制动阀的制动；假如两系运行结果比较数据异常，则制动输出模块输出切换命令，故障系退出控制，由正常系进行制动控制信号的输出；

在两系工作过程中，记录维护模块记录安全计算机模块的所有运行信息。

每系的故障继电器驱动模块接收心跳信号寄存器定时发送的心跳信号和安全计算机模块输出的故障信号，如果接收不到心跳信号或者心跳信号异常或者接收到故障信号，故障继电器的触点动作切除故障系的控制，故障系退出控制，制动输出模块进行正常系的切换，由正常系输出制动输出指令，制动输出指令通过制动继电器驱动模块驱动制动输出模块的制动继电器触点动作进行制动输出，当两系均故障时，两系的故障继电器均动作并使制动输出模块输出制动，导向安全测。

在系统运行时，每系的信息采集处理模块A和信息采集处理模块B分别通过本模块中设置的A自检模块和B自检模块对本模块自检，进行故障排除，当自检结果正常时，系统进入正常工作；

同时每系的第一CPUA和第二CPUB分别通过CPUA自检模块和CPUB自检模块本模块自检，进行故障排除，当自检结果正常时，系统进入正常工作；

每系的第一CPUA和第二CPUB获取信息采集模块的信息后，通过第一CPUA和第二CPUB之间设置的同步模块对数据进行同步以后，重新分别输入到第一CPUA和第二CPUB中；

第一CPUA和第二CPUB接收到同步过后的数据之后，分别将数据传送给本系中进行数据校核的2取2模块，数据校核的2取2模块对获取的第一CPUA和第二CPUB的运行信息进行计算并进行判断，如果两个CPU中的运行信息相同，则输出制动输出指令给制动输出模块，制动输出模块接收两个控制系的2取2模块输入的制动输出指令以后，判断他们是否一致，两系一致时制动输出模块对外输出制动控制信号，否则不进行输出；如果本系的两个CPU中的运行信息不同，则向故障继电器输出故障信号，故障继电器动作切除本系输出，制动输出模块进行切换到正常系进行控制。

制动输出模块接收到制动控制信号后，制动输出模块通过驱动制动继电器的触点进行信息的回检，将信息通过输出检测模块回传到安全计算机模块的2取2模块中进行回检，回检结果正确则制动控制信号正确，制动输出模块进行制动指令的输出。

电源模块，包括电源Ⅰ和电源Ⅱ，电源Ⅰ和电源Ⅱ用于共同为控制系Ⅰ和控制系Ⅱ的安全计算机模块、信息采集处理模块供电；

记录维护模块记录两系的安全计算机模块的运行数据，当两系中有一系发生故障时，另一系单独运行，记录维护模块记录正常系的信息，记录维护模块为安全冗余模块，设置记录A和记录B，每系同时将信息存储在记录A和记录B中，后续可以查看数据分析故障原因或者查看行车信息。

如图4所示，系间切换依靠继电器触点控制逻辑实现。

其中，CHR1为I系故障继电器，CHR2为II系故障继电器，每一系的故障继电器均由两个常开触点和两个常闭触点组成，CHR1的常开触点为CHR1a和CHR1d，CHR1的常闭触点为CHR1b和CHR1c，CHR2的常开触点为CHR2a和CHR2d，CHR1的常闭触点为CHR2b和CHR2c，

EBR1、EBR2分别为I、II系紧急制动控制继电器；分别包括两个，在得电制动回路和失电制动回路中各设置一个。

正常情况下，双系并行运行，当一系输出制动时，系统输出制动；当某系统故障时，CHR继电器落下，自动切除本系输出，改为正常系控制。

图4中列出状态为失电状态，正常工作时继电器吸合，与图中状态相反，即正常工作时，失电回路中CHR1a、CHR2a、EBR1、EBR2闭合，CHR1b、CHR2b打开；得电回路中，CHR1c、CHR2c、EBR1、EBR2打开，CHR1d、CHR2d闭合。

Claims (8)

1.一种双机安全冗余型LKJ主机系统，其特征在于：

所述主机系统包括两个相同的控制系：控制系Ⅰ和控制系Ⅱ，每个控制系均包含：

信息采集处理模块，包括信息采集处理模块A和信息采集处理模块B，用于采集列车运行信息，并输出采集的列车运行信息给安全计算机模块，同时用于获取安全计算机模块发送的控制信号；

安全计算机模块，包括第一CPUA和第二CPUB，用于接收列车运行信息并对信息进行计算处理，同时生成控制指令，第一CPUA和第二CPUB之间通过计算机通信模块连接，用于获取对方CPU中的运行数据；

所述主机系统还包括记录维护模块、制动输出模块、隔离开关，

记录维护模块，用于获取并存储控制系Ⅰ和控制系Ⅱ的运行数据；

制动输出模块，用于接收控制系Ⅰ和控制系Ⅱ的安全计算机模块的制动输出指令，并输出制动控制信号完成列车运行控制，同时进行控制系Ⅰ和控制系Ⅱ之间的切换；

隔离开关，对制动输出模块输出的制动控制信号进行隔离后输出给列车制动阀；

其中，在每系控制系中，所述安全计算机模块中的第一 CPUA和第二CPUB接收所述信息采集处理模块A和信息采集处理模块B采集的列车运行信息，对列车运行信息进行计算并输出结果，制动输出模块接受两系的输出结果，并对两系的输出结果进行比较，根据比较的结果进行相应的控制系切换操作或者进行列车制动操作；

所述每系控制系均包括继电器驱动模块，同时每系控制系均设置心跳信号寄存器，所述继电器驱动模块包括故障继电器驱动模块、制动继电器驱动模块；

所述安全计算机模块对列车运行信息进行计算，输出制动输出指令和故障信号，所述制动输出指令通过制动继电器驱动模块驱动制动输出模块的制动继电器触点动作进行制动输出，所述故障继电器驱动模块根据心跳寄存器输出的心跳信号和安全计算机模块输出的故障信号，通过制动输出模块进行故障继电器的触点动作从而进行系间切换。

2.根据权利要求1所述的双机安全冗余型LKJ主机系统，其特征在于：

所述每系的信息采集处理模块A和信息采集处理模块B分别设置对本模块进行自检的A自检模块和B自检模块，

所述每系的第一CPUA和第二CPUB分别设置对本CPU进行自检的CPUA自检模块和CPUB自检模块，

所述每系的第一CPUA和第二CPUA之间均设置对获取的信息采集模块的信息进行同步的同步模块，并且还设置进行数据校核的2取2模块，数据校核的2取2模块对获取的第一CPUA和第二CPUB的信息进行判断处理以后，输出制动信息给制动输出模块，制动输出模块根据控制系Ⅰ和控制系Ⅱ输出的制动信息进行比较，判断进行制动控制信号的输出或者进行系间切换。

3.根据权利要求1所述的双机安全冗余型LKJ主机系统，其特征在于：所述安全计算机模块与制动输出模块之间设置输出检测模块，所述制动输出模块接收到制动控制信号后，通过输出检测模块向安全计算机模块输出回检信息判断控制信号的正确性，进而判断是否需要制动输出模块进行列车制动信号的输出。

4.根据权利要求1所述的双机安全冗余型LKJ主机系统，其特征在于：所述记录维护模块为安全冗余模块，设置记录A和记录B，所述每个控制系均设置分别与记录A和记录B相连的接口，每系同时将信息存储在记录A和记录B中。

5.一种用于双机安全冗余型LKJ主机系统的方法，其特征在于：

在控制系Ⅰ和控制系Ⅱ中的每系控制系中，安全计算机模块中的第一 CPUA和第二CPUB分别接收信息采集处理模块A和信息采集处理模块B采集的列车运行信息，对列车运行信息进行计算，输出本系的运行结果给制动输出模块，制动输出模块对接收的两系的运行结果进行比较，假如两系运行结果比较数据正常，制动输出模块输出列车输出制动控制信号通过隔离开关隔离后进行列车制动阀的制动；假如两系运行结果比较数据异常，则制动输出模块输出切换命令，故障系退出控制，由正常系进行制动控制信号的输出；

在两系工作过程中，记录维护模块记录安全计算机模块的所有运行信息；

每系的故障继电器驱动模块接收心跳信号寄存器定时发送的心跳信号和安全计算机模块输出的故障信号，如果心跳信号异常或者接收到故障信号，故障继电器的触点动作切除故障系的控制，故障系退出控制，制动输出模块进行正常系的切换，由正常系输出制动输出指令，制动输出指令通过制动继电器驱动模块驱动制动输出模块的制动继电器触点动作进行制动输出，当两系均故障时，两系的故障继电器均动作并使制动输出模块输出制动，导向安全侧。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：

在系统运行时，每系的信息采集处理模块A和信息采集处理模块B分别通过本模块中设置的A自检模块和B自检模块对本模块自检，进行故障排除，当自检结果正常时，系统进入正常工作；

同时每系的第一CPUA和第二CPUB分别通过CPUA自检模块和CPUB自检模块本模块自检，进行故障排除，当自检结果正常时，系统进入正常工作；

每系的第一CPUA和第二CPUB获取信息采集模块的信息后，通过第一CPUA和第二CPUB之间设置的同步模块对数据进行同步以后，重新分别输入到第一CPUA和第二CPUB中；

第一CPUA和第二CPUB接收到同步过后的数据之后，分别将数据传送给本系中进行数据校核的2取2模块，数据校核的2取2模块对获取的第一CPUA和第二CPUB的运行信息进行计算并进行判断，如果两个CPU中的运行信息相同，则输出制动输出指令给制动输出模块，制动输出模块接收两个控制系的2取2模块输入的制动输出指令以后，判断他们是否一致，两系一致时制动输出模块对外输出制动控制信号，否则不进行输出；如果本系的两个CPU中的运行信息不同，则向故障继电器输出故障信号，故障继电器动作切除本系输出，制动输出模块进行切换到正常系进行控制。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述制动输出模块接收到制动控制信号后，制动输出模块通过驱动制动继电器的触点进行信息的回检，将信息通过输出检测模块回传到安全计算机模块的2取2模块中进行回检，回检结果正确则制动控制信号正确，制动输出模块进行制动指令的输出。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：记录维护模块记录两系的安全计算机模块的运行数据，当两系中有一系发生故障时，另一系单独运行，记录维护模块记录正常系的信息，记录维护模块为安全冗余模块，设置记录A和记录B，每系同时将信息存储在记录A和记录B中。