CN105425579A - 机车冗余控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的机车冗余控制方法，将主、辅系统各自单一的输入输出板卡变为由数字量输入类板卡、数字量输出类板卡、模拟量输入类板卡和频率量输入板卡构成的输入输出模块，并相应增加HDLC板卡的总线数量，主系统同时控制两端司机室的显示屏。在运行时检测主、辅系统输入输出模块的各对应板卡，将失效故障板卡冗余切换至另一系统的对应板卡。若需整体冗余切换，则由辅系统同时控制两端司机室的显示屏。将整体冗余切换和部分冗余切换相结合，提高了硬件的冗余度。严格的冗余切换判定条件，在硬件方面使主、辅两个系统始终在判断另一系统是否存在；同时在软件方面保证了实现冗余切换的无间隙性和准确性。

Description

机车冗余控制方法
技术领域
本发明涉及一种机车冗余控制方法,属机车制造技术领域。
背景技术
机车控制系统管理和控制机车全部电气设备，为了机车安全可靠的运行，必须实行冗余备份。机车冗余控制系统由主系统和辅系统两部分构成，每个系统包括相同的硬件。主系统控制整车，辅系统处于热备份状态，接收整车的实时状态信息，但是并不参与整车控制。而当主系统发生故障时，则立刻从主系统切换到辅系统，主系统停止工作，由辅系统控制整车。
在现有技术中，机车控制系统一般由主控制板卡、CAN(控制器局域网络)板卡、输入输出板卡、HDLC(高级数据链路控制)板卡和电源板卡构成。采用冗余控制方式时，主系统中有任何一块硬件板卡发生故障导致无法正常工作时，都会进行整体的冗余切换。整个冗余控制系统只可以切换一次，被切换掉的主系统不可以再次工作。如果辅系统再出现故障，机车将无法继续运用。另外，机车两端司机室中的显示屏由主辅两系统分别独立控制，冗余切换后，只有操作端的显示屏正常工作，非操作端的显示屏将不再显示机车信息。
发明内容
本发明的目的就是克服上述现有技术之不足，提供一种机车冗余控制方法，提高冗余度，充分利用硬件资源，切换过程准确无间隙，冗余切换不影响两个显示屏同时正常工作。
本发明的目的是这样实现的：一种机车冗余控制方法，主、辅系统分别包括同样的电源板卡、主控制板卡、CAN板卡和HDLC板卡，其特征在于在主、辅系统中分别设有由互相独立的数字输入类板卡、数字输出类板卡、模拟量输入类板卡和频率量输入板卡构成的同样的输入输出模块，并相应增加HDLC板卡的总线数量，各独立板卡都配备有自检功能，主系统同时控制两端司机室的显示屏，主、辅系统分别采取下列控制步骤：
主系统
A1.检测自身的电源板卡、CAN板卡和HDLC板卡是否为失效故障状态：是则进入步骤A3；否则进入下一步骤；
A2.检测主、辅系统输入输出模块的各对应板卡，将失效故障板卡冗余切换至另一系统的对应板卡，然后返回步骤A1；
A3.主系统发出整体冗余切换指令，将主系统整体冗余切换至辅系统，并由辅系统同时控制两端司机室的显示屏；
辅系统
B1.检测主系统是否发出整体冗余切换指令：是则进入步骤B3；否则进入下一步骤；
B2.检测主系统的主控板卡是否为失效故障状态：否则返回步骤B1；是则进入下一步骤；
B3.禁止主系统发出任何输出指令，将主系统整体冗余切换至辅系统，并由辅系统同时控制两端司机室的显示屏。
为了更好实现本发明的目的，所述步骤A3按以下条件实现冗余切换：
(1)当主系统的主控制板卡和辅系统的主控制板卡计算结果一致时，可以进行整体冗余切换；
(2)当主系统的主控制板卡和辅系统的主控制板卡计算结果不一致时，则先进行减载，当输出转矩为零时，才可以进行整体冗余切换；
(3)当主系统停止工作、辅系统进行正常控制后，不可以再次转换；
(4)主系统始终判断辅系统是否存在，只有判断辅系统存在时，才可以进行整体冗余切换。
为了更好地实现本发明的目的，所述步骤A2按以下条件实现冗余切换：
数字量输入或输出类板卡
(1)如果主系统与辅系统对应数字输入或输出板卡均未失效，且输入或输出板卡的输入或输出值相同，则任取其中一个输入或输出值；
(2)如果主系统与辅系统的对应数字输入或输出板卡中有一个失效，则取自检通过的；
(3)如果主系统与辅系统的对应数字输入或输出板卡均未失效，但输入或输出值不同，则取默认值，并记录故障；
(4)如果主系统与辅系统的对应数字输入或输出板卡均失效，则取值为零，并记录故障。
模拟量输入类板卡
(1)如果主系统与辅系统对应模拟量输入类板卡的输入值间的差值在满量程的4％即一个级位以内，则取其平均值；
(2)如果主系统与辅系统的对应模拟量输入类板卡有一个失效，则取自检通过的一个；
(3)如果主系统与辅系统的对应模拟量输入类板卡均未失效，则优先取主系统的值，如果主系统的值不在合理的取值范围，则取辅系统的值；
(4)如果主系统与辅系统的对应模拟量输入类板卡均失效，则取值为零并记录故障；
频率量输入板卡
(1)在主系统与辅系统的对应频率量输入板卡中，优先取主系统的值；
(2)如果主系统与辅系统的对应频率量输入板卡中有一个失效，则取自检通过的一个；
(3)如果主系统与辅系统的对应频率量输入板卡均失效，则取值为零并记录故障。
为了更好实现本发明的目的，所述数字输入类板卡包括显示屏数字量输入板卡、变流器数字量输入板卡、蓄电池数字量输入板卡、列供数字量输入板卡和其它数字量输入板卡。
为了更好实现本发明的目的，所述数字输出类板卡包括显示屏数字量输出板卡、变流器数字量输出板卡、蓄电池数字量输出板卡、列供数字量输出板和其它数字量输出板卡。
为了更好实现本发明的目的，所述模拟量输入类板卡包括电压模拟量输入板卡、级位模拟量输入板卡和温度模拟量输入板卡。
本发明的方案，将整体冗余切换和部分冗余切换相结合，提高了硬件的冗余度。严格的冗余切换判定条件，在硬件方面使主、辅两个系统始终通过硬线判断另一系统是否存在；同时在软件方面保证了实现冗余切换的无间隙性和准确性。另外，无论是主系统还是辅系统进行整车控制，两端司机室的显示屏始终会正常显示机车信息。
附图说明
图1为本发明实施例的机车冗余控制系统原理示意图。
图2为本发明实施例的机车冗余控制方法主系统流程框图。
图3为本发明实施例的机车冗余控制方法辅系统流程框图。
图4A、4B为输入输出模块板卡冗余切换子程序流程框图。
图5为整体冗余切换子程序流程框图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参看图1，本实施例的机车冗余控制系统，主、辅系统分别包括同样的电源板卡、主控制板卡、CAN板卡、HDLC板卡和输入输出模块。输入输出模块由互相独立的数字量输入类板卡、数字量输出关板卡、模拟量输入类板卡和频率量输入板卡构成，其中数字量输入类板卡包括显示屏数字量输入板卡、变流器数字量输入板卡、蓄电池数字量输入板卡、列供数字量输入板卡其它数字量输入板卡；数字输出类板卡包括显示屏数字量输出板卡、变流器数字量输出板卡、蓄电池数字量输出板、列供数字量输出板、其它数字量输出板；模拟量输入类板卡包括电压模拟量输入板卡、级位模拟量输入板卡和温度模拟量输入板卡。每个板卡对应HDLC板卡上的一个总线。各独立板卡都配备有自检功能。两端司机室的显示屏在整体冗余切换之前，由主系统同时控制；而在整体冗余切换之后，则由辅系统同时控制。
参看附图2，本实施例机车冗余控制方法的主系统程序流程从框1.0开始。进入框1.1，检测自身的电源板卡、CAN板卡和HDLC板卡是否为失效故障状态：是则进入框1.3；否则进入框1.2，调用输入输出模块板卡冗余切换子程序，检测主、辅系统输入输出模块的各对应板卡，将失效板卡冗余切换至另一系统的对应板卡，然后返回框1.1。在框1.3，主系统发出整体冗余切换指令，调用整体冗余切换子程序，将主系统整体冗余切换至辅系统，并由辅系统同时控制两端司机室的显示屏。
参看附图3，本实施例机车冗余控制方法的辅系统程序流程从框2.0开始。进入框2.1，检测主系统是否发出整体冗余切换指令：是则进入框2.3；否则进入框2.2。在框2.2，检测主系统的主控板卡是否为失效状态：否则返回框2.1；是则进入框2.3，禁止主系统发出任何输出指令，将主系统整体冗余切换至辅系统，并由辅系统同时控制两端司机室的显示屏。
参看附图4A和图4B，输入输出模块板卡冗余切换子程序从框3.0开始。进入框3.1，检测是否为数字量输入类或者数字量输出类板卡：否则进入框3.9；是则进入框3.2。在框3.2，检测两系统的数字量输入类或者数字量输出类板卡是否自检故障：是则进入框3.6；否则进入框3.3。在框3.3，检测两系统的数字量输入类板卡的对应输入值或数字量输出类板卡的对应输出值是否相同：否则进入框3.5；是则进入框3.4。在框3.4，任取两系统的数字量输入类板卡的输入值或数字量输出类板卡的输出值。在框3.5，取输入值的规定默认值或输出值的规定默认值。在框3.6，检测两系统的数字量输入类板卡或者数字量输出类板卡的对应板卡是否只有一个自检故障：是则进入框3.7；否则进入框3.8。在框3.8，取值为零，并且记录故障。在框3.7，取自检通过的对应的板卡的值。在框3.9，检测是否为模拟量输入类板卡：否则进入框3.17；是则进入框3.10。在框3.10，检测两系统的模拟量输入类板卡是否自检故障：是则进入框3.14；否则进入框3.11。在框3.11，检测两系统的模拟量对应板卡的差值是否在满量程的4％以内：是则进入框3.12；否则进入框3.13。在框3.13，取合理范围内的值。在框3.12，取两系统的模拟量对应板卡的平均值。在框3.14，检测两系统的模拟量对应板卡是否只有一个自检故障：是则进入框3.15；否则进入框3.16。在框3.16，取值为零，并且记录故障。在框3.15，取自检通过的板卡的值。在框3.17，检测是否为频率量板卡：否则返回框3.1；是则进入框3.18。在框3.18，检测两系统的频率量板卡是否自检故障：否则进入框3.19，取主系统的频率量板卡的值；是则进入框3.20。在框3.20，检测两系统的频率量板卡是否只有一个自检故障：是则进入框3.21，取自检通过的对应板卡的值；否则进入框3.22，取值为零，并且记录故障。
参看附图5，整体冗余切换子程序从框4.0开始。进入框4.1，检验辅系统是否存在：是则进入框4.7；否则进入框4.2。在框4.2，检验是否进行过整体冗余切换：是则进入框4.7；否则进入框4.3。在框4.3，检测主系统的主控制板卡和辅系统的主控制板卡计算结果是否一致：是则进入框4.6，主系统停止工作，辅系统开始控制整车；否则进入框4.4。在框4.4，主系统输出减载指令。进入框4.5，主系统检测输出转矩是否为零：是则进入框4.6；否则进入框4.4。在框4.7，退出整体冗余切换。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种机车冗余控制方法，主、辅系统分别包括同样的电源板卡、主控制板卡、CAN板卡和HDLC板卡，其特征在于在主、辅系统中分别设有由互相独立的数字量输入类板卡、数字量输出类板卡、模拟量输入类板卡和频率量输入板卡构成的同样的输入输出模块，并相应增加HDLC板卡的总线数量，各独立板卡都配备有自检功能，主系统同时控制两端司机室的显示屏，主、辅系统分别采取下列控制步骤：
主系统
A1.检测自身的电源板卡、CAN板卡和HDLC板卡是否为失效故障状态：是则进入步骤A3；否则进入下一步骤；
A2.检测主、辅系统输入输出模块的各对应板卡，将失效故障板卡冗余切换至另一系统的对应板卡，然后返回步骤A1；
A3.主系统发出整体冗余切换指令，将主系统整体冗余切换至辅系统，并由辅系统同时控制两端司机室的显示屏；
辅系统
B1.检测主系统是否发出整体冗余切换指令：是则进入步骤B3；否则进入下一步骤；
B2.检测主系统的主控板卡是否为失效故障状态：否则返回步骤B1；是则进入下一步骤；
B3.禁止主系统发出任何输出指令，将主系统整体冗余切换至辅系统，并由辅系统同时控制两端司机室的显示屏。
2.根据权利要求1所述的机车冗余控制方法，其特征在于所述步骤A3按以下条件实现冗余切换：
(1)当主系统的主控制板卡和辅系统的主控制板卡计算结果一致时，可以进行整体冗余切换；
(2)当主系统的主控制板卡和辅系统的主控制板卡计算结果不一致时，则先进行减载，当输出转矩为零时，才可以进行整体冗余切换；
(3)当主系统停止工作、辅系统进行正常控制后，不可以再次转换；
(4)主系统始终判断辅系统是否存在，只有判断辅系统存在时，才可以进行整体冗余切换。
3.根据权利要求1所述的机车冗余控制方法，其特征在于所述步骤A2按以下条件实现冗余切换：
数字量输入或输出类板卡
(1)如果主系统与辅系统对应数字量输入或输出板卡均未失效，且输入或输出板卡的输入或输出值相同，则任取其中一个输入或输出值；
(2)如果主系统与辅系统的对应数字量输入或输出板卡中有一个失效，则取自检通过的；
(3)如果主系统与辅系统的对应数字量输入或输出板卡均未失效，但输入或输出值不同，则取默认值，并记录故障；
(4)如果主系统与辅系统的对应数字量输入或输出板卡均失效，则取值为零，并记录故障。
模拟量输入类板卡
(1)如果主系统与辅系统对应模拟量输入类板卡的输入值间的差值在满量程的4％即一个级位以内，则取其平均值；
(2)如果主系统与辅系统的对应模拟量输入类板卡有一个失效，则取自检通过的一个；
(3)如果主系统与辅系统的对应模拟量输入类板卡均未失效，则优先取主系统的值，如果主系统的值不在合理的取值范围，则取辅系统的值；
(4)如果主系统与辅系统的对应模拟量输入类板卡均失效，则取值为零并记录故障；
频率量输入板卡
(1)在主系统与辅系统的对应频率量输入板卡中，优先取主系统的值；
(2)如果主系统与辅系统的对应频率量输入板卡中有一个失效，则取自检通过的一个；
(3)如果主系统与辅系统的对应频率量输入板卡均失效，则取值为零并记录故障。
4.根据权利要求1所述的机车冗余控制方法，其特征在于所述数字量输入类板卡包括显示屏数字量输入板卡、变流器数字量输入板卡、蓄电池数字量输入板卡、列供数字量输入板卡和其它数字量输入板卡。
5.根据权利要求1所述的机车冗余控制方法，其特征在于所述数字量输出类板卡包括显示屏数字量输出板卡、变流器数字量输出板卡、蓄电池数字量输出板卡、列供数字量输出板卡和其它数字量输出板卡。
6.根据权利要求1所述的机车冗余控制方法，其特征在于所述模拟量输入类板卡包括电压模拟量输入板卡、级位模拟量输入板卡和温度模拟量输入板卡。
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