CN105425776B - 地铁信号系统车载设备开关量输入通道故障自检系统 - Google Patents

地铁信号系统车载设备开关量输入通道故障自检系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种地铁信号系统车载设备开关量输入通道故障自检系统，该系统包括控制电路、自检电路、保护电路以及隔离电路；所述控制电路用于发送第一自检指令信号和第二自检指令信号给所述自检电路和所述隔离电路，并接收所述自检电路的第一自检反馈信号和所述隔离电路通过所述后级端口发送的第二自检反馈信号，以分别根据所述第一自检反馈信号和所述第二自检反馈信号对所述自检电路、所述保护电路以及所述隔离电路进行故障检测及定位。本发明的地铁信号系统车载设备开关量输入通道故障自检系统和方法可以对系统中各电路的分立元器件或功能区进行故障检测及定位，进一步提高了系统的安全性及可靠性。

Description

地铁信号系统车载设备开关量输入通道故障自检系统
技术领域
本发明涉及列车控制技术领域，尤其涉及一种地铁信号系统车载设备开关量输入通道故障自检系统。
背景技术
地铁信号系统车载设备对安全性及可靠性均有很高的要求，对于其中的开关量采集单元而言，其稳定可靠的工作是车载设备准确采集车辆运行状态和信息的保证。当开关量采集单元故障时，及时地发现故障能有效降低故障带来的风险，同时及时地定位故障有利于产品的维护和可靠性的提升。
当前对于地铁信号系统车载设备开关量采集单元的自检，通常采用的是保护电路+隔离电路+控制电路的模式，该模式能够检测到隔离电路及控制电路部分的电路故障。当隔离器件被击穿或控制电路中的动态电路出现故障时，控制电路的动态采集端会因无法采集到动态信号而向上位机提示该输入通道故障。但是，该模式对于保护电路中的分立元器件故障检测及定位无能为力：分立元器件故障会导致隔离电路前级始终被置高或置低，而对隔离电路后级的控制电路动态注入及采集没有影响，导致无法发现故障。
针对上述类型的故障，一些安全性及可靠性指标较高的系统通常在上述电路模式上的基础上增加二取二或三取二连锁，以提高系统的安全性及可靠性，但该种方式不但增加了系统的复杂程度，而且还无法实现具体硬件故障的定位。此外，现有技术中还通过系统安全策略保证在采集到错误的开关量输入时避免发生安全事故。但这种采取系统安全策略的方式由于是依赖软件实现，不涉及硬件故障检测，因此也无法实现具体硬件故障的检测及定位。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：如何解决现有地铁信号系统车载设备无法对系统各电路的分立元器件或功能区进行故障检测及故障定位的问题。
基于上述目的，本发明提供了一种地铁信号系统车载设备开关量输入通道故障自检系统，该系统包括控制电路、自检电路、保护电路以及隔离电路；
所述控制电路用于分别发送第一自检指令信号和第二自检指令信号给所述自检电路和所述隔离电路的后级端口；
所述控制电路分别接收所述自检电路的基于所述第一自检指令信号的第一自检反馈信号和所述隔离电路通过所述后级端口发送的基于所述第二自检指令信号的第二自检反馈信号，以分别根据所述第一自检反馈信号和所述第二自检反馈信号对所述自检电路、所述保护电路以及所述隔离电路进行故障检测及定位；
所述自检电路用于接收所述控制电路发送的所述第一自检指令信号，并根据该第一自检指令信号发送所述自检电平输入信号给所述保护电路，以将所述第一自检反馈信号发送给所述控制电路；
所述保护电路用于接收所述自检电路的自检电平输入信号，并对所述自检电平输入信号进行处理以获取开关量信号，将所述开关量信号发送给所述隔离电路的前级端口；
所述隔离电路用于通过所述后级端口接收所述控制电路发送的所述第二自检指令信号，并通过所述前级端口接收所述开关量信号，以根据所述第二自检指令信号和所述开关量信号，将所述第二自检反馈信号发送给所述控制电路。
优选地，所述保护电路进一步用于对所述自检电平输入信号进行电磁兼容性EMC防护、限流处理或去耦处理中的至少一项，以获取所述开关量信号。
优选地，所述保护电路、所述隔离电路、所述控制电路以及所述自检电路均采用高速电路进行构建。
优选地，所述控制电路采用现场可编程门阵列FPGA芯片进行构建。
优选地，所述隔离电路的前级端口和后级端口分别采用不同的电源。
优选地，所述控制电路还用于发送采集指令信号给所述隔离电路的后级端口，以接收所述隔离电路的后级端口的采集反馈信号；
相应地，所述保护电路还用于接收外部开关量输入信号，并对所述外部开关量输入信号进行处理以获取第二开关量信号，以将所述第二开关量信号发送给所述隔离电路的前级端口；
所述隔离电路还用于通过所述后级端口接收所述控制电路发送的所述采集指令信号，并根据所述第二开关量信号和所述采集指令信号将所述采集反馈信号发送给所述控制电路。
优选地，所述控制电路包括：
自检逻辑单元，用于分别发送所述第一自检指令信号和所述第二自检指令信号给所述自检电路和所述隔离电路的后级端口；
优选地，所述控制电路包括：
采集逻辑单元，用于发送所述采集指令信号给所述隔离电路的后级端口。
另一方面，本发明还提供了一种地铁信号系统车载设备开关量输入通道故障自检方法，该方法包括：
所述控制电路分别发送第一自检指令信号和第二自检指令信号给所述自检电路和所述隔离电路的后级端口；
所述自检电路接收所述第一自检指令信号，并根据该第一自检指令信号发送所述自检电平输入信号给所述保护电路；
所述保护电路接收所述自检电平输入信号，并对所述自检电平输入信号进行处理以获取开关量信号，将所述开关量信号发送给所述隔离电路的前级端口；
所述隔离电路通过所述前级端口接收所述开关量信号，并通过所述后级端口接收所述控制电路发送的所述第二自检指令信号，以根据所述开关量信号和所述第二自检指令信号将所述第二自检反馈信号发送给所述控制电路；
所述控制电路分别接收所述第一自检反馈信号和所述第二自检反馈信号，以分别根据所述第一自检反馈信号和所述第二自检反馈信号对所述自检电路、所述保护电路以及所述隔离电路进行故障检测及定位。
优选地，所述保护电路接收所述自检电平输入信号，并对所述自检电平输入信号进行处理以获取开关量信号，包括：
所述保护电路对所述自检电平输入信号进行电磁兼容性EMC防护、限流处理或去耦处理中的至少一项，以获取所述开关量信号。
本发明的地铁信号系统车载设备开关量输入通道故障自检系统和方法可以对系统中各电路的分立元器件或功能区进行故障检测及定位，进一步提高了系统的安全性及可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了本发明一个实施例的地铁信号系统车载设备开关量输入通道故障自检系统的结构框图；
图2示出了本发明另一个实施例的地铁信号系统车载设备开关量输入通道故障自检系统的结构框图；
图3示出了本发明一个实施例的地铁信号系统车载设备开关量输入通道故障自检方法的流程图；
图4示出了本发明一个实施例的开关量输入自检时序示意图；
图5示出了本发明一个实施例的开关量输入自检反馈逻辑判断流程示意图。
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。
图1示出了图1示出了本发明一个实施例的地铁信号系统车载设备开关量输入通道故障自检系统的结构框图；如图1所示，该系统包括控制电路010、自检电路020、保护电路030以及隔离电路040；
控制电路010分别发送第一自检指令信号和第二自检指令信号给自检电路020和隔离电路040的后级端口(图中未示出)；
所述控制电路010分别接收自检电路020的基于所述第一自检指令信号的第一自检反馈信号和隔离电路040通过所述后级端口发送的基于所述第二自检指令信号的第二自检反馈信号，以分别根据所述第一自检反馈信号和所述第二自检反馈信号对自检电路020、保护电路030以及隔离电路040进行故障检测及定位；
自检电路020用于接收控制电路010发送的所述第一自检指令信号，并根据该第一自检指令信号发送所述自检电平输入信号给保护电路030，以将所述第一自检反馈信号发送给控制电路010；
保护电路030用于接收自检电路020的自检电平输入信号，并对所述自检电平输入信号进行处理以获取开关量信号，将所述开关量信号发送给隔离电路040的前级端口；
隔离电路040用于通过所述后级端口接收控制电路010发送的所述第二自检指令信号，并通过所述前级端口接收所述开关量信号，以根据所述第二自检指令信号和所述开关量信号，将所述第二自检反馈信号发送给控制电路010。
本发明的地铁信号系统车载设备开关量输入通道故障自检系统结构简单、制造及维护成本低且易于操作，可以对系统中各电路的分立元器件或功能区进行故障检测及定位，进一步提高了系统的安全性及可靠性。
图2示出了本发明另一个实施例的地铁信号系统车载设备开关量输入通道故障自检系统的结构框图；如图2所示，保护电路030可进一步用于对所述自检电平输入信号进行电磁兼容性EMC防护、限流处理或去耦处理中的至少一项，以获取所述开关量信号。
作为本实施例的优选，保护电路030、隔离电路040、控制电路010以及自检电路020均可采用高速电路进行构建；控制电路010可采用现场可编程门阵列FPGA芯片进行构建。
优选地，本实施例中隔离电路040的前级端口和后级端口分别采用不同的电源。
在上述实施例的基础上，控制电路010还用于发送采集指令信号给隔离电路040的后级端口，以接收隔离电路040的后级端口的采集反馈信号；
相应地，保护电路030还可用于接收外部开关量输入信号，并对所述外部开关量输入信号进行处理以获取第二开关量信号，以将所述第二开关量信号发送给隔离电路040的前级端口；
并且，隔离电路040还可用于通过所述后级端口接收控制电路010发送的所述采集指令信号，并根据所述第二开关量信号和所述采集指令信号将所述采集反馈信号发送给控制电路010。
进一步地，控制电路010还可包括自检逻辑单元011和采集逻辑单元012；
自检逻辑单元011可用于分别发送所述第一自检指令信号和所述第二自检指令信号给自检电路020和隔离电路040的后级端口；
优选地，控制电路010包括：
采集逻辑单元012可用于发送所述采集指令信号给隔离电路040的后级端口。
图3示出了本发明一个实施例的地铁信号系统车载设备开关量输入通道故障自检方法的流程图。如图3所示，该方法包括：
S1：所述控制电路分别发送第一自检指令信号和第二自检指令信号给所述自检电路和所述隔离电路的后级端口；
S2：所述自检电路接收所述第一自检指令信号，并根据该第一自检指令信号发送所述自检电平输入信号给所述保护电路；
S3：所述保护电路接收所述自检电平输入信号，并对所述自检电平输入信号进行处理以获取开关量信号，将所述开关量信号发送给所述隔离电路的前级端口；
S4：所述隔离电路通过所述前级端口接收所述开关量信号，并通过所述后级端口接收所述控制电路发送的所述第二自检指令信号，以根据所述开关量信号和所述第二自检指令信号将所述第二自检反馈信号发送给所述控制电路；
S5：所述控制电路分别接收所述第一自检反馈信号和所述第二自检反馈信号，以分别根据所述第一自检反馈信号和所述第二自检反馈信号对所述自检电路、所述保护电路以及所述隔离电路进行故障检测及定位。
本实施例的地铁信号系统车载设备开关量输入通道故障自检方法步骤简单，容易实现，可以对系统中各电路的分立元器件或功能区进行故障检测及定位，进一步提高了系统的安全性及可靠性。
作为本实施例的优选，步骤S3中所述保护电路接收所述自检电平输入信号，并对所述自检电平输入信号进行处理以获取开关量信号，可进一步包括：
S31：所述保护电路对所述自检电平输入信号进行电磁兼容性EMC防护、限流处理或去耦处理中的至少一项，以获取所述开关量信号。
下面通过举例对所述系统及方法的总体工作流程进行描述。本实施例的控制方案基于FPGA实现，分为开关量输入采集和开关量输入通道自检两个部分。开关量输入采集时，不激活自检电路，向隔离电路(即O_OUT_A)注入动态信号，同时采集隔离电路的后级反馈(即IN_A)。根据元器件的具体选型，可以确定一定时间内捕捉到足够的动态脉冲时认为有效，输入为1；否则认为输入为0。
图4示出了本发明一个实施例的开关量输入自检时序示意图；图5示出了本发明一个实施例的开关量输入自检反馈逻辑判断流程示意图。如图4、图5所示，开关量输入通道自检时，根据既定时序，同时向自检电路和隔离电路(即O_OUT_A、O_OUT_B、O_OUT_C)发送共5组自检电平组合，并采集全部反馈状态。考虑到自检电路中的隔离器件响应时间，采集反馈状态时可以预留出电路稳定所需时间。每一组反馈采集后，对该组反馈状态进行逻辑判断，识别电路当前电路状态。对于保护电路，故障可定位至功能区(例如限流部分、去耦部分)；对于自检电路和隔离电路，故障可定位至元器件(例如自检注入器件、采集隔离器件)。
需要说明的是，本实施例中开关量输入采集和通道自检不能同时进行，可以根据所需要的采集精度以及元器件的选型，在电路响应时间允许的情况下，自由定义自检-采集周期时间和自检代码发送采集时间。
本发明的地铁信号系统车载设备开关量输入通道故障自检系统和方法可以对系统中各电路的分立元器件或功能区进行故障检测及定位，进一步提高了系统的安全性及可靠性，与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、所有的电路均采用高速电路构建，通道的灵敏度高(所有的高速相对外部开关量输入变化时间来说)；
2、能够实现对开关量输入采集电路和自检电路本身进行自检；
3、自检过程中具有较大的时序兼容性，并可以实现灵活设计自检-采集周期方案；
4、自检过程中对外部开关量输入无需做任何处理和判断；
5、故障模式判断全面，故障定位精度较高。
以上实施例仅用于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 (10)

1.一种地铁信号系统车载设备开关量输入通道故障自检系统，其特征在于，包括控制电路、自检电路、保护电路以及隔离电路；
所述控制电路用于分别发送第一自检指令信号和第二自检指令信号给所述自检电路和所述隔离电路的后级端口；
所述控制电路分别接收所述自检电路的基于所述第一自检指令信号的第一自检反馈信号和所述隔离电路通过所述后级端口发送的基于所述第二自检指令信号的第二自检反馈信号，以分别根据所述第一自检反馈信号和所述第二自检反馈信号对所述自检电路、所述保护电路以及所述隔离电路进行故障检测及定位；
所述自检电路用于接收所述控制电路发送的所述第一自检指令信号，并根据该第一自检指令信号发送所述自检电平输入信号给所述保护电路，以将所述第一自检反馈信号发送给所述控制电路；
所述保护电路用于接收所述自检电路的自检电平输入信号，并对所述自检电平输入信号进行处理以获取开关量信号，将所述开关量信号发送给所述隔离电路的前级端口；
所述隔离电路用于通过所述后级端口接收所述控制电路发送的所述第二自检指令信号，并通过所述前级端口接收所述开关量信号，以根据所述第二自检指令信号和所述开关量信号，将所述第二自检反馈信号发送给所述控制电路。
2.如权利要求1所述的地铁信号系统车载设备开关量输入通道故障自检系统，其特征在于，所述保护电路进一步用于对所述自检电平输入信号进行电磁兼容性EMC防护、限流处理或去耦处理中的至少一项，以获取所述开关量信号。
3.如权利要求1所述的地铁信号系统车载设备开关量输入通道故障自检系统，其特征在于，所述保护电路、所述隔离电路、所述控制电路以及所述自检电路均采用高速电路进行构建。
4.如权利要求1所述的地铁信号系统车载设备开关量输入通道故障自检系统，其特征在于，所述控制电路采用现场可编程门阵列FPGA芯片进行构建。
5.如权利要求1所述的地铁信号系统车载设备开关量输入通道故障自检系统，其特征在于，所述隔离电路的前级端口和后级端口分别采用不同的电源。
6.如权利要求1至5中任一项所述的地铁信号系统车载设备开关量输入通道故障自检系统，其特征在于，所述控制电路还用于发送采集指令信号给所述隔离电路的后级端口，以接收所述隔离电路的后级端口的采集反馈信号；
相应地，所述保护电路还用于接收外部开关量输入信号，并对所述外部开关量输入信号进行处理以获取第二开关量信号，以将所述第二开关量信号发送给所述隔离电路的前级端口；
所述隔离电路还用于通过所述后级端口接收所述控制电路发送的所述采集指令信号，并根据所述第二开关量信号和所述采集指令信号将所述采集反馈信号发送给所述控制电路。
7.如权利要求6所述的地铁信号系统车载设备开关量输入通道故障自检系统，其特征在于，所述控制电路包括：
自检逻辑单元，用于分别发送所述第一自检指令信号和所述第二自检指令信号给所述自检电路和所述隔离电路的后级端口。
8.如权利要求6所述的地铁信号系统车载设备开关量输入通道故障自检系统，其特征在于，所述控制电路包括：
采集逻辑单元，用于发送所述采集指令信号给所述隔离电路的后级端口。
9.一种如权利要求1-8中任一项所述的地铁信号系统车载设备开关量输入通道故障自检系统的故障自检方法，其特征在于，包括：
所述控制电路分别发送第一自检指令信号和第二自检指令信号 给所述自检电路和所述隔离电路的后级端口；
所述自检电路接收所述第一自检指令信号，并根据该第一自检指令信号发送所述自检电平输入信号给所述保护电路；
所述保护电路接收所述自检电平输入信号，并对所述自检电平输入信号进行处理以获取开关量信号，将所述开关量信号发送给所述隔离电路的前级端口；
所述隔离电路通过所述前级端口接收所述开关量信号，并通过所述后级端口接收所述控制电路发送的所述第二自检指令信号，以根据所述开关量信号和所述第二自检指令信号将所述第二自检反馈信号发送给所述控制电路；
所述控制电路分别接收所述第一自检反馈信号和所述第二自检反馈信号，以分别根据所述第一自检反馈信号和所述第二自检反馈信号对所述自检电路、所述保护电路以及所述隔离电路进行故障检测及定位。
10.如权利要求9所述的故障自检方法，其特征在于，所述保护电路接收所述自检电平输入信号，并对所述自检电平输入信号进行处理以获取开关量信号，包括：
所述保护电路对所述自检电平输入信号进行电磁兼容性EMC防护、限流处理或去耦处理中的至少一项，以获取所述开关量信号。
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