CN106125544A - 一种适用于道岔控制器的温备冗余系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于道岔控制器的温备冗余系统，包括AB系主备切换控制器、切换开关单元以及均可独立对道岔控制中的被控设备进行控制的A系控制单元和B系控制单元，所述A系控制单元和B系控制单元均采用2取2架构且设有周期性的进行自我诊断的自我诊断模块，所述AB系主备切换控制器接收A系控制单元及B系控制单元的自我诊断信息并自动选择其中健康的一系输出，所述切换开关单元接收来自AB系主备切换控制器的信号并将相应系的信号输出给被控设备。本发明在不降低系统安全性、可用性的前提下，系统发生故障后主备切换时间较短，备系能够在不需要人工干预的前提下较快进入工作状态。
Description
技术领域
本发明涉及轨道交通的控制技术，尤其涉及适用于道岔控制器的冗余系统。
背景技术
目前国内现代有轨电车的道岔控制器主要采用联锁控制的方式，主要的被控设备是信号机与转辙机。传统的道岔控制设备采用的是继电器控制，使用继电器触点组合成相应的控制逻辑，完成对道岔的控制，但是采用继电器组合成的控制器存在空间大，系统诊断率低，不能远程监控等缺点。
新型道岔控制器往往采用电子电路组合成的逻辑，输入单元采集被控设备的状态，再将输入信息给处理器单元，处理器单元通过内部逻辑运算，将运算结果输出给输出单元，最终控制转辙机等被控设备。
使用继电器实现的控制逻辑存在系统结构复杂，系统故障诊断率低，不能及时发现系统故障，并且不能进行远程监控。
使用电子电路实现控制逻辑的道岔控制器，因为电子元件的失效率较高，因此安全性较低。为保证系统安全性，往往采用2取2的架构，即：使用两套相同的系统控制同一个设备，当且仅当两套控制器都要求动作时，被控设备才会动作。使用2取2的控制器安全性较高，但是只要有任何一套控制器的器件有导向危险的故障时，系统将进入无输出的故障安全状态，且系统不能自恢复，需要人为干预更换部件才能使系统恢复正常，可用性较差，不能满足现状有轨电车等轨道交通控制要求。
为解决系统可用性问题，现有的控制系统冗余方式有：冷备冗余与热备冗余。冷备冗余的控制方式为：主机系正常工作，备用系处于非上电或者上电不工作状态。进行主备切换时，备系需要进行上电、系统自检、获取当前输入状态、运行分析、控制输出等一系列动作，系统的切换时间较长。热备冗余系统的备用系跟主机系同时工作，同时采集输入状态、同步进行运算、主备系同步输出相同的控制信号，但是备系的输出状态被旁路不输出给受控设备或者直接采用并联输出的方式。输入热备系统的切换时间很短，但是两系同时输出，故障隔离度低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题就是提供一种用于道岔控制器的温备冗余系统，解决系统安全性问题的同时，也解决系统故障时宕机且不能自恢复的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种适用于道岔控制器的温备冗余系统，包括AB系主备切换控制器、切换开关单元以及均可独立对道岔控制中的被控设备进行控制的A系控制单元和B系控制单元，所述A系控制单元和B系控制单元均采用2取2架构且设有周期性的进行自我诊断的自我诊断模块，所述AB系主备切换控制器接收A系控制单元及B系控制单元的自我诊断信息并自动选择其中健康的一系输出，所述切换开关单元接收来自AB系主备切换控制器的信号并将相应系的信号输出给被控设备。
优选的，所述A系控制单元和B系控制单元均包含两个异构的安全控制板以及采用二取二架构的安全输入板、安全输出板、转辙机驱动板、信号机驱动板、安全电源板。
优选的，所述安全输出板设有两个分别独立采集外部信息的采集通道，且通过冗余的通信总线分别给两个安全控制板，两个安全控制板分别运算，将运算结果分别输出给安全输出板的两个通道，输出通道采用二取二的方式控制输出，当且仅当两个通道同时输出“ON”时，信号才最终输出“ON”。
优选的，所述自我诊断模块设置在两个安全控制板上并将诊断正常的信号输出给安全电源板，若安全电源板收不到安全控制板诊断正常的信号，则安全电源板将安全电源关闭。
优选的，所述A系控制单元和B系控制单元相互通信，以让备系获取系统当前的控制信息并实现A系控制单元与B系控制单元的所有安全控制板运算同步，所述控制信息包括安全输入板输入状态、安全输出板输出状态、转辙机驱动状态、信号机输出信息。
优选的，所述AB系主备切换控制器具有手动选择模块，所述手动选择模块设有“强制A系主机”、“强制B系主机”、“自动切换”三种选择，当选择“强制A系主机”时，此时无论A系控制单元是否为健康，将选择A系控制单元输出；当选择“强制B系主机”时，此时无论B系控制单元是否为健康，将选择B系控制单元输出。
优选的，在选择“自动切换”后，当A系控制单元为主机，若此时A系控制单元发生故障，B系控制单元为健康状态，且A系控制单元与B系控制单元同步运行时，则主系与备系之间进行切换，B系控制单元为主系，A系控制单元为备系；当B系控制单元为主机，若此时B系控制单元发生故障，A系控制单元为健康状态，且B系控制单元与A系控制单元同步运行时，则主系与备系之间进行切换，A系控制单元为主系，B系控制单元为备系。
优选的，所述切换开关单元采用安全继电器且设有供A系控制单元及B系控制单元进行检测的检测节点。
优选的，所述切换开关单元的控制方法如下：当A系控制单元为主机、B系控制单元为备机时，将A系控制单元的输出信号输出给被控设备；当B系控制单元为主机、A系控制单元为备机时，将B系控制单元的信号输出给被控设备。
本发明采用的技术方案，A系控制单元和B系控制单元均可独立对道岔控制中的被控设备进行控制，且均采用2取2架构，由于本身2取2的控制器安全性较高，而采取两套相同的2取2架构控制单元进行控制，则可以进一步确保在任何情况下，都有一系控制单元可以对道岔控制中的被控设备进行控制，在不降低系统安全性、可用性的前提下，系统发生故障后主备切换时间较短，备系能够在不需要人工干预的前提下较快进入工作状态。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述：
图1是本发明的原理框图。
具体实施方式
如图1所示，一种适用于道岔控制器的温备冗余系统，包括AB系主备切换控制器、切换开关单元以及均可独立对道岔控制中的被控设备进行控制的A系控制单元和B系控制单元，所述A系控制单元和B系控制单元采用2取2架构且设有周期性的进行自我诊断的自我诊断模块，所述AB系主备切换控制器接收A系控制单元及B系控制单元的自我诊断信息并自动选择其中健康的一系输出，所述切换开关单元接收来自AB系主备切换控制器的信号并将相应系的信号输出给被控设备。
其中，“A系控制单元”与“B系控制单元”(分别简称为“A系”、“B系”)为满足道岔控制器要求且完全相同的两套控制单元，每套控制单元都采用2取2的架构，即控制单元内部包括两个功能完全相同且原理异构的控制单元，具体为：两个异构的安全控制板，采用二取二的结构安全输入板、安全输出板、转辙机驱动板、信号机驱动板，安全电源板。每一套控制单元都能够独立实现道岔控制中的信号机机转辙机连锁控制，并且系统具备完整的自我诊断功能，将诊断结果输出给AB系主备切换控制器。
安全输出板内部包含两个独立的采集通道，分别独立采集外部的手柄信号、道岔位置等信息，通过内部冗余的通信总线分别给安全控制板1与安全控制板2；两块安全控制板分别根据输入信号、连锁等信息分别运算，将运算结果分别输出给安全输出板的两个通道，输出通道采用二取二的方式控制输出，当且仅当两个通道同时输出“ON”时，信号才最终输出“ON”。同时安全输出板输出信号给信号机驱动板、转辙机驱动板，最终控制信号机与转辙机动作。
安全控制板将周期性对系统进行自我诊断，将诊断正常的信息输出给安全电源板，若安全电源板收不到安全控制板系统正常信号，则全电源板将系统安全电源关闭，系统进入输出“OFF”的故障安全状态。
AB系之间的安全控制板使用以太网等通信方式进行相互通信，获取当系及另外一系信息，使备系可以获取系统的当前控制信息，控制信息包括安全输入板输入状态、安全输出板输出状态、转辙机驱动状态、信号机输出信息等。若A系控制单元与B系控制单元的所有安全控制板运算同步时，则A系、B系将输出“同步信号”，防止因为工作不同步进行冗余切换导致输出异常或输出跳变。
AB系主备切换控制器主要接受“A系控制单元”及“B系控制单元”的系统健康信息，同时将当前主系信息输出给切换开关单元。当两系同为健康状态时，系统将自动选择其中健康的一系输出；当A系故障，B系健康时，则选择B系输出；当B系故障，A系健康时，则自动选择A系输出。
AB系主备切换控制器具备将通过逻辑选择A系为主机或B系为主机，具有手动选择功能，可以分别选择“强制A系主机”、“强制B系主机”、“自动切换”三种方式，当选择“强制A系主机”时，此时无论A系是否为健康，将选择A系输出；当选择“强制B系主机”时，此时无论B系是否为健康，将选择B系输出；当选择“自动切换”方式时，若A系、B系同时为健康状态，则系统根据启动先后顺序等方式“竞争”获得主系，当其中一系为主系时，另外一系自动变为备系。在“自动切换”状态下系统切换方案如下：当A系为主机，若此时A系发生故障，B系为健康状态，且A系与B系的同步运行时，则主系与备系之间进行切换。B系为主系，A系为备系。同理，当B系为主机发生故障，且A系正常、A系B系之间同步工作，则进行主备系切换，切换成A系为主系、B系为备系。
为保证系统安全性，切换开关单元为冗余切换继电器组，并且有检测节点供A系控制单元及B系控制单元进行检测。其接受收来自AB系主备切换控制器的信号，当A系为主机、B系为备机时，将A系控制单元的信号输出给信号机、转辙机等被控设备；当B系为主机、A系为备机时，将B系控制单元输出的信号输出给信号机、转辙机。
输出控制原理：当A系控制单元为主机时，此时B系为备机，AB系主备切换控制单元输出控制信号，使得切换开关单元将A系输出信号最终对外输出；此时B系(备系)主机控制单元通过“AB系通信”获取安全控制板的控制信息。
安全切换过程：当A系为主机、B系为备机，若A系发生故障处于非“健康状态”，而B系处于“健康状态”时，此时AB系主备切换控制器将A系变为备系，B系为主系，同时将输出的切换开关单元切换成B系输出，A系为备用状态。B系将获取A系在故障前的输入、输出信息，控制转辙机及信号机输出，完成一次切换。
本发明在满足安全完整性等级SIL4的要求；且使用温备方案，大大提高系统可用性。
Claims (9)
1.一种适用于道岔控制器的温备冗余系统，其特征在于：包括AB系主备切换控制器、切换开关单元以及均可独立对道岔控制中的被控设备进行控制的A系控制单元和B系控制单元，所述A系控制单元和B系控制单元均采用2取2架构且设有周期性的进行自我诊断的自我诊断模块，所述AB系主备切换控制器接收A系控制单元及B系控制单元的自我诊断信息并自动选择其中健康的一系输出，所述切换开关单元接收来自AB系主备切换控制器的信号并将相应系的信号输出给被控设备。
2.根据权利要求1所述的一种适用于道岔控制器的温备冗余系统，其特征在于：所述A系控制单元和B系控制单元均包含两个异构的安全控制板以及采用二取二架构的安全输入板、安全输出板、转辙机驱动板、信号机驱动板、安全电源板。
3.根据权利要求2所述的一种适用于道岔控制器的温备冗余系统，其特征在于：所述安全输出板设有两个分别独立采集外部信息的采集通道，且通过冗余的通信总线分别给两个安全控制板，两个安全控制板分别运算，将运算结果分别输出给安全输出板的两个通道，输出通道采用二取二的方式控制输出，当且仅当两个通道同时输出“ON”时，信号才最终输出“ON”。
4.根据权利要求2所述的一种适用于道岔控制器的温备冗余系统，其特征在于：所述自我诊断模块设置在两个安全控制板上并将诊断正常的信号输出给安全电源板，若安全电源板收不到安全控制板诊断正常的信号，则安全电源板将安全电源关闭。
5.根据权利要求2所述的一种适用于道岔控制器的温备冗余系统，其特征在于：所述A系控制单元和B系控制单元相互通信，以让备系获取系统当前的控制信息并实现A系控制单元与B系控制单元的所有安全控制板运算同步，所述控制信息包括安全输入板输入状态、安全输出板输出状态、转辙机驱动状态、信号机输出信息。
6.根据权利要求1所述的一种适用于道岔控制器的温备冗余系统，其特征在于：所述AB系主备切换控制器具有手动选择模块，所述手动选择模块设有“强制A系主机”、“强制B系主机”、“自动切换”三种选择，当选择“强制A系主机”时，此时无论A系控制单元是否为健康，将选择A系控制单元输出；当选择“强制B系主机”时，此时无论B系控制单元是否为健康，将选择B系控制单元输出。
7.根据权利要求6所述的一种适用于道岔控制器的温备冗余系统，其特征在于：在选择“自动切换”后，
当A系控制单元为主机，若此时A系控制单元发生故障，B系控制单元为健康状态，且A系控制单元与B系控制单元同步运行时，则主系与备系之间进行切换，B系控制单元为主系，A系控制单元为备系；当B系控制单元为主机，若此时B系控制单元发生故障，A系控制单元为健康状态，且B系控制单元与A系控制单元同步运行时，则主系与备系之间进行切换，A系控制单元为主系，B系控制单元为备系。
8.根据权利要求1所述的一种适用于道岔控制器的温备冗余系统，其特征在于：所述切换开关单元采用安全继电器且设有供A系控制单元及B系控制单元进行检测的检测节点。
9.根据权利要求1所述的一种适用于道岔控制器的温备冗余系统，其特征在于：所述切换开关单元的控制方法如下：当A系控制单元为主机、B系控制单元为备机时，将A系控制单元的输出信号输出给被控设备；当B系控制单元为主机、A系控制单元为备机时，将B系控制单元的信号输出给被控设备。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20161116 |