CN109441280A - 一种sil4安全级轨道车辆门控器的安全电路及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种SIL4安全级轨道车辆门控器的安全电路，包括安全信号输入处理电路、动态频率波产生电路、光耦隔离驱动电路、基于SIL4的安全信号逻辑计算电路、变压器电路和驱动电路，安全信号输入处理电路的输出端、动态频率波产生电路的输出端分别与光耦隔离驱动电路的输入端连接，光耦隔离驱动电路的输出端与基于SIL4的安全信号逻辑计算电路的输入端连接，基于SIL4的安全信号逻辑计算电路的输出端与变压器电路的输入端连接，变压器电路的输出端与驱动电路连接，同时还公开了其控制方法：是一种防止意外开门功能满足SIL4等级要求的轨道车辆门控器的安全电路。

Description

一种SIL4安全级轨道车辆门控器的安全电路及其控制方法
技术领域
本发明属于轨道交通车辆门技术领域，具体涉及一种SIL4安全级轨道车辆门控器的安全电路及其控制方法。
背景技术
轨道车辆门系统通常采用电机或电磁铁等解锁部件驱动车门解锁，采用电机或气缸等机械驱动部件驱动门扇开闭。以电机驱动为例，电机由安装在门系统内部的门控器控制，门控器接受车辆控制信号，控制电机驱动车门解锁和门扇运动。门控器作为门系统的控制单元，对可靠性和安全性有较高的要求。
随着轨道交通近年来在中国市场的迅猛发展，车门系统引起的故障日益突显，严重的甚至威胁乘客人身安全。因此企业和客户都开始越来越注重产品功能安全方面的要求。在车门控制系统所有安全功能方面，“意外开门”功能安全等级要求最高，其直接影响乘客人身安全。目前，国内外对“意外开门”功能安全方面有着越来越高的需求，已要求达到功能安全完整性最高等级SIL4。
目前，现有技术的轨道车门控制器中，采用安全继电器方案实现安全电路，防止上述意外开门事件发生。经过多年实际运营，证明该方案安全性等级较高，但是，安全继电器方案电路由于设计结构、元器件自身安全等级等限制因素，该方案无法单独满足SIL4级安全要求。
发明内容
为解决上述现有技术中存在的技术问题，本发明提供了提出一种能够防止意外开门，并且满足SIL4等级要求的门控器的安全电路及其控制方法。
本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：
一种SIL4安全级轨道车辆门控器的安全电路，包括安全信号输入处理电路、动态频率波产生电路、光耦隔离驱动电路、基于SIL4的安全信号逻辑计算电路、变压器电路以及驱动电路，所述安全信号输入处理电路的输出端、动态频率波产生电路的输出端分别与光耦隔离驱动电路的输入端连接，所述光耦隔离驱动电路的输出端与基于SIL4的安全信号逻辑计算电路的输入端连接，所述基于SIL4的安全信号逻辑计算电路的输出端与变压器电路的输入端连接，所述变压器电路的输出端与驱动电路连接。
作为进一步改进的技术方案，所述驱动电路为电机驱动电路，所述电机驱动电路对应连接电机。
作为进一步改进的技术方案，所述驱动电路为解锁部件驱动电路，所述解锁部件驱动电路对应连接解锁部件。
作为进一步改进的技术方案，所述SIL4安全级轨道车辆门控器的安全电路采用固有故障式安全电路实现方式。
作为进一步改进的技术方案，所述SIL4安全级轨道车辆门控器的安全电路的工作电压为5V，所述动态频率波产生电路所产生的动态频率波的频率固定，所述动态频率波的频率小于100KHz。
一种SIL4安全级轨道车辆门控器的安全电路的控制方法，包括以下步骤：
S1、向安全信号输入处理电路输入安全信号；
S2、安全信号输入处理电路对步骤S1中输入的安全信号进行处理，输出处理后的安全信号；
S3、动态频率波产生电路产生动态频率波；
S4、将所述步骤S2中的处理后安全信号和步骤S3中的动态频率波共同作用后，形成高电压动态安全信号，再将高电压动态安全信号输入光耦隔离驱动电路中，再由光耦隔离驱动电路输出动态安全信号一；
S5、由基于SIL4的安全信号逻辑计算电路对所述步骤S4中输出的动态安全信号一进行逻辑计算，再输出动态安全信号二；
S6、由变压器电路对所述步骤S5中输出的动态安全信号二进行处理，再输出静态安全控制信号；
S7、将所述步骤S6输出的静态安全控制信号输入驱动电路，给驱动电路供电；
S8、由所述步骤S7中输出的驱动信号，驱动轨道车辆门进行相应行动。
作为进一步改进的技术方案，所述步骤S2中的处理后安全信号和步骤S3中的动态频率波共同作用后，形成高电压动态安全信号，将所述高电压动态安全信号输入光耦隔离驱动电路中，所述光耦隔离驱动电路能够将高电压动态安全信号转换成低电压动态安全信号输出，所述低电压动态安全信号为动态安全信号一。
作为进一步改进的技术方案，所述步骤S7中的驱动电路为电机驱动电路，所述步骤S8中的驱动信号为电机驱动信号。
作为进一步改进的技术方案，所述步骤S7中的驱动电路为解锁部件驱动电路，所述步骤S8中的驱动信号为解锁部件驱动信号。
本发明的有益效果为：
(1)本发明提供的一种SIL4安全级轨道车辆门控器的安全电路，应用在轨道车辆的门控器上，实现了“意外开门”功能的SIL4安全完整性等级要求，并且已经通过了安全认证，解决了轨道交通车辆门领域在涉及人身安全的“意外开门”功能上SIL4等级的安全完整性要求，安全性能优秀；
(2)本发明提供的一种SIL4安全级轨道车辆门控器的安全电路，正常工作时动态功耗可测并且稳定，适合安全性较高的应用；
(3)本发明提供的一种SIL4安全级轨道车辆门控器的安全电路的控制方法安全可靠，具有较强的市场竞争力。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
附图标记说明：1、安全信号；2、SIL4安全级轨道车辆门控器的安全电路；3、安全信号输入处理电路；4、动态频率波产生电路；5、处理后的安全信号；6、动态频率波；7、光耦隔离驱动电路；8、动态安全信号一；9、基于SIL4的安全信号逻辑计算电路；10.动态安全信号二；11、变压器电路；12、静态安全控制信号；13、驱动电路；14、驱动信号；15、高电压动态安全信号。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
实施例
如图1所示，一种SIL4安全级轨道车辆门控器的安全电路2，包括安全信号输入处理电路3、动态频率波产生电路4、光耦隔离驱动电路7、基于SIL4的安全信号逻辑计算电路9、变压器电路11以及驱动电路13，所述安全信号输入处理电路3的输出端、动态频率波产生电路4的输出端分别与光耦隔离驱动电路7的输入端连接，所述光耦隔离驱动电路7的输出端与基于SIL4的安全信号逻辑计算电路9的输入端连接，所述基于SIL4的安全信号逻辑计算电路9的输出端与变压器电路11的输入端连接，所述变压器电路11的输出端与驱动电路13连接。
所述驱动电路13为电机驱动电路或解锁部件驱动电路，所述电机驱动电路对应连接电机，所述解锁部件驱动电路对应连接解锁部件。
所述SIL4安全级轨道车辆门控器的安全电路采用固有故障式安全电路实现方式，所述安全电路中任何器件的损坏均不会导向非安全事件的发生。
所述SIL4安全级轨道车辆门控器的安全电路2的工作电压为5V，所述动态频率波产生电路4所产生的动态频率波6的频率固定，所述动态频率波6的频率小于100KHz。
所述SIL4安全级轨道车辆门控器的安全电路给电机驱动电路或解锁部件驱动电路供电，所述安全电路中任何器件损坏后，电机或解锁部件不会得电，防止意外开门事件发生。
一种SIL4安全级轨道车辆门控器的安全电路2的控制方法，包括以下步骤：
S1、向安全信号输入处理电路3输入安全信号1；
S2、安全信号输入处理电路3对步骤S1中输入的安全信号1进行处理，输出处理后的安全信号5；
S3、动态频率波产生电路4产生动态频率波6；
S4、将所述步骤S2中的处理后的安全信号5和步骤S3中的动态频率波6共同作用后，形成高电压动态安全信号15，再将高电压动态安全信号15输入光耦隔离驱动电路7中，再由光耦隔离驱动电路7输出动态安全信号一8；
S5、由基于SIL4的安全信号逻辑计算电路9对所述步骤S4中输出的动态安全信号一8进行逻辑计算，再输出动态安全信号二10；
S6、由变压器电路对所述步骤S5中输出的动态安全信号二10进行处理，再输出静态安全控制信号12；
S7、将所述步骤S6输出的静态安全控制信号12输入驱动电路13，再由驱动电路13输出驱动信号14；
S8、由所述步骤S7中输出的驱动信号14，驱动轨道车辆门进行相应行动。
所述步骤S2中的处理后安全信号5和步骤S3中的动态频率波6共同作用后，形成高电压动态安全信号15，将所述高电压动态安全信号15输入光耦隔离驱动电路7中，所述光耦隔离驱动电路7能够将高电压动态安全信号15转换成低电压动态安全信号输出，所述低电压动态安全信号为动态安全信号一8。
所述步骤S7中的驱动信号14为电机驱动信号或解锁部件驱动信号，所述步骤S7中的驱动电路13为电机驱动电路，所述步骤S8中的驱动电路为解锁部件驱动电路。
所述步骤S7中的驱动电路13为电机驱动电路或解锁部件驱动电路，依次对应所述步骤S8中的驱动信号14为电机驱动信号或解锁部件驱动信号。
上述SIL4安全级轨道车辆门控器的安全电路2的控制方法的工作原理如下：输入安全信号1(电平信号)有效，将其与动态频率波6相“与”，形成单频方波信号，即动态安全信号一8，经过一系列隔离转换、逻辑计算后形成新的单频方波信号，即动态安全控制信号二10，然后将动态安全控制信号二10作为反激式变压器的输入，驱动变压器正常工作，输出静态安全控制信号12，该电压信号控制电机驱动电路的电源或其他解锁部件的电源；正常工作时，电机驱动电路或其他解锁部件正常得电，驱动门扇打开；安全电路中任意器件损坏，电路传输中信号会以固“0”或固“1”的形式呈现，不会以单频动态方波的形式呈现，因此无法驱动反激式变压器工作，变压器无输出，电机驱动电路或其他解锁部件无电，门控器无法驱动门扇打开。
效果例
国内外对“意外开门”功能安全方面有着越来越高的需求，已要求达到功能安全完整性最高等级SIL4，如表1所示：
表1
序号 描述 定量要求 SIL目标
1 列车行进过程中，意外开门 1.0E-9/h 4
2 列车停在站台时，非站台侧门意外打开 1.0E-9/h 4
3 列车停在两站间，意外开门 1.0E-9/h 4
本发明提供一种SIL4安全级轨道车辆门控器的安全电路及其控制方法，能够保证在任意器件失效的情况下，不会导向“意外开门”事件的发生，满足表1所述的3项“意外开门”功能的安全要求。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种SIL4安全级轨道车辆门控器的安全电路，其特征在于，包括安全信号输入处理电路、动态频率波产生电路、光耦隔离驱动电路、基于SIL4的安全信号逻辑计算电路、变压器电路以及驱动电路，所述安全信号输入处理电路的输出端、动态频率波产生电路的输出端分别与光耦隔离驱动电路的输入端连接，所述光耦隔离驱动电路的输出端与基于SIL4的安全信号逻辑计算电路的输入端连接，所述基于SIL4的安全信号逻辑计算电路的输出端与变压器电路的输入端连接，所述变压器电路的输出端与驱动电路连接。
2.根据权利要求1所述的一种SIL4安全级轨道车辆门控器的安全电路，其特征在于，所述驱动电路为电机驱动电路，所述电机驱动电路对应连接电机。
3.根据权利要求1所述的一种SIL4安全级轨道车辆门控器的安全电路，其特征在于，所述驱动电路为解锁部件驱动电路，所述解锁部件驱动电路对应连接解锁部件。
4.根据权利要求1所述的一种SIL4安全级轨道车辆门控器的安全电路，其特征在于，所述SIL4安全级轨道车辆门控器的安全电路采用固有故障式安全电路实现方式。
5.根据权利要求1所述的一种SIL4安全级轨道车辆门控器的安全电路，其特征在于，所述SIL4安全级轨道车辆门控器的安全电路的工作电压为5V，所述动态频率波产生电路所产生的动态频率波的频率固定，所述动态频率波的频率小于100KHz。
6.基于权利要求1-5任一项所述的一种SIL4安全级轨道车辆门控器的安全电路的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、向安全信号输入处理电路输入安全信号；
S2、安全信号输入处理电路对步骤S1中输入的安全信号进行处理，输出处理后的安全信号；
S3、动态频率波产生电路产生动态频率波；
S4、将所述步骤S2中的处理后安全信号和步骤S3中的动态频率波共同作用后，形成高电压动态安全信号，再将高电压动态安全信号输入光耦隔离驱动电路中，再由光耦隔离驱动电路输出动态安全信号一；
S5、由基于SIL4的安全信号逻辑计算电路对所述步骤S4中输出的动态安全信号一进行逻辑计算，再输出动态安全信号二；
S6、由变压器电路对所述步骤S5中输出的动态安全信号二进行处理，再输出静态安全控制信号；
S7、将所述步骤S6输出的静态安全控制信号输入驱动电路，给驱动电路供电；
S8、由所述步骤S7中输出的驱动信号，驱动轨道车辆门进行相应行动。
7.根据权利要求6所述的一种SIL4安全级轨道车辆门控器的安全电路的控制方法，其特征在于，所述步骤S2中的处理后安全信号和步骤S3中的动态频率波共同作用后，形成高电压动态安全信号，将所述高电压动态安全信号输入光耦隔离驱动电路中，所述光耦隔离驱动电路能够将高电压动态安全信号转换成低电压动态安全信号输出，所述低电压动态安全信号为动态安全信号一。
8.根据权利要求6所述的一种SIL4安全级轨道车辆门控器的安全电路的控制方法，其特征在于，所述步骤S7中的驱动电路为电机驱动电路，所述步骤S8中的驱动信号为电机驱动信号。
9.根据权利要求6所述的一种SIL4安全级轨道车辆门控器的安全电路的控制方法，其特征在于，所述步骤S7中的驱动电路为解锁部件驱动电路，所述步骤S8中的驱动信号为解锁部件驱动信号。
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