CN109491238A - 地铁站台门控制系统控制器冗余方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种地铁站台门控制系统控制器冗余方法：第一阶段建立一个自治网络，以实现2个控制器冗余决策；第二阶段建立内部网络，以实现区域内控制器冗余决策监管。本发明该方法能够借助冗余的多台控制器根据外部状态，如电压、电流、输出信号以及内部状态，如继电器的动作状态、电压、电流等参数进行智能判断，智能切换对外部控制对象的控制权。

Description

地铁站台门控制系统控制器冗余方法

技术领域

本发明属于工业控制应用技术领域，尤其涉及一种地铁站台门控制系统控制器冗余方法。

背景技术

地铁站台门将候车区域与列车运行轨道区域完全隔离，保证了列车的正常运行，杜绝了安全事故发生。目前地铁站台门控制系统采用冗余控制，冗余的多台控制器根据外部和自身状态进行智能判断，切换对外部控制对象的控制权。

当电流电压继电器逻辑异常等故障发生时，切换时间较长，而且在切换对外部控制对象的控制权的过程中，易出现不稳定的情况，比如引起控制权争夺、多个主控制器、数据不同步。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种地铁站台门控制系统控制器冗余方法。为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。

本发明采用如下技术方案：

在一些可选的实施例中，提供一种地铁站台门控制系统控制器冗余方法，包括：建立自治网络，进行两个控制器的冗余决策，两个控制器之间通过单独的RS-485串行总线进行心跳信号的互相监测，且两个控制器共用一个寄存器；当处于备用状态的控制器检测到处于主工作状态的控制器的心跳信号达到切换条件时，则将自身置为主工作状态。

在一些可选的实施例中，当处于备用状态的控制器检测到处于主工作状态的控制器的心跳信号中断时，处于备用状态的控制器连续三次扫描处于主工作状态的控制器，若连续的三次扫描均未接收到处于主工作状态的控制的心跳信号，则判定达到所述切换条件。

在一些可选的实施例中，所述主工作状态是指控制器具备控制权，向寄存器输出控制数据；所述备用状态是指控制器只读取寄存器地址中的数据。

在一些可选的实施例中，所述的地铁站台门控制系统控制器冗余方法，还包括：当原来处于主工作状态的控制器恢复正常工作后，检测接管控制权的控制器是否处于主工作状态；若接管控制权的控制器处于主工作状态，则将自身置为备用状态；若接管控制权的控制器未处于主工作状态，则将自身置为主工作状态，接管控制权。

在一些可选的实施例中，所述的地铁站台门控制系统控制器冗余方法，还包括：建立内部网络，进行区域内多个控制器的冗余决策，其中，区域内控制器的数量大于两个；将控制器以往测量的数据作为输入量,基于C4.5算法的自我学习功能得出决策树根节点，然后基于投票选举法选出最优控制器。

在一些可选的实施例中，所述得出决策树根节点的过程包括：

S1：判断所有样本是否为同一类，若为同一类，则进行步骤S2，否则进行步骤S3；

S2：选择该类；

S3：生成叶节点；

S4：提取特征集；

S5：判断特征集是否为空，若为空，则进行步骤S6，否则进行步骤S7；

S6：选择数据集中占比最多的类，生成叶节点；

S7：判断特征值是否唯一，若唯一，则进行步骤S6，否则进行步骤S8；

S8：选择最优划分属性生成节点；

S9：判断遍历是否结束，若结束，则进行步骤S10，否则进行步骤S11；

S10：基于投票选举法选出最优控制器；

S11：生成数据子集；

S12：剔除最优划分属性。

本发明所带来的有益效果：使用串口通信，不仅可以避免以太网远距离通信，而且可以实现主备之间数据及状态的实时同步；使用共同寄存器，可以避免两个寄存器地址需实时同步，并且出现双主、双备状况；对心跳信号进行多次扫描，避免瞬间值变化引起控制权争夺；基于决策树在若干个参数中判断出主参数，当工作运行一段时间后主参数可能变化，根据决策树重新计算新的主参数，使得选择控制器的方式更加灵活；避免出现多主控制器的特殊状态，使得系统可靠性更高。

为了上述以及相关的目的，一个或多个实施例包括后面将详细说明并在权利要求中特别指出的特征。下面的说明以及附图详细说明某些示例性方面，并且其指示的仅仅是各个实施例的原则可以利用的各种方式中的一些方式。其它的益处和新颖性特征将随着下面的详细说明结合附图考虑而变得明显，所公开的实施例是要包括所有这些方面以及它们的等同。

附图说明

图1是本发明地铁站台门控制系统控制器冗余方法的流程示意图；

图2是本发明得出决策树根节点的流程示意图。

具体实施方式

以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本发明的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。

如图1和2所示，在一些说明性的实施例中，提供一种地铁站台门控制系统控制器冗余方法，包括：两个阶段；第一阶段建立一个自治网络，以实现2台控制器冗余决策；第二阶段建立内部网络，以实现区域内控制器冗余决策监管。

本发明的地铁站台门控制系统控制器冗余方法，具体包括：

第一阶段：

101：建立自治网络，进行两个控制器的冗余决策。

正常状态下，两个控制器中的程序都运行，但只由处于主工作状态的控制器向寄存器地址中写输出数据，处于备用状态的控制器只读取寄存器地址中的数据，使得处于主工作状态的控制器及处于备用状态的控制器中的数据和状态都保持同步。

102：两个控制器之间通过单独的RS-485串行总线进行心跳信号的互相监测，两个控制器共用一个寄存器。

两台完全相同的继电器模块在各自微处理控制器下，即处于主工作状态的控制器及处于备用状态的控制器进行主备用切换。

优选的，两个控制器位于同一块开发板上，两个控制器基于芯片串口通信，同时方便插拔。

103：处于备用状态的控制器实时检测到处于主工作状态的控制器的心跳信号是否达到切换条件。

首先，处于备用状态的控制器检测到处于主工作状态的控制器的心跳信号是否中断，若中断，则进行步骤104，否则返回步骤103。

104：处于备用状态的控制器连续三次扫描处于主工作状态的控制器，判断连续的三次扫描是否均未接收到处于主工作状态的控制的心跳信号，若是，则判定达到切换条件，进行步骤105，否则返回步骤103。

105：处于主工作状态的控制器失去控制能力，处于备用状态的控制器将自身置为主工作状态，同时接管控制权，向寄存器输出控制数据。

其中，主工作状态是指控制器具备控制权，向寄存器输出控制数据；备用状态是指控制器只读取寄存器地址中的数据。

106：当原来处于主工作状态的控制器恢复正常工作后，检测接管控制权的控制器是否处于主工作状态，若接管控制权的控制器处于主工作状态，则进行步骤107，否则进行步骤108。

107：原来处于主工作状态的控制器将自身置为备用状态，并同步网关中的实时数据。

108：表明系统接管控制权的控制器没有行使控制功能，系统中没有主控制器，则原来处于主工作状态的控制器将自身置为主工作状态，接管控制权，向网关输出控制数据。

这样就可保证系统中只有一个处于主工作状态的控制器，在系统编程中实现互斥，防备出现双主或者双备的状态出现。

第二阶段：

出现集群控制器，控制器数量大于2台。

109：建立内部网络，进行区域内多个控制器的冗余决策。

110：将控制器以往测量的数据作为输入量,基于C4.5算法的自我学习功能，不断完善,得出决策树根节点，然后基于投票选举法选出最优控制器，使其智能化水平得到提高。

其中，控制器以往测量的数据包括：继电器的动作状态、电压、电流等参数。

其中，投票选举法是指区域内控制器的数量大于2台时，多重冗余系统提供多条独立的信号通道，并对输出进行表决出最优控制器。以3重冗余系统为例，3重冗余系统提供3条独立的信号通道，并对输出进行3选2表决。

例如，实际应用中使用N个相互隔离的、并行处于主工作状态的控制器，每扫描一次，N个处于主工作状态的控制器通过N重化总线与其相邻的N-1个处于主工作状态的控制器进行通信，达到同步；同时三重化总线可对其数据进行比较，并表决有效数据。

得出决策树根节点的过程包括：

S1：判断所有样本是否为同一类，若为同一类，则进行步骤S2，否则进行步骤S3；

S2：选择该类；

S3：生成叶节点；

S4：提取特征集；

S5：判断特征集是否为空，若为空，则进行步骤S6，否则进行步骤S7；

S6：选择数据集中占比最多的类，生成叶节点；

S7：判断特征值是否唯一，若唯一，则进行步骤S6，否则进行步骤S8；

S8：选择最优划分属性生成节点；

S9：判断遍历是否结束，若结束，则进行步骤S10，否则进行步骤S11；

S10：基于投票选举法选出最优控制器；

S11：生成数据子集；

S12：剔除最优划分属性。

以数据集如表1所示，共有14个样本，每个样本有4个属性，分别表示电流、电压、响应时间及继电器工作状态，最后一列代表分类结果，可以理解为是否适合出去控制。

表1数据集

Step21：计算14个样本的信息熵Entropy(S)，样本分为2类

Step22：分别计算按不同属性对S的划分信息熵，比如按照电流对S的划分信息熵Entropy_A(S)：

A＝电流；

S＝{S₁,S₂,S₃}＝{小＝4,大＝2+3,中＝2+3}；

Step23：计算以电流划分信息增益Gain：

Step24：计算分裂信息SplitE：

SplitE(电流)＝1.576。

Step25：计算电流信息增益率SainRatio：

Step26：重复Step22至Step25，按其他属性划分的信息增益率：

GainRatio(电压)＝0.019

GainRatio(响应时间)＝0.152

GainRatio(继电器工作状态)＝0.0497

比较按照各个属性划分的信息增益率的数值，选择数值最大所对应的属性作为根节点，比如当SainRatio(电流)最大，选电流这个参数作为根节点。

当N个控制点基于电流属性无法决策出控制器，这时引入数据融合理论中K/N规则，在N个选项中，有不小于K个支持的就是决策结果。

本领域技术人员还应当理解，结合本文的实施例描述的各种说明性的逻辑框、模块、电路和算法步骤均可以实现成电子硬件、计算机软件或其组合。为了清楚地说明硬件和软件之间的可交换性，上面对各种说明性的部件、框、模块、电路和步骤均围绕其功能进行了一般地描述。至于这种功能是实现成硬件还是实现成软件，取决于特定的应用和对整个系统所施加的设计约束条件。熟练的技术人员可以针对每个特定应用，以变通的方式实现所描述的功能，但是，这种实现决策不应解释为背离本公开的保护范围。

Claims (6)

1.地铁站台门控制系统控制器冗余方法，其特征在于，包括：

建立自治网络，进行两个控制器的冗余决策，两个控制器之间通过单独的RS-485串行总线进行心跳信号的互相监测，且两个控制器共用一个寄存器；

当处于备用状态的控制器检测到处于主工作状态的控制器的心跳信号达到切换条件时，则将自身置为主工作状态。

2.根据权利要求1所述的地铁站台门控制系统控制器冗余方法，其特征在于，当处于备用状态的控制器检测到处于主工作状态的控制器的心跳信号中断时，处于备用状态的控制器连续三次扫描处于主工作状态的控制器，若连续的三次扫描均未接收到处于主工作状态的控制的心跳信号，则判定达到所述切换条件。

3.根据权利要求2所述的地铁站台门控制系统控制器冗余方法，其特征在于，所述主工作状态是指控制器具备控制权，向寄存器输出控制数据；

所述备用状态是指控制器只读取寄存器地址中的数据。

4.根据权利要求3所述的地铁站台门控制系统控制器冗余方法，其特征在于，还包括：

当原来处于主工作状态的控制器恢复正常工作后，检测接管控制权的控制器是否处于主工作状态；

若接管控制权的控制器处于主工作状态，则将自身置为备用状态；

若接管控制权的控制器未处于主工作状态，则将自身置为主工作状态，接管控制权。

5.根据权利要求1或4所述的地铁站台门控制系统控制器冗余方法，其特征在于，

建立内部网络，进行区域内多个控制器的冗余决策，其中，区域内控制器的数量大于两个；

将控制器以往测量的数据作为输入量,基于C4.5算法的自我学习功能得出决策树根节点，然后基于投票选举法选出最优控制器。

6.根据权利要求5所述的地铁站台门控制系统控制器冗余方法，其特征在于，所述得出决策树根节点的过程包括：

S1：判断所有样本是否为同一类，若为同一类，则进行步骤S2，否则进行步骤S3；

S2：选择该类；

S3：生成叶节点；

S4：提取特征集；

S5：判断特征集是否为空，若为空，则进行步骤S6，否则进行步骤S7；

S6：选择数据集中占比最多的类，生成叶节点；

S7：判断特征值是否唯一，若唯一，则进行步骤S6，否则进行步骤S8；

S8：选择最优划分属性生成节点；

S9：判断遍历是否结束，若结束，则进行步骤S10，否则进行步骤S11；

S10：基于投票选举法选出最优控制器；

S11：生成数据子集；

S12：剔除最优划分属性。