CN109774489B - 一种二乘二取二冗余磁浮列车悬浮传感器及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种二乘二取二冗余磁浮列车悬浮传感器及控制方法，其中悬浮传感器包括热备控制模块和两个检测电路，热备控制模块分别与两个检测电路连接并输出间隙检测结果，检测电路包括二取二表决模块和两个检测分路，检测分路包括依次连接的感应线圈、线圈激励调理电路和运算处理电路，运算处理电路与二取二表决模块连接；任一检测电路的两个检测分路的检测结果进行二取二表决，当两者输出的差异小于阈值时，向热备控制模块输出，反之不输出结果并报警。与现有技术相比，本发明采用二乘二取二的悬浮传感器，一来可以解决采用两个传感器时制造成本过高、占用安装空间交大的问题，二来在保持冗余热备效果的同时可以提升输出准确度。
Description
技术领域
本发明涉及磁浮列车悬浮控制和传感领域，尤其是涉及一种二乘二取二冗余磁浮列车悬浮传感器及控制方法。
背景技术
磁浮列车被誉为“零高度飞行器”。磁浮列车用电磁力替代轮轨列车的车轮，提供支撑力和导向力，并通过直线电机推动列车前行，实现列车与轨道无接触运行。由于无摩擦运行的技术特点，磁浮列车具备超高速运行潜力，且建设、运营维护综合成本低。
悬浮传感器是磁浮列车的关键部件。悬浮传感器实时、高速地测量列车和轨道之间的间隙，将间隙测量值发送到列车控制器，列车控制器据此调整电磁力的大小，确保磁浮列车与轨道之间保持稳定的距离。可见，悬浮传感器的稳定可靠是保障磁浮列车安全、可靠、可用的重要部件。
目前，高速磁浮的悬浮传感器是用两个传感器独立测量悬浮间隙，控制器同时接受两个传感器的信号，即使一个悬浮传感器发生故障，也不会影响列车运行。但是这种设计方法明显增加了制造成本，而且需要较大的安装空间。目前工程应用的中低速磁浮悬浮传感器仅实现了探头和电源等局部冗余，一旦发生诸如核心处理器之类的单点故障，传感器将失效。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种二乘二取二冗余磁浮列车悬浮传感器及控制方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种二乘二取二冗余磁浮列车悬浮传感器，包括热备控制模块和两个检测电路，所述热备控制模块分别与两个检测电路连接并输出间隙检测结果，所述检测电路包括二取二表决模块和两个检测分路，所述检测分路包括依次连接的感应线圈、线圈激励调理电路和运算处理电路，所述运算处理电路与二取二表决模块连接；
任一检测电路的两个检测分路的检测结果进行二取二表决，当两者输出的差异小于阈值时，向热备控制模块输出，反之不输出结果并报警。
所述检测电路中的两个感应线圈呈中心对称绕制，且两个感应线圈均围绕对称中心绕制；
所述检测电路中的两个线圈激励调理电路采用的激励电流的频率互不相同。
当任一检测电路的两个检测分路的检测结果的差异小于阈值时，输出两分路中检测结果中的较小值或者平均值。
所述悬浮传感器包括两个电源，且两个电源分别与两个检测电路连接。
所述阈值为满流程的5％。
一种悬浮传感器的控制方法，包括：
步骤S1：所述热备控制模块接收两个检测电路的输出；
步骤S2：判断是否两个检测电路都存在输出，若为是，则采用顺位在前的检测电路的输出作为间隙检测结果，反之，则执行步骤S3；
步骤S3：采用存在输出的检测电路的输出作为间隙检测结果，并提示另一检测电路故障。
所述检测电路的二取二过程具体包括：
步骤S11：两个检测分路同步时钟；
步骤S12：接收两个检测分路的输出；
步骤S13：比较两个检测分路的输出，并判断两者的差异是否小于阈值，若是为，则输出结果并返回步骤S11，反之，则执行步骤S14；
步骤S14：中止输出并报警。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1)采用二乘二取二的悬浮传感器，一来可以解决采用两个传感器时制造成本过高、占用安装空间交大的问题，二来在保持冗余热备效果的同时可以提升输出准确度。
2)两个感应线圈呈中心对称绕制，且两个感应线圈均围绕对称中心绕制，结合检测电路中的两个线圈激励调理电路采用的激励电流的频率互不相同的方式，可以在减小线圈占用体积的同时，放置两个线圈的相互干扰。
3)包括2路电源，确保发生1路电源故障时传感器仍然能正常工作。
附图说明
图1为本发明的逻辑结构示意图；
图2为双线圈结构示意图；
图3为二取二表决流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
一种二乘二取二冗余磁浮列车悬浮传感器，可以确保传感器在发生单点故障时，仍然能准确、可靠地执行间隙检测，不影响列车的正常运营。同时，故障信息也会被识别并报警，列车完成运行任务后，维护人员可以根据故障报警信息更换传感器。
如图1所示，包括热备控制模块和两个检测电路，热备控制模块分别与两个检测电路连接并输出间隙检测结果，检测电路包括二取二表决模块和两个检测分路，检测分路包括依次连接的感应线圈、线圈激励调理电路和运算处理电路，运算处理电路与二取二表决模块连接；
任一检测电路的两个检测分路的检测结果进行二取二表决，当两者输出的差异小于阈值时，向热备控制模块输出，反之不输出结果并报警，其中，优选的，上述阈值为满量程的5％。
综上，悬浮传感器的感应和信号处理电路相互独立，即悬浮传感器包括4个感应线圈和4个线圈激励调理电路以及运算处理电路。
四路线圈激励调理电路和运算处理电路组合成A、B两部分。A路由A1、A2两检测分路构成，B路由B1、B2两检测分路构成。A、B两部分独立供电，即悬浮传感器包括2路电源，确保发生1路电源故障时传感器仍然能正常工作。
在A1和A2两个检测分路的末端，设置二取二表决模块，对A1和A2的悬浮间隙检测值进行实时比较，采用“二取二”表决，只有A1和A2两个分路的检测值差异小于设定值(如差异小于满量程的5％)时才对外输出悬浮间隙检测结果，否则禁止输出。同理，B1和B2两检测分路也设置表决模块，也采用“二取二”表决输出。
如图2所示，检测电路中的两个感应线圈呈中心对称绕制，且两个感应线圈均围绕对称中心绕制，这样可以减小传感器体积，以检测分路A为例，将A1、A2两个检测分路的线圈，绕制成中心对称的双线圈结构。线圈可以用金属线绕制，或者制作成印制电路板。并且检测电路中的两个线圈激励调理电路采用的激励电流的频率互不相同，这样可以防止两线圈相互干扰，同理，B1和B2也采用中心对称的双线圈结构。
激励电路产生高频振荡电流，进入感应线圈，在线圈中产生交变磁场。线圈面向金属轨道，在轨道表面产生感应电流，形成一个电涡流场。该电涡流场也产生一个方向与感应线圈方向相反的交变磁场，由于其反作用，感应线圈的高频电流的幅度和相位得到改变。在线圈、轨道参数确定的条件下，幅度和相位的改变和感应线圈到轨道的距离相关。经过调理电路进行信号处理，再经运算处理电路计算，得到感应线圈到轨道的距离。
当任一检测电路的两个检测分路的检测结果的差异小于阈值时，输出两分路中检测结果中的较小值或者平均值。
上述悬浮传感器的控制方法，包括：
步骤S1：热备控制模块接收两个检测电路的输出；
步骤S2：判断是否两个检测电路都存在输出，若为是，则采用顺位在前的检测电路的输出作为间隙检测结果，反之，则执行步骤S3；
步骤S3：采用存在输出的检测电路的输出作为间隙检测结果，并提示另一检测电路故障。
双机热备是一种提高系统可靠性的技术措施。由两台主机构成双机系统，其中一台主机处于工作状态，执行系统的输入、运算和输出功能，而另一台主机则处于热备份状态。一旦处于工作状态的主机发生故障，处于热备状态的主机能立即接管全部工作，所有任务无缝过渡到新主机执行。外部不会感受到系统的停顿或异常。双机热备大大提高了系统的可靠性与可用性，而且方便维修。
本申请的悬浮传感器A和B两路互为双机热备。在上述“二取二”表决模块未发现A路路或B路故障的条件下，双机热备控制模块默认输出A路表决结果。当A路或B路发生故障时，双机热备控制模块输出无故障电路的表决结果。
如图3所示，检测电路的二取二过程具体包括：
步骤S11：两个检测分路同步时钟；
步骤S12：接收两个检测分路的输出；
步骤S13：比较两个检测分路的输出，并判断两者的差异是否小于阈值，若是为，则输出结果并返回步骤S11，反之，则执行步骤S14；
步骤S14：中止输出并报警。
如此，A路或B路发生单点故障时，会导致对应的表决结果不一致，悬浮传感器发送故障报警信号，提示维护人员处理故障。单点故障不会影响列车正常运行，列车完成运行任务后，维护人员可以根据故障报警信息更换传感器。
“二取二”是铁路信号系统故障导向安全的一种技术措施，属于动态冗余技术。利用多硬件保障系统的可靠性。每套系统采用两台相同的计算机进行数据处理，两台计算机同时采集同一工作数据，当两台计算机产生的命令结果相同时，系统将结果作为最终命令执行，结果不一致则不予执行。
本申请借用铁路信号系统“二取二”的技术措施，将其应用于悬浮传感器。以分路A1和A2为例，这两个检测分路采用尺寸结构相同的中心对称感应线圈，检测轨道上相同的位置，具有相同的线圈激励调理电路，经过相同的运算处理程序，理论上这两个分路的检测结果应该相同。“二取二”表决模块实时比较两个分路的检测结果。
Claims (6)
1.一种二乘二取二冗余磁浮列车悬浮传感器的控制方法，其特征在于，所述悬浮传感器包括热备控制模块和两个检测电路，所述热备控制模块分别与两个检测电路连接并输出间隙检测结果，所述检测电路包括二取二表决模块和两个检测分路，所述检测分路包括依次连接的感应线圈、线圈激励调理电路和运算处理电路，所述运算处理电路与二取二表决模块连接；任一检测电路的两个检测分路的检测结果进行二取二表决，当两者输出的差异小于阈值时，向热备控制模块输出，反之不输出结果并报警；
所述方法包括：
步骤S1：所述热备控制模块接收两个检测电路的输出；
步骤S2：判断是否两个检测电路都存在输出，若为是，则采用顺位在前的检测电路的输出作为间隙检测结果，反之，则执行步骤S3；
步骤S3：采用存在输出的检测电路的输出作为间隙检测结果，并提示另一检测电路故障。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述检测电路中的两个感应线圈呈中心对称绕制，且两个感应线圈均围绕对称中心绕制；
所述检测电路中的两个线圈激励调理电路采用的激励电流的频率互不相同。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当任一检测电路的两个检测分路的检测结果的差异小于阈值时，输出两分路中检测结果中的较小值或者平均值。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述悬浮传感器包括两个电源，且两个电源分别与两个检测电路连接。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述阈值为满流程的5%。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述检测电路的二取二过程具体包括：
步骤S11：两个检测分路同步时钟；
步骤S12：接收两个检测分路的输出；
步骤S13：比较两个检测分路的输出，并判断两者的差异是否小于阈值，若为是，则输出结果并返回步骤S11，反之，则执行步骤S14；
步骤S14：中止输出并报警。
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