CN109976208A - 一种联锁i/o系统及控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种联锁I/O系统,包括I/O通信板WG、输入板和输出板;I/O通信板WG。一种联锁I/O系统模块的控制方法,输入模块采集当前设备的状态,输入模块发送当前状态给联锁机,进行联锁运算,联锁发送控制命令,输出模块接收控制命令,输出模块驱动相应的模块,驱动成功后,输入模块采集当前设备的状态,根据新的状态信息和操作命令,进行执行操作。输入板和输出板采用的是二取二安全智能I/O模块,其功能主要是联锁命令的执行和联锁运算所需的信息采集,包括安全智能采集模块和安全智能驱动模块,输入板和输出板具有丰富的面板指示灯,可判断其工作是否正常,方便维修。
Description
技术领域
本发明涉及控制领域,更确切地说是一种联锁I/O系统及控制方法。
背景技术
近年来,铁路车站自动控制技术发展迅猛,构成该控制系统的联锁运算计算机、联锁软件逻辑和驱动执行电路等核心部件有了很大的发展和提升。国内铁路行业在积极引进国外先进技术的基础上,逐步向国产化方向迈进。
运行核心联锁软件的计算机不再是通用工业计算机,已升级到具有故障-安全特性的专用计算机平台,国内铁路以二取二制式为主。驱动执行电路出现了从继电器式电路向电子化执行电路的发展趋势。
为了适应当前铁路行业发展趋势、提升公司产品品质,更好的满足客户要求,启动亨钧新联锁I/O系统的研发。
发明内容
本发明的目的是提供一种联锁I/O系统及控制方法,其可以解决现有技术中的上述缺点。
本发明采用以下技术方案:
一种联锁I/O系统,包括I/O通信板WG、输入板和输出板;
I/O通信板WG,其实现联锁机与输入输出板数据的发送与接收,完成协议数据的互相转化;
输入板,其采集联锁运算所需的信息,每块采集板为24路采集模块,采集为高电平有效;
输出板负责联锁命令的执行,每块驱动板为24路驱动模块,驱动输出为+24V 电源,能使相应的继电器励磁。
输入板可以对轨道电路、信号机、道岔等表示的采集,每个输入板可完成 24个功能点采集。
输出板可以对信号、道岔等的控制功能,每个输出板可完成24个功能点控制。
输入板和输出板均采用ARM为核心的微处理器,双CPU同步,为二取二安全冗余结构。
输入板和输出板均可以通过面板指示灯判断其工作是否正常,其前面板上设有RUN灯显示是否正常工作,当有采集信号时对应的指示灯点亮,输入板故障时,前面板上的ERR灯亮红灯。
所述输入板包括:
电源模块提供一路工作DC24V电源,经过HZ05-24S5得到独立的5V的电源,然后从5V电源经NCP5661得到3.3V的电源分别给其他模块;
通信模块的功能主要是CAN通信,联锁机与输入输出IO系统采用CAN总线通信,采用与关系的双网络保证安全;
看门狗模块,其可防止软件死机;
点灯模块,点灯模块可点亮指示类,且指示灯包括电源指示灯、CPU运行灯、故障灯、CAN通信灯、CAN故障灯、采集状态指示灯,采集状态指示灯由硬件电路点亮;
采集模块:每个输入板可以采集24路状态信息,其采集到24V信号,经过电路处理,将信号送给CPU,CPU将采集到信号状态进行判断,经过SPI比较,从而得出当前采集点状态,并点亮相应指示灯。
采电模块包括整形电路,且所述整形电路将室外的状态进行信号采集,然后传送至光电耦合器件,然后将信号输送至主机和从机,主机生成采集到的状态信息,且主机与从机之间通过SPI进行通信。
电源模块:其提供一路工作DC24V电源,经过HZ05-24S5得到独立的5V的电源,然后从5V电源经NCP5661得到3.3V的电源分别给其他模块;
通信模块:其通信功能主要是CAN通信,联锁机与输入输出IO系统采用CAN 总线通信,采用与关系的双网络保证安全。
看门狗模块:其防止软件死机;
单元模块—点灯模块,点灯模块中指示灯包括电源指示灯、CPU运行灯、故障灯、CAN通信灯、CAN故障灯、采集状态指示灯;
驱动模块;每个输出板可以控制24路外部设备,模块收到联锁下发驱动命令,驱动相应输出模块,使其输出24V信号,从而驱动外部继电器设备,并点亮相应指示灯。
主机和从机接收到驱动命令后,将其输送至双精密单稳态触发器CD4538, 然后输送至光电耦合器件,然后送出24V电源。
一种联锁I/O系统模块的控制方法,输入模块采集当前设备的状态,输入模块发送当前状态给联锁机,进行联锁运算,联锁发送控制命令,输出模块接收控制命令,输出模块驱动相应的模块,驱动成功后,输入模块采集当前设备的状态,根据新的状态信息和操作命令,进行执行操作。
本发明的优点是:输入板和输出板采用的是二取二安全智能I/O模块,其功能主要是联锁命令的执行和联锁运算所需的信息采集,包括安全智能采集模块和安全智能驱动模块,输入板和输出板具有丰富的面板指示灯,可判断其工作是否正常,方便维修。
附图说明
下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明,其中:
图1是本发明的逻辑架构示意图。
图2是本发明中输入板的指示灯的电路图。
图3是本发明中输出板的指示灯的电路图。
图4是本发明中的输入板采集模块的电路图。
图5是本发明中的输出板采集模块的电路图。
图6为本发明联锁I/O系统模块的控制方法的流程图。
具体实施方式
下面进一步阐述本发明的具体实施方式:
一种联锁I/O系统,包括I/O通信板WG、输入板和输出板;
I/O通信板WG,其实现联锁机与输入输出板数据的发送与接收,完成协议数据的互相转化;输入板,其采集联锁运算所需的信息,每块采集板为24路采集模块,采集为高电平有效;输出板负责联锁命令的执行,每块驱动板为24路驱动模块,驱动输出为+24V电源,能使相应的继电器励磁。
联锁I/O系统主要指联锁I/O机笼,机笼包括I/O通信板WG、输入板和输出板。输入板和输出板采用的是二取二安全智能I/O模块,其功能主要是联锁命令的执行和联锁运算所需的信息采集,包括安全智能采集模块和安全智能驱动模块。输入板主要负责联锁运算所需的信息采集,每块采集板为24路采集模块,采集为高电平有效。输出板主要负责联锁命令的执行,每块驱动板为24路驱动模块,驱动输出为+24V电源,能使相应的继电器励磁。输入板和输出板均具有完善的自诊断功能,采集输出均采用二取二结构。输入板和输出板具有丰富的面板指示灯,可判断其工作是否正常,方便维修。
如图1所示,联锁I/O系统整体逻辑架构图,联锁I/O系统主要指联锁I/O 机笼,机笼包括I/O通信板WG、输入板和输出板。联锁机与输入输出IO系统采用CAN总线通信,采用与关系的双网络保证安全。联锁机I和联锁机II通过收到网关数据判断是否有输出版或输入板损坏,如果有损坏,则将输入输出板切换至备用输入输出板。输入输出板切换的实现是联锁机通过CAN协议告诉网关是主机还是备机,如果是主机则正常通信,如果是备机则禁止控制命令下发给输入输出板。网关地址定义:1——5为主机输入;6——10为主机输出;11——15为备机输入;16——20位备机输出。
I/O通信板,WG网关主要负责完成联锁I/O机笼和联锁机之间的通信。联锁机与输入输出IO系统采用CAN总线通信,采用与关系的双网络保证安全。输入板主要完成对轨道电路、信号机、道岔等表示的采集功能。每个输入板可完成24个功能点采集。
输入板采用ARM为核心的微处理器,双CPU同步,为二取二安全冗余结构。外形尺寸(mm):225.04(D)×261.85(H)×40.64(W)。可以应用在单系中,也可以用在可靠性更高的双系中。
如图2所示,输入板可以通过面板指示灯判断其工作是否正常。在正常运行时,其前面板上的RUN灯正常闪烁,当有采集信号时对应的指示灯点亮,如 D1灯、D2灯、D3灯点黄灯。输入板故障时,前面板上的ERR灯亮红灯。
输出板主要完成对信号、道岔等的控制功能。每个输出板可完成24个功能点控制。输出板采用ARM为核心的微处理器,双CPU同步,为二取二安全冗余结构。外形尺寸(mm):225.04(D)×261.85(H)×40.64(W)。可以应用在单系中,也可以用在可靠性更高的双系中。如图3所示,输出板可以通过面板指示灯判断其工作是否正常。在正常运行时,其前面板上的RUN灯正常闪烁,当有输出信号时对应的指示灯点亮,如D1灯、D2灯、D3灯点黄灯。输出板故障时,前面板上的ERR灯亮红灯。
联锁I/O系统主要包括I/O通信板WG、输入板和输出板。输入板和输出板采用的是二取二安全智能I/O模块,其功能主要是联锁命令的执行和联锁运算所需的信息采集,包括安全智能采集模块和安全智能驱动模块。系统主要实现 6502继电器组合的状态采集及继电器动作控制,实现电气集中联锁。
I/O通信板WG实现联锁机与输入输出板数据的发送与接收;完成协议数据的互相转化。
输入板主要负责联锁运算所需的信息采集,每块采集板为24路采集模块,采集为高电平有效。4.2.1单元模块--电源模块
模块提供一路工作DC24V电源,经过HZ05-24S5得到独立的5V的电源,然后从5V电源经NCP5661得到3.3V的电源分别给其他模块。
输入板包括:
通信模块,通信功能主要是CAN通信。联锁机与输入输出IO系统采用CAN 总线通信,采用与关系的双网络保证安全。看门狗模块,该模块功能是防止软件死机。点灯模块,点灯模块中指示灯包括电源指示灯、CPU运行灯、故障灯、CAN 通信灯、CAN故障灯、采集状态指示灯。采集状态指示灯由硬件电路点亮。采集模块,每个输入板可以采集24路状态信息。以一路状态信息采集为例,采集到 24V信号,经过电路处理,将信号送给CPU,CPU将采集到信号状态进行判断,经过SPI比较,从而得出当前采集点状态,并点亮相应指示灯。图4为输入板采集模块逻辑电路。
输出板主要负责联锁命令的执行,每块驱动板为24路驱动模块,驱动输出为+24V电源,能使相应的继电器励磁。输出板包括:电源模块,模块提供一路工作DC24V电源,经过HZ05-24S5得到独立的5V的电源,然后从5V电源经NCP5661得到3.3V的电源分别给其他模块。通信模块,通信功能主要是CAN通信。联锁机与输入输出IO系统采用CAN总线通信,采用与关系的双网络保证安全。看门狗模块,该模块功能是防止软件死机。点灯模块,点灯模块中指示灯包括电源指示灯、CPU运行灯、故障灯、CAN通信灯、CAN故障灯、采集状态指示灯。输出板驱动指示灯由硬件电路点亮。驱动模块,每个输出板可以控制24 路外部设备。以一路驱动电路为例,模块收到联锁下发驱动命令,驱动相应输出模块,使其输出24V信号,从而驱动外部继电器设备,并点亮相应指示灯。图5输出板驱动模块逻辑电路。
如图6所示,本发明还公开了一种联锁I/O系统模块的控制方法,输入模块采集当前设备的状态,输入模块发送当前状态给联锁机,进行联锁运算,联锁发送控制命令,输出模块接收控制命令,输出模块驱动相应的模块,驱动成功后,输入模块采集当前设备的状态,根据新的状态信息和操作命令,进行执行操作。输入板和输出板采用的是二取二安全智能I/O模块,其功能主要是联锁命令的执行和联锁运算所需的信息采集,包括安全智能采集模块和安全智能驱动模块。输入板主要负责联锁运算所需的信息采集,每块采集板为24路采集模块,采集为高电平有效。输出板主要负责联锁命令的执行,每块驱动板为24 路驱动模块,驱动输出为+24V电源,能使相应的继电器励磁。
联锁I/O系统主要指联锁I/O机笼,机笼包括I/O通信板WG、输入板和输出板。输入板和输出板采用的是二取二安全智能I/O模块,其功能主要是联锁命令的执行和联锁运算所需的信息采集,包括安全智能采集模块和安全智能驱动模块。
输入板主要负责联锁运算所需的信息采集,每块采集板为24路采集模块,采集为高电平有效。
输出板主要负责联锁命令的执行,每块驱动板为24路驱动模块,驱动输出为+24V电源,能使相应的继电器励磁。
模块硬件设计中采用的故障安全原则包括:
检查的-冗余原则:冗余原则主要体现在模块都采用的是“二取二”逻辑设计结构,如输入板、输出板模块中包括CPU1子单元和CPU2子单元,这两个子单元互相独立,单独完成各自的功能。冗余原则还体现在所有模块之间数据通信都是采用冗余CAN总线方式连接。
差异性原则:差异性原则主要体现模块的控制模块中,它有两个独立的控制子单元,这两个子单元中的控制代码是存在差异的。
硬件设计:可靠性;成熟度;简单化;通道间的独立性,防止共模故障。
输入板和输出板采用的是二取二安全智能I/O模块,其功能主要是联锁命令的执行和联锁运算所需的信息采集,包括安全智能采集模块和安全智能驱动模块。输入板主要负责联锁运算所需的信息采集,每块采集板为24路采集模块,采集为高电平有效。输出板主要负责联锁命令的执行,每块驱动板为24路驱动模块,驱动输出为+24V电源,能使相应的继电器励磁。
本发明中系统运行环境条件:
环境条件:
工作温度:0~40℃;
相对湿度:不大于90%(室温+25℃);
大气压力:74.8~106.2kPa(相当于海拔高度不超过2500米);
引入外电源的零地电位差不大于1.0V;
计算机设备场地应符合GB/T2887-2000《电子计算机场地通用规范》所规定开机时的B级要求。
电源条件:计算机联锁的用电宜作为一级负荷,由两路独立电源供电,并且有自动转接功能,以保证不间断供电;主副电源采取低压切换(包括手动和自动)时,电源中断时间不得大于0.15S,在此期间,与电子设备相关的电源电压跃变不得超过5%。计算机联锁和电子模块设专业电源,并与外电源相隔离。
计算机和电子设备的直流电源应具有有效去除脉冲及浪涌干扰的性能。当计算机联锁的外部电源不具备不间断供电性能时,计算机和电子设备的直流电源应具有不间断供电的性能。
电气特性参数:功率:6W;电源要求:输入电压:DC28V±8%;输入电流:≤0.20A;受控对象:6502电路中各继电器组合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种联锁I/O系统,其特征在于,包括I/O通信板WG、输入板和输出板;
I/O通信板WG,其实现联锁机与输入输出板数据的发送与接收,完成协议数据的互相转化;
输入板,其采集联锁运算所需的信息,每块采集板为24路采集模块,采集为高电平有效;
输出板负责联锁命令的执行,每块驱动板为24路驱动模块,驱动输出为+24V电源,能使相应的继电器励磁。
2.根据权利要求1所述的联锁I/O系统,其特征在于,输入板可以对轨道电路、信号机、道岔等表示的采集,每个输入板可完成24个功能点采集。
3.根据权利要求1所述的联锁I/O系统,其特征在于,输出板可以对信号、道岔等的控制功能,每个输出板可完成24个功能点控制。
4.根据权利要求2或3所述的联锁I/O系统,其特征在于,输入板和输出板均采用ARM为核心的微处理器,双CPU同步,为二取二安全冗余结构。
5.根据权利要求2所述的联锁I/O系统,其特征在于,输入板和输出板均可以通过面板指示灯判断其工作是否正常,其前面板上设有RUN灯显示是否正常工作,当有采集信号时对应的指示灯点亮,输入板故障时,前面板上的ERR灯亮红灯。
6.根据权利要求2所述的联锁I/O系统,其特征在于,所述输入板包括:
电源模块提供一路工作DC24V电源,经过HZ05-24S5得到独立的5V的电源,然后从5V电源经NCP5661得到3.3V的电源分别给其他模块;
通信模块的功能主要是CAN通信,联锁机与输入输出IO系统采用CAN总线通信,采用与关系的双网络保证安全;
看门狗模块,其可防止软件死机;
点灯模块,点灯模块可点亮指示类,且指示灯包括电源指示灯、CPU运行灯、故障灯、CAN通信灯、CAN故障灯、采集状态指示灯,采集状态指示灯由硬件电路点亮;
采集模块:每个输入板可以采集24路状态信息,其采集到24V信号,经过电路处理,将信号送给CPU,CPU将采集到信号状态进行判断,经过SPI比较,从而得出当前采集点状态,并点亮相应指示灯。。
7.根据权利要求6所述的联锁I/O系统,其特征在于,采电模块包括整形电路,且所述整形电路将室外的状态进行信号采集,然后传送至光电耦合器件,然后将信号输送至主机和从机,主机生成采集到的状态信息,且主机与从机之间通过SPI进行通信。
8.根据权利要求3所述的联锁I/O系统,其特征在于,
电源模块:其提供一路工作DC24V电源,经过HZ05-24S5得到独立的5V的电源,然后从5V电源经NCP5661得到3.3V的电源分别给其他模块;
通信模块:其通信功能主要是CAN通信,联锁机与输入输出IO系统采用CAN总线通信,采用与关系的双网络保证安全。
看门狗模块:其防止软件死机;
单元模块—点灯模块,点灯模块中指示灯包括电源指示灯、CPU运行灯、故障灯、CAN通信灯、CAN故障灯、采集状态指示灯;
驱动模块;每个输出板可以控制24路外部设备,模块收到联锁下发驱动命令,驱动相应输出模块,使其输出24V信号,从而驱动外部继电器设备,并点亮相应指示灯。
9.根据权利要求8所述的联锁I/O系统,其特征在于,主机和从机接收到驱动命令后,将其输送至双精密单稳态触发器CD4538,然后输送至光电耦合器件,然后送出24V电源。
10.一种联锁I/O系统模块的控制方法,其特征在于,输入模块采集当前设备的状态,输入模块发送当前状态给联锁机,进行联锁运算,联锁发送控制命令,输出模块接收控制命令,输出模块驱动相应的模块,驱动成功后,输入模块采集当前设备的状态,根据新的状态信息和操作命令,进行执行操作。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20190705 |