CN110716421B - 执行单元切换电路、包括其的电子执行系统和切换方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电子执行单元切换电路，包括：第一支路，所述第一支路的一端可接电源正极，另一端可接电源负极；第二支路，所述第二支路与所述第一支路并联；和第一继电器和第二继电器，其中所述第一继电器的继电器线圈和所述第二继电器的继电器接点串联在所述第一支路中，所述第二继电器的继电器线圈和所述第一继电器的继电器接点串联在所述第二支路中。

Description

执行单元切换电路、包括其的电子执行系统和切换方法

技术领域

本发明属于交通信息工程及控制领域，涉及一种铁路信号的自动控制系统，更具体地涉及一种切换电路控制铁路信号电子执行单元冗余切换的装置。

背景技术

现有的联锁平台开发中，联锁体系结构一般采用二乘二取二平台。由A，B(I、II)两系相同的二取二结构组成，内部运行相同结构的软件(同构)或不同结构的软件(异构)。每系设置两个硬件完全相同的CPU。正常情况下，一系为逻辑主用，另一系为逻辑备用，两系互为主备。每一系的两个CPU同步运行，当主系发生故障时自动切换至备系。

为了保证计算机联锁系统的高度可靠性和安全性，系统在硬件上都采用冗余结构形式。计算机联锁系统采用冗余结构的实质在于用冗余的相同性能的联锁机、电子执行单元来提高系统的可靠性和可用性。增加的电子执行单元性能和功能与原电子执行单元相同，从完成系统功能的角度来看是多余的，但从提高系统运行的可靠性和可用性角度来看是很有必要的。

铁路信号电子执行单元是计算机联锁系统中的执行表示层设备。电子执行单元主备冗余安全切换系统(电路)，目前国内外没有较为成熟的技术。国外西门子、ABB、日本京山、庞巴迪的相关系统基本是单系运行。据申请人了解，目前没有公开相关冗余切换技术。

背景技术部分的内容仅仅是发明人所知晓的技术，并不当然代表本领域的现有技术。

发明内容

针对现有技术存在问题中的一个或多个，本发明提供一种执行单元切换电路，包括：第一支路，所述第一支路的一端可接电源正极，另一端可接电源负极；第二支路；所述第二支路与所述第一支路并联；和第一继电器和第二继电器，其中所述第一继电器的继电器线圈和所述第二继电器的继电器接点串联在所述第一支路中，所述第二继电器的继电器线圈和所述第一继电器的继电器接点串联在所述第二支路中。

根据本发明的一个方面，所述第一支路中串联有第一常闭开关，所述第二支路中串联有第二常闭开关，优选的，所述第一支路中串联有第一电阻，所述第二支路中串联有第二电阻。

根据本发明的一个方面，所述执行单元切换电路配置成切换第一执行单元和第二执行单元，所述第一支路中串联有第一受控开关，所述第二支路中串联有第二受控开关，其中所述第一受控开关受所述第一执行单元控制，当所述第一执行单元工作时，所述第一受控开关闭合，反之断开；所述第二受控开关受所述第二执行单元控制，当所述第二执行单元工作时，所述第二受控开关闭合，反之断开。

根据本发明的一个方面，还包括第三支路和第三继电器，所述第三支路分别与所述第一支路和第二支路并联，所述第三继电器的继电器线圈串联在所述第三支路中，所述第三继电器具有两个继电器接点，其中一个继电器接点可连接在所述第一执行单元与外部设备之间，另一个继电器接点可连接在所述第二执行单元与外部设备之间。

本发明还提供一种电子执行系统，包括：第一执行单元，所述第一执行单元配置成可与外部设备耦合以控制所述外部设备工作；第二执行单元，所述第二执行单元配置成可与外部设备耦合以控制所述外部设备工作；如上所述的执行单元切换电路，所述执行单元切换电路与所述第一执行单元和第二执行单元耦合，并配置成在所述第一执行单元和第二执行单元之间切换。

根据本发明的一个方面，所述执行单元切换电路的所述第一支路中串联有第一受控开关，所述第二支路中串联有第二受控开关，其中所述第一受控开关受所述第一执行单元控制，当所述第一执行单元工作时，所述第一受控开关闭合，反之断开；所述第二受控开关受所述第二执行单元控制，当所述第二执行单元工作时，所述第二受控开关闭合，反之断开。

根据本发明的一个方面，所述第一执行单元包括第四继电器，所述第二执行单元包括第五继电器，其中所述第四继电器的继电器线圈与所述第一执行单元的驱动模块并联，所述第一受控开关是所述第四继电器的继电器接点，所述第五继电器的继电器线圈与所述第二执行单元的驱动模块并联，所述第二受控开关是所述第五继电器的继电器接点。

根据本发明的一个方面，所述第一执行单元包括第一检测电路，所述第一检测电路配置成检测第二执行单元是否正常工作；所述第二执行单元包括第二检测电路，所述第二检测电路配置成检测第一执行单元是否正常工作。

根据本发明的一个方面，所述第一检测电路通过检测所述第二执行单元中的第五继电器的继电器线圈是否通电来检测所述第二执行单元是否正常工作，所述第二检测电路通过检测所述第一执行单元中的第四继电器的继电器线圈是否通电来检测所述第一执行单元是否正常工作。

本发明还提供一种使用如上所述的执行单元切换电路在第一执行单元和第二执行单元之间进行切换的方法，包括：当需要从第一执行单元切换至第二执行单元时，断开所述第一支路，使得第二支路闭合；当需要从第二执行单元切换至第一执行单元时，断开所述第二支路，使得第一支路闭合。

根据本发明的一个方面，该方法还包括：检测所述第一执行单元和第二执行单元是否正常工作，当所述第一执行单元和第二执行单元其中一个没有正常工作时，通过所述执行单元切换电路切换至所述第一执行单元和第二执行单元中的另一个。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是根据本发明的一个实施例的执行单元切换电路以及电子执行系统的示意图；

图2是根据本发明的另一个实施例的执行单元切换电路以及电子执行系统的示意图。

具体实施方式

在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"坚直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语"安装"、"相连"、"连接"应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接:可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之"上"或之"下"可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征"之上"、"上方"和"上面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征"之下"、"下方"和"下面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

下面参考图1描述根据本发明的第一实施例的执行单元切换电路10以及电子执行系统100。首先描述执行单元切换电路10。如图1所示，执行单元切换电路10可连接在全电子执行单元I系20(第一执行单元)和全电子执行单元II系30(第二执行单元)之间，从而可以在全电子执行单元I系和II系之间进行切换。

全电子执行单元优选的是建立在软、硬件双重防护基础上的二取二(逻辑“与”)安全结构电子执行、监督和监测系统,是计算机联锁的执行、表示电路,由信号、道岔、轨道、零散等各种不同电子执行单元构成,具有命令执行、状态采集、动作监测、故障保护等功能。电子执行单元采用控制、监督、监测一体化的方式，严格执行联锁机指令，并通过监测通道向维修机提供轨道电压、道岔电流、道岔动作时间等过程数据。

外部设备例如包括转辙机、轨道电路、信号机等车站信号设备。

系统在正常热备状态下工作时，控制原则为：作为主模式工作的电子执行单元控制输出有效；主电子执行单元故障后，备电子执行单元工作模式转为主工作模式。双机切换既要完成热备情况下的主备故障自动切换，又要保证人工手动切换。保证系统可单机工作，同时对另一电子执行单元进行维护、检修及在线测试。使软、硬件和电路结构简单，符合故障导向安全侧的原则。

本发明中的开关可以有多种类型。冗余切换系统可以用于铁路信号电子执行单元中的道岔启动电路、信号机点灯电路、电码化编码/发码及传递电路、闭塞电路、场间/站间联系电路、轨道电路、开关量采集电路、继电器驱动电路电子执行单元。

图1所示的执行单元切换电路10包括第一支路和第二支路。第一支路例如为图1中切换电路10左侧的支路，第二支路例如为图1中切换电路10右侧的支路。第一支路和第二支路并联，一端可接电源，例如图1中的VCC电源，另一端可接电源负极GND。执行单元切换电路10还包括第一继电器A和第二继电器B，其中所述第一继电器A的继电器线圈A1和所述第二继电器B的继电器接点B2串联在所述第一支路中，所述第二继电器B的继电器线圈B1和所述第一继电器A的继电器接点A2串联在所述第二支路中。所述继电器接点A2和B2例如可以是常闭接点。

根据本发明的一个优选实施例，所述第一支路中串联有第一常闭开关11，所述第二支路中串联有第二常闭开关12，优选的，所述第一支路中串联有第一电阻R1，所述第二支路中串联有第二电阻R2，R1和R2的阻值优选不同。所述第一常闭开关11和第二常闭开关12例如为手动开关，可以对全电子执行单元I系和II系进行手动切换。

根据本发明的一个优选实施例，所述第一支路中串联有第一受控开关13，所述第二支路中串联有第二受控开关14，其中所述第一受控开关13受所述全电子执行单元I系20控制，当所述全电子执行单元I系20正常工作时(例如当全电子执行单元I系20的驱动模块正常工作时)，所述第一受控开关13闭合，反之当所述全电子执行单元I系20非正常工作或断电时(例如当全电子执行单元I系20的驱动模块非正常工作时)，所述第一受控开关13断开；所述第二受控开关14受所述全电子执行单元I系30控制，当所述全电子执行单元I系30正常工作时(例如当全电子执行单元II系30的驱动模块正常工作时)，所述第二受控开关14闭合，反之当所述全电子执行单元II系30非正常工作或断电时(例如当全电子执行单元II系30的驱动模块非正常工作时)，所述第二受控开关14断开。

下面参考图2描述根据本发明的第二实施例的执行单元切换电路10’以及电子执行系统100’。与第一实施例相同或相对应的部件，用相同或相对应的附图标记标识。下面重点描述第二实施例与第一实施例不同之处。

如图2所示，所述执行单元切换电路10’还包括第三支路和第三继电器C，所述第三支路分别与所述第一支路和第二支路并联，所述第三继电器C的继电器线圈与第一继电器的常闭接点A3、第二继电器的常开接点B3与第三电阻R3串联在所述第三支路中，所述第三继电器具有前后两个继电器接点：例如常闭接点C3和常开接点C4，其中一个继电器接点C3(继电器后接点)可连接在所述第一执行单元20’与外部设备之间，另一个继电器接点C4(继电器前接点)可连接在所述第二执行单元30’与外部设备之间。

下面参考图2描述根据本发明的一种电子执行系统100’。电子执行系统100’包括：

第一执行单元20’，所述第一执行单元20’配置成可与外部设备耦合以控制所述外部设备工作；

第二执行单元30’，所述第二执行单元30’配置成可与外部设备耦合以控制所述外部设备工作；

执行单元切换电路10’，所述执行单元切换电路10’与所述第一执行单元20’和第二执行单元30’耦合，并配置成在所述第一执行单元20’和第二执行单元30’之间切换，使得只有其中一个执行单元能够对所述外部设备进行控制。

根据一个优选的实施方式，所述第一执行单元20’包括第四继电器ZA，所述第二执行单元30’包括第五继电器ZB，其中所述第四继电器ZA的继电器线圈与所述第一执行单元的驱动模块并联，所述第一受控开关13是所述第四继电器ZA的继电器接点，所述第五继电器ZB的继电器线圈与所述第二执行单元的驱动模块并联，所述第二受控开关14是所述第五继电器ZB的继电器接点。

根据一个优选的实施方式，所述第一执行单元20’包括第一检测电路201，所述第一检测电路201配置成实时检测第二执行单元30’是否在线和/或是否正常工作；所述第二执行单元30’包括第二检测电路301，所述第二检测电路301配置成实时检测第一执行单元20’是否在线和/或是否正常工作。对方不在线和/或不正常工作的情况下(电子执行单元接触不良、故障、更换时拔掉电子执行单元等)，电子执行单元以单机模式运行。

根据一个优选的实施方式，其中所述第一检测电路201通过检测所述第二执行单元30’中的第五继电器ZB的继电器线圈是否通电来检测所述第二执行单元是否正常工作，所述第二检测电路301通过检测所述第一执行单元中的第四继电器的继电器线圈是否通电来检测所述第一执行单元是否正常工作。例如，第二检测电路301可以与一个继电器接点ZA1相耦合，继电器接点ZA1为继电器ZA的继电器接点。当继电器ZA的线圈通电时，继电器接点ZA1闭合，从而第二检测电路301的电路闭合，从而可以检测出第一执行单元20’处于正常工作状态。继电器接点ZA1和继电器接点13可以是同一个继电器接点，也可以是不同的继电器接点，或通过传递信号(例如电平、频率、脉冲、数字信号等)的方式，这些都在本发明的保护范围内。第一检测电路201的工作原理也可以是相同的。

根据本发明的一个优选实施方式，在所述第一执行单元20’的驱动模块与继电器接点C3之间连接有第四继电器ZA的另一个接点ZA2，在所述第二执行单元30’的驱动模块与继电器接点C4之间连接有第五继电器ZB的另一个接点ZB2。接点ZA2和ZB2例如均为常开接点。例如当所述第一执行单元20’的驱动模块发生故障时，接点ZA2断开。所述第二执行单元30’的驱动模块发生故障时，接点ZB2断开。

下面描述图2所示的执行单元切换电路10’和电子执行系统100’的工作方式。

电子执行单元I系和II系为互为主备冗余的系统电子执行单元。电子执行单元内部均包含执行电路和冗余检测电路，用于检测对方是否处于工作状态。11、12为手动切换开关，可以对电子执行单元I系和II系进行手动切换，切换开关可以为按钮或者旋钮等其他形式。切换开关11与电子执行单元I系和继电器A相连接，12与电子执行单元II系和继电器B相连接。手动开关也可以是一种旋转开关，有自复位功能。常态自动位，左为I系工作，右为II系工作，旋转后自动恢复到自动位。

上电之后，电子执行单元I系和II系争抢主备状态。由于切换电路设置的参数差异(例如由于R1和R2阻值不同而造成电流大小不同，例如电阻小的支路先导通；或者继电器A1和B1的参数差异、或者由于第一执行单元13、第二执行单元14因产品时钟频率误差、上电启动完成时间差异，会导致其中一个支路先导通)，其中一个系系会优先工作。若I系工作，则I系为主电子执行单元，继电器A的线圈A1吸起，接点A2断开，此时II系为备用电子执行单元。若I系故障，继电器ZA断电，继电器接点13断开，继电器A的线圈落下，接点A2闭合，继电器B线圈B1吸起，II系正常工作。此时完成了I系与II系之间的切换，II系正常工作。具体工作模式如下。

未上电时，各电子执行单元状态如下。

a.电子执行单元I系、II系无电，13、14断开；

b.切换系统无电，A1、B1失磁，A2、B2闭合，C3闭合,C4断开，11、12闭合。

上电时，各电子执行单元状态如下：

a.电子执行单元I系上电后，先进入正常工作状态：电子执行单元I系的继电器接点13闭合，此时，电源VCC经过开关11闭合、継电器接点13闭合，GND经过B2闭合，在A1两端形成压差，使A1励磁吸起，致使A2断开、C3闭合；

b.电子执行单元II系上电后，后进入正常工作状态，电子执行单元II系的继电器接点14闭合，此时，电源VCC经过开关12闭合、继电器接点14闭合，GND经过A2断开，在B1两端无法形成压差，B1保持失磁落下，致使B2保持闭合、C4断开；

c.此时由I系控制输出。

故障时，各电子执行单元状态如下。

a.I系故障时，13断开，使A1两端无电失磁落下，A2和A3闭合，继电器线圈C两端形成压差，C3断开；A2闭合瞬间，B1两端形成压差，使B1励磁吸起，致使B2断开，C4闭合，此时由II系控制输出；此步骤完成了从I系自动切换至II系；

b.II系故障时，14断开，使B1两端无电失磁落下，B2闭合，C4断开；b.B2闭合瞬间，A1两端形成压差，使A1励磁吸起，致使A2断开，C3闭合；c.此时由I系控制输出；此步骤完成了从I系自动切换至II系。

按下手动切换开关时，各电子执行单元状态如下：

a.II系为主，I系正常工作的情况下，按下开关12，使12断开，此时B1两端无电失磁，B2闭合，B3断开，继电器C无电失磁，C4断开，致使A1两端形成压差励磁吸起，C3闭合,由I系为主系控制输出；松开开关12使其恢复闭合；此步骤完成了手动从II系切换至I系；

b.I系为主，II系正常工作的情况下，按下开关11，使11断开，此时A1两端无电失磁，A2闭合，C3断开，致使B1两端形成压差励磁吸起，C4闭合,由II系为主系控制输出；松开开关11使其恢复闭合；此步骤完成了手动从I系切换至II系。

本发明的各个实施例具有以下优点

电子执行单元为冗余模块，提高了系统的可用性和可靠性。

电子执行单元I系和II系内部的检测电路均能实时检测对方是否在线，在对方不在线的情况下(电子执行单元接触不良、故障、更换时拔掉电子执行单元等)，电子执行单元以单机模式运行。

切换电路进一步保障了系统稳定性。

可以双系冗余运行，也可以单系独立运行。双系故障时，接点ZA2和ZB2均断开，双系脱离输出。提高了安全性。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种执行单元切换电路，包括：

第一支路，所述第一支路的一端可接电源正极，另一端可接电源负极；

第二支路，所述第二支路与所述第一支路并联；

第三支路, 所述第三支路分别与所述第一支路和第二支路并联；

第一继电器和第二继电器，其中所述第一继电器的继电器线圈（A1）和所述第二继电器的继电器接点（B2）串联在所述第一支路中，所述第二继电器的继电器线圈（B1）和所述第一继电器的继电器接点（A2）串联在所述第二支路中；和

第三继电器，所述第三继电器的继电器线圈与所述第一继电器的常闭接点（A3）、所述第二继电器的常开接点（B3）与第三电阻串联在所述第三支路中，所述第三继电器具有前后两个接点，其中所述第三继电器的后接点（C3）可连接在第一执行单元与外部设备之间，所述第三继电器的前接点（C4）可连接在第二执行单元与外部设备之间，

其中，所述第一支路中串联有作为手动开关的第一常闭开关（11），所述第二支路中串联有作为手动开关的第二常闭开关（12），使得在不按下所述第一常闭开关和所述第二常闭开关的情况下能够自动切换执行单元，

所述执行单元切换电路配置成可切换第一执行单元和第二执行单元，所述第一支路中串联有第一受控开关（13），所述第二支路中串联有第二受控开关（14），其中所述第一受控开关受所述第一执行单元控制，所述第二受控开关受所述第二执行单元控制，当所述第一执行单元的驱动模块正常工作时，所述第一受控开关闭合，反之断开；当所述第二执行单元的驱动模块正常工作时，所述第二受控开关闭合，反之断开，

所述执行单元切换电路设置的参数存在差异。

2.根据权利要求1所述的执行单元切换电路，其中，所述第一支路中串联有第一电阻，所述第二支路中串联有第二电阻，其中，所述第一电阻和所述第二电阻的阻值不同。

3.一种电子执行系统，包括：

第一执行单元，所述第一执行单元配置成可与外部设备耦合以控制所述外部设备工作；

第二执行单元，所述第二执行单元配置成可与外部设备耦合以控制所述外部设备工作；

如权利要求1或2所述的执行单元切换电路，所述执行单元切换电路与所述第一执行单元和第二执行单元耦合，并配置成在所述第一执行单元和第二执行单元之间切换。

4.根据权利要求3所述的电子执行系统，其中所述第一执行单元包括第四继电器，所述第二执行单元包括第五继电器，其中所述第四继电器的继电器线圈与所述第一执行单元的驱动模块并联，所述第一受控开关是所述第四继电器的继电器接点，所述第五继电器的继电器线圈与所述第二执行单元的驱动模块并联，所述第二受控开关是所述第五继电器的继电器接点。

5.根据权利要求3或4所述的电子执行系统，其中所述第一执行单元包括第一检测电路，所述第一检测电路配置成检测第二执行单元是否在线和/或正常工作；所述第二执行单元包括第二检测电路，所述第二检测电路配置成检测第一执行单元是否在线和/或正常工作。

6.根据权利要求5所述的电子执行系统，其中所述第一执行单元检测电路包含第四继电器的常开接点，第二执行单元检测电路包含第五继电器的常开接点，其中所述第一检测电路通过检测所述第二执行单元中的第五继电器的常开接点是否闭合来检测所述第二执行单元是否正常工作，所述第二检测电路通过检测所述第一执行单元中的第四继电器的常开接点是否闭合是否通电来检测所述第一执行单元是否正常工作。

7.一种使用如权利要求1或2所述的执行单元切换电路在第一执行单元和第二执行单元之间进行切换的方法，包括：

当需要从第一执行单元切换至第二执行单元时，断开第一常闭开关，使得第二支路闭合；

当需要从第二执行单元切换至第一执行单元时，断开第二常闭开关，使得第一支路闭合。

8.根据权利要求7所述的方法，还包括：检测所述第一执行单元和第二执行单元是否正常工作，当所述第一执行单元和第二执行单元其中一个没有正常工作时，通过所述执行单元切换电路切换至所述第一执行单元和第二执行单元中的另一个。