CN111186464A - 基于切换按钮的全电子计算机联锁系统 - Google Patents

基于切换按钮的全电子计算机联锁系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于切换按钮的全电子计算机联锁系统，全电子联锁单元A系通过交换单元A系与全电子执行单元A系以及全电子执行单元B系进行通讯，所述全电子联锁单元B系通过交换单元B系与全电子执行单元B系以及全电子执行单元A系进行通讯，IO单板具有故障诊断功能，当全电子执行单元A系或全电子执行单元B系中任一IO单板故障时，系统自动切换到另一系对应IO单板，由该IO单板对被控设备进行控制，且在每块IO单板上，均设置一个冗余切换按钮，对当前IO单板的主备状态进行翻转，若自动切换结果与冗余切换按钮动作结果不一致时，全电子执行单元IO单板的主备状态控制仅以冗余切换按钮动作为准。本发明在不降低系统安全性前提下，较大程度的提升系统的可用性。

Description

基于切换按钮的全电子计算机联锁系统
技术领域
本发明涉及轨道交通技术领域，具体涉及铁路联锁控制系统。
背景技术
目前，铁路信号领域中现有的全电子联锁系统大多基于传统的二乘二取二安全模型，这种模型虽然安全性已经有了极大提升，但是在可用性方面仍然存在提升的可能。此模型的弊端在于，主系跟备系的全电子执行单元没有实现交叉互连，各自只能控制本系内的全电子执行单元，这样只有同一系的主机笼和全电子执行单元都正常的情况下，联锁机才能正常工作。
在此基础上，国内全电子联锁系统开始出现主备系全电子执行单元交叉互连的方案，该方案目前能实现全电子执行单元的交叉互连，且只要任何一系的主机笼和任何一系的全电子执行单元能正常工作，则整个联锁系统就能正常工作。两系间的全电子执行单元间采用条件动作电源实现全电子执行单元间的冗余切换，可以在任何一系发生故障的时候自动发生主备切换。但是此方案两系间的全电子执行单元切换只能自动切换，不能实现人工强制切换。
发明内容
本发明所要解决的技术问题就是提供一种基于切换按钮的全电子计算机联锁系统，实现两系间全电子执行单元任一IO单板的人工主动强制切换。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：基于切换按钮的全电子计算机联锁系统，包括联锁机A系、联锁机B系以及主备切换控制单元，所述联锁机A系包括全电子联锁单元A系、交换单元A系、全电子执行单元A系，所述联锁机B系包括全电子联锁单元B系、交换单元B系、全电子执行单元B系；所述主备切换控制单元用于控制全电子联锁单元A系和全电子联锁单元B系实现主备切换,所述主备切换控制单元设置强制A系主机、强制B系主机和自动挡共三个档位，当档位拨动到强制A系主机时，联锁机A系将成为主系，如果联锁机A系产生故障，将会降为备系，同时，联锁机B系也不允许升为主系；当档位拨动到强制B系主机时，联锁机B系将成为主系，如果联锁机B系产生故障，将会降为备系，同时，联锁机A系也不允许升为主系；当档位拨动到自动挡时，联锁机A系和联锁机B系将采用竞争的方式确定主机，若联锁机A系升为主系，运行过程中产生故障时，自动切换联锁机B系为主系，所述全电子联锁单元A系通过交换单元A系与全电子执行单元A系以及全电子执行单元B系进行通讯，所述全电子联锁单元B系通过交换单元B系与全电子执行单元B系以及全电子执行单元A系进行通讯，所述全电子执行单元A系包括多个IO单板A，所述全电子执行单元B系包括多个IO单板B，全电子执行单元A系和全电子执行单元B系中对应的两块IO单板共同控制一个被控设备，其中，IO单板具有故障诊断功能，当全电子执行单元A系或全电子执行单元B系中任一IO单板故障时，系统自动切换到另一系对应IO单板，由该IO单板对被控设备进行控制，且在每块IO单板上，均设置一个冗余切换按钮，对当前IO单板的主备状态进行翻转，若自动切换结果与冗余切换按钮动作结果不一致时，全电子执行单元IO单板的主备状态控制仅以冗余切换按钮动作为准。
优选的，在当前IO单板的冗余切换按钮按下之后的指定时间段T强制内，处于强制状态；且处于强制状态时，针对该IO单板的主备切换动作视为无效。
优选的，冗余切换按钮能正常起作用，必须满足以下条件：
1)对端IO单板在位；
2)对端IO单板无故障，或者存在不影响使用的故障且故障率比本端低；
3)对端IO单板未处于强制状态；
4)本端IO单板未处于强制状态。
优选的，IO单板支持热插拔功能。
本发明采用单板的冗余切换方案，某系中某块IO单板故障时，能自动切换到另一系的对应IO单板，在不降低系统安全性前提下，较大程度的提升系统的可用性。
因此，允许系统中多个局部故障，提高故障容忍度；而且系统发生局部故障后，只需进行板卡级别的切换，切换时间短，切换效率高。
另外，在全电子执行单元的单板上提供冗余切换按钮，对当前IO单板的主备状态进行翻转，可以很好满足联锁机测试和维护人员对全电子执行单元的测试和维护工作，同时，也增强了当前全电子联锁系统的可测性和可维护性。
本发明的具体技术方案及其有益效果将会在下面的具体实施方式中结合附图进行详细的说明。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述：
图1为本发明的全电子计算机联锁系统示意图；
图2为全电子执行单元示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
现有技术中两系间的全电子执行单元切换只能自动切换，不能实现人工强制切换，主观能动性不强。不能很好满足人工强制切换场景需求，比如联锁机相关工作人员在测试或者维护时，常常需要指定全电子执行单元驱动室外设备，以便完成对指定全电子执行单元的测试或者维护工作。
因此，为了实现两系间全电子执行单元的人工主动强制切换，在每个全电子执行单元板卡上提供冗余切换按钮，基于此按钮，本发明提供了一种新的全电子计算机联锁系统。
如图1所示，本发明基于切换按钮的全电子计算机联锁系统，由联锁机、交换机、全电子执行单元和必要的通信底层组成。具体包括联锁机A系、联锁机B系以及主备切换控制单元，所述联锁机A系包括全电子联锁单元A系、交换单元A系、全电子执行单元A系，所述联锁机B系包括全电子联锁单元B系、交换单元B系、全电子执行单元B系；所述主备切换控制单元用于控制全电子联锁单元A系和全电子联锁单元B系实现主备切换。
在该系统中，两系联锁机和每个全电子执行单元进行交叉互连，即联锁机A系不但与本系的全电子执行单元A1和A2相连，还会直接与B系的全电子执行单元B1和B2相连。同理，联锁机B系的连接也跟联锁机A系是一样的，不但与本系的全电子执行单元B1和B2相连，与联锁机A系的所有全电子执行单元均存在物理连接。图1中的实线和虚线均代表物理通信连接。这样实现的好处是，只要联锁机A系和B系存在一个能够正常工作的联锁机和相应的全电子执行单元，则系统就能正常工作，提高了系统的可用性。
传统的二乘二取二安全模型中，连接线①②③④均是不存在的。即联锁机A系只与本系的全电子执行单元A1和A2相连，同样的，联锁机B系也仅与本系的全电子执行单元B1和B2相连。一系联锁机和全电子执行单元中的任何一个故障，则导致该系不可用。
联锁机是全电子联锁系统的CPU，会根据全电子执行单元采集到的室外设备状态，进行联锁系统的所有安全逻辑运算，并依据逻辑运算结果控制全电子执行单元进行驱动室外设备。联锁机A系和联锁机B系通过主备切换控制单元实现主备切换，保证同一时刻两系只能有一个主机。给全电子执行单元的输出驱动只有主机发，主机发给全电子执行单元备单板导向安全的数据，备机发出的输出驱动全部为安全侧数据，这样可以保证不会同时驱动室外设备。
主备切换单元上设置强制A系主机、强制B系主机和自动挡共三个档位。当档位拨动到强制A系主机时，联锁机A系将成为主系，如果联锁机A系产生故障，将会降为备系，同时，联锁机B系也不允许升为主系；同理，当档位拨动到强制B系主机时，联锁机B系将成为主系，如果联锁机B系产生故障，将会降为备系，同时，联锁机A系也不允许升为主系；当档位拨动到自动挡时，联锁机A系和B系将采用竞争的方式确定主机，若联锁机A系升为主系，运行过程中产生故障时，会自动切换联锁机B系为主系。
全电子执行单元在全电子联锁系统中是用来驱动室外设备的，比如室外的信号机、道岔等等。全电子执行单元A1和B1功能组共同采集和驱动一组室外设备，即该组内的所有室外设备同时与A1和B1进行连接。
具体地，图2给出全电子执行单元的内部模块示意图。全电子执行单元包括电源模块、通信模块、异构的两个安全计算机以及IO单板1至IO单板n。IO单板1至IO单板n支持热插拔并具有故障诊断功能，直接采集和控制相应的室外设备。每一个室外设备由两系的全电子执行单元中的相同位置的IO单板共同采集和驱动。
针对现有技术中A系和B系不同位置的IO单板同时发生故障，导致系统无法工作的情况，本发明全电子执行单元的IO单板可以采用板卡级冗余，即当全电子执行单元A系或全电子执行单元B系中任一IO单板故障时，系统自动切换到另一系对应IO单板，由该IO单板对被控设备进行控制。
只要A系和B系存在一个能够正常工作的联锁单元和一个完整的全电子执行单元组合(可跨A、B系)，则系统就能正常工作。
如，若系统中A系的全电子执行单元信号机驱动板1故障，A系联锁单元可以与同时与A系的全电子执行单元其他单板，外加B系的全电子执行单元信号机驱动板1组成一套完整的系统正常运行；
同理：若系统中B系的全电子执行单元信号机驱动板1故障，B系联锁单元可以与同时与B系的全电子执行单元其他单板，外加A系的全电子执行单元信号机驱动板1组成一套完整的系统正常运行。
为了避免两系同时驱动转辙机等被控设备导致错误动作，首先，对IO单板而言，只有处于主系的IO单板，既输出又采集，任何一个备系的驱动板只采集不输出；其次，需要指出的是，A系和B系全电子执行单元之间，仅通过通信接口连接，不存在主备切换电路，因此，全电子执行单元之间的主备切换，必须在通信层保证同一时刻只有一个主系。
此外A、B系需要实时同步，不会出现以为A/B两系的运算结果不一致，导致在切换过程中输出跳变。
进一步的，为了避免两系同时驱动室外设备导致对室外设备的错误动作，在每块IO单板上，均设置一个冗余切换按钮。该系统中主备系的概念不再只针对传统二乘二取二模型中的一系，而是拓展到全电子执行单元的IO单板，每个IO单板都存在主备状态。A系和B系的执行同一功能的IO单板只能有一个是主系，冗余切换按钮的作用是对当前IO单板的主备状态进行翻转，比如当前是备系，按压当前IO单板上的冗余切换按钮之后，当前IO单板会升为主系，相应地，另外一系的相应单板就会由主系降为备系。
需要指出的是，联锁机主系和备系的全电子执行单元之间，仅通过网络连接，不存在主备切换电路，因此，全电子执行单元之间的主备切换，必须在通信层保证同一时刻只有一个主系。
全电子执行单元在无故障并且没有冗余切换按钮的干预状态下，其主备状态会跟随当前系内联锁机的主备状态。
具体地，全电子联锁系统一上电的时候，若主备切换电路档位是自动挡，则联锁机的主系控制权通过竞争的方式获得，同时，与联锁机处于同一系内的全电子执行单元也会获得主机状态。若当前联锁机A为主系，则全电子执行单元A1和B1均为主系。若全电子执行单元A1的单板IOn故障率(可配置)超过容忍，其它单板正常，则将对当前IOn单板进行主备切换，此时，若全电子执行单元B1的单板IOn工作正常，会切换为主系，并控制室外设备；若B1的单板IOn工作也不正常，则不会发生主备切换，维持当前状态或宕掉当前IOn单板。强制A系主机和强制B系主机的场景与当前场景类似，不再赘述。
传统的二乘二取二的安全模型中，单系的任何一块IO单板发生严重回采故障之后，必须宕掉整个单系，而在全电子联锁系统中，不但可以宕掉整个单系，而且可以宕掉指定的全电子执行单元，也可以宕掉全电子执行单元中的指定单板。需要注意的是，如果联锁机在主动宕掉全电子执行单元中的指定单板没有发生作用时，证明该全电子执行单元的数据已经不可信，需要将整个全电子执行单元宕掉。
冗余切换按钮的作用，在于对当前全电子执行单元的IO单板的主备状态进行反转，若当前是备系，对端是主系，则经过反转之后，当前IO单板升为主系，对端则降为备系。
若联锁机的主备切换电路切换挡位，与冗余切换按钮动作结果不一致时，全电子执行单元IO单板的主备状态控制仅以冗余切换按钮动作为准。
为了避免全电子执行单元IO单板之间的频繁切换，在当前IO单板的冗余切换按钮按下之后的指定时间段T强制内(可配置)，处于强制状态。处于强制状态时，针对该IO单板的主备切换动作视为无效。
冗余切换按钮能正常起作用，必须满足以下条件：
1)对端单板在位(由于IO单板支持热插拔，可能被拔出)；
2)对端IO单板无故障，或者存在不影响使用的故障且故障率比本端低；
3)对端IO单板未处于强制状态(即对端冗余切换按钮未被按下或者按钮已被按下，但已经过了指定时间T强制)；
4)本端IO单板未处于强制状态(即本端冗余切换按钮距离上一次按下，已经超过指定时间T强制)；
本发明通过在全电子执行单元的IO单板上，设置冗余切换按钮，实现了基于按钮的IO单板的人工强制冗余切换，由于执行单元的主备自动切换，一般是单板达到指定故障率之后，才会自动进行，而人工强制切换可以提供更高的灵活性，在存在故障但未达到指定故障率时，也可以直接强制切换，为联锁机的测试人员和维护人员提供了技术手段，支持更高效地测试系统和定位问题，也支持更快速地维修和养护。
除上述优选实施例外，本发明还有其他的实施方式，本领域技术人员可以根据本发明作出各种改变和变形，只要不脱离本发明的精神，均应属于本发明权利要求书中所定义的范围。

Claims (4)

1.基于切换按钮的全电子计算机联锁系统，包括联锁机A系、联锁机B系以及主备切换控制单元，所述联锁机A系包括全电子联锁单元A系、交换单元A系、全电子执行单元A系，所述联锁机B系包括全电子联锁单元B系、交换单元B系、全电子执行单元B系；所述主备切换控制单元用于控制全电子联锁单元A系和全电子联锁单元B系实现主备切换,所述主备切换控制单元设置强制A系主机、强制B系主机和自动挡共三个档位，当档位拨动到强制A系主机时，联锁机A系将成为主系，如果联锁机A系产生故障，将会降为备系，同时，联锁机B系也不允许升为主系；当档位拨动到强制B系主机时，联锁机B系将成为主系，如果联锁机B系产生故障，将会降为备系，同时，联锁机A系也不允许升为主系；当档位拨动到自动挡时，联锁机A系和联锁机B系将采用竞争的方式确定主机，若联锁机A系升为主系，运行过程中产生故障时，自动切换联锁机B系为主系，其特征在于：所述全电子联锁单元A系通过交换单元A系与全电子执行单元A系以及全电子执行单元B系进行通讯，所述全电子联锁单元B系通过交换单元B系与全电子执行单元B系以及全电子执行单元A系进行通讯，所述全电子执行单元A系包括多个IO单板A，所述全电子执行单元B系包括多个IO单板B，全电子执行单元A系和全电子执行单元B系中对应的两块IO单板共同控制一个被控设备，其中，IO单板具有故障诊断功能，当全电子执行单元A系或全电子执行单元B系中任一IO单板故障时，系统自动切换到另一系对应IO单板，由该IO单板对被控设备进行控制，且在每块IO单板上，均设置一个冗余切换按钮，对当前IO单板的主备状态进行翻转，若自动切换结果与冗余切换按钮动作结果不一致时，全电子执行单元IO单板的主备状态控制仅以冗余切换按钮动作为准。
2.根据权利要求1所述的基于切换按钮的全电子计算机联锁系统，其特征在于：在当前IO单板的冗余切换按钮按下之后的指定时间段T强制内，处于强制状态；且处于强制状态时，针对该IO单板的主备切换动作视为无效。
3.根据权利要求2所述的基于切换按钮的全电子计算机联锁系统，其特征在于：冗余切换按钮能正常起作用，必须满足以下条件：
1)对端IO单板在位；
2)对端IO单板无故障，或者存在不影响使用的故障且故障率比本端低；
3)对端IO单板未处于强制状态；
4)本端IO单板未处于强制状态。
4.根据权利要求1所述的基于切换按钮的全电子计算机联锁系统，其特征在于：IO单板支持热插拔功能。
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