CN111645724A - 一种车载安全计算机系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了车载安全计算机系统，实现列车上两套车载安全计算机完全双端冗余，当其中一套车载安全计算机故障时，另一套还可以继续维持列车正常运行，有效提高系统可靠性和可用性。其技术方案为：本发明采用完全双端冗余设计，即每端设置一套2乘2取2架构的车载安全计算机。此外，列车每端的车载安全计算机的主机有冗余设计、I/O有冗余设计，两端的两套车载安全计算机又为冗余设计。当车载安全计算机的一系故障时，可由另一系继续维持列车正常运行；当其中一套车载安全计算机故障时，另一套车载安全计算机还可以继续维持列车正常运行；只有当冗余设计都故障或失效时，剩余的最后一系能够保证安全停车，从而有效提高系统可靠性和可用性。
Description
技术领域
本发明涉及一种车载安全计算机系统，具体涉及一种高速磁浮的车载安全计算机系统。
背景技术
车载安全计算机系统是高速磁浮运行控制系统的关键核心子系统之一，目前，国内外现有的磁浮车载运行控制系统设于列车两端的车载安全计算机并没有达到完全冗余，这将导致列车一端车载安全计算机故障时，会直接影响系统运营、甚至停运，进而影响整个行车计划。
上海磁浮示范线由德国提供的车载运行控制系统中，只有一套车载安全计算机系统直接与车地无线通信系统相连，只有一套车载安全计算机具有完整的列车安全防护功能；另一套车载安全计算机仅用于紧急情况下部分安全停车功能，并没有完整的列车安全防护功能。一列磁浮列车上的两套车载安全计算机没有构成完整的双端热备冗余系统，降低了系统的可靠性及可用性。
为了解决该问题，可对车载运行控制系统进行升级改造，用电缆将列车两端所有安全相关的信号分别接至位于列车两端的车载安全计算机，但仍然没有实现首尾两端车的运行控制系统完全冗余热备，而且带来了两车间电缆数量庞大、故障点多、施工及维护难度大等致命缺陷。
发明内容
以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。
本发明的目的在于解决上述问题，提供了一种车载安全计算机系统，实现一列列车上两套车载安全计算机完全双端冗余，当其中一套车载安全计算机故障时，另一套车载安全计算机还可以继续维持列车正常运行，有效提高系统可靠性和可用性。
本发明的技术方案为：本发明揭示了一种车载安全计算机系统，系统包括结构和功能均完全相同的两套车载安全计算机，分别位于列车的I端和II端，其中每套车载安全计算机包括I系设备和II系设备，I系设备包括I系主机和I系I/O驱动采集单元，II系设备包括II系主机和II系I/O驱动采集单元，其中：
在列车的I端，I端的I系主机通过总线或者网络形式与I端的II系主机连接，I端的I系主机通过总线或者网络形式与I端的I系I/O驱动采集单元、II系I/O驱动采集单元连接，I端的II系主机通过总线或者网络形式与I端的I系I/O驱动采集单元、II系I/O驱动采集单元连接，I端的I系I/O驱动采集单元和II系I/O驱动采集单元分别与I端对应的外围设备连接；
在列车的II端，II端的I系主机通过总线或者网络形式与II端的II系主机连接，II端的I系主机通过总线或者网络形式与II端的I系I/O驱动采集单元、II系I/O驱动采集单元连接，II端的II系主机通过总线或者网络形式与II端的I系I/O驱动采集单元、II系I/O驱动采集单元连接，II端的I系I/O驱动采集单元和II系I/O驱动采集单元分别与II端对应的外围设备连接。
根据本发明的车载安全计算机系统的一实施例，两套车载安全计算机均采用2乘2取2架构，用于实现车载运行控制逻辑运算功能。
根据本发明的车载安全计算机系统的一实施例，两套车载安全计算机之间采用网络形式连接，通过安全通信实现相互状态采集。
根据本发明的车载安全计算机系统的一实施例，列车I端的I系主机与II系主机构成冗余、I系I/O与II系I/O构成冗余，列车II端的I系主机与II系主机构成冗余、I系I/O与II系I/O构成冗余，列车I端的车载安全计算机与列车II端的车载安全计算机构成冗余。
根据本发明的车载安全计算机系统的一实施例，在列车的I端或II端的单端中，I系主机与II系主机构成冗余关系，I系I/O驱动采集单元与II系I/O驱动采集单元构成冗余关系。
根据本发明的车载安全计算机系统的一实施例，对于整辆列车，列车I端的车载安全计算机与II端的车载安全计算机构成冗余关系，当其中一套车载安全计算机故障时，另一套车载安全计算机还能够继续维持列车正常运行，以实现同一列车上两套车载安全计算机完全双端冗余。
本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明的车载安全计算机系统采用完全双端冗余设计，即每端设置一套2乘2取2架构的车载安全计算机。此外，列车两端每端的车载安全计算机的主机有冗余设计、I/O有冗余设计，一列车两端的两套车载安全计算机又做了冗余设计。车载安全计算机系统的双端完全冗余设计支持列车正向/反向运行。总的来说，本发明的系统可以实现一列列车上两套车载安全计算机完全双端冗余，每套车载安全计算机的主机有冗余设计、I/O有冗余设计，一列车两端的两套车载安全计算机又做了冗余设计。当车载安全计算机的一系故障时，可由另一系继续维持列车正常运行；当其中一套车载安全计算机故障时，另一套车载安全计算机还可以继续维持列车正常运行；只有当冗余设计都故障或失效时，剩余的最后一系能够保证安全停车，从而有效提高系统可靠性和可用性。本发明的系统除了应用于高速磁浮之外，还可以应用在城市轨道交通领域。
附图说明
在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本发明的上述特征和优点。在附图中，各组件不一定是按比例绘制，并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。
图1示出了本发明的车载安全计算机系统的一实施例的原理图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作详细描述。注意，以下结合附图和具体实施例描述的诸方面仅是示例性的，而不应被理解为对本发明的保护范围进行任何限制。
图1示出了本发明的车载安全计算机系统的一实施例的原理。请参见图1，本实施例的车载安全计算机系统包括：两套结构和功能均完全相同的车载安全计算机，分别位于列车的I端和II端。两套车载安全计算机均采用2乘2取2架构，都用于实现车载运行控制逻辑运算功能。
每套车载安全计算机包含两系设备：I系设备和II系设备，其中I系设备包括I系主机和I系I/O驱动采集单元，II系设备包括II系主机和II系I/O驱动采集单元。列车I端和II端的车载安全计算机之间采用网络形式连接，通过安全通信实现相互状态采集。
在列车I端，该端的I系主机通过总线或者网络形式与该端的II系主机连接，该端的I系主机通过总线或者网络形式与该端的I系I/O驱动采集单元、II系I/O驱动采集单元连接，该端的II系主机通过总线或者网络形式与该端的I系I/O驱动采集单元、II系I/O驱动采集单元连接。该端两系(I系和II系)的I/O驱动采集单元分别与该端对应的外围设备连接。
在列车II端，该端的I系主机通过总线或者网络形式与该端的II系主机连接，该端的I系主机通过总线或者网络形式与该端的I系I/O驱动采集单元、II系I/O驱动采集单元连接，该端的II系主机通过总线或者网络形式与该端的I系I/O驱动采集单元、II系I/O驱动采集单元连接。该端两系(I系和II系)的I/O驱动采集单元分别与该端对应的外围设备连接。
列车I端的I系主机与II系主机构成冗余、I系I/O与II系I/O构成冗余，列车II端的I系主机与II系主机构成冗余、I系I/O与II系I/O构成冗余，列车I端的车载安全计算机与列车II端的车载安全计算机构成冗余。
就列车单端而言，I系主机与II系主机构成冗余关系，I系I/O驱动采集单元与II系I/O驱动采集单元构成冗余关系。
就整列车而言，列车I端车载安全计算机与II端车载安全计算机构成冗余关系。当其中一套车载安全计算机故障时，另一套车载安全计算机还可以继续维持列车正常运行，实现一列磁浮列车上两套车载安全计算机完全双端冗余，可有效提高系统可靠性和可用性。
在正常运行时，列车由一端的车载安全计算机(假设为I端)监控运行，此时II端的车载安全计算机处于待机模式(不对外输出)，两端车载安全计算机之间通过安全通信实现相互状态采集。
当I端的车载安全计算机的I系I/O故障时，该端的I系主机可以通过该端的II系I/O完成驱动采集功能，此时可由I端的车载安全计算机的I系主机继续监控列车运行。当I端的车载安全计算机的I系主机故障时，该端的II系主机切换为主系，此时可由I端的车载安全计算机的II系主机继续监控列车运行。
当I端的车载安全计算机故障时，II端的车载安全计算机切换为主控，此时可由II端的车载安全计算机的I系主机继续监控列车运行。此时，若II端的车载安全计算机的I系I/O故障，该端的I系主机可以通过该端的II系I/O完成驱动采集功能，所以仍然可由该端的I系主机继续监控列车运行。此时，若II端的车载安全计算机的I系主机故障，则该端的II系主机切换为主系，该种情况下由该端的II系主机控制列车安全停车。
尽管为使解释简单化将上述方法图示并描述为一系列动作，但是应理解并领会，这些方法不受动作的次序所限，因为根据一个或多个实施例，一些动作可按不同次序发生和/或与来自本文中图示和描述或本文中未图示和描述但本领域技术人员可以理解的其他动作并发地发生。
本领域技术人员将进一步领会，结合本文中所公开的实施例来描述的各种解说性逻辑板块、模块、电路、和算法步骤可实现为电子硬件、计算机软件、或这两者的组合。为清楚地解说硬件与软件的这一可互换性，各种解说性组件、框、模块、电路、和步骤在上面是以其功能性的形式作一般化描述的。此类功能性是被实现为硬件还是软件取决于具体应用和施加于整体系统的设计约束。技术人员对于每种特定应用可用不同的方式来实现所描述的功能性，但这样的实现决策不应被解读成导致脱离了本发明的范围。
结合本文所公开的实施例描述的各种解说性逻辑板块、模块、和电路可用通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑器件、分立的门或晶体管逻辑、分立的硬件组件、或其设计成执行本文所描述功能的任何组合来实现或执行。通用处理器可以是微处理器，但在替换方案中，该处理器可以是任何常规的处理器、控制器、微控制器、或状态机。处理器还可以被实现为计算设备的组合，例如DSP与微处理器的组合、多个微处理器、与DSP核心协作的一个或多个微处理器、或任何其他此类配置。
结合本文中公开的实施例描述的方法或算法的步骤可直接在硬件中、在由处理器执行的软件模块中、或在这两者的组合中体现。软件模块可驻留在RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动盘、CD-ROM、或本领域中所知的任何其他形式的存储介质中。示例性存储介质耦合到处理器以使得该处理器能从/向该存储介质读取和写入信息。在替换方案中，存储介质可以被整合到处理器。处理器和存储介质可驻留在ASIC中。ASIC可驻留在用户终端中。在替换方案中，处理器和存储介质可作为分立组件驻留在用户终端中。
在一个或多个示例性实施例中，所描述的功能可在硬件、软件、固件或其任何组合中实现。如果在软件中实现为计算机程序产品，则各功能可以作为一条或更多条指令或代码存储在计算机可读介质上或藉其进行传送。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质两者，其包括促成计算机程序从一地向另一地转移的任何介质。存储介质可以是能被计算机访问的任何可用介质。作为示例而非限定，这样的计算机可读介质可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储、磁盘存储或其它磁存储设备、或能被用来携带或存储指令或数据结构形式的合意程序代码且能被计算机访问的任何其它介质。任何连接也被正当地称为计算机可读介质。例如，如果软件是使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字订户线(DSL)、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术从web网站、服务器、或其它远程源传送而来，则该同轴电缆、光纤电缆、双绞线、DSL、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术就被包括在介质的定义之中。如本文中所使用的盘(disk)和碟(disc)包括压缩碟(CD)、激光碟、光碟、数字多用碟(DVD)、软盘和蓝光碟，其中盘(disk)往往以磁的方式再现数据，而碟(disc)用激光以光学方式再现数据。上述的组合也应被包括在计算机可读介质的范围内。
提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。
Claims (6)
1.一种车载安全计算机系统，其特征在于，系统包括结构和功能均完全相同的两套车载安全计算机，分别位于列车的I端和II端，其中每套车载安全计算机包括I系设备和II系设备，I系设备包括I系主机和I系I/O驱动采集单元，II系设备包括II系主机和II系I/O驱动采集单元，其中：
在列车的I端，I端的I系主机通过总线或者网络形式与I端的II系主机连接，I端的I系主机通过总线或者网络形式与I端的I系I/O驱动采集单元、II系I/O驱动采集单元连接，I端的II系主机通过总线或者网络形式与I端的I系I/O驱动采集单元、II系I/O驱动采集单元连接，I端的I系I/O驱动采集单元和II系I/O驱动采集单元分别与I端对应的外围设备连接；
在列车的II端，II端的I系主机通过总线或者网络形式与II端的II系主机连接，II端的I系主机通过总线或者网络形式与II端的I系I/O驱动采集单元、II系I/O驱动采集单元连接，II端的II系主机通过总线或者网络形式与II端的I系I/O驱动采集单元、II系I/O驱动采集单元连接，II端的I系I/O驱动采集单元和II系I/O驱动采集单元分别与II端对应的外围设备连接。
2.根据权利要求1所述的车载安全计算机系统，其特征在于，两套车载安全计算机均采用2乘2取2架构，用于实现车载运行控制逻辑运算功能。
3.根据权利要求1所述的车载安全计算机系统，其特征在于，两套车载安全计算机之间采用网络形式连接，通过安全通信实现相互状态采集。
4.根据权利要求1所述的车载安全计算机系统，其特征在于，列车I端的I系主机与II系主机构成冗余、I系I/O与II系I/O构成冗余，列车II端的I系主机与II系主机构成冗余、I系I/O与II系I/O构成冗余，列车I端的车载安全计算机与列车II端的车载安全计算机构成冗余。
5.根据权利要求1所述的车载安全计算机系统，其特征在于，在列车的I端或II端的单端中，I系主机与II系主机构成冗余关系，I系I/O驱动采集单元与II系I/O驱动采集单元构成冗余关系。
6.根据权利要求1所述的车载安全计算机系统，其特征在于，对于整辆列车，列车I端的车载安全计算机与II端的车载安全计算机构成冗余关系，当其中一套车载安全计算机故障时，另一套车载安全计算机还能够继续维持列车正常运行，以实现同一列车上两套车载安全计算机完全双端冗余。
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