CN114670894B - 一种全电子联锁道岔板一驱到底功能电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全电子联锁道岔板一驱到底功能电路，包括：电流采集及比较输出电路；处理器A和处理器B，用于向逻辑门电路输出控制信号；逻辑门电路，包括与门一、或门一、或门二、与门二、与门三；单稳态触发器一和单稳态触发器二，根据逻辑门电路的计算结果，在进行转辙机驱动时一直保持驱动，直至转辙机到位后电流变化切断驱动或者持续到设定时间后切断驱动；驱动电路一和驱动电路二，驱动电源控制电路在处理器A和/或处理器B出现软件异常宕机或处理器复位时保持设定时间的电源有效。本发明保证了“一驱到底”功能的可用性，同时基于现有电路节约成本和空间。

Description

一种全电子联锁道岔板一驱到底功能电路

技术领域

本发明属于轨道交通技术领域，具体涉及全电子联锁道岔板。

背景技术

在目前的地铁轨道交通系统中，道岔扮演着列车转换轨的重要角色，而其中的关键在于转辙机的控制。对于转辙机的控制，在联锁技术条件中，有“一经转换，驱动到底”(一驱到底)的功能要求。对于这个功能，计算机联锁系统主要通过外部的轨道电路进行实现，外部轨道电路没有对应的检测机制，当故障之后需要在下次操作时方可知晓且需要人为参与，无法实现自动化；而对于全电子联锁系统，目前的主要实现方式为“软”实现，由平台软件和业务软件来保证，实现方式为：当业务软件需要收到外部命令进行道岔驱动时，则对于该道岔板不再进行其他的操作直至驱动结束；平台接收到业务的驱动命令之后，只要未检测到驱动相关故障即保持驱动命令直至驱动结束。

计算机联锁系统的外部轨道电路的实现方式，无法实现电路状态的自监测，当电路故障时需要进行驱动才能复现故障且需要人工的参与；全电子联锁系统的“软”实现方式，需要依赖于软件的正常运行，一旦出现软件跑飞，或处理器复位等软件故障，则“一驱到底”功能无法实现。

随着联锁系统的不断发展，全电子联锁在前期调试、成本和运营维护方面的优势不断体现，因此有必要提出一种“硬”实现技术，来保证即使处理器复位、故障等引起的软件异常时也能保证“一驱到底”功能的实现，同时当电路故障时，能够即刻自动告警，而无需等到下次驱动或者人工参与，提高可用性和可维护性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题就是提供一种全电子联锁道岔板一驱到底功能电路，即使软件异常时也能保证“一驱到底”功能的实现。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种全电子联锁道岔板一驱到底功能电路，包括：

电流采集及比较输出电路，用于采集转辙机驱动的三相电流，并将三相电流值进行对应比较后输出至逻辑门电路；

处理器A和处理器B，用于向逻辑门电路输出控制信号；

逻辑门电路，包括与门一、或门一、或门二、与门二、与门三，所述与门一与电流采集及比较输出电路连接，所述或门一和或门二对应与处理器A和处理器B连接，所述与门二和与门三对应与或门一和或门二连接，并对应与处理器A和处理器B连接；

单稳态触发器一和单稳态触发器二，对应与与门二和与门三的输出连接，根据逻辑门电路的计算结果，在进行转辙机驱动时一直保持驱动，直至转辙机到位后电流变化切断驱动或者持续到设定时间后切断驱动；

驱动电路一和驱动电路二，连接驱动电源控制电路，驱动电源控制电路在处理器A和/或处理器B出现软件异常宕机或处理器复位时保持设定时间的电源有效；

硬件二取二表决电路，对驱动电路一和驱动电路二的驱动信号进行二取二表决；继电器，由硬件二取二表决电路进行控制对转辙机进行驱动。

优选的，所述电流采集及比较输出电路包括A相电流传感器、B相电流传感器、C相电流传感器，对应三相电流传感器设置的信号调理电路，对应与三相信号调理电路连接的比较器一、比较器二、比较器三，A相电流传感器、B相电流传感器、C相电流传感器检测每相的电流值，并通过信号调理电路转换成有效值，再对应由比较器一、比较器二、比较器三与设定阈值进行比较，比较器一、比较器二、比较器三输出比较结果至与门一。

优选的，当转辙机启动时，与门一输出低电平，处理器A向或门一输出高电平，处理器B向或门二输出高电平，或门一和或门二输出高电平，处理器A向与门二输出高电平，处理器B向与门三输出高电平，与门二和与门三输出高电平，转辙机开始工作进行正常驱动；转辙机驱动时，与门一输出高电平，处理器A向或门一输出高电平，处理器B向或门二输出高电平，或门一和或门二输出高电平，处理器A向与门二输出高电平，处理器B向与门三输出高电平，与门二和与门三输出高电平，转辙机保持驱动直至到位；转辙机到位时，内部通过自动开闭器断开B相或C相电流，此时与门一输出低电平，处理器检测到三相一相电流为0，则处理器A相或门一输出低电平，处理器B向或门二输出低电平，或门一和或门二输出低电平，处理器A向与门二输出低电平，处理器B向与门三输出低电平，与门二和与门三输出高电平，切断驱动；若驱动时软件异常或处理器复位时，处理器A和处理器B输出至对应的或门和与门处于默认状态。

优选的，所述驱动电源控制电路设有与处理器A连接的单稳态触发器三和与处理器B连接的单稳态触发器四，当处理器A和/或处理器B出现软件异常宕机或处理器复位时，单稳态触发器三和单稳态触发器四保持设定时间的电源有效。

优选的，刚上电时，单稳态触发器三的管脚为高电平，单稳态触发器四的管脚为低电平；当处理器A正常运行时，默认将单稳态触发器三的管脚置为低电平，当处理器B正常运行时，默认将单稳态触发器四的管脚置为高电平；当需要驱动时，处理器A输出一个上升沿的脉冲后保持低电平状态，处理器B输出一个下降沿的脉冲后保持高电平状态；当处理器A复位或宕机时，处理器A输出至单稳态触发器三的管脚由低电平改变为刚上电时的高电平，此时产生一个上升沿，控制单稳态触发器三输出有效状态给出安全电压，当处理器B复位或宕机时，处理器B输出至单稳态触发器四的管脚由高电平改变为刚上电时的低电平，此时产生一个下降沿，控制单稳态触发器四输出有效状态给出安全电压。

优选的，还设有对电流采集及比较输出电路进行回检的电流采集及比较输出电路回检电路、对逻辑门电路进行回检的逻辑门电路回检电路、对驱动电路一和驱动电路二进行回检的驱动电路回检电路，对继电器接点进行回检的继电器回检电路。

本发明采用上述技术方案，利用转辙机驱动时的电流采集电路，通过比较器、逻辑门以及单稳态触发器，搭建一个自保持电路，当处理器或者软件不主动切断时，会一直驱动直至转辙机到位或者达到设定时间后切断驱动。

因此，具有如下有益效果：

使用电流采集及比较输出电路和触发器模块，实现“一驱到底”功能的硬实现，保证了“一驱到底”功能的可用性。

利用转辙机启动时电流采集电路能够采集到电流，到位之后即切断电流，通过电流来进行驱动的保持，同时利用触发器来保证13S超时切断的功能，且超时的13S可通过修改阻容参数配置。

能够解决在软件异常，安全看门控制信号无法给出时，在符合故障导向安全的机制之上，巧妙利用处理器复位之后的电平状态切换从而给出“一驱到底”的控制电源。

复用目前全电子联锁道岔板卡功能即可实现，无需外挂设备和增加机柜，节省空间和资源。

板卡内部对于各个模块有对应的自检测功能，当检测到功能故障之后能够传给维护系统同时导向安全，提高系统可用性和可维护性。

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为本发明一种全电子联锁道岔板一驱到底功能电路框图；

图2为电流采集及比较输出回检电路图；

图3为驱动电源控制电路框图。

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做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。

本发明满足SIL4的等级，符合故障导向安全的机制，如图1所示，由于转辙机驱动时，三相电流会一直存在且保持三相平衡直至转辙机到位，转辙机到位后内部自动开闭器会切换至对应状态从而切断驱动电流，因此本发明技术方案的实现机制为：利用转辙机驱动时的电流采集电路，通过比较器、逻辑门以及单稳态触发器，搭建一个自保持电路，当处理器或者软件不主动切断时，会一直驱动直至转辙机到位或者达到设定时间后切断驱动，这个设定时间本实施方式中设定为13s，可以理解的是，也可以设定为其他时间。具体实现时，本发明一种全电子联锁道岔板一驱到底功能电路，包括：

电流采集及比较输出电路，用于采集转辙机驱动的三相电流，并将三相电流值进行对应比较后输出至逻辑门电路；所述电流采集及比较输出电路包括A相电流传感器、B相电流传感器、C相电流传感器，对应三相电流传感器设置的信号调理电路，对应与三相信号调理电路连接的比较器一、比较器二、比较器三，A相电流传感器、B相电流传感器、C相电流传感器检测每相的电流值，由于为交流瞬时信号，因此通过信号调理电路转换成有效值，再对应由比较器一、比较器二、比较器三与设定阈值进行比较，比较器一、比较器二、比较器三输出比较结果至与门一。

处理器A和处理器B，用于向逻辑门电路输出控制信号。

逻辑门电路，包括与门一、或门一、或门二、与门二、与门三，所述与门一与电流采集及比较输出电路连接，所述或门一和或门二对应与处理器A和处理器B连接，所述与门二和与门三对应与或门一和或门二连接，并对应与处理器A和处理器B连接。

单稳态触发器一和单稳态触发器二，对应与与门二和与门三的输出连接，根据逻辑门电路的计算结果，在进行转辙机驱动时一直保持驱动，直至转辙机到位后电流变化切断驱动或者持续到设定时间后切断驱动；

驱动电路一和驱动电路二，连接驱动电源控制电路，驱动电源控制电路在处理器A和/或处理器B出现软件异常宕机或处理器复位时保持设定时间的电源有效；所述驱动电源控制电路设有与处理器A连接的单稳态触发器三和与处理器B连接的单稳态触发器四，当处理器A和/或处理器B出现软件异常宕机或处理器复位时，单稳态触发器三和单稳态触发器四保持设定时间的电源有效。

硬件二取二表决电路，对驱动电路一和驱动电路二的驱动信号进行二取二表决；

继电器，由硬件二取二表决电路进行控制对转辙机进行驱动。

如图1所示，处理器A和处理器B分别输出至或门的上电及默认输出为低电平，输出至与门的上电及默认输出为高电平。当要进行转辙机驱动时，处理器A和处理器B输出由低变高的信号至或门，同时输出至与门的信号保持高电平，使得输出单稳态触发器一和单稳态触发器二的管脚接收到一个由低至高的上升沿，单稳态触发器一和单稳态触发器二输出控制信号使能驱动通路控制继电器进行转辙机驱动。通过A相、B相和C相电流传感器检测每相的电流值，再由信号调理电路转换成有效值。每相信号调理输出的值会和对应的比较器进行比较，阈值设置为1A，由于转辙机的驱动电流大于1A，则驱动时与门一输出高电平。当转辙机驱动到位之后，A相、B相和C相电流均低于1A(定驱时，A相和B相电流在600mA左右，C相位0,；反驱时，A相和C相电流在600mA左右，B相为0)与门一输出低电平，处理器A和B根据电流采集值判断控制输出至与门的信号为低电平，此时单稳态触发器一和单稳态触发器二切断驱动。而若驱动启动时，软件异常或处理器复位时，其输出至对应的或门和与门处于默认状态，触发器一直保持输出状态直至转辙机到位之后，与门一输出低电平，拉住/>管脚，使触发器不输出，切断驱动。

还设有回检电路，包括对电流采集及比较输出电路进行回检的电流采集及比较输出电路回检电路、对逻辑门电路进行回检的逻辑门电路回检电路、对驱动电路一和驱动电路二进行回检的驱动电路回检电路，对继电器接点进行回检的继电器回检电路。

其中驱动电路回检和继电器接点回检采用常规的动态回检，当转辙机在驱动时即是对电流采集的回检，当转辙机驱动时，逻辑回检的两个管脚均能采到由低到高的跳变，因此转辙机驱动时，均能检测到特定的状态。

当转辙机不驱动时，电流采集及比较输出回检电路参考图2，需要利用继电器的常闭触点通过另外的回检继电器(继电器二)进行，当继电器二吸起或落下时，其对应的输出状态会产生变化，同时搭配处理器输出的管脚，完成整个比较器输出以及逻辑门的回检。

回检的逻辑状态请参考表1的逻辑回检真值表。

表1：逻辑回检真值表

驱动电路的动态变化回检需要驱动电源产生控制电路和处理器输出至与门和或门的输出配合进行，当需要对驱动通路回检时，首先需要给出安全电源，同时处理器输出至或门产生由低变高的信号后保持高电平，输出至与门的信号保持高电平，去检测驱动信号是否为驱动状态，检测到了之后，处理器将输出至与门的信号切换为低电平，去检测驱动信号是否为不驱状态，之后处理器输出至与门和或门的信号切换回默认状态，若两个状态均检测到了，则认为驱动电路正常。

因此，通过上述的回检电路能够实现电路状态的自检测，当检测到故障后，立刻告警而无需等到下次驱动以及人工参与，同时检测到故障后，能够自动导向安全。

图3为驱动电源电路框图，两个处理器分别有一个管脚分别输出至单稳态触发器三和单稳态触发器四，当刚上电时，单稳态触发器三的管脚为高电平，单稳态触发器四的管脚为低电平。当处理器A正常运行时，默认将单稳态触发器三的管脚置为低电平；当处理器B正常运行时，默认将单稳态触发器四的管脚状态置为低，触发器设置的保持时间为13S(与单稳态触发器一和单稳态触发器二保持一致)。当需要驱动时，处理器A输出一个上升沿的脉冲后保持低电平状态、处理器B输出一个下降沿的脉冲后保持高电平状态；当处理器A复位或宕机时，处理器A输出至单稳态触发器三的管脚由低电平改变为刚上电时的高电平，此时产生一个上升沿，控制单稳态触发器三输出有效状态给出安全24V正电；处理器B控制原理基本一致，只是电平和脉冲状态和处理器A是相反的。一旦电路检测到故障时，处理器A和处理器B会将对应的控制信号保持为上电的状态，切断驱动电源。同时驱动通路中，处理器输出至或门的信号保持低电平，输出至与门的信号保持低电平，保证驱动信号的切除。从而故障导向安全。因此，能够解决在软件异常，安全看门控制信号无法给出时，在符合故障导向安全的机制之上，巧妙利用处理器复位之后的电平状态切换从而给出“一驱到底”的控制电源。

因此当处理器在驱动转辙机的瞬间软件异常时，驱动电源通过软件异常时输出至单稳态触发器三和单稳态触发器四的状态由软件控制状态变换为上电状态给出对应单稳态的有效边沿，使单稳态触发器保持13S的电源有效。同时驱动通路中由于转动的三相电流的存在，使得控制驱动的单稳态触发器一和二不会提前切断，会一直保持驱动支持转辙机到位后电流变化切断驱动或者持续到13S后切断驱动，实现“一驱到底”功能。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，熟悉该本领域的技术人员应该明白本发明包括但不限于上面具体实施方式中描述的内容。任何不偏离本发明的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。

Claims (5)

1.一种全电子联锁道岔板一驱到底功能电路，其特征在于，包括：

电流采集及比较输出电路，用于采集转辙机驱动的三相电流，并将三相电流值进行对应比较后输出至逻辑门电路；

处理器A和处理器B，用于向逻辑门电路输出控制信号；

逻辑门电路，包括与门一、或门一、或门二、与门二、与门三，所述与门一与电流采集及比较输出电路连接，所述或门一和或门二对应与处理器A和处理器B连接，所述与门二和与门三对应与或门一和或门二连接，并对应与处理器A和处理器B连接；

单稳态触发器一和单稳态触发器二，对应与与门二和与门三的输出连接，根据逻辑门电路的计算结果，在进行转辙机驱动时一直保持驱动，直至转辙机到位后电流变化切断驱动或者持续到设定时间后切断驱动；

驱动电路一和驱动电路二，连接驱动电源控制电路，驱动电源控制电路在处理器A和/或处理器B出现软件异常宕机或处理器复位时保持设定时间的电源有效；

硬件二取二表决电路，对驱动电路一和驱动电路二的驱动信号进行二取二表决；

继电器，由硬件二取二表决电路进行控制对转辙机进行驱动；

所述电流采集及比较输出电路包括A相电流传感器、B相电流传感器、C相电流传感器，对应三相电流传感器设置的信号调理电路，对应与三相信号调理电路连接的比较器一、比较器二、比较器三，A相电流传感器、B相电流传感器、C相电流传感器检测每相的电流值，并通过信号调理电路转换成有效值，再对应由比较器一、比较器二、比较器三与设定阈值进行比较，比较器一、比较器二、比较器三输出比较结果至与门一。

2.根据权利要求1所述的一种全电子联锁道岔板一驱到底功能电路，其特征在于，当转辙机启动时，与门一输出低电平，处理器A向或门一输出高电平，处理器B向或门二输出高电平，或门一和或门二输出高电平，处理器A向与门二输出高电平，处理器B向与门三输出高电平，与门二和与门三输出高电平，转辙机开始工作进行正常驱动；转辙机驱动时，与门一输出高电平，处理器A向或门一输出高电平，处理器B向或门二输出高电平，或门一和或门二输出高电平，处理器A向与门二输出高电平，处理器B向与门三输出高电平，与门二和与门三输出高电平，转辙机保持驱动直至到位；转辙机到位时，内部通过自动开闭器断开B相或C相电流，此时与门一输出低电平，处理器检测到三相中任一相的电流为0，则处理器A向或门一输出低电平，处理器B向或门二输出低电平，或门一和或门二输出低电平，处理器A向与门二输出低电平，处理器B向与门三输出低电平，与门二和与门三输出高电平，切断驱动；若驱动时软件异常或处理器复位时，处理器A和处理器B输出至对应的或门和与门处于默认状态。

3.根据权利要求1所述的一种全电子联锁道岔板一驱到底功能电路，其特征在于，所述驱动电源控制电路设有与处理器A连接的单稳态触发器三和与处理器B连接的单稳态触发器四，当处理器A和/或处理器B出现软件异常宕机或处理器复位时，单稳态触发器三和单稳态触发器四保持设定时间的电源有效。

4.根据权利要求3所述的一种全电子联锁道岔板一驱到底功能电路，其特征在于，刚上电时，单稳态触发器三的管脚为高电平，单稳态触发器四的管脚为低电平；当处理器A正常运行时，默认将单稳态触发器三的管脚置为低电平，当处理器B正常运行时，默认将单稳态触发器四的管脚置为高电平；当需要驱动时，处理器A输出一个上升沿的脉冲后保持低电平状态，处理器B输出一个下降沿的脉冲后保持高电平状态；当处理器A复位或宕机时，处理器A输出至单稳态触发器三的管脚由低电平改变为刚上电时的高电平，此时产生一个上升沿，控制单稳态触发器三输出有效状态给出安全电压，当处理器B复位或宕机时，处理器B输出至单稳态触发器四的管脚由高电平改变为刚上电时的低电平，此时产生一个下降沿，控制单稳态触发器四输出有效状态给出安全电压。

5.根据权利要求1所述的一种全电子联锁道岔板一驱到底功能电路，其特征在于，还设有对电流采集及比较输出电路进行回检的电流采集及比较输出电路回检电路、对逻辑门电路进行回检的逻辑门电路回检电路、对驱动电路一和驱动电路二进行回检的驱动电路回检电路，对继电器接点进行回检的继电器回检电路。