CN1205287A - 用于确认数字消息的装置 - Google Patents
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Abstract
一种用于确认数字消息的装置,尤其可用于铁路交通调节系统,其中,在借助于输出放大器(6)产生用于保证执行机构运行的通/断模拟安全信号(S)之前检查来自两个并行处理通道的两个数字消息(A和B)的绝对同一性和动态状态,其特征是它还包括一个惠斯登电桥(1),其交流输入端(2和3)分别被提供两个在前彼此反相的消息(A、B),并且它的连续对角包括一个振荡器(4),其输出(S)构成用于消息A和B的同一性检查信号,这个信号经过静态继电器(5)控制输出放大器(6)。
Description
本发明涉及一种用于确认数字消息的装置，其中，在借助于一个输出放大器产生一个用于保证执行机构运行的通／断模拟安全信号之前检查来自两个并行处理通道的两个数字消息的绝对同一性和动态状态。
在以后可能出现故障的任一系统中，即使仅仅是假设可能会影响该系统使用人员的安全，组织该系统也将是绝对致命的，所以，它必须能够保证无论甚么样的干扰或失真都能够被考虑到，即使所发生的情况对于这些人和由所述系统控制的设备的危险性根本不重要的情况下也是如此。
为此，以下述方式设计和组织了相应的自动装置，即任一故障都必须将所述系统置于其操作更加受约束的状态(例如减慢、转动把手的暂停)或绝对安全的状态(例如，切断电源)。
当广泛用于铁路运输领域的安全故障概念仅利用一个处理通道时，它不能被应用于以数字管理为基础的自动装置，在这种情况下，所述数字管理应当保证一个安全级别，当这个安全级别很高时，它仅仅是一个概率而不是绝对的。
但是，数字系统的解释和管理本领使可以越来越经常地选择这个方案，尽管这种选择使得必须使用并行的两个处理通道，对于它们，要求得到严格相同的结果。
为此目的，使用了一个被设计成具有故障保护的电路，该电路由建立或确认所述部件的判定构成并执行所述交叉功能以产生两个数字处理通道会聚的结果。在检查了由所述数字处理通道发出的两个二进制消息的绝对同一性和动态状态之后，所述确认电路决定将相应的通／断命令传送给执行机构或系统的执行机构。
注意，这些消息是循环的。换句话说，它们当中的任何一个都是由串行和持续传送的一个序列的串行字节逐位构成的。另外，数字处理通道软件是以这样一种方式组成的，即在相同的二进制值处，被传送的消息决不会包含多于几个持续的位，例如，三位，从而使检查它们的动态状态成为可能。因此，在“冻结”事件中，当消息被两个处理通道同时或不同时传送时，系统必须通过自动转换到到安全状况来说明自身的缺陷。
在该技术的现有状态中，两个确认功能中的第一个，即对消息同一性的检查，使图1示出的这种类型的电路成为必要，由于有两个消息X和Y，这种电路包括用于两个消息X和Y的至少两个互补的反向器，两个逻辑与门和一个逻辑或门。关于第二个确认功能，即对消息动态的检查，这需要图2所示的电路，这种电路由至少三个逻辑与门和两个衰减时间延迟装置组成。
显然，这种电路非常简单，但是，当它们被设计成为有故障装备时，它们要求有大量的部件，这导致了例如在印刷电路表面上的严重拥挤。
本发明的主要目的是弥补这个不足，并且提供上述类型的数字消息确认装置，该装置的基本特征在于它包括一个惠斯登二极管电桥，其交流输入分别被提供有在前彼此反相的两个消息，其连续对角(continuous diagonal)包括一个振荡器，其输出构成所述消息同一性检查信号该信号用于经过状态继电器控制所述输出放大器。
因此，只有当两个数字消息事实上完全逐位相同或精确地，完全互补时，所述振荡器才能起作用，这保证绝对安全。
根据本发明的装置还包括分别被提供两个数字消息和运行于改变消息状态的变换期间的两个二极管泵，这两个二极管泵经过一个或门提供状态继电器所需的电压。
因此，只有在由所述处理通道发出的两个数字消息既有同一性而又非被“冻结”时，所述状态继电器才可以控制输出放大器的操作。因此，可以非常方便地执行与两个检查相关的交叉功能，即两个消息的同一性检查和动态状态检查。
还应当注意，根据本发明，这两个检查功能可以被提供在一个印刷电路表面上，该表面比现有技术所用表面小数百倍并且完全安全。
根据本发明的装置还包括由另外两个二极管泵构成的装备(arming)系统，其中的一个被提供了来自所述数字处理通道的装备控制信号，另一个被提供了来自输出放大器的自维护信号，这两个二极管泵经过一个或门提供振荡器运行所需的电源电压。
因此，可以获得一个锥形结构，在该锥形结构中，每一级都能从在前的一级获得它自己的能量，它通过一个寄生信号或主电源阻止关键(strategic)电路的任一偶然故障反馈。
最好，所述惠斯登电桥被提供有一个衰减时间延迟器，它使得能够接收在两个数字消息之间的轻微不同步。
最好，前两个二极管泵被连接到所述惠斯登电桥的交流输入端，它对这些输入端处的信号电平进行附加检查。
通过下面结合附图对作为非限定举例的实施例进行的下述描述，本发明的其它特征和优点将变的更加清楚。其中：
图1，已经进行了描述，示出了能够检查两个数字消息同一性的传统电路；
图2，也已经进行了描述示出了能够检查两个数字消息动态状态的传统电路；
图3示出了根据本发明能够检查所述消息同一性的电路的简图；
图4示出了根据本发明能够检查所述消息动态状态的电路的简图；
图5示出了表示二极管泵原理的电路；
图6示出了图4所示电路的操作的信号图；
图7示出了根据本发明所述确认装置的完整电路；
图8示出了这个电路的操作的信号图。
图3示出了根据本发明能够对来自两个并行处理通道的两个数字消息A和B的同一性进行控制的电路。这个电路基本上由一个惠斯登二极管电桥1构成，其交流输入口2和3分别被提供了消息A和最好经过某个装置反相的消息B的反相消息B。这个惠斯登电桥1的连续对角被连接了一个振荡器4，它的输出信号S经过静态继电器5控制输出放大器6的操作。
考虑这种配置，只有在两个数字消息A和B完全相同，或更精确地，只有在两个数字消息A和B的电平完全逐位相反的情况下，振荡器4可以作用并然后传送输出信号S给静态继电器5。然后，静态继电器5保证放大器7的运行，该放大器7然后在其输出端传送一个通／断模拟安全信号S给一个或多个执行机构(未示出)，例如在铁路交通调节系统情况下，通过安全继电器保证信号灯操作。
数字型振荡器4将是有益的，该振荡器4例如由与一组反相器相关的RC电路构成。另外，这个振荡器提供有一个衰减时间延迟装置θ1，用于在构成消息A和B的二进制位值变化时执行一个保持操作，该操作在两个消息之间执行轻微的不同步或宏同步。因而可以在无须求助公用于两个数字处理通道的同步时钟的情况下利用易于由于寄生信号的影响在两个通道上产生不正确识别码的公共模式保证该装置适当的工作效率。
此外，还应当注意，这种同一性检查电路可以在比传统故障安全型电路所占用面积小近似900倍的印刷电路表面上形成。这个优点使得可以将一系列执行机构安装在一个或相同标准格式的印刷电路板上。
下面参考图4，从该图可以看到本发明一个用于检查消息A和B动态状态的电路。这个电路基本由分别被提供了两数字消息A和B或A和
B的两个二极管泵CP1和CP2构成。最好，这两个二极管泵被直接连接到惠斯登电桥1的交流输入端2和3，借此被提供了A和
B，并在这些输入端的信号电平方面提供一个附加检查。
二极管泵CP1和CP2使用与和消息A和B状态变化对应的转换并且与用于根据电压V2提供静态继电器5所需电压V3的或门OU1相关(后面将变的更清楚)。在电压V3的基础上还提供一个衰减时间延迟装置θ3，这个时间延迟装置在触发确认装置截止和使所述信号失效之前通过将安全信息S经过用于控制输出放大器6的静态继电器5传输给所述执行装置执行两个数字消息A和B的非动态可接收时间调节。静态继电器5执行与两个检查、即关于消息A和B的同一性检查和动态状态检查，和只有在两个消息同时相同(或更精确的说是互补)和非“冻结”的情况下，它才能够控制输出放大器6的操作。
下面结合图5和图6解释所述二极管泵的工作原理。在图5中，首先看一看由消息A或B控制的继电器RL，该继电器RL被被跨接在电压V2上。但是应当注意，很清楚，实际上，继电器RL的一部分是由一个静态反相器构成的，这将在后面详细描述。继电器RL中心点被连接到电容器C1，该电容器C1还经过相对配置的二极管D1和D2分别连接到V2的+和V3的+。滤波电容器C被连接在电压V3的两端，并与这里由静态继电器5形成的用户电路并联。
在图6中由单个箭头表示的消息A或B的负转变装备二极管泵，就是说，它们经过二极管D1加载电容器C1。关于在图6中由两个箭头表示的消息A或B的正转变，它们使C1的-改变成V2的+，从而使能量从从C1经过二极管D2传输给滤波电容器C。如图6所示，运行静态继电器5所需的电压V3在滤波电容器C的两端逐渐产生。
这里还应当注意，相对于A的B的反相还有一个附加的优点，即通过二极管泵CP1和CP2可以对电压V3交替重复充电。
因此，在最后的分析中还可以看到，二极管泵CP1和CP2根据被用做能源的电压V2产生电压V3，由于V3的-被作为V2的+的基准，该电压V3的电位高于V2；利用这种方式，可以避免安全电路的漏电流等引起的偶然反馈的风险，这在故障安全设计电子领域是一致关心的。实际上是以在V3的+和V2的-之间的第一个可能的漏电流开始的，但是在这种情况下，用户电路5上的电压将被反相，因此是不起作用的。在V2的+和V3的+之间还有第二个漏电流的可能性，但是，用户电路5两端之间的电压V3将变成零，因此也将是不起作用的。另外，当V3的能量来自V2时，从V3到V2的任一能量传输都将完全不可能。
根据本发明确认装置的完整电路示于图7。这个图首先再一次示出了惠斯登电桥1、具有其自己衰减时间延迟装置θ1的振荡器4和用于控制输出放大器6的静态继电器5。该图还示出了与在电压V3的级N3和N4之间连接的或门OU1和衰减时间延迟装置θ3相关的两个二极管泵CP1和CP2。
实际上，两个数字消息A和B被分别经过连接在电压V2的级N2和N3之间的光电耦合器PH1和PH2和静态反相器INV1和INV2提供给惠斯登电桥1的交流输入端2和3。所述光电偶合器提供信号的电绝缘，而所述反相器再次产生信号电平。实际上，后者被作为在由电压V2构成的电源级N3和N2上的上限和下限处以输入信号节奏的通／断放大器。在二极管泵CP1和CP2的情况下，它们也可以形成图5所示继电器RL的一部分。
根据本发明，这个确认装置还被装备有一个完全静态的装备系统，该装备系统基本由与或门OU2相关的另外两个二极管泵CP3和CP4构成，其输出被连接到电压V2的级N3。由一个长信号构成的装备控制信号C经过连接在例如由局部主电源的24V电源构成的电压V1的级N1和N2之间的光电耦合器PH3和静态反相器INV3提供二极管泵CP3。关于二极管泵CP4，这是一个由来自输出放大器6的自维护信号经过其另一输入端接收装备控制信号C的与门提供的。这里应当注意，除了安全信号S的输出端以外，输出放大器6还包括一个用于两个数字处理通道的第三绝缘输出端或“重读”输出端。
利用来自主电源的电压V1的二极管泵CP3和CP4产生用于操作二极管泵CP1和CP2所需的电压V2。衰减时间延迟装置θ2还被提供有电压V2，以便借助于自维护信号调节由CPU提供的能量所需时间，从而借助于装备控制信号C取由CP3提供的内部能量。
还应当注意，在二极管泵CP3中，利用一个简单的电阻代替图5的二极管D1，这使得可以随意控制为装备所选择的时间，实际上，作为一个整体，这是一个向图5电容器C1充电和不是恰在其负缘处的一个很长的装备信号C。
这里还应当注意，或门OU1和OU2实际上简单地对应于图5所示多个二极管D2阴极的并联连接。
这样，在最后分析中，获得不同电源(suppliesi)的锥形结构，其中的每一级都从前级吸收能量，设使得可以避免关键电路的偶然故障反馈。实际上，包含在级N2和N3之间的电压V2从作为主电源的包含在级N1和N2之间的电压V1中吸收能量，这是借助二极管泵CP3和CP4执行、由或门PU2再现的。关于包含在级N3和N4之间的电压V3，它借助二极管泵CP1和CP2从电压V2中吸收能量并由或门OU1再现。该电压V3构成了一个由用于控制“电源(supply-wise)”的静态继电器5使用的安全信息，所述静态继电器执行用于两个数字消息A和B的同一性和动态状态检查信息的一个交叉功能。
最后应当注意，图7所示电路还包括另外两个分别插入在振荡器4和静态继电器5之间和静态继电器5和输出放大器6之间的的光电耦合器PH4和PH5。这些光电耦合器在PH4的情况下在V2和V3之间提供电绝缘功能、在PH5的情况下在V3和V1之间提供电绝缘功能。除了在将所述安全信息传输给执行机构的过程中，当V3然后是V2的逐渐消失导致安全信号S的衰减时的级N3和逼近N2的N4以外，这些光电耦合器漏电流以外的输入／输出不会受到影响。
下面将结合图8的流程描述本发明确认装置的一个操作例，该图再一次示出了示出了两个数字消息A和
B、装备信号C、二极管泵CP3的装备能量、来自振荡器4的信号S、和来自输出放大器6的信号，即适当发音的安全输出信号S、重读信号和自维护信号。
当所述的确认装置断电时，即在它的安全状态，电压V1和V2是零，所以，级N3和N4处于N2的电位。
对配备有这种装置的设备的初始化处理如下：
两个数字处理通道的微处理器或其它电路连续检查到达它们输入端处的事件信息并且执行所安排的自测试。对应的数字结果被经过译码结果的交换进行通道之间的比较以避免一个结果被另一个结果的任何偶然拷贝。对于每个通道来讲，如果这些结果被其它通道的结果所证实，那么，所述微处理器作一个联合判定以装备所述确认装置。
为此目的，在向二极管泵CP3的电容C1充电所需的时间内传送装备命令信号C。应当注意，这个装备命令信号同时经过与门切断提供给二极管泵CP4的自维护信号以在所述确认装置通电、即处于状态“1”时为可能的假脉冲提供条件。
两通道的微处理器被启动以开始两个消息A和B的一系列传输，从而使在时间t1处与装备信号C的衰减相符。在这一时间点，信号C的衰减使反相器INV3的输出改变N2的电位，并在将所述装备命令传输给级N3的过程中从该电位获得CP3的能量。然后形成V2电压，从而在两个消息A和B确实存在和互补的情况下使振荡器4能够在时间t2处开始工作。
如图6所示，消息A和B的第一变换经过或门OU1的二极管泵CP1和CP2逐渐建立包含在级N3和N4之间的电压V3。然后静态继电器5被提供和然后能够控制输出放大器6的操作。
在表示用于建立电压V3所需时间的时间t1-t3之后，当具有与数字处理通道相关的重读信号和与执行机构相关的安全信号S时，在所述放大器6的输出端产生自维护信号，如图8所示。应当注意，所有这些信号都是交替通／断的信号。
由二极管泵CP3提供的初始能量不再需要，并且这些能量是借助于二极管泵CP4通过自维护信号提供的。
如果现在将自维护信号中断长达与θ2和θ3不兼容的时间，则级N3和N4被衰减以及作为一个整体的确认装置被不可逆的断电，删除电源电压V2和V3的结果是它实际上构成了一个绝对缺陷存储器。
以上描述的数字消息确认装置对用于自动引导火车和控制它们运动的系统具有特殊的优点，但是，它通常也可以被应用于在检测一个输入信号的基础上提供通／断安全信号以便例如安全关闭机床或工业处理的任一工业领域。
还应当注意，这种装置可以被生产在一个非常小的印刷电路表面上。借助于举例，在使用混合电路技术的最佳实施例中，它可以在不超过3cm2的表面区域上容纳整个装置。
Claims (10)
1．一种用于确认数字消息的装置，其中，在借助于输出放大器(6)产生用于保证执行机构运行的通／断模拟安全信号(S)之前检查来自两个并行处理通道的两个数字消息(A和B)的绝对同一性和动态状态，其特征是它还包括一个惠斯登二极管电桥(1)，其交流输入端(2和3)分别被提供两个在前彼此反相的消息(A，B)，并且它的连续对角包括一个振荡器(4)，其输出(S)构成用于消息A和B的同一性检查信号，这个信号经过静态继电器(5)控制输出放大器(6)。
2．根据权利要求1所述的装置，其特征是它还包括两个分别被提供两个数字消息(A，B)并运行于所述消息状态改变的变换上的二极管泵(CP1、CP2)，这两个二极管泵经过或门(OU1)提供静态继电器(5)所需的电压(V3)。
3．根据权利要求2所述的装置，其特征是它还包括一个由另外两个二极管泵(CP3、CP4)组成的装备系统，其中一个(CP3)被提供来自所述数字处理通道的装备命令信号(C)，另一个(CP4)被提供来自输出放大器(6)的自维护信号，这两个二极管泵(CP3、CP4)经过或门(OU2)提供运行振荡器(4)所需的电源电压(V2)。
4．根据权利要求1到3中的任一个的装置，其特征是惠斯登电桥(1)的振荡器(4)被提供有一个衰减时间延迟装置(θ1)。
5．根据权利要求2所述的装置，其特征是前两个二极管泵(CP1、CP2)被连接到惠斯登电桥(1)的交流输入端(2、3)。
6．根据权利要求2到5中任何一个的装置，其特征是两个数字消息(A、B)被经过光电耦合器(PH1、PH2)加到惠斯登电桥(1)上。
7．根据权利要求2到6中任何一个的装置，其特征是第一个光电耦合器(PH1)被插入在振荡器(4)和静态继电器(5)之间，第二个光电耦合器(PH2)被插入在静态继电器(5)和输出放大器(6)之间。
8．根据权利要求3所述的装置，其特征是所述装备命令信号(C)被经过一个光电耦合器(PH3)提供给相应的二极管泵(CP3)。
9．根据权利要求3或8所述的装置，其特征是为振荡器(4)的电源电压(V2)提供一个衰减时间延迟装置(θ2)。
10．根据权利要求2到9中任何一个的装置，其特征是为静态继电器(5)的电源电压(V3)提供一个衰减时间延迟装置(θ3)。
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