CN1915724A

CN1915724A - 一种客车防滑器的安全倒向方法及装置

Info

Publication number: CN1915724A
Application number: CN 200610032156
Authority: CN
Inventors: 谭寿云; 何素敏
Original assignee: Zhuzhou CSR Times Electric Co Ltd
Current assignee: Zhuzhou CRRC Times Electric Co Ltd
Priority date: 2006-08-31
Filing date: 2006-08-31
Publication date: 2007-02-21
Anticipated expiration: 2026-08-31
Also published as: CN100497057C

Abstract

一种客车防滑器的安全倒向方法及装置，尤其是指一种独立于微机之外，用于监测防滑阀工作状态的客车防滑器安全倒向方法及装置，能够实现兼顾软件、硬件和电源的全方位监测，主要用于保证列车行车安全。当前级电路或CPU工作正常时，输入监测电路模块的信号为设定频率范围内的脉冲，控制隔离模块输出固定逻辑电平，通过后续电路组合给出执行机构的正常通道；当前级电路或CPU工作不正常时，输入监测电路模块的信号为设定频率范围外的信号，这时监测电路模块的输出为另一固定逻辑电平，通过后续电路组合截断执行机构正常通道，使之处于系统倒向安全模式；当供电电源故障时，控制隔离模块直接输出截断执行机构正常通道，使之处于系统倒向安全模式。

Description

一种客车防滑器的安全倒向方法及装置

技术领域

本发明属于一种机车/车辆的安全控制方法，尤其是指一种独立于微机之外的，用于监测防滑阀工作状态的客车防滑器的安全倒向方法，本发明还涉及一种上述方法的实施装置。该方法和装置主要用于保证列车行车安全。

背景技术

安全倒向功能是很多重要设备运行过程中必须设置的安全模式，它是指设备本身发生故障时能自动进入安全模式而不影响外部其它系统的整体运行或使整个系统运行的危险性降到最低。如列车制动控制设备、防滑器等。安全倒向是指独立于微机之外的实时监测电路直接控制关键执行机构，它与微机的其它检测电路和方法一起构成装置自身的完整保护体系。如果工作条件不允许或硬件电路发生故障，则该电路将在一个脉冲周期后自动切断执行机构的所有通路，保证设备外的系统正常工作。目前国内外设计的用于列车车辆的安全倒向电路在设计方法上考虑并不全面，主要在硬件电路上采用了常规的倒向控制方法。没用兼顾上软件和硬件，并且在电源的监测方面的考虑因素也很少。目前市场上主要代表有德国Knorr MGS型客车防滑器及SAB SWKP AS20C型客车防滑器和铁道科学院的TXF型客车防滑器的安全监测和安全倒向方法。在安全倒向电路的实现上面，各家防滑器实现的方法侧重点有所不同，但尚还不能形成比较完整的保护系统。尤其是在兼顾软件和硬件的监测；在防滑阀信号故障时如何切断防滑阀；以及怎样使装置内任何电源故障都能可靠切除防滑阀等方面，都有必要加以改进。

发明内容

本发明的目的在于针对现有防滑阀安全倒向措施的不足，提出一种能兼顾软件、硬件和电源的全方位监测，通过CPU监测防滑阀及外围其它电路的工作状态，控制安全倒向电路的输入，安全倒向电路又完成对CPU的监测，安全倒向的后级电路完成装置内电源的监测与隔离，直接控制执行元件防滑阀的通道选择而实现的全方位工作状态实时监测的防滑阀安全倒向方法。

本发明的另一目的在于提供一种实施上述方法的客车防滑器的安全倒向装置。

为了达到此目的，本发明通过下述技术方案来完成。

本发明综合了软件监测，电源电压监测，阀故障切除及CPU故障切除等，兼顾了软、硬件。通过CPU控制模块与各信号模块和继电器执行模块相结合，实现防滑阀安全倒向。

本发明是一种用于机车/车辆的防滑阀安全倒向方法，它综合了软件监测，供电电源监测，阀故障切除及CPU故障切除等，兼顾了软、硬件。采取模块化的控制原理，通过CPU控制模块与各信号模块和继电器执行模块的结合，实现防滑阀安全倒向。模块中包括：监测电路模块、控制隔离模块、执行机构。其中，控制隔离模块包括隔离输入电路和隔离输出电路以及电源监测电路，监测电路模块接收前级的输入信号，并输出相应的控制信号至控制隔离模块，控制隔离模块根据来自监测电路模块的输出信号和系统电源的监测信号，控制执行结构产生相应动作；当前级电路或CPU工作正常时，输入监测电路模块的信号为设定频率范围内的脉冲，此时，控制隔离模块输出一固定逻辑状态电平，该逻辑状态通过后续电路组合给出执行机构的正常通道；当前级电路或CPU工作不正常时，输入监测电路模块的信号为设定频率范围外的信号，这时监测电路模块的输出为另一固定逻辑状态电平，该逻辑状态通过后续电路组合截断执行机构的正常通道，使执行机构处于系统倒向安全模式；当供电电源故障时，控制隔离模块直接输出截断执行机构的正常通道，使执行机构处于系统倒向安全模式。

下面对安全倒向中重要的监测电路工作原理进行说明

如图2示，如果系统工作不正常，输入端a处不是规定频率的脉冲信号而是不稳定的低或高电平，则根据逻辑运算b点和c点的逻辑互为反逻辑，在通过后续的逻辑电路后在d点必定会输出低电平，从而控制e点的逻辑为稳定高电平，在后续电路正常的条件下使系统倒向安全模式。如果系统工作正常在a点输入的为一定频率的脉冲信号，则b点逻辑为a点的正逻辑，c点为a点的反逻辑，这时在b点或c点总有一个电容充电，而另外一个点的电容放电。电容的放电时间远小于充电时间。在充电电容电平还没有达到后续门电路逻辑翻转的电平时，可以保证两路在d点的逻辑是相同且为高电平，这个电平即为系统正常工作时图1②点控制电平。同时b点或c点的充电电容电平在达到门电路门槛翻转之前，a点的逻辑翻转从而使电路保持在e点输出稳定的高电平。也就是说，只要输入脉冲的周期小于RC的充电时间常数就能使e点输出稳定的高电平。这个电路特点就在于，可以在系统发生故障处于不稳定逻辑状态时保证倒向安全模式。其中a处输入的脉冲频率和所选RC充电常数及门电路逻辑翻转门槛电压有关。图2的关键点逻辑图如图3所示。

图4为图1中控制隔离模块2的实施例电路。其主要功能是完成电源隔离、电源监测、输出驱动和选择防滑阀正常与隔离通道。

采用本发明的优点是：

1、兼顾软件和硬件的监测。

2、继电器单独控制防滑阀。

3、具有供电电源监测功能，任何供电故障都可以可靠切除防滑阀。

附图说明

图1为安全倒向通路框图；

图2为本发明实施例的脉冲监测电路；

图3为本发明实施例中脉冲监测电路的逻辑时序图；

图4为图1中控制隔离模块2的实施例电路。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。

本发明是一种用于机车/车辆的防滑阀安全倒向方法，它综合了软件监测，供电电源监测，阀故障切除及CPU故障切除等，兼顾了软、硬件。采取模块化的控制原理，通过CPU控制模块与各信号模块和继电器执行模块的结合，实现防滑阀安全倒向。模块中包括：监测电路模块、控制隔离模块、执行机构，其中，控制隔离模块包括隔离输入电路和隔离输出电路。监测电路模块接收前级的输入信号，并输出相应的控制信号至控制隔离模块，控制隔离模块根据来自监测电路模块的输出信号和系统电源的监测信号，控制执行结构产生相应动作；当前级电路或CPU工作正常时，输入监测电路模块的信号为设定频率范围内的脉冲，此时，控制隔离模块输出一固定逻辑状态电平，该逻辑状态通过后续电路组合给出执行机构的正常通道；当前级电路或CPU工作不正常时，输入监测电路模块的信号为设定频率范围外的信号，这时监测电路模块的输出为另一固定逻辑状态电平，该逻辑状态通过后续电路组合截断执行机构的正常通道，使执行机构倒向安全模式。

各供电电源工作正常的情况下，安全倒向的功能主要由内部软件监控和脉冲监测电路来实现软件和CPU硬件故障发生时切掉防滑阀，倒向安全模式。

CPU硬件工作正常且软件工作正常，在程序运行的过程中实时插入监测子程序保证输出到脉冲监测电路中的脉冲满足f＞500Hz。如果程序因为外部或内部原因“跑飞”则无法执行实时监测子程序，无法保证输出脉冲的正确性，如果CPU遭到损坏或部分外围电路故障同样无法输出满足频率要求的脉冲信号。

脉冲监测电路的只有当输入满足f＞500Hz的方波，才能够输出正确的电平，该电平通过继电器前端的隔离电路控制阀控继电器输出正确控制逻辑，使防滑阀的驱动信号负线连通24GND，允许防滑阀动作。当然如果前端的输入脉冲不满足条件或由于CPU工作的问题产生不稳定的高电平或低电平输入则该电路将产生相反的逻辑控制继电器，使防滑阀的地与24GND断开，切断防滑阀。

在阀输出端有阀故障监测电路，可以监测阀的工作状态并把阀故障信息传送到CPU进行故障监测。

如图1所示，本发明由监测电路模块1、控制隔离模块2、执行机构3几部分组成，其中，监测电路模块1是本发明的核心内容。标记①处为监测电路模块1的输入信号，当①的信号为设定频率范围内的脉冲或方波时，表示前级电路或CPU工作正常，这时②的输出为一固定逻辑状态(电平)，在本发明的应用实例中设置的是低电平，该逻辑状态通过后续电路组合给出执行机构的正常通道；当①的信号为设定频率范围外的任何信号时，表示前级电路或CPU工作不正常，这时②的输出为另一固定逻辑状态(电平)，在本发明的应用实例中设置的是高电平，该逻辑状态通过后续电路组合截断执行机构的正常通道，使执行机构处于“挂起”状态，也就是使系统倒向安全模式；①信号的产生可以是硬件电路也可以通过软件编程由控制CPU的特定功能引脚产生，该信号主要表明系统的运行正常或主要的控制功能模块工作正常。监测电路由集成逻辑芯片、电阻、电容和二极管等构成。由图2说明其工作原理。

控制隔离模块2和执行机构3的隔离控制电路主要用于执行机构和控制不是采用同一个电源的系统中，该电路包括系统所有电源的监测和隔离驱动，隔离输入的电源为系统控制CPU电源或其它共地电源的组合。隔离输出的电源为执行机构的电源，当电源工作正常且②为正常输出逻辑时，则隔离控制电路产生正常工作逻辑，执行机构正常工作。当任何一个电源发生故障或②为不正常输出逻辑时，该隔离控制电路的逻辑能确保系统倒向安全模式，切断执行机构工作回路。控制隔离模块2可以是一个简单的光电隔离开关，也可以是隔离驱动的逻辑组合。图4给出了图1中控制隔离模块2的实施例电路。

下面对安全倒向中重要的监测电路工作原理进行说明

如图2示，监测电路模块包括2条支路，一条支路为a点输入信号接非门U1的输入端，U1输出端接二极管D1阴极，D1阳极接非门U2的输入端，U2输出端接二极管D2阴极，D2阳极接非门U3的输入端，再由非门U3输出信号至e点；另一条支路为a点输入信号接非门U4的输入端，非门U4输出端接非门U5输入端，U5输出端接二极管D3阴极，D3阳极接非门U6的输入端，U6输出端接二极管D4阴极，D4阳极连接于二极管D2和非门之间的d点，经过U3的输入端，再由非门U3输出信号至e点；b点与电源之间接有电阻R1，b点与地之间接有电容C1；c点与电源之间接有电阻R2，b点与地之间接有电容C2；d点与电源之间接有电阻R3。如果系统工作不正常，输入端a处不是规定频率的脉冲信号而是不稳定的低或高电平，则根据逻辑运算b点和c点的逻辑互为反逻辑，在通过后续的逻辑电路后在d点必定会输出低电平，从而控制e点的逻辑为稳定高电平，在后续电路正常的条件下使系统倒向安全模式。如果系统工作正常在a点输入的为一定频率的脉冲信号，则b点逻辑为a点的正逻辑，c点为a点的反逻辑，这时在b点或c点总有一个电容充电，而另外一个点的电容放电。电容的放电时间远小于充电时间。在充电电容电平还没有达到后续门电路逻辑翻转的电平时，可以保证两路在d点的逻辑是相同且为高电平，这个电平即为系统正常工作时图1②点控制电平。同时b点或c点的充电电容电平在达到门电路门槛翻转之前，a点的逻辑翻转从而使电路保持在e点输出稳定的高电平。也就是说，只要输入脉冲的周期小于RC的充电时间常数就能使e点输出稳定的高电平。这个电路特点就在于，可以在系统发生故障处于不稳定逻辑状态时保证倒向安全模式。其中a处输入的脉冲频率和所选RC充电常数及门电路逻辑翻转门槛电压有关。图2的关键点逻辑图如图3所示。

下面对控制隔离模块2的实施例电路。工作原理进行说明：

图4为图1中控制隔离模块2的一种实施方式。其主要功能是完成电源隔离、电源监测、输出驱动和选择防滑阀正常与隔离通道。

图4给出了图1中控制隔离模块2的实施例电路。正常状态下，监测电路1输出的低电平逻辑经过非门D2E变成高电平，使光耦V125处于通态，三极管V2则处于断开状态，继电器K1处于常闭状态，执行机构通过继电器的常闭触点处于正常的通态；当监测电路检测到故障并输出高电平时，经过非门D2E变成低电平，使光耦V125处于断态，三极管V2则处于开通状态，继电器K1得电处于常开状态，执z行机构通过继电器的常闭触点通道被截断，执行机构倒向安全模式；当5V电源发生故障时，非门D2E因没有电源而输出低电平，使光光耦V125处于断态，三极管V2则处于开通状态，继电器K1得电处于常开状态，执行机构通过继电器的常闭触点通道被截断，执行机构倒向安全模式；24V电源为执行机构的供电电源，当其故障时，执行机构自动倒向安全模式。

同时，本发明也不仅限于实施例所描述的方式。

Claims

1、一种客车防滑器的安全倒向方法，其特征在于：所述的安全倒向方法是采取模块化的控制原理，通过CPU控制模块与各信号模块和执行模块的结合，采用逻辑控制电路实现防滑阀安全倒向；其中，所述的信号模块用于接收前级的输入信号，并输出控制信号；CPU控制模块为根据设定的逻辑状态，控制执行模块结构产生相应动作；执行模块为继电器执行机构。安全倒向的功能主要由内部软件监控和脉冲监测电路来实现软件和CPU硬件故障发生时切掉防滑阀，倒向安全模式。

2、如权利要求1所述的客车防滑器的安全倒向方法，其特征在于，所述的CPU控制模块与各信号模块和执行模块包括：监测电路模块、控制隔离模块、执行机构，其中，控制隔离模块包括隔离输入电路和隔离输出电路以及电源监测电路，监测电路模块接收前级的输入信号，并输出相应的控制信号至控制隔离模块，控制隔离模块根据来自监测电路模块的输出信号和系统电源的监测信号，控制执行结构产生相应动作；当前级电路或CPU工作正常时，输入监测电路模块的信号为设定频率范围内的脉冲，此时，控制隔离模块输出一固定逻辑状态电平，该逻辑状态通过后续电路组合给出执行机构的正常通道；当前级电路或CPU工作不正常时，输入监测电路模块的信号为设定频率范围外的信号，这时监测电路模块的输出为另一固定逻辑状态电平，该逻辑状态通过后续电路组合截断执行机构的正常通道，使执行机构处于系统倒向安全模式；当供电电源故障时，控制隔离模块直接输出截断执行机构的正常通道，使执行机构处于系统倒向安全模式。

3、如权利要求1所述实现客车防滑器的安全倒向方法的一种客车防滑器的安全倒向装置，包括：监测电路模块(1)、控制隔离模块(2)、执行机构(3)，监测电路模块(1)接收前级的输入信号，并输出相应的控制信号至控制隔离模块(2)，控制隔离模块(2)根据来自监测电路模块(1)的输出信号和系统电源的监测信号，控制执行机构(3)产生相应动作，其特征在于，当前级电路或CPU工作正常时，输入监测电路模块(1)的信号为设定频率范围内的脉冲，此时，控制隔离模块(2)输出一固定逻辑状态电平，该逻辑状态通过后续电路组合给出执行机构(3)的正常通道；当前级电路或CPU工作不正常时，输入监测电路模块(1)的信号为设定频率范围外的信号，这时监测电路模块(1)的输出为另一固定逻辑状态电平，该逻辑状态通过后续电路组合截断执行机构(3)的正常通道，使执行机构(3)处于系统倒向安全模式；当供电电源故障时，控制隔离模块(2)直接输出截断执行机构(3)的正常通道，使执行机构(3)处于系统倒向安全模式。

4、如权利要求3所述的客车防滑器的安全倒向装置，其特征在于，如果系统工作不正常，输入端(a)处不是规定频率的脉冲信号而是不稳定的低或高电平，在后续电路正常的条件下使系统倒向安全模式；如果系统工作正常在(a)点输入的为一定频率的脉冲信号，只要输入脉冲的周期小于RC的充电时间常数就能使(e)点输出稳定的高电平，在系统发生故障处于不稳定逻辑状态时保证倒向安全模式。

5、如权利要求3所述的客车防滑器的安全倒向装置，其特征在于，电源正常状态下，继电器(K1)处于常闭状态，执行机构通过继电器的常闭触点处于正常的通态；当监测电路检测到故障时，继电器(K1)处于常开状态，执行机构通过继电器的常闭触点通道被截断，执行机构倒向安全模式；当5V电源发生故障时，继电器(K1)处于常开状态，执行机构通过继电器的常闭触点通道被截断，执行机构倒向安全模式；当执行机构供电电源出现故障时，执行机构自动倒向安全模式。

6、如权利要求3所述的客车防滑器的安全倒向装置，其特征在于，所述设定频率范围内的脉冲，是通过在程序运行的过程中实时插入监测子程序产生的，在程序正常运行过程中产生固定的周期性脉冲，程序运行出现故障，则不能产生相应的脉冲，从而进行系统运行状态的监控。

7、如权利要求3所述的客车防滑器的安全倒向装置，其特征在于，输入监测电路模块的脉冲周期小于由R1、C1和R2、C2决定的RC充电时间常数。