CN206331418U - 一种基于apci总线的二乘二取二安全控制装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种基于APCI总线的二乘二取二安全控制装置，由两个结构相同的互为备份的控制装置构成；每个控制装置中，由安全输入通道采集外设状态信息，经过处理器单元分析运算得到当前外设工作情况和后续外设需要执行的指令，由比较仲裁模块进行比对后，由安全输出模块输出至外设，控制外设完成相应指令。所述处理器单元利用10MHz参考时钟和星形触发总线为控制装置内的安全输入单元和安全输出单元提供高精度定时和同步功能。本实用新型的优点为：在AT96总线的基础上，增加了用于定时和同步的10MHz参考时钟和星型触发总线，提高了系统定时和同步的精度，缩短了系统响应时间。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种控制装置，具体来说，是一种基于APCI总线的二乘二取二安全控制装置。
背景技术
APCI总线是一种基于AT96总线规范，并吸收PXI总线高精度定时和同步优点的自定义的高可靠性平台。APCI总线在AT96总线基础上增加了用于定时和同步的10MHz参考时钟和星型触发总线。
AT96总线是1994年由德国SIMENS公司发起制定的AT96总线欧洲卡标准(IEEE996)，并在欧洲得到了推广应用。AT96总线是将ISA总线电气规范、96芯针孔连接器和欧洲卡规范(IEC297/IEEE1011.1)结合起来，消除了ISA总线模板之间的金手指连接方式，具有抗强震动和冲击能力，适合应用在航空航天、轨道交通及工业测试等领域中。
PXI总线(PCI eXtension for Instrumentation，面向仪器的PCI扩展)，是一种坚固的基于PCI总线的平台。PXI总线上增加的系统参考时钟、触发总线、星形触发线和模块间的局部总线可满足高精度定时、同步与数据通信要求。PXI总线平台是一个高性能的平台，可应用于诸如航空航天、轨道交通及工业测试等领域中。
在轨道交通、航空航天等要求高可靠性和高安全性场合，需要采用高安全计算机系统来实现，即使发生故障也能使输出导向安全侧。国内铁路信号产品的安全计算机多采用二乘二取二结构，“二取二”即双机比较系统，它集成两个数据处理系统，双处理器同时运行，系统对结果实时比较，只有在双机运行结果一致时才对外输出运算结果。“二乘”的作用为上述双处理器组合用两组，采用双机热备的方式。
现有的安全计算机多半采用单纯的AT96总线或是自定义并行总线作为待比较数据的交互通道。此种情况下，双机间同步过程时间较长，定时不准确，导致整个系统响应时间延长。
实用新型内容
针对上述问题，本实用新型提出一种基于APCI总线的二乘二取二安全控制装置，提高了系统定时和同步的精度，缩短了系统响应时间。
一种基于APCI总线的二乘二取二安全控制装置，包括安全输入单元、处理器单元、安全输出单元与参考时钟源；安全输入单元中包含两路完全一样的输入通道A与输入通道B。处理器单元中包含两个完全相同的处理器A与处理器B；安全输出单元中包含两路完全一样的输出通道A与输出通道B；同时，安全输出单元中还包含有一个比较仲裁模块。
输入通道A和输入通道B连接外设，同时输入通道A和输入通道B上的双口RAM分别与处理器A和处理器B间通过两条独立的AT96总线连接。处理器A和处理器B之间通过以太网连接。处理器A和处理器B分别通过独立的AT96总线与比较仲裁模块上的两个双口RAM连接。比较仲裁模块则通过本地总线与输出通道A和输出通道B连接；输出通道A和输出通道B连接外设。
参考时钟源由低偏斜的时钟BUFFER扩展出6路参考时钟，分别连接到输入通道、处理器和比较仲裁模块。处理器单元由参考时钟和星形触发总线为安全输入单元和安全输出单元提供高精度定时和同步功能。
本实用新型的优点在于：
1、本实用新型基于APCI总线的二乘二取二安全控制装置，在AT96总线的基础上，增加了用于定时和同步的10MHz参考时钟和星型触发总线，提高了系统定时和同步的精度，缩短了系统响应时间。
附图说明
图1为本实用新型基于APCI总线的二乘二取二安全控制装置的系统架构图。
图中：
1-控制装置 101-安全输入单元 102-处理器单元
103-安全输出单元
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明。
本实用新型基于APCI总线的二乘二取二安全控制装置，由两个结构相同的控制装置(I系和II系)构成，两个控制装置间为主备关系，之间通过以太网进行同步及数据交互，定期交互自身健康信息，当其中一个控制装置出现故障，另一个控制装置自动升为主份。两个控制装置均包括安全输入单元、处理器单元和安全输出单元。安全输入单元中包含两路完全一样的输入通道A与输入通道B；处理器单元中包含两个完全相同的处理器A与处理器B；安全输出单元中包含两路完全一样的输出通道A与输出通道B；同时，安全输出单元中还包含有一个比较仲裁模块。
上述安全输入单元采集到的外设(继电器、信号灯、道岔等)的状态信息，经过分析运算得到当前外设工作情况和后续外设需要执行的指令。输入通道A和输入通道B上的双口RAM分别与处理器A和处理器B间通过两条独立的AT96总线连接，完成输入通道A、输入通道B与处理器A、处理器B间的数据交互。处理器A和处理器B之间通过以太网连接，完成对输入通道A和输入通道B获取的外设状态信息间的相互比对，并通过分析运算得到的后续外设需要执行的指令。处理器A和处理器B分别通过独立的AT96总线与比较仲裁模块上的两个双口RAM连接；而在安全输出单元内部，比较仲裁模块则通过本地总线与输出通道A和输出通道B连接。比较仲裁模块对处理器A和处理器B发来的数据或指令进行比对，如果比对结果一致则通过输出通道A和输出通道B各自输出一个控制信号，由这两个控制信号驱动安全输入单元的输出电路将该数据或指令发送到相应的外设，从而控制外设完成相应指令。上述提到的两个控制信号必须同时有效才能驱动输出电路输出信号，否则输出电路无信号输出。如果比对结果不一致则反馈错误信息给处理器单元，同时切断输出通道A、输出通道B和输出电路的供电，保证控制装置无错误输出。
在两个控制装置中，各有一个10MHz参考时钟源。该时钟源通过一个低偏斜的时钟BUFFER扩展出6路10MHz参考时钟，分别连接到两个输入通道、两个处理器和比较仲裁模块。处理器单元利用10MHz参考时钟和星形触发总线为控制装置内的安全输入单元和安全输出单元提供高精度定时和同步功能。所述星型触发总线采用星型拓扑，即处理器A与输入通道A、比较仲裁模块和处理器B各由一条独立的触发线连接；同理，处理器B与输入通道B、比较仲裁模块和处理器A各由一条独立的触发线连接。在每个控制周期开始前，控制模块内的处理器单元、安全输入单元和安全输出单元通过星型触发总线同步，并利用10MHz参考时钟定时。两个控制模块间则通过以太网完成同步工作。星形触发总线间以及10MHz参考时钟间都具有小于1ns的偏斜。利用星形触发线和10MHz参考时钟的极低的偏斜，使得控制模块可实现双机间高精度同步和定时、安全输入单元的定时采集、安全输出单元的定时输出以及双系间的定时通讯功能，提高系统运行效率，减小系统响应时间。
Claims (2)
1.一种基于APCI总线的二乘二取二安全控制装置，其特征在于：包括安全输入单元、处理器单元、安全输出单元与参考时钟源；安全输入单元中包含两路完全一样的输入通道A与输入通道B；处理器单元中包含两个完全相同的处理器A与处理器B；安全输出单元中包含两路完全一样的输出通道A与输出通道B；同时，安全输出单元中还包含有一个比较仲裁模块；
输入通道A和输入通道B连接外设，同时输入通道A和输入通道B上的双口RAM分别与处理器A和处理器B间通过两条独立的AT96总线连接；处理器A和处理器B之间通过以太网连接；处理器A和处理器B分别通过独立的AT96总线与比较仲裁模块上的两个双口RAM连接；比较仲裁模块则通过本地总线与输出通道A和输出通道B连接；输出通道A和输出通道B连接外设；
参考时钟源由低偏斜的时钟BUFFER扩展出6路参考时钟，分别连接到输入通道、处理器和比较仲裁模块；处理器单元由参考时钟和星形触发总线为安全输入单元和安全输出单元提供高精度定时和同步功能。
2.如权利要求1所述一种基于APCI总线的二乘二取二安全控制装置，其特征在于：具有两个，互为主备关系，之间通过以太网进行同步及数据交互。
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| CN109709930A (zh) * | 2017-10-25 | 2019-05-03 | 株洲中车时代电气股份有限公司 | 一种故障导向安全控制装置及方法 |
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| CN109709930B (zh) * | 2017-10-25 | 2020-09-25 | 株洲中车时代电气股份有限公司 | 一种故障导向安全控制装置及方法 |
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