CN207689863U - 高可靠性的模拟量冗余输出装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种高可靠性的模拟量冗余输出装置，该装置包含装置A和装置B，所述的装置A和装置B分别通过系统通信总线与主机连接通信，所述的装置A和装置B互为冗余且完全相同。与现有技术相比，本实用新型具有降低成本、提高系统可靠性等优点。

Description

高可靠性的模拟量冗余输出装置

技术领域

本实用新型涉及轨道交通调度领域，尤其是涉及一种高可靠性的模拟量冗余输出装置。

背景技术

在轨道交通行业中，要求系统能够不间断运行，所以要求系统具有非常高的可用性。为了实现高可用性，行业内的系统基本都是采用冗余架构，例如二乘二取二架构或者三取二架构。不管是二乘二取二架构还是三取二架构，原理上都是通过2个或者3个相同的模块同时工作，同时输出来提高系统的可用性。对于通信功能和数字量输出功能进行冗余输出较容易，但是对于模拟量的冗余输出在技术上较复杂，需要严格检测输出状态，同时还需要独立物理切换装置对冗余的模拟量输出进行选择和切换。

在实时系统中，利用独立的物理切换装置来实现冗余量输出管理会面临如下问题：

1、实时性：采用独立的物理切换装置来管理冗余模拟量输出，由于切换装置独立于模拟量输出装置，不共地，所以在检测到故障后再控制继电器进行切换耗时很长，导致系统对外输出不连续；

2、灵活性：由于采用独立装置来管理冗余模拟量输出情况，考虑到成本和便捷性，都是系统级切换，也就是说当一个系统的一路或者几路出现故障，所有输出全部切换到另一个备用系统，无法做到板级热备、板级切换；

3、可靠性：外配冗余切换装置时，切换装置仍然是一个单点，存在单点故障可能性，切换装置的故障可能导致系统的冗余失效，影响运营，造成严重后果；

4、成本：外配冗余切换装置时，为了获得相对高的可靠性，需要采用机电类的元器件，导致成本升高；

经过检索，中国专利公开号为CN202735735U公开了一种有线和无线热备冗余通信的低成本现场测控I/O模块，该实用新型包括模拟量输入接口、开关量I/O接口、A/D转换单元、数字隔离单元、中央处理器、有线通信单元、无线通信单元、D/A转换单元、模拟量输出接口。从机具有I/O接口，可以直接与仪表或者现场执行器相连接，获取仪表的状态或者控制现场设备。同时其有线和无线通信单元可以采用上述的算法实现冗余通信，如此则可以构建一个现场级的双网络冗余通信的测控系统。提高了工业现场监测与控制系统的可靠性。但该实用新型涉及的是网络冗余通信领域，不符合于本方案的技术要求。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种高可靠性的模拟量冗余输出装置。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种高可靠性的模拟量冗余输出装置，该装置包含装置A和装置B，所述的装置A和装置B分别通过系统通信总线与主机连接通信，所述的装置A和装置B互为冗余且完全相同。

优选地，所述的装置A包括电源1模块、电源2模块、CPU_1模块、CPU_2模块、数模转换模块、开关1模块、开关2模块、采集1模块和采集2模块；

所述的CPU_1模块和CPU_2模块分别通过串行总线与主机连接通信，所述的CPU_1模块和CPU_2模块互相连接通信，所述的电源1模块通过CPU_1模块连接数模转换模块，所述的电源2模块通过CPU_2模块连接开关2模块，所述的CPU_1模块通过IO控制线连接开关1模块，所述的数模转换模块通过开关1模块连接开关2模块，所述的采集1模块和采集2模块的采集端分别连接开关2模块的输出接口，所述的采集1模块的输出端连接CPU_1模块，所述的采集2模块的输出端连接CPU_2模块。

优选地，所述的电源1模块和电源2模块、CPU_1模块和CPU_2模块、开关1模块和开关2模块、采集1模块和采集2模块分别相同且隔离独立。

优选地，所述的装置A的开关2模块的输出接口和装置B的开关2模块的输出接口并连到一起实现模拟量冗余输出。

优选地，所述的采集1模块和采集2模块均包括依次连接的放大电路和AD芯片。

优选地，所述的数模转换模块为LTC8043F的数模转换模块。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

1、该方案中，模拟量输出通过主备两个装置实现，不需要仲裁切换装置，两个装置工作时一个为主工作状态，另一个为备工作状态。故障装置自动转换到备工作状态，原备用装置根据通信切换到主输出状态。由于不需要切换装置，所以降低了成本同时提高了可靠性和实时性。

2、该方案中为了提高可靠性，通过2个独立的采集模块采集模拟量输出状态，防止单个采集电路的失效导致判断失误，无法及时转换到健康的装置进行工作。提高了系统可靠性、实时性和灵活性。

3、该方案中，对于模拟量输出增加了2级开关控制，无论是数模转换模块故障还是单个开关故障，故障装置都能够可靠地转换到备用状态，原来的备用装置自动切换到主工作状态。装置内部任何单点故障都不会影响系统可用性。提高的系统的可靠性和实时性。

附图说明

图1为本实用新型的装置结构示意图。

具体实施方式

下面将对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，一种高可靠性的模拟量冗余输出装置，该装置包含装置A和装置B，所述的装置A和装置B分别通过系统通信总线与主机连接通信，所述的装置A和装置B互为冗余且完全相同，所述的装置A和装置B中其中一个装置为主装置工作在主输出状态，另一个装置为备用装置工作在备用状态，当所述的主装置故障时会可靠的切换为备用装置，工作在备用状态；所述的原来的备用装置立即切换成主装置继续输出，工作在主输出状态。

所述的装置A包括包括电源1模块a，电源2模块b，CPU_1模块c，CPU_2模块d，数模转换模块e，开关1模块f，开关2模块g，采集1模块h和采集2模块i。CPU_1模块c和CPU_2模块d通过串行总线与主机通信，装置A和装置B的输出直接并连到一起实现冗余输出。

对各模块进行阐述：

1、电源1模块a：

为CPU_1模块c、数模转换模块e、开关1模块f、采集1模块h提供电源，为了提高可靠性防止共模故障导致冗余失效，开关1模块f、采集1模块h与开关2模块g、采集2模块i采用不同电源供电(电源1模块a和电源2模块b)并保持隔离独立；

2、电源2模块b：

为CPU_2模块d、开关2模块g、采集2模块i提供电源；

3、CPU_1模块c：

通过串行总线与主机通信，根据主机命令控制数模转换模块输出模拟量，同时根据采集1模块h的状态与命令一致性来驱动开关1模块f。CPU_1模块c是主控模块，负责通信、检测、输出管理；

4、CPU_2模块d：

通过串行总线与主机通信，根据采集2模块i的状态与命令一致性来驱动开关2模块g，CPU_2模块d的功能与CPU_1模块c基本相同，唯一差异是CPU_2模块d不驱动数模转换模块e；

5、数模转换模块e：

通过串行总线接口与CPU_1模块c通信，输出模拟量给放大电路，然后输出值传递给开关1模块f和开关2模块g；

6、开关1模块f：

被CPU_1模块c控制，根据CPU_1模块c的控制决定允许模拟量输出或者关闭模拟量输出；

7、开关2模块g：

被CPU_2模块d控制，根据CPU_2模块d的控制决定允许模拟量输出或者关闭模拟量输出；

8、采集1模块h：

采集模拟量输出状态，包含放大电路和AD芯片，把模拟量输出状态转换成数值发送给CPU_1模块c，CPU_1模块c根据这个回采状态来判断是否输出状态正常；

9、采集2模块i：

采集模拟量输出状态，包含放大电路和AD芯片，把模拟量输出状态转换成数值发送给CPU_2模块d，CPU_2模块d根据这个回采状态来判断是否输出状态正常；

所述的数模转换模块为型号：LTC8043F的数模转换模块。

本实用新型的原理是：采用二乘二取二的冗余系统架构，模拟量输出由两个互为冗余并且完全相同的装置实现，一个装置为主装置工作在主输出状态，另一个装置为备用装置工作在备用状态，当主装置故障时会可靠的切换到备用状态，原来的备用装置立即切换成主装置继续输出，工作在主输出状态。

本实用新型已经被应用于车载安全平台的模拟量控制模块中，这项技术的采用，可以减少额外的冗余切换模块，降低系统硬件复杂度。由于采用了冗余输出，冗余回采，冗余切换，所以在降低成本的同时，有效地提高了系统可靠性。

该设计方案已在项目开发中进行过详细测试，证明方案是可行的。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种高可靠性的模拟量冗余输出装置，其特征在于，该装置包含装置A和装置B，所述的装置A和装置B分别通过系统通信总线与主机连接通信，所述的装置A和装置B互为冗余且完全相同。

2.根据权利要求1所述的一种高可靠性的模拟量冗余输出装置，其特征在于，所述的装置A包括电源1模块、电源2模块、CPU_1模块、CPU_2模块、数模转换模块、开关1模块、开关2模块、采集1模块和采集2模块；

所述的CPU_1模块和CPU_2模块分别通过串行总线与主机连接通信，所述的CPU_1模块和CPU_2模块互相连接通信，所述的电源1模块通过CPU_1模块连接数模转换模块，所述的电源2模块通过CPU_2模块连接开关2模块，所述的CPU_1模块通过IO控制线连接开关1模块，所述的数模转换模块通过开关1模块连接开关2模块，所述的采集1模块和采集2模块的采集端分别连接开关2模块的输出接口，所述的采集1模块的输出端连接CPU_1模块，所述的采集2模块的输出端连接CPU_2模块。

3.根据权利要求2所述的一种高可靠性的模拟量冗余输出装置，其特征在于，所述的电源1模块和电源2模块、CPU_1模块和CPU_2模块、开关1模块和开关2模块、采集1模块和采集2模块分别相同且隔离独立。

4.根据权利要求2所述的一种高可靠性的模拟量冗余输出装置，其特征在于，所述的装置A的开关2模块的输出接口和装置B的开关2模块的输出接口并连到一起实现模拟量冗余输出。

5.根据权利要求2所述的一种高可靠性的模拟量冗余输出装置，其特征在于，所述的采集1模块和采集2模块均包括依次连接的放大电路和AD芯片。

6.根据权利要求2所述的一种高可靠性的模拟量冗余输出装置，其特征在于，所述的数模转换模块为LTC8043F的数模转换模块。