CN217882960U - 冗余切换单元及系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种冗余切换单元及冗余切换系统，该冗余切换单元包括两个冗余切换电路；两个冗余切换电路互为主备冗余；对于每个冗余切换电路：包括N个继电器、M个串联的第一元件、M个第二元件、第一电源、第二电源和第三电源；N‑2个继电器包括线圈、常闭接点和常开接点；所述N为大于或者等于3的正整数，所述M为正整数；第N‑1继电器和第N继电器分别包括线圈和常闭接点；N‑2个继电器的线圈并联；N‑2个继电器的常闭接点串联；M个第一元件与M个第一外部设备一一对应连接；M个第二元件与M个第一外部设备一一对应连接，该冗余切换单元及冗余切换系统在满足主备模块互锁功能的条件下，又能保证系统可用性。

Description

冗余切换单元及系统

技术领域

本申请涉及冗余切换技术领域，尤指一种冗余切换单元及系统。

背景技术

在铁路信号控制系统中，为提高可用性，一般采用主备冗余工作模式，即两个模块互为冗余共同驱动一个执行机构，如在计算机联锁系统电子执行单元中，主备冗余道岔控制模块驱动一个转辙机、主备冗余信号控制模块控制一架信号机。如图1所示，执行模块A11和执行模块B12为主备冗余模块，正常工作时，执行模块A11和执行模块B12根据主控模块C14或主控模块D 15下发的控制指令决定自身工作模式，一个模块工作在主控模式对外输出控制信号，另外一个模块工作在备用模式不对外输出控制信号，执行机构13只受工作在主控模式的执行模块控制；当任一执行模块故障后，主控模块C14或主控模块D15下发切换模式指令，原主控模块降为备用或故障模式停止对外输出控制信号，原备用模块转换到主控模式对外输出控制信号，完成主备切换的动作。两个模块的设计完全相同，每个模块中有CPU1 111或121和CPU2 112或122是铁路信号系统要求的安全设计架构，CPU1和CPU2执行的程序相同，只有当两个CPU运算结果相同，并且表决通过后才输出控制信号；模块中控制电路113和123是按照对应外设控制特定逻辑时序要求设计的强电控制电路；模块中冗余切换互锁电路114和124是实现执行模块A11和执行模块B12冗余切换功能。

如图2所示，执行模块A 21和执行模块B 22安装在一个机笼组匣23内，相邻两个槽位的模块互为冗余，主备冗余模块在软硬件设计上完全相同，两个模块之间互锁控制信号通过机笼组匣23背板相互连接，并且两个模块输出的控制信号也通过机笼组匣背板相互连接后连接至执行机构；并且机笼内所有模块通过机笼组匣背板不同槽位地址设置从而确定机笼组匣内各模块唯一标识，实现与主控模块交互通信。

现有冗余切换互锁电路主要有如下两种方式：

一、不带互锁冗余切换

如图3所示，执行模块A 31中控制电路313输出的强电控制信号，经过冗余控制继电器K1常开接点(K1-NO)3146控制后连接至执行机构34，冗余控制继电器K1的线圈3145受CPU1 311和CPU2 312经过光电隔离器3141和3142后共同控制，只有CPU1 311和CPU2 312同时都输出驱动信号，光电隔离器3141和3142导通，冗余控制继电器K1线圈3145得电吸合，其常开接点(K1-NO)3146闭合导通，强电控制信号经过机笼组匣背板33输出至执行机构34。另外K1继电器的常闭接点(K1-NC)3147经过光耦隔离器3143和3144后，送入到CPU1 311和CPU2 312中，从而CPU获取冗余控制继电器K1控制接点的状态，判断是否与驱动指令一致。此电路中冗余控制继电器K1采用符合EN 61810标准继电器，其继电器主要特点为带强制导向接点，即常开和常闭接点受连杆作用保证两者状态互斥，如果常开接点闭合，则常闭接点必然断开；反之如常闭接点闭合，则常开接点必然断开。

执行模块B 32与执行模块A 31设计完全相同，其控制原理如上所述，不再赘述。

本冗余切换电路完全受执行模块A 31和执行模块B 32的软件控制，执行模块A 31和执行模块B 32与主控模块实时通信，主控模块通过通信中指令协议控制执行模块A 31和执行模块B 32的工作模式，假设执行模块A 31优先为主控模式，执行模块B 32为备用模式。当执行模块A 31检测到自身故障，或主控模块检测到执行模块A 31故障，主控模块下发控制命令给执行模块B32，让执行模块B 32切换至主控模式，执行模块B接收到命令后，输出控制信号使得冗余控制继电器K1线圈3245得电吸合，其常开接点(K1-NO)3246闭合导通，此时由执行模块B 32输出强电控制信号至执行机构34，实现了执行模块A 31和执行模块B 32主备切换。

该电路主要不足如下：

切换响应时间长，主控模块必须获取到执行模块A 31和执行模块B 32的冗余控制继电器K1的状态，才能下发主备切换命令，继电器动作时的不稳定状态获取时间以及通信机制本身的流转时间长；

执行模块A和执行模块B冗余切换电路无互锁设计，如执行模块A 31工作在主控模式，对外输出强电信号，某一时刻执行模块A 31与主控模块通信突然中断，主控模块认为执行模块A 31故障，下发指令让执行模块B 32升级至主控模式，此时执行模块A 31有一定时间的通信中断容忍设计或外设特殊控制逻辑要求，仍然在输出强电信号，那么执行模块A和执行模块B同时输出强电信号，烧坏执行机构34和执行模块；

二、带互锁冗余切换

带互锁冗余切换原理示意图如图4所示，与图3相似，只是执行模块A 41和执行模块B 42之间增加了互锁信号的连接，将执行模块A 41冗余控制继电器常闭接点(K1-NC)4147串入执行模块B 42冗余控制继电器K1的线圈4245控制回路中，同样将执行模块B 42冗余控制继电器常闭接点(K1-NC)4247串入执行模块A冗余控制继电器K1的线圈4145控制回路中。

以执行模块A 41为例，执行模块A 41冗余控制继电器K1的线圈4145除受CPU1 411和CPU2 412经过光电隔离器4141和4142共同控制外，还受执行模块B 42冗余控制继电器K1常闭接点(K1-NC)4247控制，只有执行模块B 42冗余控制继电器K1常闭接点(K1-NC)4247闭合导通后，执行模块A 41的冗余控制继电器K1线圈4147能够在CPU1 411和CPU2 412的驱动下得电吸合，其常开接点(K1-NO)4146闭合导通，从而执行模块A 41输出强电控制信号经机笼组匣背板43至执行机构44。如果执行模块A 41故障导致冗余控制继电器K1机械卡阻或常开接点(K1-NO)4146粘连，无法断开，那么由于其继电器强制导向特性，其常闭接点(K1-NC)4147无法闭合，此时执行模块B 42冗余控制继电器K1线圈4245即使受CPU驱动也因为串接执行模块A 41冗余控制继电器K1常闭接点(K1-NC)4147断开而无法吸合，实现互锁目的。同样此电路中冗余控制继电器K1须采用符合EN 61810标准带强制导向接点的继电器。

执行模块B 42与执行模块A 41设计完全相同，其控制原理如上所述，不再赘述。

该电路主要不足：

需要两个模块必须都在机笼组匣内才能实现正常输出，如果执行模块A41故障，需要拔出更换，那么在更换执行模块A的这段时间内，执行模块A41无法给执行模块B 42互锁信号，导致执行模块B 42冗余控制继电器K1线圈4245无法得电吸合，最终导致执行模块B42无法控制强电信号输出，严重影响可用性。

发明内容

本申请提供了一种冗余切换单元及系统，在满足主备模块互锁功能的条件下，又能保证系统可用性。

本申请提供了一种冗余切换单元，包括两个冗余切换电路；两个冗余切换电路互为主备冗余；

对于每个冗余切换电路：包括N个继电器、M个串联的第一元件、M个第二元件、第一电源、第二电源和第三电源；N-2个继电器包括线圈、常闭接点和常开接点；所述N为大于或者等于3的正整数，所述M为正整数；第N-1继电器和第N继电器分别包括线圈和常闭接点；N-2个继电器的线圈并联；N-2个继电器的常闭接点串联；所述第一电源、第N继电器的常闭接点、并联的N-2个继电器的线圈和M个串联的第一元件串联构成第一闭合回路，M个第一元件与M个第一外部设备一一对应连接；M个第二元件与M个第一外部设备一一对应连接；

所述M个串联的第一元件，设置为当M个第一外部设备发出相同的第一信号时使所述第一闭合回路导通；所述第二电源与串联的N-2个继电器的常闭接点串联后分别与M个第二元件的第一端连接；所述M个第二元件中每个第二元件的第二端，设置为与对应的第一外部设备连接，从而向所述M个第一外部设备反馈N-2个继电器的常闭接点的状态；所述第二电源、串联的N-2个继电器的常闭接点、第N-1继电器的线圈串联构成第二闭合回路；所述N-2个继电器的常开接点与N-2个第二外部设备一一对应连接；所述N-2个继电器的常开接点中的每一个常开接点，设置为当该常开接点对应的继电器的线圈得电时，该常开接点吸合，从而向对应的第二外部设备输出控制信号，以驱动该第二外部设备；

本端冗余切换电路的第三电源、对端冗余切换电路的第N-1继电器的常闭接点、本端冗余切换电路的第N继电器的线圈串联构成第三闭合回路。

一种示例性的实施例中，所述M个第一元件均为光耦隔离器；

所述M个第二元件均为光耦隔离器。

一种示例性的实施例中，全部继电器为符合EN 61810标准带强制导向接点的继电器。

本申请提供了一种冗余切换系统，包括两个执行模块；所述两个执行模块互为主备冗余；

对于每个执行模块：包括M个第一外部设备、控制电路、冗余切换电路；两个执行模块中的两个冗余切换电路构成冗余切换单元；所述冗余切换单元的两个冗余切换电路互为冗余；

对于每个冗余切换电路：包括N个继电器、M个串联的第一元件、M个第二元件、第一电源、第二电源和第三电源；N-2个继电器包括线圈、常闭接点和常开接点；所述N为大于或者等于3的正整数，所述M为正整数；第N-1继电器和第N继电器分别包括线圈和常闭接点；N-2个继电器的线圈并联；N-2个继电器的常闭接点串联；所述第一电源、第N继电器的常闭接点、并联的N-2个继电器的线圈和M个串联的第一元件串联构成第一闭合回路，M个第一元件与M个第一外部设备一一对应连接；M个第二元件与M个第一外部设备一一对应连接；

所述M个串联的第一元件，设置为当M个第一外部设备发出相同的第一信号时使所述第一闭合回路导通；所述第二电源与串联的N-2个继电器的常闭接点串联后分别与M个第二元件的第一端连接；所述M个第二元件中每个第二元件的第二端，设置为与对应的第一外部设备连接，从而向所述M个第一外部设备反馈N-2个继电器的常闭接点的状态；所述第二电源、串联的N-2个继电器的常闭接点、第N-1继电器的线圈串联构成第二闭合回路；所述N-2个继电器的常开接点与N-2个第二外部设备一一对应连接；所述N-2个继电器的常开接点中的每一个常开接点，设置为当该常开接点对应的继电器的线圈得电时，该常开接点吸合，从而向对应的第二外部设备输出控制信号，以驱动该第二外部设备；

本端冗余切换电路的第三电源、对端冗余切换电路的第N-1继电器的常闭接点、本端冗余切换电路的第N继电器的线圈串联构成第三闭合回路。

一种示例性的实施例中，所述第一元件为光耦隔离器；

所述第二元件为光耦隔离器。

一种示例性的实施例中，全部继电器为符合EN 61810标准带强制导向接点的继电器。

本申请包括以下优点：

本申请至少一个实施例在满足主备模块互锁功能的条件下，又能保证系统可用性。

本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的其他优点可通过在说明书以及附图中所描述的方案来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本申请技术方案的理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，并不构成对本申请技术方案的限制。

图1为现有技术的铁路信号系统主备冗余控制执行机构的示意图；

图2为现有技术的铁路信号系统主备冗余模块产品形态图的示意图；

图3为现有技术的不具备互锁功能的冗余切换电路的示意图；

图4为现有技术的具备互锁功能的冗余切换电路的示意图；

图5为本申请实施例的冗余切换单元的示意图；

图6为本发明一示例实施例提供的冗余切换电路的示意图；

图7为本发明又一示例实施例提供的冗余切换电路的示意图。

具体实施方式

图5为本申请实施例的冗余切换单元的示意图，如图5所示，本实施例的冗余切换单元包括两个冗余切换电路；两个冗余切换电路互为主备冗余；

对于每个冗余切换电路：包括N个继电器、M个串联的第一元件、M个第二元件、第一电源、第二电源和第三电源；N-2个继电器包括线圈、常闭接点和常开接点；所述N为大于或者等于3的正整数，所述M为正整数；第N-1继电器和第N继电器分别包括线圈和常闭接点；N-2个继电器的线圈并联；N-2个继电器的常闭接点串联；所述第一电源、第N继电器的常闭接点、并联的N-2个继电器的线圈和M个串联的第一元件串联构成第一闭合回路，M个第一元件与M个第一外部设备一一对应连接；M个第二元件与M个第一外部设备一一对应连接；

所述M个串联的第一元件，设置为当M个第一外部设备发出相同的第一信号时使所述第一闭合回路导通；所述第二电源与串联的N-2个继电器的常闭接点串联后分别与M个第二元件的第一端连接；所述M个第二元件中每个第二元件的第二端，设置为与对应的第一外部设备连接，从而向所述M个第一外部设备反馈N-2个继电器的常闭接点的状态；所述第二电源、串联的N-2个继电器的常闭接点、第N-1继电器的线圈串联构成第二闭合回路；所述N-2个继电器的常开接点与N-2个第二外部设备一一对应连接；所述N-2个继电器的常开接点中的每一个常开接点，设置为当该常开接点对应的继电器的线圈得电时，该常开接点吸合，从而向对应的第二外部设备输出控制信号，以驱动该第二外部设备；

本端冗余切换电路的第三电源、对端冗余切换电路的第N-1继电器的常闭接点、本端冗余切换电路的第N继电器的线圈串联构成第三闭合回路。

其中，本端冗余切换电路是指冗余切换单元中的其中一个冗余切换电路；对端冗余切换电路是指冗余切换单元中的另一个冗余切换电路。

一种示例性的实施例中，所述M个第一元件均为光耦隔离器。

所述M个第二元件均为光耦隔离器。

一种示例性的实施例中，全部继电器为符合EN 61810标准带强制导向接点的继电器。

本申请实施例的应用场景包括但不限于铁路信号控制系统，只要是有主备冗余切换互锁的产品中，均可采用本申请电路，尤其适用于对强电输出控制要求苛刻的产品和系统。

本申请实施例在满足主备模块互锁功能的条件下，又能保证系统可用性。

图6为本发明一示例实施例提供的冗余切换电路的示意图，如图6所示，整个主备冗余切换的产品形态由执行模块A 61、执行模块B 62、执行机构64、机笼组匣背板63组成。执行模块A 61和执行模块B 62为完全相同的设计，以执行模块A 61为例，执行模块A 61由CPU1 611和CPU2 612、控制电路613、冗余切换电路614组成，其中CPU1 611和CPU2 612、控制电路613与图3、图4中设计相同。冗余切换电路614为本次申请的电路，在冗余切换电路614中由冗余控制继电器K1(由线圈6145、常开接点(K1-NO)6146、常闭接点(K1-NC)6147组成)、互锁继电器K2(由线圈6148、常闭接点(K2-NC)6149组成)、邻模块在线检测继电器K3(由线圈6150、常闭接点(K3-NC)6151组成)、冗余切换控制驱动信号光电隔离器6141和6142、冗余控制继电器K1状态采集光电隔离器6143和6144组成。本申请冗余切换电路614和624中K1/K2/K3继电器须采用符合EN 61810标准带强制导向接点的继电器。

本申请的主备冗余切换互锁电路连接关系如下：执行模块A 61中控制电路613输出的强电控制信号必须经过冗余控制继电器K1的常开接点(K1-NO)6146控制后经过机笼组匣背板63与执行模块B 62输出信号并接后与执行机构64连接；执行模块A 61CPU1 611和CPU2 612输出冗余切换控制信号至冗余切换电路614中的光电隔离器6141和6142，控制光电隔离器的导通和关断；VDD电源通过光电隔离器6141和6142，经过邻模块在线检测继电器K3常闭接点(K3-NC)6151，至冗余控制继电器K1线圈6145至电源参考地GND；VDD电源经过冗余控制继电器K1常闭接点(K1-NC)6147至互锁继电器K2线圈6148至电源参考地GND；执行模块A 61冗余切换电路614中冗余控制继电器K1的常闭接点(K1-NC)6147经由光电隔离器6143和6144至CPU1 611和CPU2 612中；执行模块B 62中控制电路623输出的强电控制信号必须经过冗余控制继电器K1的常开接点(K1-NO)6246控制后经过机笼组匣背板63与执行模块A 61输出信号并接后与执行机构64连接；执行模块B 62CPU1 621和CPU2 622输出冗余切换控制信号至冗余切换电路624中的光电隔离器6241和6242，控制光电隔离器的导通和关断；VDD电源通过光电隔离器6241和6242，经过邻模块在线检测继电器K3常闭接点(K3-NC)6251，至冗余控制继电器K1线圈6245至电源参考地GND；VDD电源经过冗余控制继电器K1常闭接点(K1-NC)6247至互锁继电器K2线圈6248至电源参考地GND；执行模块B 62冗余切换电路624中冗余控制继电器K1的常闭接点(K1-NC)6247经由光电隔离器6243和6244至CPU1621和CPU2 622中；执行模块B 62输出VDD电源，经过机笼组匣背板63到执行模块A 61冗余切换电路614中互锁继电器K2常闭接点(K2-NC)6149引出经过机笼组匣背板63至执行模块B62冗余切换电路624中邻模块在线检测继电器K3线圈6250至电源参考地GND；执行模块A 61输出VDD电源，经过机笼组匣背板63到执行模块B 62冗余切换电路624中互锁继电器K2常闭接点(K2-NC)6249引出经过机笼组匣背板63至执行模块A 61冗余切换电路614中邻模块在线检测继电器K3线圈6150至电源参考地GND。

本实施例的主备冗余切换互锁电路的工作原理及工作过程如下，以图6所示：

1、初始处理过程

在系统上电初始化时，执行模块A 61上电后，主控模块还未给执行模块下发升主指令，因此CPU1 611和CPU2 612输出不使能信号使得光电隔离器6141和6142关断，此时无论邻模块在线检测继电器K3的常闭接点(K3-NC)6151导通或闭合，冗余控制继电器K1的线圈6145无电而保持释放状态；此时互锁继电器K2的线圈6148由于冗余控制继电器K1常闭接点(K1-NC)6147闭合而得电，因此互锁继电器K2吸合，互锁继电器K2常闭接点(K2-NC)6149断开；执行模块B 62冗余切换电路624中邻模块在线检测继电器K3线圈6250由于执行模块A61冗余切换电路614中互锁继电器K2常闭接点(K2-NC)6149断开而无电保持释放状态；同样执行模块A 61冗余切换电路614中邻模块在线检测继电器K3线圈6150同样受执行模块B 62冗余切换电路624中互锁继电器常闭接点(K2-NC)6249断开而无电保持释放状态，此时执行模块A 61冗余切换电路614中邻模块在线检测继电器K3常闭接点(K3-NC)6151闭合导通。

执行模块A 61冗余切换电路614中VDD电源通过冗余控制继电器K1常闭接点(K1-NC)6147使得光电隔离器6143和6144导通，其输出信号被CPU1 611和CPU2 612读取，从而CPU1 611和CPU2 612获取到冗余控制继电器K1接点状态后进行相关逻辑处理和上报给主控模块。

相同的，执行模块B 62冗余切换电路624中VDD电源通过冗余控制继电器K1常闭接点(K1-NC)6247使得光电隔离器6243和6244导通，其输出信号被CPU1 621和CPU2 622读取，从而CPU1 621和CPU2 622获取到冗余控制继电器K1接点状态后进行相关逻辑处理和上报给主控模块。

2、主备转换过程

当系统完成初始化后，主控模块给执行模块A 61和执行模块B 62下发主备转换指令，假设主控模块给执行模块A 61下发的是主控指令，给执行模块B 62下发的是备用指令。执行模块A 61中CPU1 611和CPU2 612输出使能信号使得光电隔离器6141和6142导通，此时由于执行模块A 61邻模块在线检测继电器K3常闭接点(K3-NC)6151闭合导通，因此冗余控制继电器K1的线圈6145得电而吸合，冗余控制继电器K1的常开接点(K1-NO)6146闭合导通，执行模块A 61中控制电路613输出的强电控制信号经过冗余控制继电器K1的常开接点(K1-NO)6146对外输出至执行机构64，执行机构64受执行模块A的控制。此时由于冗余控制继电器K1吸合，其常闭接点(K1-NC)6147断开，VDD电源无法通过冗余控制继电器K1常闭接点(K1-NC)6147使得光电隔离器6143和6144导通，CPU1 611和CPU2 612获取到冗余控制继电器K1接点的变化状态后进行相关逻辑处理和上报给主控模块。

当执行模块A 61工作在主控模式后，执行模块A 61冗余切换电路614中冗余控制继电器K1吸合，其常闭接点(K1-NC)6147断开，互锁继电器K2的线圈6148由于冗余控制继电器K1常闭接点(K1-NC)6147断开无法吸合，因此K2继电器常闭接点(K2-NC)6149闭合导通，那么执行模块B 62冗余切换电路624中邻模块在线检测继电器K3线圈6250得电吸合，其常闭接点(K3-NC)6251断开。执行模块B 62首先由于收到主控模块下发的备用指令，冗余切换电路624中光电耦合器6241和6242也不会导通，另外在线检测继电器K3的常闭接点(K3-NC)6251断开，确保执行模块B 62中冗余控制继电器K1线圈6245无电而释放，冗余控制继电器K1的常开接点(K1-NO)6246断开而无强电信号输出。同时冗余控制继电器K1常闭接点(K1-NC)6247的断开状态，经过光电隔离器6243和6244送至CPU1 621和CPU2 622获取到冗余控制继电器K1接点状态，并进行相关逻辑处理和上报给主控模块。

3、模块故障处理过程

假设当前执行模块A 61为主控模式，执行模块B 62为备用模式，某一时刻，执行模块A 61故障，CPU1 611和CPU2 612输出不使能信号关断冗余切换电路614中光电隔离器6141和6142，冗余控制继电器K1线圈6145无电释放，常开接点(K1-NO)6146断开，从而切断控制电路613对外输出的强电控制信号。互锁继电器K2线圈6148由于K1常闭接点(K1-NC)6147闭合导通而得电吸合,互锁继电器K2常闭接点(K2-NC)6149断开经过机笼组匣背板63控制执行模块B 62冗余切换电路624中邻模块在线检测继电器K3线圈6250无电释放，其常闭接点(K3-NC)6251导通，此时执行模块B 62 CPU1621和CPU2 622根据主控模块下发的主控模块指令，控制光电隔离器6241和6242导通，最终冗余控制继电器K1线圈6245得电吸合，转为由执行模块B 62中控制电路623经过冗余控制继电器K1常开接点(K1-NO)6246对外输出强电控制信号控制执行机构64，完成了一次执行模块A 61和执行模块B62的主备切换的过程。

在上述切换过程中，在特殊情况下，执行模块A 61中冗余控制继电器K1常开接点(K1-NO)6146由于强电拉弧等原因导致接点粘连，无法正常落下，即使冗余控制继电器K1线圈6145无电，其常开接点(K1-NO)6146也无法断开，由于采用的继电器均是符合EN 61810标准带强制导向接点的继电器，那么冗余控制继电器K1常闭接点(K1-NC)6147由于继电器的技术特性而无法闭合，互锁继电器K2线圈6148由于K1常闭接点(K1-NC)6147断开而无电释放,那么K2继电器常闭接点(K2-NC)6149闭合经过机笼组匣背板63控制执行模块B 62冗余切换电路624中邻模块在线检测继电器K3线圈6250得电吸合，其常闭接点(K3-NC)6251断开，此时执行模块B 62 CPU1621和CPU2 622即使收到主控模块下发的升级为主控模式的指令，控制光电隔离器6241和6242导通，但由于在线检测继电器K3常闭接点(K3-NC)6251断开，冗余控制继电器K1线圈6245无电无法吸合，最终执行模块B 62无法升至主控模式，不对外输出强电控制信号，避免执行模块A 61和执行模块B 62同时输出强电信号烧毁执行机构和执行模块。

4、邻模块离线处理过程

执行模块A 61和执行模块B 62互为冗余，假设当执行模块B 62由于故障，需要从机笼组匣中拔出进行维修处理，此时执行模块B 62离线，只有执行模块A在线。执行模块B62被拔出，其通过机笼组匣背板与执行模块A 61连接的互锁控制信号断开，相当于此时执行模块B 62冗余切换电路624中互锁继电器K2的常闭接点(K2-NC)6249断开，那么执行模块A 61冗余切换电路614中在线检测继电器K3线圈6150无电释放，其常闭接点(K3-NC)6151闭合导通，执行模块A 61中只需CPU1 611和CPU2 612根据主控模块下发的主控模式指令，输出导通信号控制光电隔离器6141和6142闭合，冗余控制继电器K1线圈6145得电吸合，其常开接点(K1-NO)6146闭合导通，控制电路613输出强电控制信号经过冗余控制继电器K1常开接点(K1-NO)6146至执行机构，实现了冗余模块离线不影响相邻模块的输出，保证了系统的可用性。

本申请优点如下：

互锁设计巧妙：两个互为主备冗余的模块，无论在正常主备冗余切换过程中，还是模块中继电器粘连故障，再或者执行模块与主控模块通信中断等情况，只要其中一个模块中的冗余控制继电器未断开，另外一个模块即使收到升主指令，也因为冗余切换互锁电路的设计无法输出强电信号；

可用性高：在本申请的电路设计中，即使只插入一个模块，也能正常工作，完全不依赖于互为冗余的相邻模块；

主备冗余切换速度快：在本申请的电路设计中，由于有互锁设计，因此互为冗余的执行模块以及主控模块在软件设计上不用过多考虑执行模块的冗余控制继电器的状态，只要相邻模块的冗余控制继电器一旦落下，自身模块即可立即升级至主控模式，响应速度快，且简化了软件设计逻辑；

冗余切换连接简单：在本申请的电路设计中，两个互为冗余的执行模块间连线简单，只需互相传递2个互锁信号，即可实现主备冗余切换互锁，并且该连线直接通过机笼组匣背板实现，无需额外连接专用线缆；也可以根据产品实际需求，取消机笼组匣，两个互为冗余的执行模块直接连接方式传递2个互锁信号，同样实现主备冗余切换互锁；

通用性强：本申请的电路是通用化设计，不局限于铁路信号控制系统，只要是有主备冗余切换互锁的产品中，均可采用本申请电路，尤其适用于对强电输出控制要求苛刻的产品和系统；

扩展性强：本申请的电路是通用化设计，当在实际使用时，如执行模块控制执行机构数量多，一个冗余控制继电器的常开接点不满足强电控制信号数量的要求，可以增设冗余控制继电器，如图7所示，以执行模块A 71为例，增设的冗余控制继电器线圈K4 7152与K1的线圈7145并联连接，所有冗余控制继电器常闭接点7154和7147串接在互锁继电器K2控制线圈7148的回路中，即可实现控制信号的容量扩展，但互为冗余的模块间互锁信号仍然不变，无需增加控制信号；同时所有冗余控制继电器常闭接点7154和7147串接经过光电隔离器7143和7144送入CPU1 711和CPU2 712，从而CPU获取冗余控制继电器的接点状态。

对称设计：本申请的主备冗余切换互锁电路，在两个互为冗余的执行模块中完全一致，完全对称，无需对互为冗余的执行模块设计两种电路，降低设计复杂度；

本申请还提供了一种冗余切换系统，包括两个执行模块；所述两个执行模块互为主备冗余；

对于每个执行模块：包括M个第一外部设备、控制电路、冗余切换电路；两个执行模块中的两个冗余切换电路构成冗余切换单元；所述冗余切换单元的两个冗余切换电路互为冗余；

对于每个冗余切换电路：包括N个继电器、M个串联的第一元件、M个第二元件、第一电源、第二电源和第三电源；N-2个继电器包括线圈、常闭接点和常开接点；所述N为大于或者等于3的正整数，所述M为正整数；第N-1继电器和第N继电器分别包括线圈和常闭接点；N-2个继电器的线圈并联；N-2个继电器的常闭接点串联；所述第一电源、第N继电器的常闭接点、并联的N-2个继电器的线圈和M个串联的第一元件串联构成第一闭合回路，M个第一元件与M个第一外部设备一一对应连接；M个第二元件与M个第一外部设备一一对应连接；

所述M个串联的第一元件，设置为当M个第一外部设备发出相同的第一信号时使所述第一闭合回路导通；所述第二电源与串联的N-2个继电器的常闭接点串联后分别与M个第二元件的第一端连接；所述M个第二元件中每个第二元件的第二端，设置为与对应的第一外部设备连接，从而向所述M个第一外部设备反馈N-2个继电器的常闭接点的状态；所述第二电源、串联的N-2个继电器的常闭接点、第N-1继电器的线圈串联构成第二闭合回路；所述N-2个继电器的常开接点与N-2个第二外部设备一一对应连接；所述N-2个继电器的常开接点中的每一个常开接点，设置为当该常开接点对应的继电器的线圈得电时，该常开接点吸合，从而向对应的第二外部设备输出控制信号，以驱动该第二外部设备；

本端冗余切换电路的第三电源、对端冗余切换电路的第N-1继电器的常闭接点、本端冗余切换电路的第N继电器的线圈串联构成第三闭合回路。

一种示例性的实施例中，所述M个第一元件均为光耦隔离器。

所述M个第二元件均为光耦隔离器。

一种示例性的实施例中，全部继电器为符合EN 61810标准带强制导向接点的继电器。

本申请描述了多个实施例，但是该描述是示例性的，而不是限制性的，并且对于本领域的普通技术人员来说显而易见的是，在本申请所描述的实施例包含的范围内可以有更多的实施例和实现方案。尽管在附图中示出了许多可能的特征组合，并在具体实施方式中进行了讨论，但是所公开的特征的许多其它组合方式也是可能的。除非特意加以限制的情况以外，任何实施例的任何特征或元件可以与任何其它实施例中的任何其他特征或元件结合使用，或可以替代任何其它实施例中的任何其他特征或元件。

在本申请中示出和/或讨论的任何特征可以单独地或以任何适当的组合来实现。

此外，在描述具有代表性的实施例时，说明书可能已经将方法和/或过程呈现为特定的步骤序列。然而，在该方法或过程不依赖于本文所述步骤的特定顺序的程度上，该方法或过程不应限于所述的特定顺序的步骤。如本领域普通技术人员将理解的，其它的步骤顺序也是可能的。

本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统、装置中的功能模块/单元可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。在硬件实施方式中，在以上描述中提及的功能模块/单元之间的划分不一定对应于物理组件的划分；例如，一个物理组件可以具有多个功能，或者一个功能或步骤可以由若干物理组件合作执行。某些组件或所有组件可以被实施为由处理器，如数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。

Claims (6)

1.一种冗余切换单元，其特征在于，

包括两个冗余切换电路；两个冗余切换电路互为主备冗余；

对于每个冗余切换电路：包括N个继电器、M个串联的第一元件、M个第二元件、第一电源、第二电源和第三电源；N-2个继电器包括线圈、常闭接点和常开接点；所述N为大于或者等于3的正整数，所述M为正整数；第N-1继电器和第N继电器分别包括线圈和常闭接点；N-2个继电器的线圈并联；N-2个继电器的常闭接点串联；所述第一电源、第N继电器的常闭接点、并联的N-2个继电器的线圈和M个串联的第一元件串联构成第一闭合回路，M个第一元件与M个第一外部设备一一对应连接；M个第二元件与M个第一外部设备一一对应连接；

所述M个串联的第一元件，设置为当M个第一外部设备发出相同的第一信号时使所述第一闭合回路导通；所述第二电源与串联的N-2个继电器的常闭接点串联后分别与M个第二元件的第一端连接；所述M个第二元件中每个第二元件的第二端，设置为与对应的第一外部设备连接，从而向所述M个第一外部设备反馈N-2个继电器的常闭接点的状态；所述第二电源、串联的N-2个继电器的常闭接点、第N-1继电器的线圈串联构成第二闭合回路；所述N-2个继电器的常开接点与N-2个第二外部设备一一对应连接；所述N-2个继电器的常开接点中的每一个常开接点，设置为当该常开接点对应的继电器的线圈得电时，该常开接点吸合，从而向对应的第二外部设备输出控制信号，以驱动该第二外部设备；

本端冗余切换电路的第三电源、对端冗余切换电路的第N-1继电器的常闭接点、本端冗余切换电路的第N继电器的线圈串联构成第三闭合回路。

2.如权利要求1所述的单元，其特征在于，

所述M个第一元件均为光耦隔离器；

所述M个第二元件均为光耦隔离器。

3.如权利要求1或2所述的单元，其特征在于，

全部继电器为符合EN 61810标准带强制导向接点的继电器。

4.一种冗余切换系统，其特征在于，

包括两个执行模块；所述两个执行模块互为主备冗余；

对于每个执行模块：包括M个第一外部设备、控制电路、冗余切换电路；两个执行模块中的两个冗余切换电路构成冗余切换单元；所述冗余切换单元的两个冗余切换电路互为冗余；

对于每个冗余切换电路：包括N个继电器、M个串联的第一元件、M个第二元件、第一电源、第二电源和第三电源；N-2个继电器包括线圈、常闭接点和常开接点；所述N为大于或者等于3的正整数，所述M为正整数；第N-1继电器和第N继电器分别包括线圈和常闭接点；N-2个继电器的线圈并联；N-2个继电器的常闭接点串联；所述第一电源、第N继电器的常闭接点、并联的N-2个继电器的线圈和M个串联的第一元件串联构成第一闭合回路，M个第一元件与M个第一外部设备一一对应连接；M个第二元件与M个第一外部设备一一对应连接；

所述M个串联的第一元件，设置为当M个第一外部设备发出相同的第一信号时使所述第一闭合回路导通；所述第二电源与串联的N-2个继电器的常闭接点串联后分别与M个第二元件的第一端连接；所述M个第二元件中每个第二元件的第二端，设置为与对应的第一外部设备连接，从而向所述M个第一外部设备反馈N-2个继电器的常闭接点的状态；所述第二电源、串联的N-2个继电器的常闭接点、第N-1继电器的线圈串联构成第二闭合回路；所述N-2个继电器的常开接点与N-2个第二外部设备一一对应连接；所述N-2个继电器的常开接点中的每一个常开接点，设置为当该常开接点对应的继电器的线圈得电时，该常开接点吸合，从而向对应的第二外部设备输出控制信号，以驱动该第二外部设备；

本端冗余切换电路的第三电源、对端冗余切换电路的第N-1继电器的常闭接点、本端冗余切换电路的第N继电器的线圈串联构成第三闭合回路。

5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，

所述第一元件为光耦隔离器；

所述第二元件为光耦隔离器。

6.如权利要求4或5所述的系统，其特征在于，

全部继电器为符合EN 61810标准带强制导向接点的继电器。

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