本發(fā)明涉及軌道交通的控制技術(shù)，尤其涉及適用于道岔控制器的冗余系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

目前國(guó)內(nèi)現(xiàn)代有軌電車的道岔控制器主要采用聯(lián)鎖控制的方式，主要的被控設(shè)備是信號(hào)機(jī)與轉(zhuǎn)轍機(jī)。傳統(tǒng)的道岔控制設(shè)備采用的是繼電器控制，使用繼電器觸點(diǎn)組合成相應(yīng)的控制邏輯，完成對(duì)道岔的控制，但是采用繼電器組合成的控制器存在空間大，系統(tǒng)診斷率低，不能遠(yuǎn)程監(jiān)控等缺點(diǎn)。

新型道岔控制器往往采用電子電路組合成的邏輯，輸入單元采集被控設(shè)備的狀態(tài)，再將輸入信息給處理器單元，處理器單元通過內(nèi)部邏輯運(yùn)算，將運(yùn)算結(jié)果輸出給輸出單元，最終控制轉(zhuǎn)轍機(jī)等被控設(shè)備。

使用繼電器實(shí)現(xiàn)的控制邏輯存在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，系統(tǒng)故障診斷率低，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)故障，并且不能進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。

使用電子電路實(shí)現(xiàn)控制邏輯的道岔控制器，因?yàn)殡娮釉氖瘦^高，因此安全性較低。為保證系統(tǒng)安全性，往往采用2取2的架構(gòu)，即：使用兩套相同的系統(tǒng)控制同一個(gè)設(shè)備，當(dāng)且僅當(dāng)兩套控制器都要求動(dòng)作時(shí)，被控設(shè)備才會(huì)動(dòng)作。使用2取2的控制器安全性較高，但是只要有任何一套控制器的器件有導(dǎo)向危險(xiǎn)的故障時(shí)，系統(tǒng)將進(jìn)入無輸出的故障安全狀態(tài)，且系統(tǒng)不能自恢復(fù)，需要人為干預(yù)更換部件才能使系統(tǒng)恢復(fù)正常，可用性較差，不能滿足現(xiàn)狀有軌電車等軌道交通控制要求。

為解決系統(tǒng)可用性問題，現(xiàn)有的控制系統(tǒng)冗余方式有：冷備冗余與熱備冗余。冷備冗余的控制方式為：主機(jī)系正常工作，備用系處于非上電或者上電不工作狀態(tài)。進(jìn)行主備切換時(shí)，備系需要進(jìn)行上電、系統(tǒng)自檢、獲取當(dāng)前輸入狀態(tài)、運(yùn)行分析、控制輸出等一系列動(dòng)作，系統(tǒng)的切換時(shí)間較長(zhǎng)。熱備冗余系統(tǒng)的備用系跟主機(jī)系同時(shí)工作，同時(shí)采集輸入狀態(tài)、同步進(jìn)行運(yùn)算、主備系同步輸出相同的控制信號(hào)，但是備系的輸出狀態(tài)被旁路不輸出給受控設(shè)備或者直接采用并聯(lián)輸出的方式。輸入熱備系統(tǒng)的切換時(shí)間很短，但是兩系同時(shí)輸出，故障隔離度低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題就是提供一種用于道岔控制器的溫備冗余系統(tǒng)，解決系統(tǒng)安全性問題的同時(shí)，也解決系統(tǒng)故障時(shí)宕機(jī)且不能自恢復(fù)的問題。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種適用于道岔控制器的溫備冗余系統(tǒng)，包括AB系主備切換控制器、切換開關(guān)單元以及均可獨(dú)立對(duì)道岔控制中的被控設(shè)備進(jìn)行控制的A系控制單元和B系控制單元，所述A系控制單元和B系控制單元均采用2取2架構(gòu)且設(shè)有周期性的進(jìn)行自我診斷的自我診斷模塊，所述AB系主備切換控制器接收A系控制單元及B系控制單元的自我診斷信息并自動(dòng)選擇其中健康的一系輸出，所述切換開關(guān)單元接收來自AB系主備切換控制器的信號(hào)并將相應(yīng)系的信號(hào)輸出給被控設(shè)備。

優(yōu)選的，所述A系控制單元和B系控制單元均包含兩個(gè)異構(gòu)的安全控制板以及采用二取二架構(gòu)的安全輸入板、安全輸出板、轉(zhuǎn)轍機(jī)驅(qū)動(dòng)板、信號(hào)機(jī)驅(qū)動(dòng)板、安全電源板。

優(yōu)選的，所述安全輸出板設(shè)有兩個(gè)分別獨(dú)立采集外部信息的采集通道，且通過冗余的通信總線分別給兩個(gè)安全控制板，兩個(gè)安全控制板分別運(yùn)算，將運(yùn)算結(jié)果分別輸出給安全輸出板的兩個(gè)通道，輸出通道采用二取二的方式控制輸出，當(dāng)且僅當(dāng)兩個(gè)通道同時(shí)輸出“ON”時(shí)，信號(hào)才最終輸出“ON”。

優(yōu)選的，所述自我診斷模塊設(shè)置在兩個(gè)安全控制板上并將診斷正常的信號(hào)輸出給安全電源板，若安全電源板收不到安全控制板診斷正常的信號(hào)，則安全電源板將安全電源關(guān)閉。

優(yōu)選的，所述A系控制單元和B系控制單元相互通信，以讓備系獲取系統(tǒng)當(dāng)前的控制信息并實(shí)現(xiàn)A系控制單元與B系控制單元的所有安全控制板運(yùn)算同步，所述控制信息包括安全輸入板輸入狀態(tài)、安全輸出板輸出狀態(tài)、轉(zhuǎn)轍機(jī)驅(qū)動(dòng)狀態(tài)、信號(hào)機(jī)輸出信息。

優(yōu)選的，所述AB系主備切換控制器具有手動(dòng)選擇模塊，所述手動(dòng)選擇模塊設(shè)有“強(qiáng)制A系主機(jī)”、“強(qiáng)制B系主機(jī)”、“自動(dòng)切換”三種選擇，當(dāng)選擇“強(qiáng)制A系主機(jī)”時(shí)，此時(shí)無論A系控制單元是否為健康，將選擇A系控制單元輸出；當(dāng)選擇“強(qiáng)制B系主機(jī)”時(shí)，此時(shí)無論B系控制單元是否為健康，將選擇B系控制單元輸出。

優(yōu)選的，在選擇“自動(dòng)切換”后，當(dāng)A系控制單元為主機(jī)，若此時(shí)A系控制單元發(fā)生故障，B系控制單元為健康狀態(tài)，且A系控制單元與B系控制單元同步運(yùn)行時(shí)，則主系與備系之間進(jìn)行切換，B系控制單元為主系，A系控制單元為備系；當(dāng)B系控制單元為主機(jī)，若此時(shí)B系控制單元發(fā)生故障，A系控制單元為健康狀態(tài)，且B系控制單元與A系控制單元同步運(yùn)行時(shí)，則主系與備系之間進(jìn)行切換，A系控制單元為主系，B系控制單元為備系。

優(yōu)選的，所述切換開關(guān)單元采用安全繼電器且設(shè)有供A系控制單元及B系控制單元進(jìn)行檢測(cè)的檢測(cè)節(jié)點(diǎn)。

優(yōu)選的，所述切換開關(guān)單元的控制方法如下：當(dāng)A系控制單元為主機(jī)、B系控制單元為備機(jī)時(shí)，將A系控制單元的輸出信號(hào)輸出給被控設(shè)備；當(dāng)B系控制單元為主機(jī)、A系控制單元為備機(jī)時(shí)，將B系控制單元的信號(hào)輸出給被控設(shè)備。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案，A系控制單元和B系控制單元均可獨(dú)立對(duì)道岔控制中的被控設(shè)備進(jìn)行控制，且均采用2取2架構(gòu)，由于本身2取2的控制器安全性較高，而采取兩套相同的2取2架構(gòu)控制單元進(jìn)行控制，則可以進(jìn)一步確保在任何情況下，都有一系控制單元可以對(duì)道岔控制中的被控設(shè)備進(jìn)行控制，在不降低系統(tǒng)安全性、可用性的前提下，系統(tǒng)發(fā)生故障后主備切換時(shí)間較短，備系能夠在不需要人工干預(yù)的前提下較快進(jìn)入工作狀態(tài)。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述：

圖1是本發(fā)明的原理框圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，一種適用于道岔控制器的溫備冗余系統(tǒng)，包括AB系主備切換控制器、切換開關(guān)單元以及均可獨(dú)立對(duì)道岔控制中的被控設(shè)備進(jìn)行控制的A系控制單元和B系控制單元，所述A系控制單元和B系控制單元采用2取2架構(gòu)且設(shè)有周期性的進(jìn)行自我診斷的自我診斷模塊，所述AB系主備切換控制器接收A系控制單元及B系控制單元的自我診斷信息并自動(dòng)選擇其中健康的一系輸出，所述切換開關(guān)單元接收來自AB系主備切換控制器的信號(hào)并將相應(yīng)系的信號(hào)輸出給被控設(shè)備。

其中，“A系控制單元”與“B系控制單元”(分別簡(jiǎn)稱為“A系”、“B系”)為滿足道岔控制器要求且完全相同的兩套控制單元，每套控制單元都采用2取2的架構(gòu)，即控制單元內(nèi)部包括兩個(gè)功能完全相同且原理異構(gòu)的控制單元，具體為：兩個(gè)異構(gòu)的安全控制板，采用二取二的結(jié)構(gòu)安全輸入板、安全輸出板、轉(zhuǎn)轍機(jī)驅(qū)動(dòng)板、信號(hào)機(jī)驅(qū)動(dòng)板，安全電源板。每一套控制單元都能夠獨(dú)立實(shí)現(xiàn)道岔控制中的信號(hào)機(jī)機(jī)轉(zhuǎn)轍機(jī)連鎖控制，并且系統(tǒng)具備完整的自我診斷功能，將診斷結(jié)果輸出給AB系主備切換控制器。

安全輸出板內(nèi)部包含兩個(gè)獨(dú)立的采集通道，分別獨(dú)立采集外部的手柄信號(hào)、道岔位置等信息，通過內(nèi)部冗余的通信總線分別給安全控制板1與安全控制板2；兩塊安全控制板分別根據(jù)輸入信號(hào)、連鎖等信息分別運(yùn)算，將運(yùn)算結(jié)果分別輸出給安全輸出板的兩個(gè)通道，輸出通道采用二取二的方式控制輸出，當(dāng)且僅當(dāng)兩個(gè)通道同時(shí)輸出“ON”時(shí)，信號(hào)才最終輸出“ON”。同時(shí)安全輸出板輸出信號(hào)給信號(hào)機(jī)驅(qū)動(dòng)板、轉(zhuǎn)轍機(jī)驅(qū)動(dòng)板，最終控制信號(hào)機(jī)與轉(zhuǎn)轍機(jī)動(dòng)作。

安全控制板將周期性對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行自我診斷，將診斷正常的信息輸出給安全電源板，若安全電源板收不到安全控制板系統(tǒng)正常信號(hào)，則全電源板將系統(tǒng)安全電源關(guān)閉，系統(tǒng)進(jìn)入輸出“OFF”的故障安全狀態(tài)。

AB系之間的安全控制板使用以太網(wǎng)等通信方式進(jìn)行相互通信，獲取當(dāng)系及另外一系信息，使備系可以獲取系統(tǒng)的當(dāng)前控制信息，控制信息包括安全輸入板輸入狀態(tài)、安全輸出板輸出狀態(tài)、轉(zhuǎn)轍機(jī)驅(qū)動(dòng)狀態(tài)、信號(hào)機(jī)輸出信息等。若A系控制單元與B系控制單元的所有安全控制板運(yùn)算同步時(shí)，則A系、B系將輸出“同步信號(hào)”，防止因?yàn)楣ぷ鞑煌竭M(jìn)行冗余切換導(dǎo)致輸出異?；蜉敵鎏?。

AB系主備切換控制器主要接受“A系控制單元”及“B系控制單元”的系統(tǒng)健康信息，同時(shí)將當(dāng)前主系信息輸出給切換開關(guān)單元。當(dāng)兩系同為健康狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)選擇其中健康的一系輸出；當(dāng)A系故障，B系健康時(shí)，則選擇B系輸出；當(dāng)B系故障，A系健康時(shí)，則自動(dòng)選擇A系輸出。

AB系主備切換控制器具備將通過邏輯選擇A系為主機(jī)或B系為主機(jī)，具有手動(dòng)選擇功能，可以分別選擇“強(qiáng)制A系主機(jī)”、“強(qiáng)制B系主機(jī)”、“自動(dòng)切換”三種方式，當(dāng)選擇“強(qiáng)制A系主機(jī)”時(shí)，此時(shí)無論A系是否為健康，將選擇A系輸出；當(dāng)選擇“強(qiáng)制B系主機(jī)”時(shí)，此時(shí)無論B系是否為健康，將選擇B系輸出；當(dāng)選擇“自動(dòng)切換”方式時(shí)，若A系、B系同時(shí)為健康狀態(tài)，則系統(tǒng)根據(jù)啟動(dòng)先后順序等方式“競(jìng)爭(zhēng)”獲得主系，當(dāng)其中一系為主系時(shí)，另外一系自動(dòng)變?yōu)閭湎怠Ｔ凇白詣?dòng)切換”狀態(tài)下系統(tǒng)切換方案如下：當(dāng)A系為主機(jī)，若此時(shí)A系發(fā)生故障，B系為健康狀態(tài)，且A系與B系的同步運(yùn)行時(shí)，則主系與備系之間進(jìn)行切換。B系為主系，A系為備系。同理，當(dāng)B系為主機(jī)發(fā)生故障，且A系正常、A系B系之間同步工作，則進(jìn)行主備系切換，切換成A系為主系、B系為備系。

為保證系統(tǒng)安全性，切換開關(guān)單元為冗余切換繼電器組，并且有檢測(cè)節(jié)點(diǎn)供A系控制單元及B系控制單元進(jìn)行檢測(cè)。其接受收來自AB系主備切換控制器的信號(hào)，當(dāng)A系為主機(jī)、B系為備機(jī)時(shí)，將A系控制單元的信號(hào)輸出給信號(hào)機(jī)、轉(zhuǎn)轍機(jī)等被控設(shè)備；當(dāng)B系為主機(jī)、A系為備機(jī)時(shí)，將B系控制單元輸出的信號(hào)輸出給信號(hào)機(jī)、轉(zhuǎn)轍機(jī)。

輸出控制原理：當(dāng)A系控制單元為主機(jī)時(shí)，此時(shí)B系為備機(jī)，AB系主備切換控制單元輸出控制信號(hào)，使得切換開關(guān)單元將A系輸出信號(hào)最終對(duì)外輸出；此時(shí)B系(備系)主機(jī)控制單元通過“AB系通信”獲取安全控制板的控制信息。

安全切換過程：當(dāng)A系為主機(jī)、B系為備機(jī)，若A系發(fā)生故障處于非“健康狀態(tài)”，而B系處于“健康狀態(tài)”時(shí)，此時(shí)AB系主備切換控制器將A系變?yōu)閭湎?，B系為主系，同時(shí)將輸出的切換開關(guān)單元切換成B系輸出，A系為備用狀態(tài)。B系將獲取A系在故障前的輸入、輸出信息，控制轉(zhuǎn)轍機(jī)及信號(hào)機(jī)輸出，完成一次切換。

本發(fā)明在滿足安全完整性等級(jí)SIL4的要求；且使用溫備方案，大大提高系統(tǒng)可用性。