采用雙CPU冗余技術的鐵路信號裝置及其控制方法制造方法及圖紙

一種采用雙CPU冗余技術的鐵路信號裝置及其控制方法。裝置包括：CAN通訊電路、第一CPU、第二CPU、主備狀態標志，同步電路、輸入緩沖器、輸出緩沖器、輸出切換控制、輸出轉換電路、輸出互斥電路、狀態檢測電路、邏輯或門電路、動態采集電路、電流檢測器、過載保護電路和電壓檢測器。本發明專利技術的裝置及其控制方法，實現了鐵路信號設備控制的雙CPU啟動、熱復位、強干擾源下的主備切換以及對信號設備的控制，鐵路信號設備電子執行單元的智能化程度更高，可以根據不同現場工況識別故障，從而達到快速故障定位，快速檢修的目的，并可通過現場設備與控制中心等上一級設備進行快速網絡通信，使控制中心等上級系統能夠隨時掌握現場設備運行情況。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于雙CPU冗余控制
，特別是涉及一種采用雙CPU冗余技術的鐵路信號裝置及其控制方法。
技術介紹
現階段，鐵路車站信號控制領域大量應用的技術以6502電氣集中和以安全型繼電器為執行機構的計算機聯鎖系統。該系統在鐵路信號控制系統已經使用多年，技術比較成熟，性能相對穩定，但由于采用集中控制方式與大量安全型繼電器的使用，使得設備的體積、數量龐大，給設備現場維護帶來很多問題，采用全電子控制的智能化執行單元可以有效解決上述問題，并且智能電子執行單元可以根據不同工況識別故障，從而達到快速故障定位，快速檢修等優點。目前很多廠家正在處于研制過程中，距離大量上道使用還需要進行更多的試驗與測試，但這是鐵路信號全電子化的發展方向。
技術實現思路
為了解決上述問題，本專利技術的目的在于提供一種采用雙CPU冗余技術的鐵路信號裝置及其控制方法。為了達到上述目的，本專利技術提供的采用雙CPU冗余技術的鐵路信號裝置包括CAN通訊電路、第一 CPU、第二 CPU、主備狀態標志，同步電路、輸入緩沖器、輸出緩沖器、輸出切換控制、輸出轉換電路、輸出互斥電路、狀態檢測電路、邏輯或門電路、動態采集電路、電流檢測器、過載保護電路和電壓檢測器；其中CAN通訊電路為CAN總線通訊接口電路，兩個CAN通訊電路分別將第一 CPU和第二 CPU通過CAN總線與連鎖主機相連接；第一 CPU和第二 CPU分別通過主備狀態標志和同步電路實現互聯；其中主備狀態標志包括第一 CPU和第二 CPU的狀態標志和狀態顯示電路，其分別與第一 CPU和第二 CPU相連接；同步電路為SCI串行數據接口電路，其通過SCI串行數據總線分別與第一 CPU和第二 CPU相連接；輸出緩沖器、輸出切換控制和輸出轉換電路組成一路輸出切換電路，三路輸出切換電路構成輸出切換單元；其中輸出緩沖器為輸出接口緩沖器，第一 CPU和第二 CPU的輸出端分別通過輸出緩沖器連接至輸出切換控制的輸入端；輸出緩沖器由多組緩沖器電路組成；輸出切換控制為具有判斷功能的二選一數字開關，其相當于一路輸出信號來說具有兩個輸入端，一個輸出端和兩個控制端口 ；輸出切換控制的兩個控制端口分別與第一 CPU和第二 CPU相連接，輸出端與一個輸出轉換電路的輸入端相連接；輸出轉換電路為輸出推動電路，其輸出端與負載連接；輸出互斥電路為輸出互斥保護電路，其兩個輸入端分別與兩個輸出轉換電路的輸出端相連接，輸出端分別與功率繼電器K1、K2的控制端相連接；邏輯或門電路的兩個輸入端分別與輸出互斥電路的兩個輸出端相連接，輸出端與功率繼電器K3的控制端相連接；輸入緩沖器和動態采集電路組成一路輸入采集電路，四路輸入采集電路構成動態信號采集單元；輸入緩沖器和狀態檢測電路組成開關量輸入單元；動態信號采集單元和開關量輸入單兀組成輸入電路部分；其中輸入緩沖器的一個輸入端與一個動態米集電路的輸出端相連接，其相應的輸出端同時與第一 CPU和第二 CPU的一個輸入端相連接；動態采集電路的輸入端與檢測信號B1-B4之中的一個信號端相連接；狀態檢測電路的三個輸入端分別與功率繼電器K1-K3的常閉觸 點輸出端子相連接，狀態檢測電路的輸出端輸出檢測信號B5，其與輸入緩沖器的輸入端相連接；功率繼電器J為輸入電源控制部件，其具有兩對主觸點Jl、J2，每對主觸點均包含一個輸入端子，一個常開輸出端子和一個常閉輸出端子，其中主觸點Ji的輸入端子與正電源輸入端XZ相連接，常開觸點輸出端子同時與功率繼電器K1、K2的輸入端子相連接，常閉觸點輸出端子與第一正輸出端OUTl+相連接；主觸點J2的輸入端子與負電源輸入端XF相連接，常開觸點輸出端子與功率繼電器K3的輸入端子相連接,常閉觸點輸出端子與負輸出端OUTl-相連接；功率繼電器K1、K2、K3均為輸出電源控制部件，分別具有一個輸入觸點端子、一個常開觸點輸出端子和一個常閉觸點輸出端子，其中功率繼電器Kl的常開觸點輸出端子通過一個電流檢測器與第一正輸出端OUTl+相連接，功率繼電器Κ2的常開觸點輸出端子通過另一個電流檢測器與第二正輸出端0UT2+相連接，功率繼電器Κ3的常開觸點輸出端子直接與負輸出端OUTl-相連接；電流檢測器為輸出電流檢測電路，其具有一個輸入端、一個輸出端和一個信號輸出端，兩個電流檢測器分別用于檢測兩路功率輸出的輸出電流值，其中一個電流檢測器的輸入端與功率繼電器Kl的常開觸點輸出端子相連接，輸出端與第一正輸出端OUTl+相連接，信號輸出端輸出檢測信號BI，且與一個動態采集電路的輸入端相連接；另一個電流檢測器的輸入端與功率繼電器Κ2的常開觸點輸出端子相連接，輸出端與第二正輸出端0UT2+相連接，信號輸出端輸出檢測信號Β2，且與一個動態采集電路的輸入端相連接；過載保護電路為輸出電流峰值過載保護電路，兩個過載保護電路的輸入端分別與兩個電流檢測器的信號輸出端相連接，輸出端分別與對應于控制信號Α2、A3的兩路輸出電路中兩個輸出轉換電路的保護輸入端相連接；電壓檢測器為輸出電壓檢測電路，其具有一個輸入端、一個輸出端，兩個電壓檢測器分別用于檢測兩路功率輸出的電壓值，其中一個電壓檢測器的輸入端與第一正輸出端OUTl+相連接，輸出端的輸出信號為檢測信號Β3，與一個動態采集電路的輸入端相連接；另一個電壓檢測器的輸入端與第二正輸出端0UT2+相連接,輸出端的輸出信號為檢測信號Β4，與一個動態采集電路的輸入端相連接；所述的控制信號Α1、Α2、Α3之中控制信號Al所對應的輸出端與功率繼電器J的控制端相連接；控制信號Α2和控制信號A3所對應的輸出端分別通過輸出互斥電路與功率繼電器Κ1、Κ2的控制端相連接。所述的輸出切換控制的兩個控制端口均包括多條信號線；所述的檢測信號Β5所對應的輸入電路均包含多條數據線。所述的對應于控制信號Α2、A3的兩路輸出電路中兩個輸出轉換電路還具有保護輸入端，其兩個保護輸入端分別與兩個過載保護電路的輸出端相連接。所述的狀態信號Cl，C2包含狀態判別信號和狀態，其中的狀態判別信號為主機發出的一連串固定頻率的脈沖信號。所述的輸出緩沖器、輸出切換控制和輸出轉換電路由可編程邏輯單元器件來實現。本專利技術提供的采用雙CPU冗余技術的鐵路信號裝置在運行狀態下主控程序的控制方法包括按順序進行的下列步驟步驟I)準備階段系統上電初始化自檢，在此階段中兩個CPU分別檢查自身狀態和外部設備狀態是否正常，然后進入系統啟動狀態，兩個CPU同時依據本機和對方狀態進打系統啟動狀態王備確定，從而確定雙機的王備關系；步驟2)數據更新階段主機動態采集外部數據狀態，主機和備機周期檢查與聯鎖主機通訊系統是否正常及通訊數據是否已經更新。主機隨時等待新的控制指令，在此過程中若發現外部狀態或通訊等出現異常則要及時報警；步驟3)執行操作階段主機接收新的控制指令，首先判斷指令是否正常，若正常則進入輸出控制操作，輸出控制操作包括向外部發送輸出控制指令，延時判斷回采信號，判斷輸出控制是否正常，若正常則返回控制成功狀態并點亮相應的復顯指示燈，若異常則根據異常報警進行報警處理同時關閉所有外部輸出；步驟4)等待階段主機和備機在等待操作狀態下，定時與聯鎖主機通訊，上報設備狀態信息；并在需要時轉入切換狀態。在步驟3)執行操作階段中，所述的輸出控制操作的控制方法包括按順序進行的下列本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種采用雙CPU冗余技術的鐵路信號裝置，其特征在于：所述的采用雙CPU冗余技術的鐵路信號裝置包括：CAN通訊電路(2)、第一CPU(3)、第二CPU(4)、主備狀態標志(5)，同步電路(6)、輸入緩沖器(7)、輸出緩沖器(8)、輸出切換控制(9)、輸出轉換電路(10)、輸出互斥電路(11)、狀態檢測電路(12)、邏輯或門電路(13)、動態采集電路(14)、電流檢測器(15)、過載保護電路(16)和電壓檢測器(17)；其中：CAN通訊電路(2)為CAN總線通訊接口電路，兩個CAN通訊電路(2)分別將第一CPU(3)和第二CPU(4)通過CAN總線與連鎖主機(1)相連接；第一CPU(3)和第二CPU(4)分別通過主備狀態標志(5)和同步電路(6)實現互聯；其中：主備狀態標志(5)包括第一CPU(3)和第二CPU(4)的狀態標志和狀態顯示電路，其分別與第一CPU(3)和第二CPU(4)相連接；同步電路(6)為SCI串行數據接口電路，其通過SCI串行數據總線分別與第一CPU(3)和第二CPU(4)相連接；輸出緩沖器(8)、輸出切換控制(9)和輸出轉換電路(10)組成一路輸出切換電路，三路輸出切換電路構成輸出切換單元；其中：輸出緩沖器(8)為輸出接口緩沖器，第一CPU(3)和第二CPU(4)的輸出端分別通過輸出緩沖器(8)連接至輸出切換控制(9)的輸入端；輸出緩沖器(8)由多組緩沖器電路組成；輸出切換控制(9)為具有判斷功能的二選一數字開關，其相當于一路輸出信號來說具有兩個輸入端，一個輸出端和兩個控制端口；輸出切換控制(9)的兩個控制端口分別與第一CPU(3)和第二CPU(4)相連接，輸出端與一個輸出轉換電路(10)的輸入端相連接；輸出轉換電路(10)為輸出推動電路，其輸出端與負載連接；輸出互斥電路(11)為輸出互斥保護電路，其兩個輸入端分別與兩個輸出轉換電路(10)的輸出端相連接，輸出端分別與功率繼電器K1、K2的控制端相連接；邏輯或門電路(13)的兩個輸入端分別與輸出互斥電路(11)的兩個輸出端相連接，輸出端與功率繼電器K3的控制端相連接；輸入緩沖器(7)和動態采集電路(14)組成一路輸入采集電路，四路輸入采集電路構成動態信號采集單元；輸入緩沖器(7)和狀態檢測電路(12)組成開關量輸入單元；動態信號采集單元和開關量輸入單元組成輸入電路部分；其中：輸入緩沖器(7)的一個輸入端與一個動態采集電路(14)的輸出端相連接，其相應的輸出端同時與第一CPU(3)和第二CPU(4)的一個輸入端相連接；動態采集電路(14)的輸入端與檢測信號B1?B4之中的一個信號端相連接；狀態檢測電路(12)的三個輸入端分別與功率繼電器K1?K3的常閉觸點輸出端子相連接，狀態檢測電路(12)的輸出端輸出檢測信號B5，其與輸入緩沖器(7)的輸入端相連接；功率繼電器J為輸入電源控制部件，其具有兩對主觸點J1、J2，每對主觸點均包含一個輸入端子，一個常開輸出端子和一個常閉輸出端子，其中主觸點J1的輸入端子與正電源輸入端XZ相連接，常開觸點輸出端子同時與功率繼電器K1、K2的輸入端子相連接，常閉觸點輸出端子與第一正輸出端OUT1+相連接；主觸點J2的輸入端子與負電源輸入端XF相連接，常開觸點輸出端子與功率繼電器K3的輸入端子相連接，常閉觸點輸出端子與負輸出端OUT1?相連接；功率繼電器K1、K2、K3均為輸出電源控制部件，分別具有一個輸入觸點端子、一個常開觸點輸出端子和一個常閉觸點輸出端子，其中：功率繼電器K1的常開觸點輸出端子通過一個電流檢測器(15)與第一正輸出端OUT1+相連接，功率繼電器K2的常開觸點輸出端子通過另一個電流檢測器(15)與第二正輸出端OUT2+相連接，功率繼電器K3的常開觸點輸出端子直接與負輸出端OUT1?相連接；電流檢測器(15)為輸出電流檢測電路，其具有一個輸入端、一個輸出端和一個信號輸出端，兩個電流檢測器(15)分別用于檢測兩路功率輸出的輸出電流值，其中一個電流檢測器(15)的輸入端與功率繼電器K1的常開觸點輸出端子相連接，輸出端與第一正輸出端OUT1+相連接，信號輸出端輸出檢測信號B1，且與一個動態采集電路(14)的輸入端相連接；另一個電流檢測器(15)的輸入端與功率繼電器K2的常開觸點輸出端子相連接，輸出端與第二正輸出端OUT2+相連接，信號輸出端輸出檢測信號B2，且與一個動態采 集電路(14)的輸入端相連接；過載保護電路(16)為輸出電流峰值過載保護電路，兩個過載保護電路(16)的輸入端分別與兩個電流檢測器(15)的信號輸出端相連接...

【技術特征摘要】
1.一種采用雙CPU冗余技術的鐵路信號裝置，其特征在于所述的采用雙CPU冗余技術的鐵路信號裝置包括CAN通訊電路(2)、第一 CPU(3)、第二 CPU(4)、主備狀態標志(5)，同步電路(6)、輸入緩沖器(7)、輸出緩沖器(8)、輸出切換控制(9)、輸出轉換電路(10)、輸出互斥電路(11)、狀態檢測電路(12)、邏輯或門電路(13)、動態采集電路(14)、電流檢測器(15)、過載保護電路(16)和電壓檢測器(17)； 其中CAN通訊電路⑵為CAN總線通訊接口電路，兩個CAN通訊電路⑵分別將第一CPU (3)和第二 CPU (4)通過CAN總線與連鎖主機(I)相連接； 第一 CPU(3)和第二 CPU(4)分別通過主備狀態標志(5)和同步電路￠)實現互聯；其中主備狀態標志(5)包括第一 CPU(3)和第二 CPU(4)的狀態標志和狀態顯示電路，其分別與第一 CPU (3)和第二 CPU (4)相連接；同步電路(6)為SCI串行數據接口電路，其通過SCI串行數據總線分別與第一 CPU(3)和第二 CPU(4)相連接； 輸出緩沖器(8)、輸出切換控制(9)和輸出轉換電路(10)組成一路輸出切換電路，三路輸出切換電路構成輸出切換單元；其中輸出緩沖器(8)為輸出接口緩沖器，第一CPU(3)和第二 CPU(4)的輸出端分別通過輸出緩沖器(8)連接至輸出切換控制(9)的輸入端；輸出緩沖器(8)由多組緩沖器電路組成；輸出切換控制(9)為具有判斷功能的二選一數字開關，其相當于一路輸出信號來說具有兩個輸入端，一個輸出端和兩個控制端口 ；輸出切換控制(9)的兩個控制端口分別與第一 CPU(3)和第二 CPU(4)相連接，輸出端與一個輸出轉換電路(10)的輸入端相連接； 輸出轉換電路(10)為輸出推動電路，其輸出端與負載連接； 輸出互斥電路(11)為輸出互斥保護電路，其兩個輸入端分別與兩個輸出轉換電路(10)的輸出端相連接，輸出端分別與功率繼電器Kl、K2的控制端相連接； 邏輯或門電路(13)的兩個輸入端分別與輸出互斥電路(11)的兩個輸出端相連接，輸出端與功率繼電器K3的控制端相連接； 輸入緩沖器(7)和動態采集電路(14)組成一路輸入采集電路，四路輸入采集電路構成動態信號采集單元；輸入緩沖器(7)和狀態檢測電路(12)組成開關量輸入單元；動態信號采集單元和開關量輸入單元組成輸入電路部分；其中輸入緩沖器(7)的一個輸入端與一個動態采集電路(14)的輸出端相連接，其相應的輸出端同時與第一 CPU(3)和第二 CPU(4)的一個輸入端相連接；動態米集電路(14)的輸入端與檢測信號B1-B4之中的一個信號端相連接；狀態檢測電路(12)的三個輸入端分別與功率繼電器K1-K3的常閉觸點輸出端子相連接，狀態檢測電路(12)的輸出端輸出檢測信號B5，其與輸入緩沖器(7)的輸入端相連接；功率繼電器J為輸入電源控制部件，其具有兩對主觸點Jl、J2，每對主觸點均包含一個輸入端子，一個常開輸出端子和一個常閉輸出端子，其中主觸點Jl的輸入端子與正電源輸入端XZ相連接，常開觸點輸出端子同時與功率繼電器Kl、K2的輸入端子相連接，常閉觸點輸出端子與第一正輸出端OUTl+相連接；主觸點J2的輸入端子與負電源輸入端XF相連接，常開觸點輸出端子與功率繼電器K3的輸入端子相連接，常閉觸點輸出端子與負輸出端OUTl-相連接； 功率繼電器Kl、K2、K3均為輸出電源控制部件，分別具有一個輸入觸點端子、一個常開觸點輸出端子和一個常閉觸點輸出端子，其中功率繼電器Kl的常開觸點輸出端子通過一個電流檢測器(15)與第一正輸出端OUTl+相連接，功率繼電器K2的常開觸點輸出端子通過另一個電流檢測器(15)與第二正輸出端0UT2+相連接，功率繼電器K3的常開觸點輸出端子直接與負輸出端OUTl-相連接； 電流檢測器(15)為輸出電流檢測電路,其具有一個輸入端、一個輸出端和一個信號輸出端，兩個電流檢測器(15)分別用于檢測兩路功率輸出的輸出電流值，其中一個電流檢測器(15)的輸入端與功率繼電器Kl的常開觸點輸出端子相連接,輸出端與第一正輸出端OUTl+相連接，信號輸出端輸出檢測信號BI，且與一個動態采集電路(14)的輸入端相連接；另一個電流檢測器(15)的輸入端與功率繼電器K2的常開觸點輸出端子相連接，輸出端與第二正輸出端0UT2+相連接，信號輸出端輸出檢測信號B2，且與一個動態采集電路(14)的輸入端相連接； 過載保護電路(16)為輸出電流峰值過載保護電路，兩個過載保護電路(16)的輸入端分別與兩個電流檢測器(15)的信號輸出端相連接，輸出端分別與對應于控制信號A2、A3的兩路輸出電路中兩個輸出轉換電路(10)的保護輸入端相連接； 電壓檢測器(17)為輸出電壓檢測電路,其具有一個輸入端、一個輸出端,兩個電壓檢測器(17)分別用于檢測兩路功率輸出的電壓值，其中一個電壓檢測器(17)的輸入端與第一正輸出端OUTl+相連接,輸出端的輸出信號為檢測信號B3,與一個動態米集電路(14)的輸入端相連接；另一個電壓檢測器(17)的輸入端與第二正輸出端0UT2+相連接，輸出端的輸出信號為檢測信號B4，與一個動態采集電路(14)的輸入端相連接； 所述的控制信號A1、A2、A3之中控制信號Al所對應的輸出端與功率繼電器J的控制端相連接；控制信號A2和控制信號A3所對應的輸出端分別通過輸出互斥電路(11)與功率繼電器K1、K2的控制端相連接。2.根據權利要求1所述的采用雙CPU冗余技術的鐵路信號裝置，其特征在于所述的輸出切換控制(9)的兩個控制端口均包括多條信號線；所述的檢測信號B5所對應的輸入電路均包含多條數據線。3.根據權利要求1所述的采用雙CPU冗余技術的鐵路信號裝置，其特征在于所述的對應于控制信號A2、A3的兩路輸出電路中兩個輸出轉換電路(10)還具有保護輸入端，其兩個保護輸入端分別與兩個過載保護電路(16)的輸出端相連接。4.根據權利要求1所述的采用雙CPU冗余技術的鐵路信號裝置，其特征在于所述的狀態信號Cl，C2包含狀態判別信號和狀態，其中的狀態判別信號為主機發出的一連串固定頻率的脈沖信號。5.根據權利要求1所述的采用雙CPU冗余技術的鐵路信號裝置，其特征在于所述的輸出緩沖器(8)、輸出切換控制(9)和輸出轉換電路(10)由可編程邏輯單元器件來實現。6.一種如權利要求1所述的采用雙CPU冗余技術的鐵路信號裝置的控制方法，其特征在于所述的采用雙CPU冗余技術的鐵路信號裝置在運行狀態下主控程序的控制方法包括按順序進行的下列步驟 步驟I)準備階段系統上電初始化自檢，在此階段中兩個CPU分別檢查自身狀態和外部設備狀態是否正常...

【專利技術屬性】
技術研發人員：姚金宇，閆建軍，胡偉，王利勇，
申請(專利權)人：北京國鐵路陽技術有限公司，
類型：發明
國別省市：