一种地面过分相双冗余控制方法及控制系统与流程

本发明涉及过分相控制技术领域，尤其涉及一种地面过分相双冗余控制方法及控制系统。

背景技术：

在电气化铁路中，过分相控制在列车安全运行中起到十分重要的作用。现有过分相控制系统中，通常采用一主一备两个控制主机，当主机发生故障时，将备机切入控制系统，实现过分相的控制，从而提高系统的稳定性和可靠性。如专利号为200910037419.3，名称为《双机热备型自动过分相装置》的发明专利，以及专利号为2010020198730.4，名称为《双机热备自动过分相控制系统》的实用新型都对车载过分相的冗余技术方案进行了研究，对地面过分相的冗余控制方案研究较少。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种便于实现，可方便的实现主、备系之间的状态同步，可有效提高过分相系统的可靠性和稳定性的地面过分相双冗余控制方法及控制系统。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：一种地面过分相双冗余控制方法，主系控制器和备系控制器接收相同的输入信号，各自独立运行相同的控制逻辑，独立得到控制信号；主系控制器控制备系控制器的输出状态，当主系控制器正常时，备控制器不输出控制信号，当主系控制器故障时，备系控制器输出控制信号。

进一步地，所述主系控制器通过向备系控制器发送生命信号，备系控制器通过监测主系控制器的生命信号，当所述生命信号异常时，备系控制器输出控制信号。

进一步地，所述主系控制器和备系控制器均通过相同的状态机程序实现控制逻辑。

进一步地，还包括主备系状态机同步过程：通过比较所述主系控制器的状态机和备系控制器的状态机之间是否一致，不一致则备系控制器同步主系控制器的状态机程序、输入信号、中间变量和控制信号。

进一步地，备系控制器通过读取主系控制器的数据集获得主系控制器的状态机，实现主备系状态机同步过程。

进一步地，所述状态机程序的状态包括等待状态、进分相状态、换相状态和出分相状态；当列车到达分相区中预设的进分相位置时，状态由等待状态跳转至过分相状态；当列车到达分相区中预设的切换位置时，状态由过分相状态跳转至换相状态；当列车到达分相区中预设的出分相位置时，状态由换相状态跳转至出分相状态。

一种地面过分相双冗余控制系统，包括主系控制器和备系控制器，所述主系控制器和备系控制器接收相同的输入信号，各自独立运行相同的控制逻辑，独立得到控制信号；主系控制器控制备系控制器的输出状态，当主系控制器正常时，备控制器不输出控制信号，当主系控制器故障时，备系控制器输出控制信号。

进一步地，所述主系控制器通过向备系控制器发送生命信号，备系控制器通过监测主系控制器的生命信号，当所述生命信号异常时，备系控制器输出控制信号。

进一步地，所述主系控制器和备系控制器均通过相同的状态机程序实现控制逻辑。

进一步地，备系控制器还用于比较所述主系控制器的状态机和备系控制器的状态机之间是否一致，不一致则备系控制器同步主系控制器的状态机程序、输入信号、中间变量和控制信号。

进一步地，备系控制器通过读取主系控制器的数据集获得主系控制器的状态机，实现主备系状态机同步过程。

进一步地，所述状态机程序的状态包括等待状态、进分相状态、换相状态和出分相状态；当列车到达分相区中预设的进分相位置时，状态由等待状态跳转至过分相状态；当列车到达分相区中预设的切换位置时，状态由过分相状态跳转至换相状态；当列车到达分相区中预设的出分相位置时，状态由换相状态跳转至出分相状态。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明的主系控制器与备系控制器同步运行相同的控制逻辑，在主系控制器任意时刻发生故障时，备系控制器都是随时切入系统，代替主系控制器工作，切换速度快，可靠性高，稳定高。

2、本发明在主系控制器正常时，备系控制器虽然有运行相同的控制逻辑，生成相应的控制信号，但并不输出其控制信号，只有主系控制器故障时才输出其控制信号，通过这种策略可以保证主、备系在任意时刻只有一个输出，不会造成输出的控制信号之间的混乱，也保证了整个系统的稳定性。

3、本发明的主系控制器和备系控制器上所运行的控制逻辑为状态机程序，只需要有限的几种状态，即可实现对过分相过程的控制，并且，采用状态机程序，可以方便的实现主系控制器和备系控制器之间的同步，不需要涉及复杂的时钟同步的问题，一方面降低了双冗余控制系统的实现难度，另一方面也提高了同步的效率，提高了双冗余系统的稳定性和可靠性。

附图说明

图1为本发明具体实施例双冗余的主、备系构架示意图。

图2为本发明具体实施例主、备系的状态机及状态跳转示意图。

图3为本发明具体实施例过分相控制系统示意图。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

本实施例的地面过分相双冗余控制方法，主系控制器和备系控制器接收相同的输入信号，各自独立运行相同的控制逻辑，独立得到控制信号；主系控制器控制备系控制器的输出状态，当主系控制器正常时，备控制器不输出控制信号，当主系控制器故障时，备系控制器输出控制信号。

如图1所示，主系控制器和备系控制器通过输入信号总线接收相同的输入信号，主系控制器和备系控制器独立运行相同的控制逻辑，通过各自的控制逻辑，独立运算得到独立的控制信号，图1中控制信号1即为主系控制器的输出信号，控制信号2即为备系控制器的输出信号。在正常情况下，控制信号1和控制信号2为相同信号，如果主系控制器和备系控制器都向输出总线输出制信号，那么，输出总线上会存在两个信号，即便两个信号都是正确的信号，也会给控制系统造成信号上的混乱。因此，在本实施例中，主系控制器还控制备系控制器的输出状态，即当主系控制器正常时，控制备系控制器不输出控制信号；也就是说，在此情况下，备系控制器只是执行控制逻辑，得到控制信号2的结果，但并不将该结果输出。这样，就可以保证输出总线上只有主系控制器的输出结果，即控制信号1。而当主系控制器发生故障时，主系控制器不输出控制信号，而控制备系控制器输出控制信号，此时，输出总线上只有备系控制器所输出的控制信号2。由于备系控制器为热备，与主系控制器同步运行，所以备系控制器可以在任意时刻随时替换主系控制器，从而保证整个过分相系统的稳定运行。

在本实施例中，主系控制器通过向备系控制器发送生命信号，备系控制器通过监测主系控制器的生命信号，当生命信号异常时，备系控制器输出控制信号。生命信号用于表征主系控制器的生命状态，正常或者故障。备系控制器随时监测主系控制器所发送的生命信号，当生命信号反映主系控制器正常时，备系控制器则不输出自己的控制信号，当生命信号反映主系控制器故障时，备系控制器则输出自己的控制信号。主系控制器在输出控制信号时，也根据自身的生命信号进行判断，当正常时则输出控制信号，故障时则不输出控制信号。

在本实施例中，如图2所示，主系控制器和备系控制器均通过相同的状态机程序实现控制逻辑。状态机程序的状态包括等待状态、进分相状态、换相状态和出分相状态；当列车到达分相区中预设的进分相位置时，状态由等待状态跳转至过分相状态；当列车到达分相区中预设的切换位置时，状态由过分相状态跳转至换相状态；当列车到达分相区中预设的出分相位置时，状态由换相状态跳转至出分相状态。结合图3，以列车从左向右运行通过分相区为例进行说明。当列车还没到达位置点cg1时，过分相装置不需要动作，输入信号总线没有列车的位置信号输入，主系控制器和备系控制器的状态机都处于等待状态，没有控制信号输出。当列车运行到达位置点cg1时，通过输入信号总线可以得到列车的位置信号，于是状态机由等待状态跳转为进分相状态，进分相状态得到电子开关scr_f1导通的控制信号。当列车运行到达位置点cg2时，状态机根据列车的位置信号，由进分相状态跳转至换相状态，依次输出电子开关scr_f1关断的控制信号和电子开关scr_f2导通的控制信号，实现换相操作。当列车运行到达位置点cg3时，状态机根据列车的位置信号，由换相状态跳转至出分相状态，输出电子开关scr_f2关断的控制信号，在关断电子开关scr_f2后，跳转至等待状态。采用状态机的方式，主、备系之间不需要时钟同步，其控制逻辑只需要输入满足跳转条件即可跳转至下一状态，简单、高效。

在本实施例中，还包括主备系状态机同步过程：通过比较主系控制器的状态机和备系控制器的状态机之间是否一致，不一致则备系控制器同步主系控制器的状态机程序、输入信号、中间变量和控制信号。备系控制器通过读取主系控制器的数据集获得主系控制器的状态机，实现主备系状态机同步过程。由于备系控制器可能不是与主系控制器同步启动运行，或者备系控制器可能因为出现故障而重启，因此，备系控制器需要与主系控制器进行同步。输入信号本身即是通过输入信号总线同步发送至主系控制器和备系控制器，状态机程序在运行过程中的中间变量、运算结果均存储在数据集中，因此，在同步时，备系控制器读取主系控制器的数据集，并赋值到自身的数据集中，即可实现状态机的同步；或者，备系控制器通过向主系控制器发送同步请求，由主系控制器将数据集的内容发送给备系控制器，来实现同步。在本实施例中，备系控制器比较自身的状态机与主系控制器的状态机的一致性，当连续有多个比较周期均不一致时，才进行状态机的同步。由于采用状态机控制逻辑，因此，在同步过程中不需要涉及复杂的时钟同步问题，一方面降低了双冗余控制系统的实现难度，另一方面也提高了同步的效率，提高了双冗余系统的稳定性和可靠性。

本实施例的地面过分相双冗余控制系统，包括主系控制器和备系控制器，主系控制器和备系控制器接收相同的输入信号，各自独立运行相同的控制逻辑，独立得到控制信号；主系控制器控制备系控制器的输出状态，当主系控制器正常时，备控制器不输出控制信号，当主系控制器故障时，备系控制器输出控制信号。

如图1所示，主系控制器和备系控制器通过输入信号总线接收相同的输入信号，主系控制器和备系控制器独立运行相同的控制逻辑，通过各自的控制逻辑，独立运算得到独立的控制信号，图1中控制信号1即为主系控制器的输出信号，控制信号2即为备系控制器的输出信号。在正常情况下，控制信号1和控制信号2应该为相同的信号，如果主系控制器和备系控制器都向输出总线输出自己的控制信号，那么，输出总线上将会存在两个信号，即便两个信号都是正确的信号，也会给控制系统造成信号上的混乱。因此，在本实施例中，主系控制器还控制备系控制器的输出状态，即当主系控制器正常时，控制备系控制器不输出控制信号；也就是说，在此情况下，备系控制器只是执行控制逻辑，得到控制信号2的结果，但并不将该结果输出。这样，就可以保证输出总线上只有主系控制器的输出结果，即控制信号1。而当主系控制器发生故障时，主系控制器不输出控制信号，而控制备系控制器输出控制信号，此时，输出总线上只有备系控制器所输出的控制信号2。由于备系控制器为热备，与主系控制器同步运行，所以备系控制器可以在任意时刻随时替换主系控制器，从而保证整个过分相系统的稳定运行。

在本实施例中，主系控制器和备系控制器通过数据总线实时进行数据交互，包括生命信号和进行状态机同步的数据。主系控制器通过向备系控制器发送生命信号，备系控制器通过监测主系控制器的生命信号，当生命信号异常时，备系控制器输出控制信号。生命信号用于表征主系控制器的生命状态，正常或者故障。备系控制器随时监测主系控制器所发送的生命信号，当生命信号反映主系控制器正常时，备系控制器则不输出自己的控制信号，当生命信号反映主系控制器故障时，备系控制器则输出自己的控制信号。主系控制器在输出控制信号时，也根据自身的生命信号进行判断，当正常时则输出控制信号，故障时则不输出控制信号。

在本实施例中，如图2所示，主系控制器和备系控制器均通过相同的状态机程序实现控制逻辑。状态机程序的状态包括等待状态、进分相状态、换相状态和出分相状态；当列车到达分相区中预设的进分相位置时，状态由等待状态跳转至过分相状态；当列车到达分相区中预设的切换位置时，状态由过分相状态跳转至换相状态；当列车到达分相区中预设的出分相位置时，状态由换相状态跳转至出分相状态。结合图3，以列车从左向右运行通过分相区为例进行说明。当列车还没到达位置点cg1时，过分相装置不需要动作，输入信号总线没有列车的位置信号输入，主系控制器和备系控制器的状态机都处于等待状态，没有控制信号输出。当列车运行到达位置点cg1时，通过输入信号总线可以得到列车的位置信号，于是状态机由等待状态跳转为进分相状态，进分相状态得到电子开关scr_f1导通的控制信号。当列车运行到达位置点cg2时，状态机根据列车的位置信号，由进分相状态跳转至换相状态，依次输出电子开关scr_f1关断的控制信号和电子开关scr_f2导通的控制信号，实现换相操作。当列车运行到达位置点cg3时，状态机根据列车的位置信号，由换相状态跳转至出分相状态，输出电子开关scr_f2关断的控制信号，在关断电子开关scr_f2后，跳转至等待状态。采用状态机的方式，主、备系之间不需要时钟同步，其控制逻辑只需要输入满足跳转条件即可跳转至下一状态，简单、高效。

在本实施例中，备系控制器还用于比较主系控制器的状态机和备系控制器的状态机之间是否一致，不一致则备系控制器同步主系控制器的状态机程序、输入信号、中间变量和控制信号。备系控制器通过读取主系控制器的数据集获得主系控制器的状态机，实现主备系状态机同步过程。由于备系控制器可能不是与主系控制器同步启动运行，或者备系控制器可能因为出现故障而重启，因此，备系控制器需要与主系控制器进行同步。输入信号本身即是通过输入信号总线同步发送至主系控制器和备系控制器，状态机程序在运行过程中的中间变量、运算结果均存储在数据集中，因此，在同步时，备系控制器读取主系控制器的数据集，并赋值到自身的数据集中，即可实现状态机的同步；或者，备系控制器通过向主系控制器发送同步请求，由主系控制器将数据集的内容发送给备系控制器，来实现同步。在本实施例中，备系控制器比较自身的状态机与主系控制器的状态机的一致性，当连续有多个比较周期均不一致时，才进行状态机的同步。由于采用状态机控制逻辑，因此，在同步过程中不需要涉及复杂的时钟同步问题，一方面降低了双冗余控制系统的实现难度，另一方面也提高了同步的效率，提高了双冗余系统的稳定性和可靠性。

上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。