一种联锁机双系切换系统及控制方法与流程

本发明涉及一种切换设备，特别是一种联锁机双系切换系统及控制方法。

背景技术：

近年来，铁路车站自动控制技术发展迅猛，构成该控制系统的联锁运算计算机、联锁软件逻辑和驱动执行电路等核心部件有了很大的发展和提升。国内铁路行业在积极引进国外先进技术的基础上，逐步向国产化方向迈进。同时铁道部对计算机联锁系统在安全性、可靠性、可用性和可维护性方面的要求逐步提高，并明确提出了计算机联锁系统的安全完善度等级达到sil4级的规定。sil(safetyintegritylevel)安全完整性等级认证一共分为4个等级，sil1、sil2、sil3、sil4，包括对产品和对系统两个层次，其中，以sil4的要求最高。

运行核心联锁软件的计算机不再是通用工业计算机，已升级到具有故障-安全特性的专用计算机平台，其主流制式有二取二、三取二等。国内铁路以二取二制式为主。信号联锁逻辑也有了相应的提升，铁道部软件测试中心的标准站规则也从第一版升级到了第二版。驱动执行电路出现了从继电器式电路向电子化执行电路的发展趋势。

目前当双系中其中一系发生故障或有数据不一致情况发生时，其可以自动切换，具体连接方式及控制方法可参见发明专利cn109976208a，但是当外部条件要求双系进行主动切换时，缺少能够切换主备控制关系要求的硬件设备，并且缺少主备控制状态的显示。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提出一种联锁机双系切换系统及控制方法，该系统包括电源模块、双系切换板、主备转换模块、通信模块、切换模块、点灯模块和看门狗模块，其中，电源模块提供dc24v电源，经过变压器得到独立的5v电源，然后5v电源经稳压器得到3.3v的电源分别给其他模块；双系切换板包括联锁i系和联锁ii系；主备转换模块包括两组串口、主机和从机，两组串口一组为com1和com2，另一组为com3和com4，两组串口与主机双向通信，与从机单向通信，即两组串口将联锁i系和联锁ii系的状态信息发送给从机；通信模块包括串口通信和spi通信，其中com1、com2与联锁i系通信，com3、com4与联锁ii系通信，主机与从机spi通信，spi通信用于实现切换命令的同步；切换模块包括切换按钮和光耦，切换按钮通过光耦与主机和从机连接，由主机向联锁机双系发送切换命令，以实现手动切换联锁机双系；点灯模块包括指示灯、光耦和继电器，指示灯的一端与继电器的常开接点的一端串联，指示灯的另一端接地，常开接点的另一端连接电源，主机和从机通过光耦使继电器线圈励磁，从而使常开接点闭合接通电源以点亮指示灯，其中，指示灯包括电源指示灯、i系或ii系处于主控模式状态指示灯、i系或ii系处于热备模式状态指示灯、i系或ii系处于离线模式状态指示灯，所述指示灯通过主机和从机接收联锁机双系的状态数据从而点亮相应状态的指示灯；看门狗模块用于防止软件死机。

在一种实施方式中，所述串口通信采用rs422的双向通信，全双工工作收发互不影响。

在一种实施方式中，所述切换按钮为两个，每个切换按钮通过光耦与主机和从机连接，由主机向两系发送切换命令，以避免误操作。

在一种实施方式中，主机和从机均采用arm为核心的微处理器，双cpu互相独立，二取二冗余结构。

在一种实施方式中，所述指示灯在一个面板上，指示灯的颜色为三种不同颜色。

在一种实施方式中，主控模式时灯为绿色，热备模式时灯为黄色，离线模式时灯为红色。

一种联锁机双系切换系统控制方法，该控制方法用于控制上述的联锁机双系切换系统，其中，s1、联锁发送状态信息给主备转换模块；s2、主备转换模块接收状态信息；s3、点亮相应状态指示灯；s4、主备转换模块采集切换按钮状态；s5、主备转换模块采集到切换命令；s6、主备转换模块发送切换命令给双系切换板；s7、双系切换成功；s8、联锁发送当前状态信息给主备转换模块；s9、根据新的状态点亮相应状态指示灯。

在一种实施方式中，两个arm同时采集切换按钮状态，如果采集到切换命令，经过双arm比较一致后由主机将切换命令发送给联锁两系，同时面板指示灯显示当前状态。

在一种实施方式中，采用组合式故障安全原则，即切换按钮是由两个独立的按钮组成，只有两个按钮同时被按下，主备转换模块接收切换命令，才能起到联锁机双系切换的目的。

在一种实施方式中，采用冗余原则，模块都采用的是二取二逻辑设计结构，主备转换模块包括cpu1子单元和cpu2子单元，这两个子单元互相独立，单独完成各自的功能。

本发明通过主机和从机采集切换按钮状态，发送切换命令，实现手动切换联锁机双系的功能，同时实现了联锁双系状态的实时监测，并在面板指示灯中显示当前两系分别所处的状态。

附图说明

图1为本发明一种联锁机双系切换系统的结构示意图；

图2为本发明的主备转换模块的点灯逻辑电路示意图；

图3为本发明的指示灯状态示意图；

图4为本发明的主备转换模块的切换电路示意图；

图5为本发明的主备转换模块工作流程。

具体实施方式

亨钧铁路信号之星全电子计算机联锁系统(hj-rsse)主备转换模块是控制系统的辅助模块，用来完成联锁两系的状态显示及手动控制两系转换功能。

图1是一种联锁机双系切换系统的结构示意图，模块中包括主机和从机，即二个arm，arm1、arm2同时接收四个串口的数据，并将串口com1、com2、com3、com4发来的数据进行分析，输出信号点亮相应指示灯。同时两个arm采集切换按钮状态，如果采集到切换命令，经过双arm比较一致后由主机将切换命令发送给联锁两系。

图2为本发明的主备转换模块的点灯逻辑电路示意图，点灯是由主、从两cpu同时接收联锁两系状态数据，经过解析后，输出高电平，导通光耦，从而使点灯继电器励磁，常开接点闭合接通点灯电源，点亮相应指示灯。

图3为本发明的指示灯状态示意图，所述指示灯共有6个，对应两系各自的三个模式，分别为i系或ii系处于主控模式状态指示灯、i系或ii系处于热备模式状态指示灯、i系或ii系处于离线模式状态指示灯。主控模式时灯为绿色，热备模式时灯为黄色，离线模式时灯为红色。两arm通过接收到联锁下发状态信息，同时输出一致信号点亮相应指示灯。

图4为本发明的主备转换模块的切换电路示意图，主备转换模块切换电路，主要实现切换命令采集及上传。两个按钮都按下，主机、从机均采集到按钮按下状态，然后将此命令通过spi比较一致后，由主机向联锁两系发送切换命令。两个按钮都按下切换命令才有效。

系统运行环境条件：

一、环境条件

工作温度：0～40℃

相对湿度：不大于90％(室温+25℃)

大气压力：74.8～106.2kpa(相当于海拔高度不超过2500米)

引入外电源的零地电位差不大于1.0v

计算机设备场地应符合gb/t2887-2000《电子计算机场地通用规范》所规定开机时的b级要求。

二、电源条件

计算机联锁的用电宜作为一级负荷，由两路独立电源供电，并且有自动转接功能，以保证不间断供电；主副电源采取低压切换(包括手动和自动)时，电源中断时间不得大于0.15s，在此期间，与电子设备相关的电源电压跃变不得超过5％。计算机联锁和电子模块设专业电源，并与外电源相隔离。

计算机和电子设备的直流电源应具有有效去除脉冲及浪涌干扰的性能。当计算机联锁的外部电源不具备不间断供电性能时，计算机和电子设备的直流电源应具有不间断供电的性能。

三、电气特性参数

功率：6w；

电源要求：输入电压：dc28v±8％；输入电流：≤0.20a；

受控对象：联锁两系。

四、单元模块：

模块功能：实现联锁两系状态的实时监测，并在面板指示灯中显示当前两系分别所处状态；采集切换按钮状态，发送切换命令。

电源模块提供dc24v电源，经过hz05-24s5得到独立的5v的电源，然后从5v电源经ncp5661得到3.3v的电源分别给其他模块；

双系切换板包括联锁i系和联锁ii系；

主备转换模块包括两组串口、主机和从机，两组串口一组为com1和com2，另一组为com3和com4，两组串口与主机双向通信，与从机单向通信，即两组串口将联锁i系和联锁ii系的状态信息发送给从机；

通信模块包括串口通信和spi通信，其中com1、com2与联锁i系通信，com3、com4与联锁ii系通信，主机与从机spi通信，spi通信用于实现切换命令的同步；

切换模块包括切换按钮和光耦，切换按钮通过光耦与主机和从机连接，当检测到电压由24v降为3.3v时，由主机向联锁机双系发送切换命令，以实现手动切换联锁机双系，为了避免误操作，切换按钮为两个，当两个按钮都按下时才执行切换；

点灯模块包括指示灯、光耦和继电器，指示灯的一端与继电器的常开接点的一端串联，指示灯的另一端接地，常开接点的另一端连接电源，主机和从机通过光耦使继电器线圈励磁，从而使常开接点闭合接通电源以点亮指示灯，其中，指示灯包括电源指示灯、i系或ii系处于主控模式状态指示灯、i系或ii系处于热备模式状态指示灯、i系或ii系处于离线模式状态指示灯，所述指示灯通过主机和从机接收联锁机双系的状态数据从而点亮相应状态的指示灯；

看门狗模块用于防止软件死机。

五、模块工作流程

主备转换模块中包括二个arm，arm1、arm2同时接收四个串口的数据，并将com1、com2、com3、com4发来的数据进行分析，输出信号点亮相应指示灯。两个arm同时采集切换按钮状态，如果采集到切换命令，经过双arm比较一致后由主机将切换命令发送给联锁两系，同时面板指示灯显示当前状态，具体流程如图5所示。s1、联锁发送状态信息给主备转换模块；s2、主备转换模块接收状态信息；s3、点亮相应状态指示灯；s4、主备转换模块采集切换按钮状态；s5、主备转换模块采集到切换命令；s6、主备转换模块发送切换命令给双系切换板；s7、双系切换成功；s8、联锁发送当前状态信息给主备转换模块；s9、根据新的状态点亮相应状态指示灯。

六、模块硬件设计中采用的故障安全原则

1、组合式故障安全原则：

组合式故障安全原则主要体现在主备转换模块切换命令按钮是由两个独立的按钮组成，只有两个按钮同时被按下，才能起到主备系切换的目的。

2、检查的-冗余原则：

冗余原则主要体现在模块都采用的是“二取二”逻辑设计结构，如主备转换模块包括cpu1子单元和cpu2子单元，这两个子单元互相独立，单独完成各自的功能。

3、硬件设计：

可靠性；

成熟度；

简单化；

通道间的独立性，防止共模故障。

七、主备转换模块特点

主备转换模块属于联锁控制系统中的一个辅助模块，该模块主要实现联锁两系状态的实时监测，并在面板指示灯中显示当前两系分别所处状态；完成采集切换按钮状态，发送切换命令。

模块具有联锁两系状态切换功能；

模块具有状态信息采集及显示功能。

上述具体实施方式仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。