CN113885392B - 用于安全输出的无熔丝化离散输出安全态逃逸防护系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于安全输出的无熔丝化离散输出安全态逃逸防护系统，包括控制模块、CPLD模块、隔离继电器和输出继电器；控制模块接收外部指令，发送假比较值给CPLD模块上的比较器，比较器识别假比较值，若识别出假比较值，则发送正确识别信号给控制模块，若未识别出，则故障；控制模块接收正确识别信号，并发送真比较值给比较器，比较器识别真比较值，并发送正确控制信号控制隔离继电器动作，同时CPLD模块将隔离继电器的动作状态回采给控制模块；隔离继电器动作后控制输出继电器动作，同时CPLD模块将输出继电器的动作状态回采给控制模块，输出继电器接通逃逸防护负载，使其根据外部指令进行动作。该系统是一种简洁有效的，无熔丝化的逃逸防护系统。

Description

用于安全输出的无熔丝化离散输出安全态逃逸防护系统

技术领域

本发明涉及铁路通信信号领域，具体为一种用于安全输出的无熔丝化离散输出安全态逃逸防护系统。

背景技术

在铁路通信信号领域，控制列车开门的安全输出板卡上会采用硬熔丝模块和软熔丝模块结合的设计架构来实现逃逸防护，提高安全输出板卡的安全等级。当安全输出板卡处理上出现故障时，会将软熔丝和硬熔丝熔断。在有硬熔丝的情况下，控制较为复杂：两者可同时熔断；或者硬熔丝熔断，软熔丝随后一定熔断；或者软熔丝熔断之后，在没有控制板卡动作的信号输出的情况下，硬熔丝会随即熔断，板卡无输出。即硬熔丝熔断，软熔丝一定熔断，软熔丝熔断，硬熔丝不一定熔断。

对于软熔丝，通过CPU在NVRAM中写入一个值，当程序正确运行时，该值保持不变，当程序运行有bug时，改变该值，程序检测到该值发生变化，则软件程序执行熔断输出。对于硬熔丝，则是硬件电路中的一个熔丝模块电路，该电路的核心是一个不可恢复的熔丝，当程序检测到运行异常时，通过控制熔丝模块电路，将熔丝短路烧掉，这样熔丝后级将不再得电，板卡无输出。但是采用硬熔丝时，硬熔丝熔断之后需要拔出板卡更新熔丝，故障时需要重新更换熔丝，实际也需要器件备货，耗费财力和人力，严重影响产品的可用性。

因此，有必要提供一种简洁有效的，无熔丝化的逃逸防护系统。

发明内容

本发明提供了一种用于安全输出的无熔丝化离散输出安全态逃逸防护系统，该设计不需要在板卡上设有硬熔丝模块。

为实现上述目的和其他相关目的，本发明提供了一种用于安全输出的无熔丝化离散输出安全态逃逸防护系统，包括控制模块、CPLD模块、隔离继电器和输出继电器；

所述控制模块接收外部指令，并发送假比较值给所述CPLD模块上的比较器，所述比较器识别所述假比较值，若识别出所述假比较值，则发送正确识别信号给所述控制模块，若未识别出，则所述比较器故障；

所述控制模块接收所述正确识别信号，并发送真比较值给所述比较器，所述比较器识别所述真比较值，并发送正确控制信号控制所述隔离继电器动作，同时所述CPLD模块将所述隔离继电器的动作状态回采给所述控制模块；

所述隔离继电器动作后控制所述输出继电器动作，同时所述CPLD模块将所述输出继电器的动作状态回采给所述控制模块，所述输出继电器接通逃逸防护负载，使其根据所述外部指令进行动作。

优选地，所述CPLD模块还包括看门狗电路，所述看门狗电路的输入为所述比较器，若所述比较器超过一规定时间未喂狗，所述比较器停止输出，所述隔离继电器停止动作。

优选地，所述逃逸防护系统用于轨道交通列车，所述逃逸防护负载为列车门。

优选地，所述控制模块为整车控制器VCU。

优选地，所述逃逸防护系统包括互为冗余的第一板块和第二板块，所述第一板块和所述第二板块均包括所述整车控制器VCU和所述CPLD模块，所述隔离继电器包括互为冗余的第一路隔离继电器和第二路隔离继电器，所述第一板块通过所述第一路隔离继电器连接所述输出继电器模块，所述第二板块通过所述第二路隔离继电器连接所述输出继电器模块，所述第一路隔离继电器和所述第二路隔离继电器同时动作，则控制所述输出继电器动作，并且所述第一路隔离继电器和所述第二路隔离继电器能够支持在线自检，即正常工作时，每隔一段时间能够交替自检以确保每一路隔离继电器功能正常。

优选地，所述整车控制器VCU包括两个互为冗余的CPU，所述CPLD模块包括互为冗余的两个通道，并且两个通道各连接一个CPU，每个通道包括互为冗余的两个比较器。

优选地，所述整车控制器VCU通过CAN总线与轨道交通列车的中央控制系统通信连接。

优选地，所述隔离继电器的动作状态包括常开触点闭合和常闭触点打开，所述CPLD模块回采触点状态发送给所述控制模块。

优选地，所述输出继电器的动作状态包括常开触点闭合，所述逃逸防护负载所需电压CPLD模块输出电压由常开触点输送到所述逃逸防护负载。

综上所述，本发明提供的技术方案，与已知的公有技术相比，主要具有如下有益效果：

1)设计并实现了可用于安全输出的无熔丝化离散输出的安全态逃逸防护架构，该架构应用性高，无需硬熔丝模块，避免了硬熔丝熔断之后更新熔丝的麻烦。

2)通过该方案设计出的电路板，比较器的功能完全集成在逻辑电路中，无需占用很多的板卡表面布局资源，实现了高集成度。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的用于安全输出的无熔丝化离散输出安全态逃逸防护系统示意图；

图2为本发明一实施例提供的用于安全输出的无熔丝化离散输出安全态逃逸防护系统另一示意图；

图3为本发明一实施例提供的用于安全输出的无熔丝化离散输出安全态逃逸防护系统又一示意图。

其中，附图标记说明如下：

100-控制模块，200-CPLD模块，300-隔离继电器，400-输出继电器，210-第一板块，220-第二板块。

具体实施方式

以下结合附图1-3和具体实施方式对本发明提出的用于安全输出的无熔丝化离散输出安全态逃逸防护系统作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施方式的目的。为了使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

参阅图1，本发明一实施例提供了一种用于安全输出的无熔丝化离散输出安全态逃逸防护系统，包括控制模块100、CPLD模块200、隔离继电器300和输出继电器400。所谓CPLD，一般指复杂可编程逻辑器件，CPLD一般采用CMOS EPROM、EEPROM、快闪存储器和SRAM等编程技术，从而构成了高密度、高速度和低功耗的可编程逻辑器件。

控制模块100接收外部指令，例如秘钥真值，通过处理产生比较值，发送给CPLD模块200上的比较器；本实施例引入CPLD模块200上的比较器的自检，即控制模块100发送假比较值给比较器，比较器识别出假比较值将结果反馈给控制模块100，控制模块100获悉比较器能识别假值，则认为比较器功能正常，反之认为比较器故障。

控制模块100获悉比较器能识别假比较值，则发出正确的比较值给比较器，比较器识别到了正确的比较值，产生正确的控制信号，例如方波和低电平信号。产生的正确控制信号控制隔离继电器300动作，即方波和低电平信号两者同时有效时，隔离继电器300动作，本实施例同样包括了隔离继电器300的自检，即CPLD模块200能将隔离继电器300相应的动作状态回采给控制模块100，控制模块100获知后就能和预期的状态进行比较，从而判断隔离继电器300的当前状态是否正确。

隔离继电器300动作之后，控制输出继电器400动作，本实施例还包括输出继电器400的自检，即CPLD模块200能将输出继电器400相应的动作状态回采给控制模块100，输出继电器400动作后接通逃逸防护负载，使其根据所述外部指令进行动作。

在本实施例中，如图1所示，CPLD模块200还包括看门狗电路，所述看门狗电路的输入为比较器，若比较器超过一规定时间未喂狗，比较器停止输出，隔离继电器300停止动作。所谓看门狗电路，从本质上来说就是一个定时器电路，一般有一个输入和一个输出，其中输入叫做喂狗，输出一般连接到另外一个部分的复位端，一般是连接到单片机；看门狗的功能是定期的查看芯片内部的情况，一旦发生错误就向芯片发出重启信号，看门狗命令在程序的中断中拥有最高的优先级。

在本实施例中，参阅图3，所述逃逸防护系统用于轨道交通列车，所述逃逸防护负载为列车门。例如，外部指令为控制列车门打开的指令，输出继电器400接通所述列车门后，所述列车门接收到外部指令后打开，此时的控制模块100为轨道交通列车的整车控制器VCU，其与轨道交通列车的中央控制系统连接。

具体的，如图3所示，数字1表示中央控制系统的背板；数字2表示板卡上的整车控制器VCU模块，中央控制系统和板卡通过CAN总线进行通信；数字3表示板卡上的CPLD；数字4表示板卡上控制隔离继电器得电的电路模块；数字5表示板卡上的两路隔离继电器；数字6表示板卡上的输出继电器；数字7表示板卡上的前面板指示。当板卡上电后，中央控制系统背板通过CAN总线将命令发送至本板卡上，本板卡接收到命令之后，VCU就会给CPLD发送秘钥假值让比较器完成自检，比较器自检通过之后，VCU就会给CPLD发送秘钥真值，CPLD获取秘钥真值之后产生相应的正确控制信号，正确控制信号会使得隔离控制电路发生作用进而使得两路隔离继电器能够进行动作(同时回采动作状态)，隔离继电器动作之后，输出继电器驱动逃逸防护负载。

在本实施例中，为提升系统的安全可靠性，本系统采用2取2的硬件架构，参阅图2，所述逃逸防护系统包括互为冗余的第一板块210和第二板块220，第一板块210和第二板块220均包括整车控制器VCU和CPLD模块200，隔离继电器300包括第一路隔离继电器和第二路隔离继电器，第一板块210通过所述第一路隔离继电器连接输出继电器模块400，第二板块220通过所述第二路隔离继电器连接输出继电器模块400，所述第一路隔离继电器和所述第二路隔离继电器同时动作，则控制输出继电器400驱动逃逸防护负载。此外，所述整车控制器VCU包括两个互为冗余的CPU，即图中CPU1和CPU2，CPU1和CPU2均作为控制模块，CPLD模块200包括互为冗余的两个通道，即图中第一通道和第二通道，并且两个通道分别连接CPU1和CPU2，每个通道包括互为冗余的两个比较器，于是有如图所示8个比较器。并且所述第一路隔离继电器和所述第二路隔离继电器能够支持在线自检，即正常工作时，每隔一段时间能够交替自检以确保每一路隔离继电器功能正常。

在本实施例中，如图2所示，隔离继电器300的动作状态包括常开触点闭合和常闭触点打开，CPLD模块200回采触点状态发送给所述控制模块。输出继电器400的动作状态包括常开触点闭合，所述逃逸防护负载所需电压由常开触点输送到逃逸防护负载。具体的，产生的正确控制信号控制隔离继电器300动作(常开触点闭合)和自检(常闭触点打开)；CPLD模块200能将隔离继电器300相应的触点状态回采给CPU，CPU获知后就能和预期的状态进行比较，从而判断隔离继电器300的当前状态是否正确；隔离继电器300动作之后，常开触点闭合，输出继电器400常开触点正极得电，CPLD模块200控制输出继电器400得电，电压能够从输出继电器400的常开触点上输送出去，从而驱动所述安全逃逸负载。

综上所述，本发明在逻辑中设置比较器功能，通过比较器自检判断比较器是否正常，当比较器正常之后产生控制隔离继电器所需的信号，隔离继电器动作之后使得输出继电器能够导通进而控制外部负载，隔离继电器通过自检来判断其功能是否正常，输出继电器则是通过状态回采来判断其功能是否正常，以这样一种方式来满足板卡的离散输出安全态逃逸防护。

本发明的优点在于：

1)设计并实现了可用于安全输出的无熔丝化离散输出的安全态逃逸防护架构，该架构应用性高，无需硬熔丝模块，避免了硬熔丝熔断之后更新熔丝的麻烦。

2)通过该方案设计出的电路板，比较器的功能完全集成在逻辑电路中，无需占用很多的板卡表面布局资源，实现了高集成度。

3)板卡中的任意一个隔离继电器都受控于2个CPU和2个CPLD，确保控制信号无误，使得本系统更加安全可靠。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (8)

1.一种用于安全输出的无熔丝化离散输出安全态逃逸防护系统，其特征在于，包括控制模块、CPLD模块、隔离继电器和输出继电器；

所述控制模块接收外部指令，并发送假比较值给所述CPLD模块上的比较器，所述比较器识别所述假比较值，若识别出所述假比较值，则发送正确识别信号给所述控制模块，若未识别出，则所述比较器故障；

所述控制模块接收所述正确识别信号，并发送真比较值给所述比较器，所述比较器识别所述真比较值，并发送正确控制信号控制所述隔离继电器动作，同时所述CPLD模块将所述隔离继电器的动作状态回采给所述控制模块；控制模块获知后就能和预期的状态进行比较，从而判断隔离继电器的当前状态是否正确；

所述隔离继电器动作后控制所述输出继电器动作，同时所述CPLD模块将所述输出继电器的动作状态回采给所述控制模块，所述输出继电器接通逃逸防护负载，使其根据所述外部指令进行动作；

所述逃逸防护系统包括互为冗余的第一板块和第二板块，所述第一板块和所述第二板块均包括整车控制器VCU和所述CPLD模块，所述隔离继电器包括互为冗余的第一路隔离继电器和第二路隔离继电器，所述第一板块通过所述第一路隔离继电器连接所述输出继电器模块，所述第二板块通过所述第二路隔离继电器连接所述输出继电器模块，所述第一路隔离继电器和所述第二路隔离继电器同时动作，则控制所述输出继电器动作，并且所述第一路隔离继电器和所述第二路隔离继电器能够支持在线自检，即正常工作时，每隔一段时间能够交替自检以确保每一路隔离继电器功能正常。

2.如权利要求1所述的用于安全输出的无熔丝化离散输出安全态逃逸防护系统，其特征在于，所述CPLD模块还包括看门狗电路，所述看门狗电路的输入为所述比较器，若所述比较器超过一规定时间未喂狗，所述比较器停止输出，所述隔离继电器停止动作。

3.如权利要求1所述的用于安全输出的无熔丝化离散输出安全态逃逸防护系统，其特征在于，所述逃逸防护系统用于轨道交通列车，所述逃逸防护负载为列车门。

4.如权利要求3所述的用于安全输出的无熔丝化离散输出安全态逃逸防护系统，其特征在于，所述控制模块为整车控制器VCU。

5.如权利要求1所述的用于安全输出的无熔丝化离散输出安全态逃逸防护系统，其特征在于，所述整车控制器VCU包括两个互为冗余的CPU，所述CPLD模块包括互为冗余的两个通道，并且两个通道各连接一个CPU，每个通道包括互为冗余的两个比较器。

6.如权利要求4所述的用于安全输出的无熔丝化离散输出安全态逃逸防护系统，其特征在于，所述整车控制器VCU通过CAN总线与轨道交通列车的中央控制系统通信连接。

7.如权利要求1所述的用于安全输出的无熔丝化离散输出安全态逃逸防护系统，其特征在于，所述隔离继电器的动作状态包括常开触点闭合和常闭触点打开，所述CPLD模块回采触点状态发送给所述控制模块。

8.如权利要求1所述的用于安全输出的无熔丝化离散输出安全态逃逸防护系统，其特征在于，所述输出继电器的动作状态包括常开触点闭合，所述逃逸防护负载所需电压由常开触点输送到所述逃逸防护负载。