一種應用于安全計算機的輸出控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種應用于安全計算機的輸出控制系統(tǒng)，包括設有線圈A和線圈B的雙線圈繼電器，所述線圈A和線圈B并聯(lián)驅動該雙線圈繼電器，以使其輸出驅動外部設備的所需信號，還設有同時輸出且分別驅動線圈A和線圈B的輸出控制A系單元和輸出控制B系單元以及選擇輸出控制A系單元和輸出控制B系單元哪一個作為主系/備系，并將結果反饋給各系的主備切換模塊。本發(fā)明大大提高了系統(tǒng)的可靠性，增加了繼電器狀態(tài)檢測和報警機制，方便故障檢修維護。
【專利說明】
一種應用于安全計算機的輸出控制系統(tǒng)
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及工業(yè)控制領域，尤其涉及應用于安全計算機的輸出控制系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]在工業(yè)控制領域特別是安全相關的工業(yè)控制領域，對其核心控制單元一一安全計算機控制系統(tǒng)具有很高的可靠性和安全性要求，除了選用高可靠性的電子元器件外，各種安全可靠的計算機控制技術和方法也備廣泛應用于計算機控制系統(tǒng)中，輸出控制技術作為安全計算機控制系統(tǒng)的關鍵技術之一，其安全性和可靠性對著整個安全計算機控制系統(tǒng)的安全性和可靠性有著極其重要的影響。
[0003]目前在業(yè)界普遍采用電磁繼電器控制電路來實現(xiàn)安全輸出控制，電磁繼電器是一種電子控制器件，當輸入量達到某一定值，繼電器內(nèi)銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動觸點吸合。當輸入量降低到某一定值，吸力減小或消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動觸點釋放。這樣吸合、釋放，從而達到了在電路中的導通、切斷的目的，即實現(xiàn)控制電路的輸出和不輸出兩種狀態(tài)。電磁繼電器控制電路具有用低輸入量控制高輸出量運作的能力，可以實現(xiàn)遠距離控制和自動化控制，在繼電器的輸入部分和輸出部分之間，還能對輸入輸出進行耦合隔離，故在電路中起著自動調節(jié)、安全保護、轉換電路等作用。
[0004]針對業(yè)界普遍采用的電磁繼電器輸出控制電路，下面分析其存在的缺陷。
[0005]單一電磁繼電器控制電路可靠性較低。在工業(yè)控制領域，除了對其使用設備的安全性有著很高的要求以外，設備可靠性也是極其重要的一個指標，局限于采購成本和設備體積等因素，雖然我們在設計計算機控制系統(tǒng)時已經(jīng)盡量選擇可靠性較高的器件，但是，往往最終選擇的繼電器以及其組成的輸出控制電路并不能完全滿足系統(tǒng)的可靠性設計要求，特別是在一些安全苛刻的領域中，例如軌道交通、航天航空、軍事等，系統(tǒng)會采用很多手段或者輔助設備來保證系統(tǒng)的安全，系統(tǒng)的復雜程度增加將直接導致可靠性的降低，因此會對可靠性設計有更高的要求，而如果依舊采用單一電磁繼電器控制電路，將會使得其成為整個系統(tǒng)的可靠性瓶頸。
[0006]另外電磁繼電器本身工作也存在著較大的能耗。在工業(yè)控制領域中，如上所說，為了保證輸出安全和減低控制難度，多采用電磁繼電器控制電路來實現(xiàn)輸出控制，而一般工業(yè)控制系統(tǒng)都是大型工業(yè)設備或者大型集成系統(tǒng)，其本身系統(tǒng)比較龐大且接口數(shù)量很多，這就使得其使用的繼電器數(shù)量增加很多，從而驅動繼電器產(chǎn)生的能耗會變的相當龐大，在某些情況下，可能成為整個系統(tǒng)的能耗瓶頸和巨大負擔，大大增加整個系統(tǒng)設計的難度以及整個系統(tǒng)的實施和運營成本。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]本發(fā)明所要解決的技術問題就是提供一種應用于安全計算機的輸出控制系統(tǒng)，降低能耗，提尚系統(tǒng)的可靠性。
[0008]為解決上述技術問題，本發(fā)明采用如下技術方案:一種應用于安全計算機的輸出控制系統(tǒng)，包括設有線圈A和線圈B的雙線圈繼電器，所述線圈A和線圈B并聯(lián)驅動該雙線圈繼電器，以使其輸出驅動外部設備的所需信號，還設有同時輸出且分別驅動線圈A和線圈B的輸出控制A系單元和輸出控制B系單元以及選擇輸出控制A系單元和輸出控制B系單元哪一個作為主系/備系，并將結果反饋給各系的主備切換模塊。
[0009]優(yōu)選的，所述輸出控制A系單元/輸出控制B系單元包括驅動控制模塊、根據(jù)驅動控制模塊的輸出控制信號產(chǎn)生驅動繼電器的電壓信號的驅動輸出模塊以及調整具體的輸出電壓值的電壓調整模塊。
[0010]進一步的，所述驅動控制模塊收到上層系統(tǒng)給出的輸出指令后輸出電壓控制信號V0_CTL = I和電壓調節(jié)信號V0_ADJ = 0，再采集繼電器工作狀態(tài)，若繼電器未吸起，則進行故障報警，通知進行檢測維修;若繼電器有效吸起，則再判斷當前通道是否為主通道，若是主通道，則保持輸出電壓控制信號V0_CTL=1和電壓調節(jié)信號V0_ADJ = 0，保證繼電器的可靠吸起，若當前為備通道，則輸出電壓控制信號V0_CTL=1和電壓調節(jié)信號V0_ADJ=1，備系繼電器線圈進入驅動保持狀態(tài)。
[0011]進一步的，所述驅動輸出模塊收到驅動控制模塊輸出的驅動控制信號V0_CTL，當V0_CTL = I時，驅動輸出模塊輸出可以驅動繼電器工作的原始電壓信號VOI+/-，此時VOIA+/-=Ite，當V0_CTL=O，驅動輸出模塊則不輸出驅動電壓，此時VOI+/-=O。
[0012]進一步的，所述電壓調整模塊收到驅動輸出模塊輸出的原始驅動電壓信號VOl+/-，當νοι+/-=ο，電壓調整模塊不輸出驅動電壓，此時驅動繼電器工作的實際電壓信號V02+/- = 0；當V01+/- = u鍵，則繼續(xù)判斷輸入的V0_ADJ信號，若V0_ADJ = 0，則輸出滿額驅動繼電器的工作電壓，此時V02+/- = U驗，若V0_ADJ = I，則輸出驅動保持的繼電器工作電壓，此時 V02+/- = Uf辦。
[0013]進一步的，所述繼電器采集到驅動電壓V02A+/-和V02B+/-后會進入到不同的工作狀態(tài)，如果繼電器吸起則輸出驅動+/-信號，輸出繼電器狀態(tài)信號V0_FD = 1;如果繼電器未吸起，則不輸出用于驅動對外設備的驅動+/_信號，輸出繼電器狀態(tài)信號V0_FD = 0。
[0014]本發(fā)明采用的技術方案，其優(yōu)點體現(xiàn)在:①雙通道冗余的輸出控制架構，大大提高了系統(tǒng)的可靠性，②備系繼電器線圈吸起后進入吸起保持狀態(tài)，只需要較低電壓驅動，實現(xiàn)節(jié)能，單繼電器能耗降為(UMf/Ut旋)2，由于1?特遠遠小于Ut旋，此功耗可忽略，對于整個控制電路，即備通道功耗可忽略，等同于單通道的功耗;③增加了繼電器狀態(tài)檢測和報警機制，方便故障檢修維護，在控制系統(tǒng)中實際系統(tǒng)的故障率可以接近為O。
【附圖說明】
[0015]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步描述:
[0016]圖1是本發(fā)明的原理框圖；
[0017]圖2為驅動控制邏輯圖；
[0018]圖3為驅動輸出邏輯圖；
[0019]圖4為電壓調節(jié)邏輯圖；
[0020]圖5為繼電器工作邏輯圖。
【具體實施方式】
[0021]本發(fā)明以軌道交通聯(lián)鎖系統(tǒng)應用中的二乘二取二安全計算機平臺為例說明其原理，二乘為雙機熱備冗余結構，即A系和B系同時工作，只要其中有一系正常，系統(tǒng)就能正常工作，二取二為雙通道表決機制，即只有當單系內(nèi)通道I和通道2的處理單元對輸入信息的運算結果一致，此系才能采用此結果或者進行有效輸出。
[0022]本發(fā)明是一種應用于安全計算機的輸出控制系統(tǒng)，包括設有線圈A和線圈B的雙線圈繼電器模塊，所述線圈A和線圈B并聯(lián)驅動繼電器，以使其輸出驅動外部設備的所需信號，還設有同時輸出且分別驅動線圈A和線圈B的輸出控制A系單元和輸出控制B系單元以及選擇輸出控制A系單元和輸出控制B系單元哪一個作為主系/備系，并將結果反饋給各系的主備切換模塊。
[0023]其輸出控制原理如圖1所示，整個輸出控制由A系和B系一起控制，兩系同時輸出以驅動雙線圈繼電器模塊線圈，線圈A或線圈B只要有一個被驅動，繼電器就能吸起，從而保證系統(tǒng)的可靠輸出，單系故障不會影響系統(tǒng)工作，另外由主備切換控制模塊決定誰是主通道誰是備通道，主系繼電器線圈一直處于滿額驅動狀態(tài)，保證繼電器的可靠吸起，備系繼電器則在吸弓I后轉入吸起保持狀態(tài)，進入節(jié)能模式。
[0024]輸出控制系(A/B)由驅動控制模塊(A/B)，驅動轉化模塊(A/B)、驅動轉化模塊(A/B)、電壓調整模塊(A/B)、雙線圈繼電器模塊組成。
[0025]驅動控制模塊為控制邏輯的中心，需要采集主備狀態(tài)、輸出電壓控制信號和電壓調整信號、采集繼電器狀態(tài)等。
[0026]驅動輸出模塊的作用是根據(jù)驅動控制模塊給出的輸出控制信號產(chǎn)生可以驅動繼電器的電壓信號。
[0027]電壓調整模塊的作用是調整具體輸出電壓值，以使得繼電器進入不同的工作狀
??τ O
[0028]繼電器模塊的作用是將控制信號轉化為驅動外部設備的所需信號，并達到隔離保護和輸出反饋的作用。A系和B系繼電器線圈并聯(lián)驅動輸出繼電器，只要其中有一路輸出系統(tǒng)就能正常輸出。
[0029]另外圖中的主備切換控制模塊是兩系工作的交互媒介，是輸出控制電路正常工作的重要基礎，它的作用是進行系間裁決，決策A系和B系誰是主系誰是備系，并將結果反饋給各系O
[0030]以下對圖中涉及的關鍵信號作出說明。
[0031]V0_CTL信號為驅動控制信號。
[0032]V0_ADJ信號為驅動電壓調節(jié)信號。
[0033]V0_FD信號為繼電器狀態(tài)采集信號。
[0034]VOl+/-信號為原始繼電器驅動電壓信號。
[0035]V02+/-信號為實際繼電器驅動電壓信號。
[0036]驅動+/-為外部設備驅動信號。
[0037]下面對各模塊功能進行詳細描述。
[0038]?驅動控制模塊
[0039]在實際電路中，驅動控制模塊主要由單片機、控制器或者處理器及其外圍電路實現(xiàn)，主要涉及采集主備狀態(tài)，采集繼電器狀態(tài)，輸出控制信號，輸出電壓調整信號等幾個主要功能。
[0040]如圖2所示，基本控制邏輯如下:驅動控制模塊收到上層系統(tǒng)給出的輸出指令，輸出電壓控制信號V0_CTL=1和電壓調節(jié)信號V0_ADJ = 0，再采集繼電器工作狀態(tài)，若繼電器未吸起，則進行故障報警，通知進行檢測維修;若繼電器有效吸起，則再判斷當前通道是否為主通道，若是主通道，則保持輸出電壓控制信號V0_CTL=1和電壓調節(jié)信號V0_ADJ = 0，保證繼電器的可靠吸起，若當前為備通道，則輸出電壓控制信號V0_CTL=1和電壓調節(jié)信號V0_ADJ=1，備系繼電器線圈進入驅動保持狀態(tài)，即節(jié)能工作狀態(tài)。整個驅動控制過程中，繼電器的狀態(tài)檢測和主備狀態(tài)檢測為持續(xù)循環(huán)的，如果狀態(tài)有所變化，則會進入不同的邏輯分支。
[0041]?驅動輸出模塊
[0042]在實際電路中，電壓輸出模塊由三極管、MOS等基本驅動電路實現(xiàn)控制信號到驅動電壓的轉化。
[0043]如圖3所示，基本控制邏輯如下:驅動輸出模塊收到驅動控制模塊輸出的驅動控制信號V0_CTL，當V0_CTL = I時，驅動輸出模塊輸出可以驅動繼電器工作的原始電壓信號VOl+/-，此時VOIA+/- = U鍵，當V0_CTL = O，驅動輸出模塊則不輸出驅動電壓，此時VOI+/- = O。
[0044]?電壓調整模塊
[0045]電壓調整模塊的具體實現(xiàn)方式有多種，例如由輸出電壓控制可調的電源芯片實現(xiàn)或者采用多路電源的開關切換電路實現(xiàn)等等。
[0046]如圖4所示，基本控制邏輯如下:電壓調整模塊收到驅動輸出模塊輸出的原始驅動電壓信號V01+/-，當V01+/_ = 0，電壓調整模塊不輸出驅動電壓，此時驅動繼電器工作的實際電壓信號V02+/- = 0;當V01+/- = U鍵，則繼續(xù)判斷輸入的V0_ADJ信號，若V0_ADJ = 0，則輸出滿額驅動繼電器的工作電壓，此時V02+/- = U鍵，若V0_ADJ = I，則輸出驅動保持的繼電器工作電壓，此時V02+/_ = 1?特。
[0047]?雙線圈繼電器模塊
[0048]雙線圈繼電器模塊由繼電器和外圍電路構成，作為最終的輸出控制接口，需要完成驅動電壓轉化輸出和繼電器狀態(tài)反饋兩個主要功能。
[0049]如圖5所示，基本控制邏輯如下:繼電器采集到驅動電壓V02A+/-和V02B+/-后會進入到不同的工作狀態(tài)，如果繼電器吸起則輸出驅動+/_信號，輸出繼電器狀態(tài)信號V0_FD =I;如果繼電器未吸起，則不輸出用于驅動對外設備的驅動+/_信號，輸出繼電器狀態(tài)信號V0_FD = 0。驅動控制電路根據(jù)兩系驅動輸出情況以及繼電器狀態(tài)回檢信號采取對應的控制策略。
[0050]另外，本發(fā)明主要運用于二乘二取二的計算機聯(lián)鎖輸出控制系統(tǒng)，也可以應用在類似架構的冗余計算機輸出控制、繼電器輸出控制等系統(tǒng)中。
【主權項】
1.一種應用于安全計算機的輸出控制系統(tǒng)，其特征在于:包括設有線圈A和線圈B的雙線圈繼電器，所述線圈A和線圈B并聯(lián)驅動該雙線圈繼電器，以使其輸出驅動外部設備的所需信號，還設有同時輸出且分別驅動線圈A和線圈B的輸出控φ?」Α系單元和輸出控制B系單元以及選擇輸出控制A系單元和輸出控制B系單元哪一個作為主系/備系，并將結果反饋給各系的主備切換模塊。2.根據(jù)權利要求1所述的一種應用于安全計算機的輸出控制系統(tǒng)，其特征在于:所述輸出控制A系單元/輸出控制B系單元包括驅動控制模塊、根據(jù)驅動控制模塊的輸出控制信號產(chǎn)生驅動繼電器的電壓信號的驅動輸出模塊以及調整具體的輸出電壓值的電壓調整模塊。3.根據(jù)權利要求2所述的一種應用于安全計算機的輸出控制系統(tǒng)，其特征在于:所述驅動控制模塊收到上層系統(tǒng)給出的輸出指令后輸出電壓控制信號V0_CTL=1和電壓調節(jié)信號V0_ADJ = 0，再采集繼電器工作狀態(tài)，若繼電器未吸起，則進行故障報警，通知進行檢測維修;若繼電器有效吸起，則再判斷當前通道是否為主通道，若是主通道，則保持輸出電壓控制信號V0_CTL=1和電壓調節(jié)信號V0_ADJ = 0，保證繼電器的可靠吸起，若當前為備通道，則輸出電壓控制信號V0_CTL=1和電壓調節(jié)信號V0_ADJ=1，備系繼電器線圈進入驅動保持狀??τ O4.根據(jù)權利要求3所述的一種應用于安全計算機的輸出控制系統(tǒng)，其特征在于:所述驅動輸出模塊收到驅動控制模塊輸出的驅動控制信號VO_CTL，當VO_CTL= I時，驅動輸出模塊輸出可以驅動繼電器工作的原始電壓信號VOl +/-，此時VOI A+/- = Ut旋，當V0_CTL = O，驅動輸出模塊則不輸出驅動電壓，此時VOI+/- = O。5.根據(jù)權利要求4所述的一種應用于安全計算機的輸出控制系統(tǒng)，其特征在于:所述電壓調整模塊收到驅動輸出模塊輸出的原始驅動電壓信號V01+/-，當V01+/- = 0，電壓調整模塊不輸出驅動電壓，此時驅動繼電器工作的實際電壓信號V02+/- = 0;當V01+/- = Ut旋，則繼續(xù)判斷輸入的V0_ADJ信號，若V0_ADJ = 0，則輸出滿額驅動繼電器的工作電壓，此時V02+/-=U鍵，若V0_ADJ = I，則輸出驅動保持的繼電器工作電壓，此時V02+/_ = Uf辦。6.根據(jù)權利要求5所述的一種應用于安全計算機的輸出控制系統(tǒng)，其特征在于:所述繼電器采集到驅動電壓V02A+/-和V02B+/-后會進入到不同的工作狀態(tài)，如果繼電器吸起則輸出驅動+/_信號，輸出繼電器狀態(tài)信號V0_FD= I;如果繼電器未吸起，則不輸出用于驅動對外設備的驅動+/_信號，輸出繼電器狀態(tài)信號V0_FD = 0。
【文檔編號】G05B19/042GK105974841SQ201610416706
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年6月14日
【發(fā)明人】呂志鋒, 周在福, 戶貫濤
【申請人】浙江眾合科技股份有限公司