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        淺析iLOCK聯(lián)鎖應(yīng)用及故障處理

        2018-10-21 10:11:20匡前良
        名城繪 2018年12期
        關(guān)鍵詞:故障處理

        匡前良

        摘要:隨著我國鐵路事業(yè)的迅速發(fā)展,高鐵、客運專線等一系列新技術(shù)相繼開始投入使用,鐵路信號傳輸量大大增加,這對鐵路信號設(shè)備的可靠性和安全性提出了更高的要求。計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)控制信號燈、道岔和軌道電路,實現(xiàn)它們之間的聯(lián)鎖關(guān)系,是鐵路信號設(shè)備的核心部分。為保證可靠性和安全性,國內(nèi)iLOCK計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)廣泛采用二乘二取二結(jié)構(gòu)。

        關(guān)鍵詞:iLOCK;聯(lián)鎖應(yīng)用;故障處理

        1引言

        計算機聯(lián)鎖相較于傳統(tǒng)的繼電聯(lián)鎖系統(tǒng)在占用空間、維修量、信號傳輸速率、人機會話界面和功能擴展能力等方面具有很大優(yōu)勢,特別是隨著大規(guī)模集成電路的價格下降,其在價格上的優(yōu)勢也日益凸顯。國內(nèi)車站的聯(lián)鎖控制經(jīng)歷了機械聯(lián)鎖控制、電氣集中聯(lián)鎖控制、計算機聯(lián)鎖加繼電器執(zhí)行控制三個大的發(fā)展階段。20世紀(jì)70年代基本完成由機械聯(lián)鎖發(fā)展到6502電氣集中聯(lián)鎖,從80年代后期開始研究計算機聯(lián)鎖加繼電器執(zhí)行的系統(tǒng),9 0年代進行試驗并逐漸開始上道使用。在計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)發(fā)展的早期,曾采用過存在極大可靠性和安全性隱患的單機結(jié)構(gòu),現(xiàn)已經(jīng)被淘汰。目前車站所用的計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)主要分為雙機熱備、三取二和二乘二取二三種結(jié)構(gòu)。雙機熱備結(jié)構(gòu)由兩個運算模塊執(zhí)行一套功能相同的聯(lián)鎖以及相應(yīng)的故障檢測程序,來提高系統(tǒng)的可靠性。雙機熱備結(jié)構(gòu)雖然具有良好的可靠性,但是存在很大的安全性隱患,不適合對安全性要求很高的計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)使用。

        2 iLOCK聯(lián)鎖應(yīng)用及故障

        2.1二取二安全原理

        二乘二取二計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)主要依靠單板內(nèi)的二取二結(jié)構(gòu)來保證安全性,系統(tǒng)的聯(lián)鎖主機、通信模塊和接口模塊的單板均設(shè)計成二取二結(jié)構(gòu),其基本安全原理是一樣的。將繼電器失電定義為安全狀態(tài),繼電器上電定義為危險狀態(tài)。

        2.2故障檢測和故障—安全特性

        (1)電源。當(dāng)出現(xiàn)電源欠壓時,看門狗電路自帶欠壓檢測,防止CPU工作在欠壓狀態(tài);當(dāng)出現(xiàn)電源過壓時,保險絲會熔斷,切斷CPU供電,防止CPU損壞。如果單個運算通道的電源出現(xiàn)故障,對應(yīng)的看門狗電路可以控制動靜轉(zhuǎn)換電路,切斷本系的輸出,實現(xiàn)故障—安全特性。

        (2)時鐘。兩個CPU之間通過隔離SPI交互數(shù)據(jù),設(shè)CPU1工作在SPI主機模式下,CPU2工作在SPI從機模式下,CPU2可以檢測SPI的SCK線,從而得到CPU1的頻率;另外CPU2通過光耦向CPU1發(fā)送脈沖信號,CPU1可以檢測CPU2的頻率。兩者之間互相比較頻率。如果單個運算通道的時鐘出現(xiàn)故障,通過比較可以判斷出兩個運算通道的時鐘不一致,對應(yīng)的看門狗電路可以控制動靜轉(zhuǎn)換電路,切斷本系的輸出,實現(xiàn)故障—安全特性。

        當(dāng)兩個CPU的時鐘均出現(xiàn)問題時:聯(lián)鎖主機與通信模塊、通信模塊與接口模塊之間用CAN總線通信,CAN總線設(shè)有固定的波特率,當(dāng)上下位機中出現(xiàn)了過大的頻率偏移,系統(tǒng)檢測到CAN總線通信出現(xiàn)問題,控制動靜轉(zhuǎn)換電路,切斷本系的輸出,實現(xiàn)故障—安全特性。

        (3)復(fù)位。對每個CPU設(shè)計獨立的復(fù)位電路,系統(tǒng)啟動時,復(fù)位電路自動將CPU復(fù)位,兩個CPU通過SPI總線通信,如果通信同步則認(rèn)為復(fù)位成功,若不同步則復(fù)位失敗。如果CPU未能復(fù)位成功,對應(yīng)的看門狗電路可以控制動靜轉(zhuǎn)換電路,切斷本系的輸出,實現(xiàn)故障—安全特性。

        (4)SPI。當(dāng)SPI通信出現(xiàn)故障時,認(rèn)為繼電器吸合,系統(tǒng)處于危險狀態(tài)。CPU發(fā)送命令控制動靜轉(zhuǎn)換電路,切斷本系的輸出,實現(xiàn)故障—安全特性。

        (5)動靜轉(zhuǎn)換電路。如果動靜轉(zhuǎn)換電路出現(xiàn)故障,繼電器J0非正常吸合。CPU1、2通過自檢繼電器J0狀態(tài)得知系統(tǒng)處于危險狀態(tài),CPU1通過P1引腳強制控制光耦通斷,CPU2通過P2引腳強制控制脈沖信號,中斷高頻變壓器工作,確保繼電器J0失電,實現(xiàn)故障—安全特性。

        (6)寄存器。對寄存器做采用兩種方式檢測:1.每啟動了一個初始化寄存器(如中斷控制寄存器)后,檢測是否初始化成功;2.在每個診斷周期中,應(yīng)用EN系列標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的數(shù)據(jù)位組合對其他非初始化寄存器進行測試。

        (7) ROM。對ROM的檢測分為兩種方案:1.將ROM按一定字節(jié)長度分為若干段,每段設(shè)置專門的CRC校驗區(qū),系統(tǒng)周期檢測每個CRC校驗區(qū)是否正確;2.將ROM里面的數(shù)據(jù)復(fù)制成兩份,存在不同的地址,系統(tǒng)周期比較兩個地址的數(shù)據(jù)是否一致。

        (8)RAM。在每個系統(tǒng)周期都進行RAM自檢,先將RAM中某一單元的數(shù)據(jù)讀出來并保存,在向該單元寫入EN系列標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的數(shù)據(jù)位組合,再對該單元執(zhí)行讀操作,看能否讀出正確的數(shù)據(jù)位組合,如果讀出正確數(shù)據(jù)則代表該RAM單元正常,將原數(shù)據(jù)再寫入該單元;如果讀出錯誤數(shù)據(jù)則代表該RAM單元出現(xiàn)故障。對于EN系列標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的數(shù)據(jù)位組合應(yīng)循環(huán)使用,保證每種組合都被檢測過。

        3二乘二取二計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)運行模式

        完整結(jié)構(gòu)是指可靠性和安全性分析時對導(dǎo)致系統(tǒng)失效中每個因素(包括切換器和比較器失效)都進行考慮,并基于完整結(jié)構(gòu)分析了二乘二取二計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)運行中各種失效發(fā)生后會出現(xiàn)的情況。假設(shè),當(dāng)前工作在主系狀態(tài)下的為A系,B系熱備。

        A系內(nèi)的兩個運算模塊的任一模塊出現(xiàn)了可測失效,A系被劃歸為故障系并停機,如果B系正常工作,調(diào)用切換器切換系統(tǒng)輸出至B系。B系內(nèi)的兩個運算模塊的任一模塊出現(xiàn)了可測失效,B系被劃歸為故障系并停機。如果A、B兩系都被劃歸為故障系并停機,則系統(tǒng)導(dǎo)向故障-安全輸出。切換器一旦失效,則系統(tǒng)無法正常切換輸出至B系,所以B系運算模塊失效和比較器B失效將不再考慮。如果此時A系出現(xiàn)可測失效,或者出現(xiàn)不可測失效但比較器A正常,則A系被劃歸為故障系并停機,系統(tǒng)導(dǎo)向故障-安全輸出。

        A系內(nèi)的兩個運算模塊的任一模塊出現(xiàn)了不可測失效,如果比較器A正常工作判斷出兩個模塊輸出不一致,則A系被劃歸為故障系并停機,如果B系正常工作,調(diào)用切換器切換系統(tǒng)輸出至B系;如果比較器A失效,無法判斷出兩個運算模塊輸出不一致,則系統(tǒng)輸出仍調(diào)用A系輸出,系統(tǒng)處于危險側(cè)輸出。B系內(nèi)的兩個運算模塊的任一模塊出現(xiàn)了不可測失效,如果比較器B正常工作判斷出兩個模塊輸出不一致,則B系被劃歸為故障系并停機;如果比較器B失效,無法判斷出兩個運算模塊輸出不一致,如果此時A系出現(xiàn)失效,系統(tǒng)將處于危險側(cè)輸出。

        4結(jié)束語

        總而言之,國內(nèi)投入使用的計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)大部分是從繼電電氣集中發(fā)展起來的,是一種計算機聯(lián)鎖加繼電器執(zhí)行的系統(tǒng)。進入21世紀(jì)以后,全電子計算機聯(lián)鎖的概念逐漸被業(yè)內(nèi)廣泛接受,許多科研單位開始研制基于全電子執(zhí)行單元的計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)。

        參考文獻:

        [1]宋保平.新型鐵路車站計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D].碩士學(xué)位論文,黑龍江大學(xué),2009.

        [2]李翔.基于FPGA的二乘二取二安全系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D].碩士學(xué)位論文,北京交通大學(xué),2009.

        (作者單位:成都地鐵運營有限公司維保分公司)

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