[發(fā)明專利]一種高可靠性的模擬量冗余輸出裝置及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711375698.5
• 申請(qǐng)日: 2017-12-19
• 公開（公告）號(hào): CN107942820A
• 公開（公告）日: 2018-04-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李常輝;房增華;潘雷;王慶勇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 卡斯柯信號(hào)有限公司
• 主分類號(hào): G05B19/042
• 分類號(hào): G05B19/042
• 代理公司: 上海科盛知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司31225
• 代理人: 應(yīng)小波

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及軌道交通調(diào)度領(lǐng)域，尤其是涉及一種高可靠性的模擬量冗余輸出裝置及方法。

背景技術(shù)

在軌道交通行業(yè)中，要求系統(tǒng)能夠不間斷運(yùn)行，所以要求系統(tǒng)具有非常高的可用性。為了實(shí)現(xiàn)高可用性，行業(yè)內(nèi)的系統(tǒng)基本都是采用冗余架構(gòu)，例如二乘二取二架構(gòu)或者三取二架構(gòu)。不管是二乘二取二架構(gòu)還是三取二架構(gòu)，原理上都是通過(guò)2個(gè)或者3個(gè)相同的模塊同時(shí)工作，同時(shí)輸出來(lái)提高系統(tǒng)的可用性。對(duì)于通信功能和數(shù)字量輸出功能進(jìn)行冗余輸出較容易，但是對(duì)于模擬量的冗余輸出在技術(shù)上較復(fù)雜，需要嚴(yán)格檢測(cè)輸出狀態(tài)，同時(shí)還需要獨(dú)立物理切換裝置對(duì)冗余的模擬量輸出進(jìn)行選擇和切換。

在實(shí)時(shí)系統(tǒng)中，利用獨(dú)立的物理切換裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)冗余量輸出管理會(huì)面臨如下問(wèn)題：

1、實(shí)時(shí)性：采用獨(dú)立的物理切換裝置來(lái)管理冗余模擬量輸出，由于切換裝置獨(dú)立于模擬量輸出裝置，不共地，所以在檢測(cè)到故障后再控制繼電器進(jìn)行切換耗時(shí)很長(zhǎng)，導(dǎo)致系統(tǒng)對(duì)外輸出不連續(xù)；

2、靈活性：由于采用獨(dú)立裝置來(lái)管理冗余模擬量輸出情況，考慮到成本和便捷性，都是系統(tǒng)級(jí)切換，也就是說(shuō)當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)的一路或者幾路出現(xiàn)故障，所有輸出全部切換到另一個(gè)備用系統(tǒng)，無(wú)法做到板級(jí)熱備、板級(jí)切換；

3、可靠性：外配冗余切換裝置時(shí)，切換裝置仍然是一個(gè)單點(diǎn)，存在單點(diǎn)故障可能性，切換裝置的故障可能導(dǎo)致系統(tǒng)的冗余失效，影響運(yùn)營(yíng)，造成嚴(yán)重后果；

4、成本：外配冗余切換裝置時(shí)，為了獲得相對(duì)高的可靠性，需要采用機(jī)電類的元器件，導(dǎo)致成本升高；

經(jīng)過(guò)檢索，中國(guó)專利公開號(hào)為CN202735735U公開了一種有線和無(wú)線熱備冗余通信的低成本現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控I/O模塊，該實(shí)用新型包括模擬量輸入接口、開關(guān)量I/O接口、A/D轉(zhuǎn)換單元、數(shù)字隔離單元、中央處理器、有線通信單元、無(wú)線通信單元、D/A轉(zhuǎn)換單元、模擬量輸出接口。從機(jī)具有I/O接口，可以直接與儀表或者現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行器相連接，獲取儀表的狀態(tài)或者控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。同時(shí)其有線和無(wú)線通信單元可以采用上述的算法實(shí)現(xiàn)冗余通信，如此則可以構(gòu)建一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)級(jí)的雙網(wǎng)絡(luò)冗余通信的測(cè)控系統(tǒng)。提高了工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)的可靠性。但該發(fā)明涉及的是網(wǎng)絡(luò)冗余通信領(lǐng)域，不符合于本方案的技術(shù)要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種高可靠性的模擬量冗余輸出裝置及方法。

本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

一種高可靠性的模擬量冗余輸出裝置，其特征在于，該裝置包含裝置A和裝置B，所述的裝置A和裝置B分別通過(guò)系統(tǒng)通信總線與主機(jī)連接通信，所述的裝置A和裝置B互為冗余且完全相同，所述的裝置A和裝置B中其中一個(gè)裝置為主裝置工作在主輸出狀態(tài)，另一個(gè)裝置為備用裝置工作在備用狀態(tài)，當(dāng)所述的主裝置故障時(shí)會(huì)可靠的切換為備用裝置，工作在備用狀態(tài)；原來(lái)的備用裝置立即切換成主裝置繼續(xù)輸出，工作在主輸出狀態(tài)。

優(yōu)選地，所述的裝置A包括電源1模塊、電源2模塊、CPU_1模塊、CPU_2模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、開關(guān)1模塊、開關(guān)2模塊、采集1模塊和采集2模塊；

所述的CPU_1模塊和CPU_2模塊分別通過(guò)串行總線與主機(jī)連接通信，所述的CPU_1模塊和CPU_2模塊互相連接通信，所述的電源1模塊通過(guò)CPU_1模塊連接數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊，所述的電源2模塊通過(guò)CPU_2模塊連接開關(guān)2模塊，所述的CPU_1模塊通過(guò)IO控制線連接開關(guān)1模塊，所述的數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊通過(guò)開關(guān)1模塊連接開關(guān)2模塊，所述的采集1模塊和采集2模塊的采集端分別連接開關(guān)2模塊的輸出接口，所述的采集1模塊的輸出端連接CPU_1模塊，所述的采集2模塊的輸出端連接CPU_2模塊。

優(yōu)選地，所述的電源1模塊和電源2模塊、CPU_1模塊和CPU_2模塊、開關(guān)1模塊和開關(guān)2模塊、采集1模塊和采集2模塊分別相同且隔離獨(dú)立。

優(yōu)選地，所述的裝置A的開關(guān)2模塊的輸出接口和裝置B的開關(guān)2模塊的輸出接口并連到一起實(shí)現(xiàn)模擬量冗余輸出。

優(yōu)選地，所述的采集1模塊和采集2模塊均包括依次連接的放大電路和AD芯片，所述的采集1模塊和采集2模塊把模擬量輸出狀態(tài)轉(zhuǎn)換成數(shù)值分別發(fā)送給CPU_1模塊和CPU_2模塊。

優(yōu)選地，所述的CPU_1模塊能夠根據(jù)主機(jī)命令控制數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊輸出模擬量，所述的模擬量根據(jù)不同放大電路轉(zhuǎn)換成電壓輸出或者電流輸出。

優(yōu)選地，所述的開關(guān)1模塊和開關(guān)2模塊分別根據(jù)CPU_1模塊和CPU_2模塊的控制決定允許模擬量輸出或者關(guān)閉模擬量輸出。

優(yōu)選地，所述的數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊為型號(hào)：LTC8043F的數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊。