一種安全智能i/o組合系統的控制系統及其控制方法
2023-04-30 00:04:11
專利名稱：一種安全智能i/o組合系統的控制系統及其控制方法
技術領域：
本發明涉及一種控制系統及其控制方法，具體地說，是涉及一種 運用於機車股道控制領域的安全智能I/O組合系統的控制系統及其
控制方法。
背景技術：
在機車股道控制領域，站場設備(主要包括信號機、軌道電路、 道岔等信號設備)的狀態正常與否直接關係著整個運營系統的運行效 率和安全性，如果不能對其進行可靠控制和及時發現其異常情況，就 會給機車行車埋下安全隱患，甚至可能造成安全事故，因此站場設備 的信息監測及控制是一個十分重要的工作。
目前，站場設備的信息檢測與控制由執行聯鎖運算的工控機通過 相應的接口電路控制實現的。由於工控機既要運行聯鎖控制程序，又 要控制接口電路，因此所能控制的接口電路數量有限，這就導致了現 有的站場設備信息檢測與控制系統的擴展性不好，不能應用於較大型 的站場。其次，現有技術的系統結構層次不夠清晰，使故障排査和檢 測工作的開展十分困難，進而也造成了系統的可靠性不高。
發明內容
本發明的目的在於提供一種安全智能I/O組合系統的控制系統
及其控制方法，應用於站場設備的自動檢測和控制，保證信息採集的 準確性，提高信息傳輸的安全性和系統的可靠性。為了實現上述目的，本發明採用的技術方案如下 一種安全智能I/0組合系統的控制系統，其特徵在於，所述安全 智能I/O組合系統的控制系統包括聯鎖機、設備驅動與狀態採集電路
1、設備驅動與狀態採集電路2、第一MCU和第二MCU，所述第一MCU、 第二MCU分別與聯鎖機通過兩路CAN總線連接，而第一MCU、還與設 備驅動與狀態採集電路1，第二 MCU還與設備驅動與狀態採集電路2 連接，且第一 MCU與第二 MCU還通過UART埠相互連接。
基於上述安全智能I/O組合系統的控制系統，本發明還提出了一 種安全智能I/0組合系統的控制方法，該控制方法包括在非執行命 令狀態下，站場設備的狀態實時採集過程；以及在執行命令狀態下， 系統進行的命令交互過程。
所述站場設備的狀態實時採集過程包括以下步驟-
(1) 第一 MCU和第二 MCU設置自身和對方狀態標誌位為正常；
(2) 第一 MCU和第二 MCU分別檢測自身狀態標誌位是否正常，若 故障，則關閉自己控制的設備驅動與狀態採集電路，反之，則通過設 備驅動與狀態採集電路對控制對象的狀態信息進行實時採集；
(3) 第一 MCU和第二 MCU分別判斷對方狀態標誌位是否為正常， 若對方狀態為故障，則將自己採集到狀態信息數據保存至各自MCU內 部的CANOpen對象字典中，然後執行步驟(2)，反之，則通過UART
埠將採集到的設備狀態信息數據相互傳輸給對方；
(4) 第一 MCU和第二 MCU收到對方傳過來的信息數據後，判斷對 方狀態標誌位是否為正常，若對方狀態為故障，則將收到的數據丟棄，然後執行步驟(2)，反之，則判斷數據傳輸是否有誤；
(5) 若數據傳輸有誤，則將收到的數據丟棄，然後執行步驟(2)，
反之，則比較兩個MCU獲取的設備狀態信息是否相同，若相同，則將 狀態信息保存至上述兩個MCU內部的CANOpen對象字典中，反之，則
判斷為相應的設備驅動與狀態採集電路故障；
(6) 若本MCU的設備驅動與狀態採集電路故障，則設置自身狀態 標誌位為故障，並將本MCU故障信息保存至本MCU內部的CAN0pen對 象字典中，反之，則設置對方狀態標誌位為故障，並將對方MCU故障 信息保存至本MCU內部的CANOpen對象字典中，然後執行步驟(2)。
所述命令交互過程包括以下步驟-
a. 聯鎖機發出命令數據，將命令數據傳輸至第一 MCU和第二 MCU;
b. 第一 MCU和第二 MCU判斷收到的命令數據是否傳輸有誤，若傳 輸有誤，則丟棄命令數據，直接結束，反之，判斷命令數據是否為査 詢命令；
c. 若命令數據為査詢命令，則判斷該査詢命令是否是發給本MCU 的，反之，則判斷命令數據是否為操作命令；
d. 若查詢命令不是發給本MCU的，則丟棄命令數據，直接結束， 反之，從本MCU內的CANOpen對象字典中査詢所需的狀態信息，並將 査詢結果回傳至聯鎖機；
e. 若命令數據為非操作命令，則直接結束，反之，則判斷該操作 命令是否是發給本MCU的；
f. 若操作命令不是發給本MCU的，則將收到的命令數據通過UART埠發給另一MCU，反之，保存命令數據，並設定超時時限，等待另 一 MCU將命令數據發送到本MCU作比較；
g,若在設定的時限內沒有收到另一 MCU發送過來的命令數據，則 清除保存的命令數據，直接結束，反之，將保存的命令數據和另一 MCU發送過來的命令數據作比較，相同則驅動控制對象執行操作命令， 不同則直接結束。
所述步驟a中命令數據傳輸至MCU的過程包括-聯鎖機將命令數據複製成兩份，通過兩路CAN總線同時將兩份命 令數據傳輸至第一 MCU和第二 MCU，第一 MCU和第二 MCU根據兩路CAN 總線的狀態，保留傳輸狀態較好的一路CAN總線傳輸的數據作為收到 的命令數據，同時清除另一路CAN總線的命令數據。 所述步驟d中査詢結果回傳過程為
被指定接收命令數據的MCU將查詢到的狀態信息複製成兩份，通 過兩路CAN總線同時回傳至聯鎖機。
所述步驟g中驅動控制對象執行操作命令的具體步驟包括 (1)被指定接收操作命令的MCU分別檢査自身狀態標誌位是否 為故障，若為故障，則清除保存的命令數據，直接結束，反之，則檢 査控制對象是否已經處於該操作狀態；(2)若控制對象已經處於該狀 態下，則直接結束聯鎖機發出的操作命令，反之，則發出驅動信號， 並檢測驅動信號是否能夠通過設備驅動與狀態採集電路作用於控制 對象；(3)若驅動信號不能夠通過設備驅動與狀態採集電路作用於控 制對象，則停止發驅動信號，並設置自身狀態標誌位為故障，反之，設定操作時限；(4)在設定時限內連續檢査控制對象的狀態，當檢測 到控制對象已到達操作命令要求的狀態時，停止發送驅動信號，並結 束操作命令；當設定時限超過時，停止發送驅動信號，然後設置自身 狀態標誌位為故障，並結束操作命令。本發明的原理採用兩套相同的硬體設備進行組合，並將信息數 據進行逐層比較，只有兩套硬體設備分別採集的信息相同時，才視為 準確信息，並予以保存，以保障數據的準確性，從而為信息査詢提供 保證；在信息的傳輸問題上，採用雙路CAN總線，每次提取信息時， 均通過雙路CAN總線同時傳輸兩個信息，並將兩個信息進行比較，只 有兩者相同，才視為正確信息，從而提高信息傳輸的可靠性；而兩個 MCU —個使用一個備用的設備則為系統的正常運行提供了保障。與傳統的控制系統相比，本發明不僅採用兩套設備同時運行，對 於採集信息，還進行了數據比較，只有兩個MCU獲取的同一時刻的狀 態信息相同，才視其為準確的狀態信息，並在MCU內部劃分了用於存 儲數據的區域——CANOpen對象字典，用以存儲控制對象的實時狀態 信息以及系統的其他信息，同時為聯鎖機査詢控制對象的狀態信息時 提供可靠的信息數據。在保證了狀態信息的準確性後，還需要確保信 息的傳輸線路無誤，為此，在每一個MCU與聯鎖機之間，採用兩路雙 向CAN總線進行連接，數據傳輸時，將數據分別在兩路C緒總線中同 時傳輸，以確保數據傳輸的可靠性。當聯鎖機發出命令數據時，聯鎖 機將命令數據複製為兩份，並將兩份命令數據分別通過兩路CAN總線 傳輸給兩個MCU，每個MCU都收到兩份相同的命令數據，它們選擇傳輸狀態較好的一路CAN總線，保留其命令數據，而清除另一路CAN總 線傳輸的命令數據。當MCU向聯鎖機回傳站場設備狀態數據時，MCU 將設備狀態數據複製為兩份，並將兩份狀態數據分別通過兩路CAN總 線傳輸給聯鎖機，聯鎖機選擇傳輸狀態較好的一路CAN總線，保留其 數據，而清除另一路CAN總線傳輸的設備數據。在MCU驅動控制對象 的過程中，系統不僅通過兩個MCU對命令數據進行了校對，而且對設 設備驅動與狀態採集電路的狀態也進行了檢測判斷，以此來提高命令 執行的安全性，確保系統的運行安全。本系統對站場設備及其控制電 路增加了很多檢測點，可以十分方便準確地定位故障點，極大地降低 了維修檢測的工作量。本發明中所述控制系統可控制安全智能I/O組合系統中的某一 個設備，也可以控制多個設備，還可以對整個安全智能I/0組合系統 的設備進行控制，相應地實時採集一個設備或多個設備的狀態信息， 並控制設備進行相應操作。本發明具有應用範圍廣泛、控制對象量大、控制靈活的特點，不 僅能夠保證採集信息的準確性，還能大大提高信息傳輸的可靠性，有 效地保證系統的安全運行，提高系統可靠性，極大地降低維修工作量。
圖1為本發明中控制系統的系統框圖。圖2為本發明中站場設備狀態採集過程的流程示意圖。圖3為本發明中命令交互過程的流程示意圖。圖4為本發明中命令數據傳輸至MCU的流程示意圖。圖5為本發明中驅動控制對象執行操作命令的流程示意圖。
具體實施方式
下面通過舉例來對本發明進一步說明。如圖1所示， 一種安全智能I/0組合系統的控制系統，其特徵在於，所述安全智能i/o組合系統的控制系統包括聯鎖機、設備驅動與狀態採集電路l、設備驅動與狀態釆集電路2、第一MCU和第二MCU， 所述第一MCU、第二MCU分別與聯鎖機通過兩路CAN總線連接，而第 一MCU、還與設備驅動與狀態採集電路1,第二 MCU還與設備驅動與 狀態採集電路2連接，且第一 MCU與第二 MCU還通過UART埠相互 連接。在MCU內部，完全由軟體來實現其功能MCU首先接收聯鎖機發 出的命令數據，然後根據命令數據進行相應的操作，或從CANOpen的 對象字典中查詢狀態信息，或發出驅動信號驅動控制對象執行操作命 令；而在狀態實時採集過程中，兩個MCU還需要不斷地比較兩個MCU 獲取的狀態信息是否相同，並將相同的狀態信息保存至CANOpen的對 象字典中。下面根據上述硬體系統和軟體設置詳細描述本發明的具體工作 過程一,站場設備的狀態實時採集過程如圖2所示首先兩個MCU分別設定自身和對方的狀態標誌位為 正常，然後兩個MCU檢査自身狀態標誌是否正常，若為故障狀態，則 關閉相應的設備驅動與狀態採集電路，反之，則對控制對象進行狀態實時採集。MCU採集到控制對象的狀態信息後，檢査對方的狀態標誌 位是否為正常，若對方狀態標誌位為故障，則直接保存自身採集到的狀態信息至CANOpen的對象字典中，並返回繼續檢查自身狀態標誌位 是否為正常，從而循環採集控制對象的狀態信息。當採集到控制對象 的狀態信息後，檢査對方狀態標誌位為正常時，兩個MCU將各自採集 到的狀態信息傳輸給對方，並再次檢査對方狀態標誌位是否正常，此 時，若對方狀態標誌位為故障，則丟棄對方傳輸過來的信息，反之， 則判斷數據傳輸是否有誤，若有誤，則丟棄對方傳輸過來的信息，若 無誤，則比較兩個MCU採集到的狀態信息是否相同，若相同，則兩個 MCU保存各自採集到的狀態信息至CANOpen的對象字典中，若不相同， 則設定設備驅動與狀態採集電路為故障狀態。兩個MCU分別判斷各自 控制的設備驅動與狀態採集電路是否出現故障，若出現故障，則設定 相應的MCU為故障狀態,並將故障信息保存至相應的MCU內的CANOpen 的對象字典中；若自身控制的設備驅動與狀態採集電路狀態為正常， 則將對方MCU狀態標誌位設為故障，將對方故障信息保存至自身的 CANOpen的對象字典中。 二.命令交互過程如圖3所示，聯鎖機同時向兩個MCU發出命令數據，MCU收到命 令數據後，檢査數據傳輸是否出錯，若傳輸出錯，則直接結束，反之， 則判斷命令數據是否為査詢命令。若命令數據為查詢命令，則判斷該 命令是否是發出自身MCU的，若是，則從自身MCU內的C緒0pen對象 字典中査詢相應的信息，並回傳給聯鎖機；若命令數據不是傳輸給自身MCU的，則直接丟棄命令數據，並結束程序。若MCU收到的命令數 據不是査詢命令，則判斷其是否為操作命令，若不是操作命令，則直 接結束，若為操作命令，則判斷該命令是否是發給本MCU的，若不是， 則將操作命令傳輸給對方MCU，若是，則保存該操作命令，並設定該 操作命令的執行時限，並在該時限內判斷是否收到另一MCU傳輸的操 作命令。若本MCU位收到對方MCU傳輸過來的操作命令，則清除本 MCU內的操作命令；若收到對方MCU傳輸的操作命令，則比較兩個MCU 獲取的操作命令是否相同，若相同，則驅動控制對象執行相應的操作， 反之，則結束命令。三. 命令傳輸至MCU的方式如圖l、圖4所示，在本發明中，命令傳輸採用兩路C認總線， 向兩個MCU同時發送。首先，聯鎖機將命令數據複製為兩份，然後通 過兩路CAN總線分別傳輸給兩個MCU，最後比較兩路CAN總線的傳輸 狀態，保留傳輸狀態較好的一路CAN總線傳輸過來的命令數據，同時 清除另 一路CAN總線傳輸的命令數據。四. 操作命令執行過程在MCU收到操作命令並確認數據傳輸無誤的情況下，MCU將驅動 控制對象執行操作命令，如圖5所示。MCU首先要檢査自身的狀態標 志位是否正常，若狀態標誌位為故障，則清除操作命令，並結束；若 自身狀態正常，則檢査控制對象是否已處於要求的狀態，若控制對象 己經處於要求的狀態下，則結束聯鎖機發出的操作命令，若控制對象 還未處於要求的狀態下，MCU便發出驅動信號，此時再檢查驅動信號是否作用於控制對象，若未作用於控制對象上，則停止發送驅動信號， 並設置自身狀態標誌位為故障，若驅動信號己作用於控制對象上，則 設定該操作命令的操作時限，並在操作時限內連續檢查控制對象是否 已處於要求的狀態下，當控制對象已經處於要求的狀態下，則停止發 送驅動信號，若在操作時限內控制對象一直未處於要求的狀態下，則 停止發送驅動信號，並設置自身狀態標誌位為故障。
在上述信息査詢過程控制和設備操作過程控制中， 一旦系統無法 完成聯鎖機所要求的工作，則說明系統出現故障，系統維護人員可根
據CANOpen對象字典內保存的信息快速地找到出現故障的地方，以便 對其進行檢修，從而提高系統維護的效率，保證系統的正常運行。
權利要求
1. 一種安全智能I/O組合系統的控制系統，其特徵在於，所述安全智能I/O組合系統的控制系統包括聯鎖機、設備驅動與狀態採集電路1、設備驅動與狀態採集電路2、第一MCU和第二MCU，所述第一MCU、第二MCU分別與聯鎖機通過兩路CAN總線連接，而第一MCU、還與設備驅動與狀態採集電路1，第二MCU還與設備驅動與狀態採集電路2連接，且第一MCU與第二MCU還通過UART埠相互連接。
2. —種安全智能I/O組合系統的控制方法，其特徵在於；所述安 全智能I/O組合系統的控制方法包括在非執行命令狀態下，站場設備進行的狀態實時採集過程； 在執行命令狀態下，系統進行的命令交互過程。
3. 根據權利要求2所述的安全智能I/O組合系統的控制方法， 其特徵在於，所述站場設備狀態實時採集過程包括以下步驟(1) 第一 MCU和第二 MCU設置自身和對方狀態標誌位為正常；(2) 第一 MCU和第二 MCU分別檢測自身狀態標誌位是否正常，若 故障，則關閉自己控制的設備驅動與狀態採集電路，反之，則通過設 備驅動與狀態採集電路對控制對象的狀態信息進行實時採集；(3) 第一 MCU和第二 MCU分別判斷對方狀態標誌位是否為正常， 若對方狀態為故障，則將自己採集到狀態信息數據保存至各自MCU內 部的CANOpen對象字典中，然後執行步驟(2)，反之，則通過UART埠將採集到的設備狀態信息數據相互傳輸給對方；(4) 第一 MCU和第二 MCU收到對方傳過來的信息數據後，判斷對 方狀態標誌位是否為正常，若對方狀態為故障，則將收到的數據丟棄，然後執行步驟(2)，反之，則判斷數據傳輸是否有誤；(5) 若數據傳輸有誤，則將收到的數據丟棄，然後執行步驟(2)， 反之，則比較兩個MCU獲取的設備狀態信息是否相同，若相同，則將 狀態信息保存至上述兩個MCU內部的CANOpen對象字典中，反之，則 判斷為相應的設備驅動與狀態採集電路故障；(6) 若本MCU的設備驅動與狀態採集電路故障，則設置自身狀態 標誌位為故障，並將本MCU故障信息保存至本MCU內部的CAN0pen對 象字典中，反之，則設置對方狀態標誌位為故障，並將對方MCU故障 信息保存至本MCU內部的CANOpen對象字典中，然後執行步驟(2)。
4.根據權利要求2所述的安全智能I/O組合系統的控制方法， 其特徵在於，所述命令交互過程包括以下步驟a. 聯鎖機發出命令數據，將命令數據傳輸至第一 MCU和第二 MCU;b. 第一 MCU和第二 MCU判斷收到的命令數據是否傳輸有誤，若傳 輸有誤，則丟棄命令數據，直接結束，反之，判斷命令數據是否為査 詢命令；c. 若命令數據為査詢命令，則判斷該査詢命令是否是發給本MCU 的，反之，則判斷命令數據是否為操作命令；d. 若査詢命令不是發給本MCU的，則丟棄命令數據，直接結束， 反之，從本MCU內的CANOpen對象字典中査詢所需的狀態信息，並將 查詢結果回傳至聯鎖機；e. 若命令數據為非操作命令，則直接結束，反之，則判斷該操作 命令是否是發給本MCU的；f. 若操作命令不是發給本MCU的，則將收到的命令數據通過UART 埠發給另一MCU，反之，保存命令數據，並設定超時時限，等待另 一 MCU將命令數據發送到本MCU作比較；g. 若在設定的時限內沒有收到另一 MCU發送過來的命令數據，則 清除保存的命令數據，直接結束，反之，將保存的命令數據和另一 MCU發送過來的命令數據作比較，相同則驅動控制對象執行操作命令，不同則直接結束。
5. 根據權利要求4所述的安全智能I/O組合系統的控制方法，其 特徵在於，所述步驟a中命令數據傳輸至MCU的過程包括聯鎖機將命令數據複製成兩份，通過兩路CAN總線同時將兩份命 令數據傳輸至第一 MCU和第二 MCU，第一 MCU和第二 MCU根據兩路CAN 總線的狀態，保留傳輸狀態較好的一路CAN總線傳輸的數據作為收到 的命令數據，同時清除另一路CAN總線的命令數據。
6. 根據權利要求4所述的安全智能I/O組合系統的控制方法，其 特徵在於，所述步驟d中査詢結果回傳過程為-被指定接收命令數據的MCU將査詢到的狀態信息複製成兩份，通 過兩路CAN總線同時回傳至聯鎖機。
7. 根據權利要求4所述的安全智能I/O組合系統的控制方法，其 特徵在於，所述步驟g中驅動控制對象執行操作命令的具體步驟包 括(1)被指定接收操作命令的MCU分別檢査自身狀態標誌位是否 為故障，若為故障，則清除保存的命令數據，直接結束，反之，則檢査控制對象是否已經處於該操作狀態(2) 若控制對象己經處於該狀態下，則直接結束聯鎖機發出的 操作命令，反之，則發出驅動信號，並檢測驅動信號是否能夠通過設 備驅動與狀態採集電路作用於控制對象；(3) 若驅動信號不能夠通過設備驅動與狀態採集電路作用於控 制對象，則停止發驅動信號，並設置自身狀態標誌位為故障，反之， 設定操作時限；(4) 在設定時限內連續檢査控制對象的狀態，當檢測到控制對 象已到達操作命令要求的狀態時，停止發送驅動信號，並結束操作命 令；當設定時限超過時，停止發送驅動信號，然後設置自身狀態標誌 位為故障，並結束操作命令。
全文摘要
本發明公開了一種安全智能I/O組合系統的控制系統，包括聯鎖機、設備驅動與狀態採集電路1、設備驅動與狀態採集電路2、第一MCU和第二MCU，所述第一MCU、第二MCU分別與聯鎖機通過兩路CAN總線連接，而第一MCU、還與設備驅動與狀態採集電路1，第二MCU還與設備驅動與狀態採集電路2連接，且第一MCU與第二MCU還通過UART埠相互連接。以控制系統為基礎，本發明還提供了一種安全智能I/O組合系統的控制方法，控制安全智能I/O組合系統中設備的狀態實時採集和命令交互過程，本發明能夠有力地保證信息採集的準確性，提高信息傳輸的可靠性和系統的安全性，主要用於機車股道控制領域的安全智能I/O組合系統中。
文檔編號G05B19/048GK101504540SQ20091005853
公開日2009年8月12日 申請日期2009年3月9日 優先權日2009年3月9日
發明者何鴻雲, 鵬 吳, 劍 鍾 申請人:成都運達創新科技有限公司