一種計算機聯鎖系統的道岔執行單元及其工作方法

2023-12-02 03:28:56

專利名稱：一種計算機聯鎖系統的道岔執行單元及其工作方法
技術領域：
本發明涉及車站聯鎖控制系統，特別涉及用於控制轉轍機帶動道岔進行定操和反 操的道岔執行單元及其工作方法。
背景技術：
目前的車站聯鎖設備的道岔執行單元均是針對四線制交、直流電動轉轍機進行設 計的，即該電動轉轍機具有X1、X2、X3和X4線，其中，Xl線和X4線用於實現定操控制，X2 線和X4線用於實現反操控制，Xl和X3線用於進行定位表示，而X2和X3線用於進行反位 表示。當定操動作到位後，所述轉轍機會自動切換進入定位表示狀態，並且轉轍機內部在進 行定位表示時會自動切斷反位表示迴路，同時，轉轍機內部的表示二極體也將切換為反接 於Xl線與X3線之間的狀態；當反操動作到位後，所述轉轍機會自動切換進入反位表示狀 態，並且轉轍機內部在進行反位表示時會自動切斷定位表示迴路，同時，轉轍機內部的表示 二極體也將切換為正接於X2線與X3線之間的狀態。車站聯鎖設備對道岔執行單元的要求是在定操運動與反操運動不能同時進行，並 且在定操或者反操控制電路動作時禁止定位或者反位表示。由於繼電器具有常開和常閉開 關，能夠實現電路的互鎖，因此，現有的道岔執行單元均是通過繼電器實現上述控制，控制 電路如圖Ia至Id所示，圖Ia為反操控制電路，兩個控制器通過繼電器J4的常開開關，以 及繼電器J3的常開開關進行反操控制；圖Ib為定操控制電路，兩個控制器通過繼電器J2 的常開開關，以及繼電器Jl的常開開關進行定操控制；圖Ic和Id分別為定操和反操閉鎖 電路，即將繼電器J3和J4的常閉開關分別串接在控制器為繼電器Jl和J2的線圈供電的 線路上，而將繼電器Jl和J2的常閉開關分別串接在控制器為繼電器J3和J4的線圈供電 的線路上，這樣便實現了定操與反操動作之間的互鎖。利用同樣的原理也可以實現動作電 路與表示電路的互鎖。專利號為ZL 200920209810. 2，
公開日為2010年06月23的中國實用新型專利公 開了一種聯鎖道岔執行單元電路，該執行單元電路通過防護繼電器FHJ和第一至第四電子 開關實現定操和反操控制，該電路結構與圖Ia至Id說明的電路結構類似，只有第一至第四 電子開關也均為繼電器開關才能在軟體和硬體上均實現互鎖控制，如果第一至第四電子開 關為其它類型開關，則需要兩個控制器MCUl和MCU2進行軟體上的故障判斷，如果該執行 單元只通過軟體判斷故障，並根據判斷結構執行故障到安全的導向，一方面的缺陷是故障 導向安全失效的機率增大，因為，在MCUl和/或MCU2出現故障時，就無法進行故障導向安 全；另一方面是通過軟體執行故障判斷的延時時間相對硬體處理要長，不能及時進行安全 導向，而車站聯鎖系統的對於故障導向安全的要求極高，否則將難以保證人身安全和財產 安全。雖然，通過繼電器能夠得到較高的安全係數，但是繼電器的大量使用一方面會導 致系統的結構複雜和系統的體積較大，另一方面是極大地增加了設計成本，因為，車站計算 機聯鎖系統中使用的繼電器單價均在上千元，因此，如何能夠在使用儘量少的繼電器的基
5礎上又能夠確保故障導向安全的高可靠性也就成為研發計算機聯鎖系統的重要任務。

發明內容
本發明的一個目的在於解決現有技術中存在的問題，提供一種成本低、且具有高 可靠性的道岔執行單元。本發明採用的技術方案為一種計算機聯鎖系統的道岔執行單元，包括第一和第 二動作控制器，以及由二者共同控制的定操和反操控制電路，所述道岔執行單元還包括安 全繼電器和選路開關；所述第一動作控制器控制分別位於定操和反操控制電路上的一組開關管，所述第 二動作控制器控制分別位於定操和反操控制電路上的另一組開關管；所述安全繼電器的常開開關設置在定操和反操控制電路的供電電路中；所述安全 繼電器的常閉開關設置在道岔執行單元的定位和反位表示電路的供電電路中，以在動作期 間斷開定位和反位表示電路的供電電路，並在表示期間斷開定操和反操控制電路的供電電 路；所述第一和第二動作控制器與道岔執行單元的信號採集單元通訊連接；所述選路開關接收第一動作控制器輸出的第一系統狀態信息，接收第二動作控制 器輸出的第二系統狀態信息，以及接收通過道岔執行單元的信號採集單元反饋回的系統狀 態反饋信息，所述選路開關對第一、第二系統狀態信息和系統狀態反饋信息通過硬體電路 進行邏輯對比，並根據對比結果輸出用於控制安全繼電器的系統異常信號；以及，在無異常信號輸出的情況下，所述第一和第二動作控制器的輸出經由與邏輯處理 控制所述安全繼電器；在有系統異常信號輸出的情況下，由所述系統異常信號控制安全繼 電器失電，切斷定操和反操控制電路的供電電路，使道岔執行單元完成故障導向安全。優選地，所述定操控制電路包括第一至第四開關管，所述第一和第二開關管電連 接在第一電源輸入點和用於與轉轍機的Xl線電連接的定操輸出點之間，其中，所述第一和 第二開關管分別用於導通交流輸入的上半波和下半波；所述第三和第四開關管電連接在第 二電源輸入點和用於與轉轍機的X4線電連接的動作回線點之間，其中，所述第三和第四開 關管分別用於導通交流輸入的上半波和下半波；所述第一和第四開關管均受控於所述第一 動作控制器根據第一定操動作指令輸出的第一定操開關信號，所述第二和第三開關管均受 控於所述第二動作控制器根據第二定操動作指令輸出的第二定操開關信號；所述反操控制電路包括第五至第八開關管，所述第五和第六開關管電連接在第一 電源輸入點和用於與轉轍機的X2線電連接的反操輸出點之間，其中，所述第五和第六開關 管分別用於導通交流輸入的上半波和下半波；所述第七和第八開關管電連接在第二電源輸 入點和所述動作回線點之間，其中，所述第七和第八開關管分別用於導通交流輸入的上半 波和下半波；所述第五和第八開關管均受控於所述第一動作控制器根據第一反操動作指令 輸出的第一反操開關信號，所述第六和第七開關管均受控於所述第二動作控制器根據第二 反操動作指令輸出的第二反操開關信號；所述第一電源輸入點經由所述安全繼電器的第一常開開關輸出至定操和反操控 制電路，所述第二電源輸入點經由所述安全繼電器的第二常開開關輸出至定操和反操控制 電路；
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所述第一動作控制器根據第一定操動作指令或者第一反操動作指令輸出第一總 開關信號，所述第二動作控制器根據第二定操動作指令或者第二反操動作指令輸出第二總 開關信號，所述第一和第二總開關信號經由與邏輯處理控制所述安全繼電器；以及，所述第一系統狀態信息包括第一定操和/或第一反操動作指令內容，所述第二系 統狀態信息包括第二定操和/或第二反操動作指令內容。優選地，所述定操控制電路還包括定操整流電路，所述第一電源輸入點經第一和 第二開關管電連接至定操整流電路的一輸入端，所述第二電源輸入點經第三和第四開關管 電連接至定操整流電路的另一輸入端，所述定操整流電路的一輸出端與定操輸出點之間電 連接有受控於第一定操開關信號的第九開關管，所述定操整流電路的另一輸出端與動作回 線點之間電連接有受控於第二定操開關信號的第十開關管，所述第九和第十開關管用於在 所述道岔執行單元處於定位表示狀態時防止定位表示電路的電流串入定操控制電路；以 及，所述反操控制電路還包括反操整流電路，所述第一電源輸入點經第五和第六開關 管電連接至反操整流電路的一輸入端，所述第二電源輸入點經第七和第八開關管電連接至 反操整流電路的另一輸入端，所述反操整流電路的一輸出端與反操輸出點之間電連接有受 控於第二反操開關信號的第十一開關管，所述反操整流電路的另一輸出端與動作回線點之 間電連接有受控於第一反操開關信號的第十二開關管；所述第十一和第十二開關管用於在 所述道岔執行單元處於反位表示狀態時防止反位表示電路的電流串入反操控制電路。優選地，所述定位表示電路包括隔離變壓器、第一和第二定表光耦，以及第一和第 二定表檢測光耦；所述隔離變壓器的後級的第二輸出端與道岔執行單元的用於接入轉轍機 的X3線的表示回線點電連接；所述第一和第二定表檢測光耦的負極，以及第一和第二定表 光耦的正極均與用於接入轉轍機的Xl線的定表輸入點電連接；所述隔離變壓器的後級的 第一輸出端與第一和第二定表檢測光耦的正極，以及第一和第二定表光耦的負極電連接； 所述第一定表光耦和第一定表檢測光耦的輸出作為第一系統狀態信息的一部分輸送至第 一動作控制器，所述第二定表光耦和第二定表檢測光耦的輸出作為第二系統狀態信息的一 部分輸送至第二動作控制器；所述安全繼電器的常閉開關電連接在隔離變壓器的後級的第 二輸出端與表示回線點之間；以及，所述反位表示電路包括所述隔離變壓器、第一和第二反表光耦，以及第一和第二 反表檢測光耦；所述第一和第二反表檢測光耦的正極，以及第一和第二反表光耦的負極均 與用於接入轉轍機的X2線的反表輸入點電連接；所述隔離變壓器的後級第一輸出端與第 一和第二反表檢測光耦的負極，以及第一和第二反表光耦的正極電連接；所述第一反表光 耦和第一反表檢測光耦的輸出作為所述第一系統狀態信息的一部分輸送至第一動作控制 器，所述第二反表光耦和第二反表檢測光耦的輸出作為第二系統狀態信息的一部分輸送至 第二動作控制器。優選地，所述信號採集單元包括第一和第二定操反饋電路，以及第一和第二反操 反饋電路；其中，所述第一定操和第一反操反饋電路分別將各自採集到第一定操和第一反操狀態 信息均傳輸至第一動作控制器和選路開關；所述第二定操和第二反操反饋電路分別將各自採集到第二定操和第二反操狀態信息均傳輸至第二動作控制器和選路開關；所述系統狀態反饋信息包括第一和第二定操狀態信息，以及第一和第二反操狀態 fn息ο優選地，所述第一系統狀態信息包括第一定操和第一反操狀態信息；所述第二系 統狀態信息包括第二定操和第二反操狀態信息。優選地，所述的道岔執行單元還包括實現監測電路與控制電路之間電氣隔離的狀 態監測單元，所述狀態監測單元包括用於與上位監測機通訊連接的監測控制器，以及道岔 電流感應電路和表示電壓感應電路；所述第一動作控制器通過第一組光耦編碼電路將所述 第一系統狀態信息傳輸至所述監測控制器，所述第二動作控制器通過第二組光耦編碼電路 將所述第二系統狀態信息傳輸至所述監測控制器，所述選路開關將其獲得的第一和第二系 統狀態信息，以及系統狀態反饋信息均通過第三組光耦編碼電路傳輸至所述監測控制器， 所述道岔電流感應電路採集的動作回線點處的電流信號，以及所述表示電壓感應電路採集 的表示回線點處的電壓信號直接傳輸至所述監測控制器。優選地，所述第一和第二定操反饋電路，第一和第二反操反饋電路，以及道岔電流 感應電路和表示電壓感應電路均將通過各自的互感器採集到的信號整形為動態脈衝信號 輸出。本發明的另一個目的在於提供一種上述道岔執行單元的工作方法，該控制方位為 通過第一和第二動作控制器進行二取二冗餘控制，具體為在啟動道岔執行單元後，當第一動作控制器根據第一定操動作指令或者第一反操 動作指令輸出的第一總開關信號與第二動作控制器根據第二定操動作指令或者第二反操 動作指令輸出的第二總開關信號一致時，安全繼電器得電，如果此時第一和第二動作控制 器分別輸出第一和第二定操開關信號，且二者一致，則定操控制電路上的所有開關管將導 通，使系統處於定操動作狀態；如果此時第一和第二動作控制器分別輸出第一和第二反操 開關信號，且二者一致，則反操控制電路上的所有開關管將導通，使系統處於反操動作狀 態；否則，定操和反操控制電路均不會動作；在啟動道岔執行單元後，所述選路開關實時接收第一和第二動作控制器分別輸出 的第一和第二系統狀態信息，以及信號採集單元輸出的系統狀態反饋信息，並通過硬體電 路對第一、第二系統狀態信息和系統狀態反饋信息進行邏輯對比，當第一、第二系統狀態信 息和系統狀態反饋信息各自自身的對比均未出現異常情況，且第一、第二系統狀態信息和 系統狀態反饋信息三者之間的對比未出現異常情況時，由第一和第二總開關信號控制安全 繼電器；當第一、第二系統狀態信息和系統狀態反饋信息中任一個自身對比出現異常情況 時，或第一、第二系統狀態信息和系統狀態反饋信息三者之間對比出現異常情況時，由選路 開關直接優先使所述安全繼電器失電，切斷定操和反操控制電路的供電電路，使道岔執行 單元完成故障導向安全。本發明的有益效果為首先，本發明將現有系統裡的繼電器更換為開關管，並通過 一個安全繼電器和一個選路開關即確保道岔執行單元的高可靠性，這便在保證高可靠性的 前提下大大降低整個系統的成本；其次，通過本發明的定位和反位表示電路不僅可以完成 定位和反位表示，還可以判斷表示二極體連接情況；再次，在上位監測機能夠進行全面監測 的基礎上，實現了控制電路與監測電路的電氣隔離；最後，通過將採集到的有效信號整形為
8動態脈衝的形式實現了電流和電壓的可信測量，這對於直流信號尤為重要。


圖Ia和Ib分別示出了現有道岔執行單元的反操和定操控制電路；圖Ic和Id分別示出了現有道岔執行單元的定操和反操閉鎖電路；圖2為本發明所述道岔執行單元的主要部分的結構示意圖；圖3為圖2所示定操控制電路的結構示意圖；圖4為圖2所示反操控制電路的結構示意圖；圖5為本發明所述道岔執行單元的定位表示電路；圖6為本發明所述道岔執行單元的反位表示電路；圖7為本發明所述道岔執行單元的狀態監測單元的結構示意圖。
具體實施例方式現結合

本發明所述計算機聯鎖系統的道岔執行單元的具體實施方式
。如圖2、3和4所示，本發明所述的計算機聯鎖系統的道岔執行單元包括第一動作 控制器A和第二動作控制器B，以及由二者共同控制的定操控制電路10和反操控制電路 20，所述道岔執行單元還包括安全繼電器40和選路開關50。所述定操控制電路10包括第一至第四開關管la、lb、lc和ld，所述第一和第二開 關管Ia和Ib電連接在第一電源輸入點DJZ和用於與轉轍機的Xl線電連接的定操輸出點 之間，其中，所述第一和第二開關管Ia和Ib分別用於導通交流輸入的上半波和下半波，即 二者為並聯連接(為了便於繪製附圖，局部電路並沒有反應實際的電路結構)；所述第三和 第四開關管Ic和Id電連接在道岔執行單元的第二電源輸入點DJF和用於與轉轍機的X4 線電連接的動作回線點之間，其中，所述第三和第四開關管Ic和Id分別用於導通交流輸 入的上半波和下半波，即二者為並聯連接。所述第一動作控制器A根據第一定操動作指令 輸出的第一定操開關信號分別通過驅動電路1-1和1-4控制所述第一和第四開關管Ia和 Id ；所述第二動作控制器B根據第二定操動作指令輸出的第二定操開關信號分別通過驅動 電路1-2和1-3控制所述第二和第三開關管Ib和lc。所述反操控制電路20包括第五至第八開關管2a至2d，所述第五和第六開關管2a 和2b電連接在道岔執行單元的第一電源輸入點DJZ和用於與轉轍機的X2線電連接的反操 輸出點之間，其中，所述第五和第六開關管2a和2b分別用於導通交流輸入的上半波和下半 波，即二者為並聯連接；所述第七和第八開關管2c和2d電連接在道岔執行單元的第二電源 輸入點DJF和所述動作回線點之間，其中，所述第七和第八開關管2c和2d分別用於導通交 流輸入的上半波和下半波，即二者為並聯連接。所述第一動作控制器A根據第一反操動作 指令輸出的第一反操開關信號分別通過驅動電路2-1和2-4控制所述第五和第八開關管2a 和2d，所述第二動作控制器B根據第二反操動作指令輸出的第二反操開關信號分別通過驅 動電路2-2和2-3控制所述第六和第七開關管2b和2c。所述第一電源輸入點DJZ經由所述安全繼電器的第一常開開關輸出至定操和反 操控制電路10和20，所述第二電源輸入點DJF經由所述安全繼電器40的第二常開開關輸 出至定操和反操控制電路，即安全繼電器的第一和第二常開開關均設置在定操和反操控制
9電路的供電電路中；所述安全繼電器的常閉開關設置在道岔執行單元的定位表示電路和反 位表示電路的供電電路中，以在動作期間切斷定位和反位表示電路的供電電路，並在表示 期間切斷定操和反操控制電路的供電電路。由此，本發明的道岔執行單元在保證高安全性 的前提下，實現了控制電路的無觸點化。所述安全繼電器40在系統處於正常狀態下受控於第一和第二動作控制器A和B， 具體為所述第一動作控制器A根據第一定操動作指令或者第一反操動作指令輸出的第一 總開關信號與第二動作控制器B根據第二定操動作指令或者第二反操動作指令輸出的第 二總開關信號一致時才能通過驅動電路Z使安全繼電器A吸起，使經第一電源輸入點DJZ 和第二電源輸入點DJF輸入的交流電輸出至定操和反操控制電路10和20 ；在第一總開關 信號與第二總開關信號不一致時，安全繼電器A將無法吸起，即第二總開關信號與第二總 開關信號經與門作用於安全繼電器A的驅動電路Z，以此實現冗餘控制。所述選路開關50接收第一動作控制器A輸出的包括第一定操和/或第一反操動 作指令內容的第一系統狀態信息，接收第二動作控制器B輸出的包括第二定操和/或第二 反操動作指令內容的第二系統狀態信息，以及接收信號採集單元採集的系統狀態反饋信 息，上述信息在選路開關50的內部通過硬體電路進行對比，如所述選路開關50可通過CPLD 實現各種信息的邏輯對比，並在系統出現任何異常情況下通過驅動電路Z優先切斷安全繼 電器40，此時，第一和第二動作控制器A和B對安全繼電器40的控制作用將失效，即選路開 關50輸出的控制信號與第一和第二動作控制器A和B經與門輸出的控制信號也為「與」的 邏輯關係，只要選路開關50的控制信號為低電平，安全繼電器40所控制的道岔動作供電電 路(定操和反操控制電路的供電電路)將被切斷，由此確保道岔執行單元完成故障導向安 全。當道岔執行單元用於控制直流轉轍機時，只需在定操和反操控制電路10和20中 增加整流電路。如圖2至4所示，此時，所述定操控制電路10還包括定操整流電路11，所述 第一電源輸入點DJZ經第一和第二開關管Ia和Ib電連接至定操整流電路11的一輸入端， 所述第二電源輸入點DJF經第三和第四開關管Ic和Id電連接至定操整流電路11的另一 輸入端，所述定操整流電路11的一輸出端與定操輸出點之間電連接有第九開關管li，所述 第一動作控制器A輸出的第一定操開關信號通過驅動電路1-9控制第九開關管Ii ；所述定 操整流電路11的另一輸出端與動作回線點之間電連接有第十開關管lj，所述第二動作控 制器B輸出第二定操開關信號通過驅動電路1-10控制第十開關管1 j。由於定操和定表操 作共用轉轍機的Xl線，因此，設置第九開關管Ii和第十開關管Ij可以在系統處於定位表 示狀態時，有效防止定位表示電路的電流串入定操控制電路10。同理，所述反操控制電路20還包括反操整流電路21，所述第一電源輸入點DJZ經 第五和第六開關管2a和2b電連接至反操整流電路21的一輸入端，所述第二電源輸入點 DJF經第七和第八開關管2c和2d電連接至反操整流電路21的另一輸入端，所述反操整流 電路21的一輸出端與反操輸出點之間電連接有第十一開關管2i，所述第二動作控制器B輸 出的第二反操開關信號通過驅動電路2-11控制該第十一開關管2i ；所述反操整流電路21 的另一輸出端與動作回線點之間電連接有第十二開關管2j，所述第一動作控制器A輸出的 第一反操開關信號通過驅動電路2-12控制該第十二開關管2j。由於反操和反表操作共用 X2線，因此，設置該第十一和十二開關管可以在系統處於反位表示狀態時，有效防止反位表
10示電路的電流串入反操控制電路。對於道岔執行單元，所述開關管適於選用IGBT。如圖5和6所示，在轉轍機的內部結構中設置有表示二極體35，所述表示二極體 35在定位表示時反接於Xl線與X3線，在反位表示時正接於X2線與X3線之間，因此，可以 通過該表示二極體35監測定位和反位表示的情況。在本實施方式中，如圖5所示，所述定位表示電路包括隔離變壓器30、第一和第二 定表光耦31a和31b，以及第一和第二定表檢測光耦32a和32b。所述隔離變壓器30的後 級的第二輸出端與道岔執行單元的用於接入轉轍機的X3線的表示回線點電連接；所述第 一和第二定表檢測光耦32a和32b的負極，以及第一和第二定表光耦31a和31b的正極均 與用於接入轉轍機的Xl線的定表輸入點電連接；所述隔離變壓器30的後級的第一輸出端 與第一和第二定表檢測光耦32a和32b的正極，以及第一和第二定表光耦31a和31b的負 極電連接；所述第一定表光耦31a和第一定表檢測光耦32a的輸出作為上述第一系統狀態 信息的一部分輸送至第一動作控制器A，所述第二定表光耦31b和第二定表檢測光耦32b的 輸出作為上述第二系統狀態信息的一部分輸送至第二動作控制器B ；所述安全繼電器40的 常閉開關電連接在隔離變壓器30的後級的第二輸出端與表示回線點之間，即可滿足動作 時禁止表示，表示時禁止動作的要求。該定位表示電路的工作原理如下在表示室外定位時，表示二極體35反接在Xl和 X3之間，交流220V輸入通過220V-24V隔離變壓器30送出交流24V、50Hz的交流電，該交流 電通過表示二極體35後將交流負半波送往第一和第二定表光耦31a和31b，並在經過第一 和第二定表光耦31a和31b後整流成50HZ的方波分別送往第一和第二動作控制器A和B ； 同時，交流負半波也送往第一和第二定表檢測光耦32a和32b，由於第一和第二定表檢測光 耦32a和32b只能通過正電，因此，正常情況下，在定表期間第一和第二動作控制器A和B 是接收不到由第一和第二定表檢測光耦32a和32b輸出的方波信號的。但是，如果表示二 極管35反接或者不接，第一和第二定表檢測光耦32a和32b都是可以收到正電信號的，第 一和第二動作控制器A和B也就能夠接收到相應的信號，因此，通過該定位表示電路，第一 和第二動作控制器A和B就可以判斷系統是否處於定位表示期間，並且表示二極體35是否 反接或者不接。同理，如圖6所示，所述反位表示電路包括上述隔離變壓器30、第一和第二反表光 耦33a和33b，以及第一和第二反表檢測光耦34a和34b ；所述第一和第二反表檢測光耦34a 和34b的正極，以及第一和第二反表光耦33a和33b的負極均與用於接入轉轍機的X2線的 反表輸入點電連接；所述隔離變壓器30的後級第一輸出端與第一和第二反表檢測光耦34a 和34b的負極，以及第一和第二反表光耦33a和33b的正極電連接；所述第一反表光耦33a 和第一反表檢測光耦34a的輸出作為所述第一系統狀態信息的一部分輸送至第一動作控 制器A，所述第二反表光耦33b和第二反表檢測光耦34b的輸出作為上述第二系統狀態信息 的一部分輸送至第二動作控制器B。該反位表示電路的工作原理如下在表示室外反位時，表示二極體35正接在X2和 X3線之間，交流220V輸入通過220V-24V隔離變壓器30送出交流24V、50Hz的交流電，該交 流電通過表示二極體35後將交流正半波送往第一和第二反表光耦33a和33b，並在經過第 一和第二反表光耦33a和33b後整流成50HZ的方波分別送往第一和第二動作控制器A和B，同時交流正半波也送往第一和第二反表檢測光耦34a和34b，由於第一和第二反表檢測 光耦34a和34b只能通過負半波電，因此，在反表期間第一和第二動作控制器A和B是接收 不到由第一和第二反表檢測光耦34a和34b輸出的方波信號的。但是，如果表示二極體35 反接或者不接，第一和第二反表檢測光耦34a和34b都是可以收到負電信號的，第一和第二 動作控制器A和B也就能夠接收到相應的信號，因此，通過該反位表示電路，第一和第二動 作控制器A和B就可以判斷系統是否處於反位表示期間，並且還可以判斷表示二極體35是 否反接或者不接。所述定操、反操控制電路10和20，以及定位和反位控制電路在應用中均可以加入 防雷電路。所述信號採集單元包括圖2至4所示的第一和第二定操反饋電路1. 1和1. 2，以及 第一和第二反操反饋電路2. 1和2. 2 ；其中，所述第一定操和第一反操反饋電路1. 1和2. 1分別將各自採集到第一定操和第一 反操狀態信息均傳輸至第一動作控制器A和選路開關50 ；所述第二定操和第二反操反饋電路1. 2和2. 2分別將各自採集到第二定操和第二 反操狀態信息均傳輸至第二動作控制器B和選路開關50 ；所述選路開關50需要獲知的系統狀態反饋信息包括上述第一和第二定操狀態信 息，以及第一和第二反操狀態信息，當在在實際應用中還包括系統自檢信息等需要在其存 在異常的情況下將系統導向安全的信息。另外，為了提高系統的可靠性，所述第一系統狀態 信息還可以包括第一定操和第一反操狀態信息，所述第二系統狀態信息還可以包括第二定 操和第二反操狀態信息。計算機聯鎖系統的上位監測機需要實時顯示道岔執行單元的各種運行狀態，因 此，道岔執行單元需要向上位監測機實時傳輸系統的控制信息和各種監測到的信息，因此， 在本實施例中，如圖7所示，所述道岔執行單元還包括狀態監測單元，所述狀態監測單元包 括與上位監測機通訊連接的監測控制器C，以及道岔電流感應電路60和表示電壓感應電路 70，其中，所述道岔電流感應電路60用於採集動作回線點處(即與X4線電連接的點)的電 流信號，所述表示電壓感應電路採集表示回線點處(即與X3線電連接的電)的電壓信號。 所述監測控制器C通過光耦組合編碼與第一、第二動作控制器A和B，以及選路開關50進行 通訊，具體方式為，所述第一動作控制器A通過第一組光耦編碼電路將所述第一系統狀態 信息傳輸至所述監測控制器C，所述第二動作控制器B通過第二組光耦編碼電路將所述第 二系統狀態信息傳輸至所述監測控制器C，所述選路開關50將其獲得的第一和第二系統狀 態信息，以及系統狀態反饋信息均通過第三組光耦編碼電路傳輸至所述監測控制器C，而所 述道岔電流傳感電路採集的動作回線點處的電流信號，以及所述表示電壓傳感電路採集的 表示回線點處的電壓信號直接傳輸至所述監測控制器C。通過上述方式可以實現控制電路 和監測電路的電氣隔離，即可保證在控制電路出現異常時不影響上位監測機對系統的統籌 監測，監測電路出現異常時也不會直接影響控制電路的工作。由於本發明的道岔執行單元需要採集各種表徵系統狀態的信號，並根據所採集的 各種信號完成故障導向安全，因此，信號的可信測量對於系統安全是尤為重要的，由於信號 採集電路中的電子器件在採用固定輸出時會造成有效信號判斷和故障信號判斷的二義性 問題，所以，在本實施方式中，所述第一和第二定操反饋電路1. 1和1. 2，第一和第二反操反
12饋電路2. 1和2. 2，以及道岔電流感應電路60和表示電壓感應電路70均可以將通過各自的 傳感器採集到的信號整形為動態脈衝信號輸出，在此，如採集到的有效信號為交流信號則 直接通過門限電路即可實現上述整形，如採集到的有效信號為直流信號則可通過脈衝發生 器將直流信號整形為動態脈衝信號；而器件在故障情況下會產生固定電信號輸出，由此，各 控制器和選路開關即可區分出有效信號和故障信號，以進行相應的處理。另外，對於需要確切知道電壓值和電流值的場合，採樣電路除了提供動態脈衝信 號之外，還可以提供模數轉換數值，並且只有在脈衝信號和模數轉換數值同時有效的情況 下，表徵電壓值或電流值的模數轉換數值才有效，否則視為無效，有必要時由選路開關50 強制導向安全側。本發明的道岔執行單元的工作方法為通過第一和第二動作控制器A和B進行二取 二冗餘控制，二區二的原則是為動作控制為「與」方式，而故障反饋為「或」方式。在啟動道岔執行單元後，當第一和第二動作控制器A和B均接收到定操指令或者 反操指令，且據此輸出的第一和第二總開關信號一致時，所述第一和第二動作控制器A和B 將通過驅動電路Z使安全繼電器的線圈得電；如果此時第一和第二動作開關均輸出第一和 第二定操開關信號，且二者一致，則第一至第四開關管，以及第九和第十開關管將均處於導 通狀態，即所述定操控制電路10將控制轉轍機進行定操動作；相應地，如果此時輸出第一 和第二反操開關信號，且二者一致，則反操控制電路20將控制轉轍機進行反操動作。在啟動道岔執行單元後，所述選路開關50實時接收第一、第二系統狀態信息和系 統狀態反饋信息，並通過硬體電路對三者進行對比分析，當三者各自自身的對比均未出現 異常情況，並且三者之間的對比也未出現異常情況時，由第一和第二總開關信號控制安全 繼電器40，當第一、第二系統狀態信息和系統狀態反饋信息任一個的自身對比出現異常情 況時，或者第一、第二系統狀態信息和系統狀態反饋信息三者之間的對比出現異常情況時， 由選路開關50直接優先無條件地切斷所述安全繼電器所控制的定操和反操控制電路的供 電電路，使道岔執行單元由故障導向安全。以下舉例說明幾種異常情況1.道岔進行定操動作時，應當只有定操控制電路存在反饋信號，若此時反操控制 電路出現了反饋信號，或者第一和第二定操狀態信息不一致，則屬於異常情況；2.如果道岔定操動作時，定位和反位表示電路出現反饋信號，則屬於異常情況；3.道岔在定位表示期間，只有定位表示電路的第一和第二定表光耦應當有反饋信 號，反位表示電路的第一和第二反表光耦不應該出現反饋信號，否則屬於異常情況；4.道岔在定位表示期間，第一和第二定表光耦的輸出不一致，屬於異常情況；5.道岔在定位表示期間，如果第一和第二定表檢測光耦出現反饋信號，則說明表 示二極體35反接或者未接，這也屬於異常情況，需要進行故障處理；6.在系統處於定位表示狀態時，如果接收到定操動作指令，屬於異常情況。以上僅說明了部分定操動作和定位表示時的異常情況，對於反操動作和反位表示 時的異常情況可以據此對應得出，在此不再贅述。另外，對於第一、第二系統狀態信息和系統狀態反饋信息的對比方式多種多樣，只 要能滿足一處對比出現異常即將系統由故障導向安全即可，如可以採用對第一、第二系統 狀態信息和系統狀態反饋信息各自所包含的各信號進行縱向對比(縱向對比採用或邏輯 處理)，再對三者的縱向對比結果進行或邏輯處理；或者採用對第一、第二系統狀態信息和
13系統狀態反饋信息中有對應關係的信號進行橫向對比(橫向對比採用或邏輯處理)，再將 各橫向對比結果進行或邏輯處理。由上可知，雖然第一和第二動作控制器A和B經過比較分析也可以得出異常結論， 並通過驅動電路Z切斷安全繼電器40，使系統完成故障導向安全，但是，軟體的判斷需要各 種冗餘的算法，計算時間也相對較長，因此，本發明通過選路開關50接收各類信號，並通過 硬體上的邏輯判斷及時完成故障到安全的導向，而且第一和第二動作控制器A和B在軟體 上的處理也可作為有效的補充，這樣就有效地提高了系統的可靠性。綜上所述僅為本發明較佳的實施例，並非用來限定本發明的實施範圍。即凡依本 發明申請專利範圍的內容所作的等效變化及修飾，皆應屬於本發明的技術範疇。
權利要求
一種計算機聯鎖系統的道岔執行單元，包括第一和第二動作控制器，以及由二者共同控制的定操和反操控制電路，其特徵在於所述道岔執行單元還包括安全繼電器和選路開關；所述第一動作控制器控制分別位於定操和反操控制電路上的一組開關管，所述第二動作控制器控制分別位於定操和反操控制電路上的另一組開關管；所述安全繼電器的常開開關設置在定操和反操控制電路的供電電路中；所述安全繼電器的常閉開關設置在道岔執行單元的定位和反位表示電路的供電電路中，以在動作期間斷開定位和反位表示電路的供電電路，並在表示期間斷開定操和反操控制電路的供電電路；所述第一和第二動作控制器與道岔執行單元的信號採集單元通訊連接；所述選路開關接收第一動作控制器輸出的第一系統狀態信息，接收第二動作控制器輸出的第二系統狀態信息，以及接收通過道岔執行單元的信號採集單元反饋回的系統狀態反饋信息，所述選路開關對第一、第二系統狀態信息和系統狀態反饋信息通過硬體電路進行邏輯對比，並根據對比結果輸出用於控制安全繼電器的系統異常信號；以及，在無異常信號輸出的情況下，所述第一和第二動作控制器的輸出經由與邏輯處理控制所述安全繼電器；在有系統異常信號輸出的情況下，由所述系統異常信號控制安全繼電器失電，切斷定操和反操控制電路的供電電路，使道岔執行單元完成故障導向安全。
2.根據權利要求1所述的道岔執行單元，其特徵在於所述定操控制電路包括第一至 第四開關管，所述第一和第二開關管電連接在第一電源輸入點和用於與轉轍機的Xl線電 連接的定操輸出點之間，其中，所述第一和第二開關管分別用於導通交流輸入的上半波和 下半波；所述第三和第四開關管電連接在第二電源輸入點和用於與轉轍機的X4線電連接 的動作回線點之間，其中，所述第三和第四開關管分別用於導通交流輸入的上半波和下半 波；所述第一和第四開關管均受控於所述第一動作控制器根據第一定操動作指令輸出的第 一定操開關信號，所述第二和第三開關管均受控於所述第二動作控制器根據第二定操動作 指令輸出的第二定操開關信號；所述反操控制電路包括第五至第八開關管，所述第五和第六開關管電連接在第一電源 輸入點和用於與轉轍機的X2線電連接的反操輸出點之間，其中，所述第五和第六開關管分 別用於導通交流輸入的上半波和下半波；所述第七和第八開關管電連接在第二電源輸入點 和所述動作回線點之間，其中，所述第七和第八開關管分別用於導通交流輸入的上半波和 下半波；所述第五和第八開關管均受控於所述第一動作控制器根據第一反操動作指令輸出 的第一反操開關信號，所述第六和第七開關管均受控於所述第二動作控制器根據第二反操 動作指令輸出的第二反操開關信號；所述第一電源輸入點經由所述安全繼電器的第一常開開關輸出至定操和反操控制電 路，所述第二電源輸入點經由所述安全繼電器的第二常開開關輸出至定操和反操控制電 路；所述第一動作控制器根據第一定操動作指令或者第一反操動作指令輸出第一總開關 信號，所述第二動作控制器根據第二定操動作指令或者第二反操動作指令輸出第二總開關 信號，所述第一和第二總開關信號經由與邏輯處理控制所述安全繼電器；以及，所述第一系統狀態信息包括第一定操和/或第一反操動作指令內容，所述第二系統狀 態信息包括第二定操和/或第二反操動作指令內容。
3.根據權利要求2所述的道岔執行單元，其特徵在於所述定操控制電路還包括定操 整流電路，所述第一電源輸入點經第一和第二開關管電連接至定操整流電路的一輸入端， 所述第二電源輸入點經第三和第四開關管電連接至定操整流電路的另一輸入端，所述定操 整流電路的一輸出端與定操輸出點之間電連接有受控於第一定操開關信號的第九開關管， 所述定操整流電路的另一輸出端與動作回線點之間電連接有受控於第二定操開關信號的 第十開關管，所述第九和第十開關管用於在所述道岔執行單元處於定位表示狀態時防止定 位表示電路的電流串入定操控制電路；以及，所述反操控制電路還包括反操整流電路，所述第一電源輸入點經第五和第六開關管電 連接至反操整流電路的一輸入端，所述第二電源輸入點經第七和第八開關管電連接至反操 整流電路的另一輸入端，所述反操整流電路的一輸出端與反操輸出點之間電連接有受控於 第二反操開關信號的第十一開關管，所述反操整流電路的另一輸出端與動作回線點之間電 連接有受控於第一反操開關信號的第十二開關管；所述第十一和第十二開關管用於在所述 道岔執行單元處於反位表示狀態時防止反位表示電路的電流串入反操控制電路。
4.根據權利要求1、2或3所述的道岔執行單元，其特徵在於所述定位表示電路包括 隔離變壓器、第一和第二定表光耦，以及第一和第二定表檢測光耦；所述隔離變壓器的後級 的第二輸出端與道岔執行單元的用於接入轉轍機的X3線的表示回線點電連接；所述第一 和第二定表檢測光耦的負極，以及第一和第二定表光耦的正極均與用於接入轉轍機的Xl 線的定表輸入點電連接；所述隔離變壓器的後級的第一輸出端與第一和第二定表檢測光耦 的正極，以及第一和第二定表光耦的負極電連接；所述第一定表光耦和第一定表檢測光耦 的輸出作為第一系統狀態信息的一部分輸送至第一動作控制器，所述第二定表光耦和第二 定表檢測光耦的輸出作為第二系統狀態信息的一部分輸送至第二動作控制器；所述安全繼 電器的常閉開關電連接在隔離變壓器的後級的第二輸出端與表示回線點之間；以及，所述反位表示電路包括所述隔離變壓器、第一和第二反表光耦，以及第一和第二反表 檢測光耦；所述第一和第二反表檢測光耦的正極，以及第一和第二反表光耦的負極均與用 於接入轉轍機的X2線的反表輸入點電連接；所述隔離變壓器的後級第一輸出端與第一和 第二反表檢測光耦的負極，以及第一和第二反表光耦的正極電連接；所述第一反表光耦和 第一反表檢測光耦的輸出作為所述第一系統狀態信息的一部分輸送至第一動作控制器，所 述第二反表光耦和第二反表檢測光耦的輸出作為第二系統狀態信息的一部分輸送至第二 動作控制器。
5.根據權利要求1、2或3所述的道岔執行單元，其特徵在於所述信號採集單元包括 第一和第二定操反饋電路，以及第一和第二反操反饋電路；其中，所述第一定操和第一反操反饋電路分別將各自採集到第一定操和第一反操狀態信息 均傳輸至第一動作控制器和選路開關；所述第二定操和第二反操反饋電路分別將各自採集到第二定操和第二反操狀態信息 均傳輸至第二動作控制器和選路開關；所述系統狀態反饋信息包括第一和第二定操狀態信息，以及第一和第二反操狀態信息。
6.根據權利要求5所述的道岔執行單元，其特徵在於所述第一系統狀態信息包括第 一定操和第一反操狀態信息；所述第二系統狀態信息包括第二定操和第二反操狀態信息。
7.根據權利要求5所述的道岔執行單元，其特徵在於還包括實現監測電路與控制電 路之間電氣隔離的狀態監測單元，所述狀態監測單元包括用於與上位監測機通訊連接的監 測控制器，以及道岔電流感應電路和表示電壓感應電路；所述第一動作控制器通過第一組 光耦編碼電路將所述第一系統狀態信息傳輸至所述監測控制器，所述第二動作控制器通過 第二組光耦編碼電路將所述第二系統狀態信息傳輸至所述監測控制器，所述選路開關將其 獲得的第一和第二系統狀態信息，以及系統狀態反饋信息均通過第三組光耦編碼電路傳輸 至所述監測控制器，所述道岔電流感應電路採集的動作回線點處的電流信號，以及所述表 示電壓感應電路採集的表示回線點處的電壓信號直接傳輸至所述監測控制器。
8.根據權利要求7所述的道岔執行單元，其特徵在於所述第一和第二定操反饋電路， 第一和第二反操反饋電路，以及道岔電流感應電路和表示電壓感應電路均將通過各自的互 感器採集到的信號整形為動態脈衝信號輸出。
9.根據權利要求1所述道岔執行單元的工作方法，通過第一和第二動作控制器進行二 取二冗餘控制，其特徵在於在啟動道岔執行單元後，當第一動作控制器根據第一定操動作指令或者第一反操動作 指令輸出的第一總開關信號與第二動作控制器根據第二定操動作指令或者第二反操動作 指令輸出的第二總開關信號一致時，安全繼電器得電，如果此時第一和第二動作控制器分 別輸出第一和第二定操開關信號，且二者一致，則定操控制電路上的所有開關管將導通，使 系統處於定操動作狀態；如果此時第一和第二動作控制器分別輸出第一和第二反操開關信 號，且二者一致，則反操控制電路上的所有開關管將導通，使系統處於反操動作狀態；否則， 定操和反操控制電路均不會動作；在啟動道岔執行單元後，所述選路開關實時接收第一和第二動作控制器分別輸出的第 一和第二系統狀態信息，以及信號採集單元輸出的系統狀態反饋信息，並通過硬體電路對 第一、第二系統狀態信息和系統狀態反饋信息進行邏輯對比，當第一、第二系統狀態信息和 系統狀態反饋信息各自自身的對比均未出現異常情況，且第一、第二系統狀態信息和系統 狀態反饋信息三者之間的對比未出現異常情況時，由第一和第二總開關信號控制安全繼電 器；當第一、第二系統狀態信息和系統狀態反饋信息中任一個自身對比出現異常情況時，或 第一、第二系統狀態信息和系統狀態反饋信息三者之間對比出現異常情況時，由選路開關 直接優先使所述安全繼電器失電，切斷定操和反操控制電路的供電電路，使道岔執行單元 完成故障導向安全。
全文摘要
本發明公開了一種計算機聯鎖系統的道岔執行單元及其工作方法，該道岔執行單元包括第一和第二動作控制器，以及由二者控制的定操和反操控制電路，道岔執行單元還包括安全繼電器和選路開關；第一和第二動作控制器控制分別位於定操和反操控制電路上的一組開關管；交流電輸入定操和反操控制電路受控於安全繼電器的常開開關；選路開關與第一和第二動作控制器，以及信號採集單元通訊連接；所述第一和第二動作控制器，以及選路開關的輸出經由與的邏輯關係處理控制所述安全繼電器。本發明將現有系統裡的繼電器更換為開關管，並通過一個安全繼電器和一個選路開關即確保道岔執行單元的高可靠性，這便在保證高可靠性的前提下大大降低整個系統的成本。
文檔編號G05B19/04GK101905701SQ20101023457
公開日2010年12月8日 申請日期2010年7月23日 優先權日2010年7月23日
發明者何建宏, 劉宇馳, 葉輝, 李富強, 段磊, 王鎖平, 趙麗宏, 陳雲, 韓冬, 項銀芬 申請人:上海亨鈞科技有限公司