地铁信号系统车载设备开关量输入通道故障自检系统

摘要

本发明涉及一种地铁信号系统车载设备开关量输入通道故障自检系统，该系统包括控制电路、自检电路、保护电路以及隔离电路；所述控制电路用于发送第一自检指令信号和第二自检指令信号给所述自检电路和所述隔离电路，并接收所述自检电路的第一自检反馈信号和所述隔离电路通过所述后级端口发送的第二自检反馈信号，以分别根据所述第一自检反馈信号和所述第二自检反馈信号对所述自检电路、所述保护电路以及所述隔离电路进行故障检测及定位。本发明的地铁信号系统车载设备开关量输入通道故障自检系统和方法可以对系统中各电路的分立元器件或功能区进行故障检测及定位，进一步提高了系统的安全性及可靠性。

说明书

技术领域

本发明涉及列车控制技术领域，尤其涉及一种地铁信号系统车载 设备开关量输入通道故障自检系统。

背景技术

地铁信号系统车载设备对安全性及可靠性均有很高的要求，对于 其中的开关量采集单元而言，其稳定可靠的工作是车载设备准确采集 车辆运行状态和信息的保证。当开关量采集单元故障时，及时地发现 故障能有效降低故障带来的风险，同时及时地定位故障有利于产品的 维护和可靠性的提升。

当前对于地铁信号系统车载设备开关量采集单元的自检，通常采 用的是保护电路+隔离电路+控制电路的模式，该模式能够检测到隔离 电路及控制电路部分的电路故障。当隔离器件被击穿或控制电路中的 动态电路出现故障时，控制电路的动态采集端会因无法采集到动态信 号而向上位机提示该输入通道故障。但是，该模式对于保护电路中的 分立元器件故障检测及定位无能为力：分立元器件故障会导致隔离电 路前级始终被置高或置低，而对隔离电路后级的控制电路动态注入及 采集没有影响，导致无法发现故障。

针对上述类型的故障，一些安全性及可靠性指标较高的系统通常 在上述电路模式上的基础上增加二取二或三取二连锁，以提高系统的 安全性及可靠性，但该种方式不但增加了系统的复杂程度，而且还无 法实现具体硬件故障的定位。此外，现有技术中还通过系统安全策略 保证在采集到错误的开关量输入时避免发生安全事故。但这种采取系 统安全策略的方式由于是依赖软件实现，不涉及硬件故障检测，因此 也无法实现具体硬件故障的检测及定位。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：如何解决现有地铁信号系统车 载设备无法对系统各电路的分立元器件或功能区进行故障检测及故 障定位的问题。

基于上述目的，本发明提供了一种地铁信号系统车载设备开关量 输入通道故障自检系统，该系统包括控制电路、自检电路、保护电路 以及隔离电路；

所述控制电路用于分别发送第一自检指令信号和第二自检指令 信号给所述自检电路和所述隔离电路的后级端口；

所述控制电路分别接收所述自检电路的基于所述第一自检指令 信号的第一自检反馈信号和所述隔离电路通过所述后级端口发送的 基于所述第二自检指令信号的第二自检反馈信号，以分别根据所述第 一自检反馈信号和所述第二自检反馈信号对所述自检电路、所述保护 电路以及所述隔离电路进行故障检测及定位；

所述自检电路用于接收所述控制电路发送的所述第一自检指令 信号，并根据该第一自检指令信号发送所述自检电平输入信号给所述 保护电路，以将所述第一自检反馈信号发送给所述控制电路；

所述保护电路用于接收所述自检电路的自检电平输入信号，并对 所述自检电平输入信号进行处理以获取开关量信号，将所述开关量信 号发送给所述隔离电路的前级端口；

所述隔离电路用于通过所述后级端口接收所述控制电路发送的 所述第二自检指令信号，并通过所述前级端口接收所述开关量信号， 以根据所述第二自检指令信号和所述开关量信号，将所述第二自检反 馈信号发送给所述控制电路。

优选地，所述保护电路进一步用于对所述自检电平输入信号进行 电磁兼容性EMC防护、限流处理或去耦处理中的至少一项，以获取所 述开关量信号。

优选地，所述保护电路、所述隔离电路、所述控制电路以及所述 自检电路均采用高速电路进行构建。

优选地，所述控制电路采用现场可编程门阵列FPGA芯片进行构 建。

优选地，所述隔离电路的前级端口和后级端口分别采用不同的电 源。

优选地，所述控制电路还用于发送采集指令信号给所述隔离电路 的后级端口，以接收所述隔离电路的后级端口的采集反馈信号；

相应地，所述保护电路还用于接收外部开关量输入信号，并对所 述外部开关量输入信号进行处理以获取第二开关量信号，以将所述第 二开关量信号发送给所述隔离电路的前级端口；

所述隔离电路还用于通过所述后级端口接收所述控制电路发送 的所述采集指令信号，并根据所述第二开关量信号和所述采集指令信 号将所述采集反馈信号发送给所述控制电路。

优选地，所述控制电路包括：

自检逻辑单元，用于分别发送所述第一自检指令信号和所述第二 自检指令信号给所述自检电路和所述隔离电路的后级端口；

优选地，所述控制电路包括：

采集逻辑单元，用于发送所述采集指令信号给所述隔离电路的后 级端口。

另一方面，本发明还提供了一种地铁信号系统车载设备开关量输 入通道故障自检方法，该方法包括：

所述控制电路分别发送第一自检指令信号和第二自检指令信号 给所述自检电路和所述隔离电路的后级端口；

所述自检电路接收所述第一自检指令信号，并根据该第一自检指 令信号发送所述自检电平输入信号给所述保护电路；

所述保护电路接收所述自检电平输入信号，并对所述自检电平输 入信号进行处理以获取开关量信号，将所述开关量信号发送给所述隔 离电路的前级端口；

所述隔离电路通过所述前级端口接收所述开关量信号，并通过所 述后级端口接收所述控制电路发送的所述第二自检指令信号，以根据 所述开关量信号和所述第二自检指令信号将所述第二自检反馈信号 发送给所述控制电路；

所述控制电路分别接收所述第一自检反馈信号和所述第二自检 反馈信号，以分别根据所述第一自检反馈信号和所述第二自检反馈信 号对所述自检电路、所述保护电路以及所述隔离电路进行故障检测及 定位。

优选地，所述保护电路接收所述自检电平输入信号，并对所述自 检电平输入信号进行处理以获取开关量信号，包括：

所述保护电路对所述自检电平输入信号进行电磁兼容性EMC防 护、限流处理或去耦处理中的至少一项，以获取所述开关量信号。

本发明的地铁信号系统车载设备开关量输入通道故障自检系统 和方法可以对系统中各电路的分立元器件或功能区进行故障检测及 定位，进一步提高了系统的安全性及可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面 将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而 易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通 技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图 获得其他的附图。

图1示出了本发明一个实施例的地铁信号系统车载设备开关量 输入通道故障自检系统的结构框图；

图2示出了本发明另一个实施例的地铁信号系统车载设备开关 量输入通道故障自检系统的结构框图；

图3示出了本发明一个实施例的地铁信号系统车载设备开关量 输入通道故障自检方法的流程图；

图4示出了本发明一个实施例的开关量输入自检时序示意图；

图5示出了本发明一个实施例的开关量输入自检反馈逻辑判断 流程示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结 合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地 描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的 实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创 造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范 围。

图1示出了图1示出了本发明一个实施例的地铁信号系统车载设 备开关量输入通道故障自检系统的结构框图；如图1所示，该系统包 括控制电路010、自检电路020、保护电路030以及隔离电路040；

控制电路010分别发送第一自检指令信号和第二自检指令信号给 自检电路020和隔离电路040的后级端口(图中未示出)；

所述控制电路010分别接收自检电路020的基于所述第一自检指 令信号的第一自检反馈信号和隔离电路040通过所述后级端口发送的 基于所述第二自检指令信号的第二自检反馈信号，以分别根据所述第 一自检反馈信号和所述第二自检反馈信号对自检电路020、保护电路 030以及隔离电路040进行故障检测及定位；

自检电路020用于接收控制电路010发送的所述第一自检指令信 号，并根据该第一自检指令信号发送所述自检电平输入信号给保护电 路030，以将所述第一自检反馈信号发送给控制电路010；

保护电路030用于接收自检电路020的自检电平输入信号，并对所 述自检电平输入信号进行处理以获取开关量信号，将所述开关量信号 发送给隔离电路040的前级端口；

隔离电路040用于通过所述后级端口接收控制电路010发送的所 述第二自检指令信号，并通过所述前级端口接收所述开关量信号，以 根据所述第二自检指令信号和所述开关量信号，将所述第二自检反馈 信号发送给控制电路010。

本发明的地铁信号系统车载设备开关量输入通道故障自检系统 结构简单、制造及维护成本低且易于操作，可以对系统中各电路的分 立元器件或功能区进行故障检测及定位，进一步提高了系统的安全性 及可靠性。

图2示出了本发明另一个实施例的地铁信号系统车载设备开关 量输入通道故障自检系统的结构框图；如图2所示，保护电路030 可进一步用于对所述自检电平输入信号进行电磁兼容性EMC防护、 限流处理或去耦处理中的至少一项，以获取所述开关量信号。

作为本实施例的优选，保护电路030、隔离电路040、控制电路010 以及自检电路020均可采用高速电路进行构建；控制电路010可采用现 场可编程门阵列FPGA芯片进行构建。

优选地，本实施例中隔离电路040的前级端口和后级端口分别采 用不同的电源。

在上述实施例的基础上，控制电路010还用于发送采集指令信号 给隔离电路040的后级端口，以接收隔离电路040的后级端口的采集反 馈信号；

相应地，保护电路030还可用于接收外部开关量输入信号，并对 所述外部开关量输入信号进行处理以获取第二开关量信号，以将所述 第二开关量信号发送给隔离电路040的前级端口；

并且，隔离电路040还可用于通过所述后级端口接收控制电路010 发送的所述采集指令信号，并根据所述第二开关量信号和所述采集指 令信号将所述采集反馈信号发送给控制电路010。

进一步地，控制电路010还可包括自检逻辑单元011和采集逻辑单 元012；

自检逻辑单元011可用于分别发送所述第一自检指令信号和所述 第二自检指令信号给自检电路020和隔离电路040的后级端口；

优选地，控制电路010包括：

采集逻辑单元012可用于发送所述采集指令信号给隔离电路040 的后级端口。

图3示出了本发明一个实施例的地铁信号系统车载设备开关量 输入通道故障自检方法的流程图。如图3所示，该方法包括：

S1：所述控制电路分别发送第一自检指令信号和第二自检指令信 号给所述自检电路和所述隔离电路的后级端口；

S2：所述自检电路接收所述第一自检指令信号，并根据该第一自 检指令信号发送所述自检电平输入信号给所述保护电路；

S3：所述保护电路接收所述自检电平输入信号，并对所述自检电 平输入信号进行处理以获取开关量信号，将所述开关量信号发送给所 述隔离电路的前级端口；

S4：所述隔离电路通过所述前级端口接收所述开关量信号，并通 过所述后级端口接收所述控制电路发送的所述第二自检指令信号，以 根据所述开关量信号和所述第二自检指令信号将所述第二自检反馈 信号发送给所述控制电路；

S5：所述控制电路分别接收所述第一自检反馈信号和所述第二自 检反馈信号，以分别根据所述第一自检反馈信号和所述第二自检反馈 信号对所述自检电路、所述保护电路以及所述隔离电路进行故障检测 及定位。

本实施例的地铁信号系统车载设备开关量输入通道故障自检方 法步骤简单，容易实现，可以对系统中各电路的分立元器件或功能区 进行故障检测及定位，进一步提高了系统的安全性及可靠性。

作为本实施例的优选，步骤S3中所述保护电路接收所述自检电平 输入信号，并对所述自检电平输入信号进行处理以获取开关量信号， 可进一步包括：

S31：所述保护电路对所述自检电平输入信号进行电磁兼容性 EMC防护、限流处理或去耦处理中的至少一项，以获取所述开关量 信号。

下面通过举例对所述系统及方法的总体工作流程进行描述。本 实施例的控制方案基于FPGA实现，分为开关量输入采集和开关量 输入通道自检两个部分。开关量输入采集时，不激活自检电路，向 隔离电路(即O_OUT_A)注入动态信号，同时采集隔离电路的后级 反馈(即IN_A)。根据元器件的具体选型，可以确定一定时间内捕 捉到足够的动态脉冲时认为有效，输入为1；否则认为输入为0。

图4示出了本发明一个实施例的开关量输入自检时序示意图； 图5示出了本发明一个实施例的开关量输入自检反馈逻辑判断流程 示意图。如图4、图5所示，开关量输入通道自检时，根据既定时序， 同时向自检电路和隔离电路(即O_OUT_A、O_OUT_B、O_OUT_C) 发送共5组自检电平组合，并采集全部反馈状态。考虑到自检电路 中的隔离器件响应时间，采集反馈状态时可以预留出电路稳定所需 时间。每一组反馈采集后，对该组反馈状态进行逻辑判断，识别电 路当前电路状态。对于保护电路，故障可定位至功能区(例如限流 部分、去耦部分)；对于自检电路和隔离电路，故障可定位至元器件 (例如自检注入器件、采集隔离器件)。

需要说明的是，本实施例中开关量输入采集和通道自检不能同 时进行，可以根据所需要的采集精度以及元器件的选型，在电路响 应时间允许的情况下，自由定义自检-采集周期时间和自检代码发送 采集时间。

本发明的地铁信号系统车载设备开关量输入通道故障自检系统 和方法可以对系统中各电路的分立元器件或功能区进行故障检测及 定位，进一步提高了系统的安全性及可靠性，与现有技术相比，本 发明具有如下优点：

1、所有的电路均采用高速电路构建，通道的灵敏度高(所有的 高速相对外部开关量输入变化时间来说)；

2、能够实现对开关量输入采集电路和自检电路本身进行自检；

3、自检过程中具有较大的时序兼容性，并可以实现灵活设计自 检-采集周期方案；

4、自检过程中对外部开关量输入无需做任何处理和判断；

5、故障模式判断全面，故障定位精度较高。

以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽 管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术 人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行 修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换， 并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和 范围。