專利名稱：城市軌道交通信號系統(tǒng)安全計算機的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種安全型計算機系統(tǒng)，具體地講是一種用于城市軌道交 通信號系統(tǒng)的安全型計算機。
背景技術：
國外軌跡交通系統(tǒng)常用的安全計算機系統(tǒng)采用如雙機熱備、三取二表決、 二取二表決、二取二乘二等組成架構，而且已經(jīng)應用在多種軌道交通信號設備 上，如車站計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)和列車自動運行系統(tǒng)等，但是購買及維護的成本非 常昂貴。由于目前國內軌道交通信號系統(tǒng)安全計算機的自主開發(fā)在此領域內基 本空白，而軌跡交通"國產(chǎn)化"的需求及呼聲日漸高漲，所以基于這些方面， 研制一套自主開發(fā)的軌道交通信號系統(tǒng)安全計算機是勢在必行。 發(fā)明內容
本實用新型的目的在于打破依賴國外安全計算機系統(tǒng)的瓶頸，提供一種自 主研發(fā)的用于城市軌道交通信號系統(tǒng)的安全計算機。
本實用新型是通過以下技術方案實現(xiàn)的
一種城市軌道交通信號系統(tǒng)安全計算機，它為3取2或2取2乘2安全冗 余結構，其特征在于，所述的安全計算機主要由以下部分組成
輸入單元，包括至少一塊輸入板卡3，該單元用來監(jiān)測各繼電器觸點的狀態(tài)
信號；
微處理器單元(簡稱MPU)，按組成架構形式(3取2或2取2乘2)含有相應 數(shù)目的MTO板卡1，并通過總線與輸入單元相連，完成對接收數(shù)據(jù)的運算處理、 控制處理和數(shù)據(jù)發(fā)送；
通信接口單元(簡稱C0M)，包括兩塊C0M板卡5，即采用多板卡冗余方式， COM板卡5采用FPGA內嵌雙CPU結構， 一方面用于將上述MPU微處理器單元發(fā)來的數(shù)據(jù)在COM板內5采用3取2或2取2算法進行表決并發(fā)送；另一方面用 于將接收到的外部控制數(shù)據(jù)進行雙CPU比較運算并發(fā)送；
輸出單元，包括至少一塊輸出板卡2，通過總線與MPU單元相連，輸出單元 采用3取2或2取2算法比較MPU板卡1發(fā)來的控制指令，實現(xiàn)控制指令的安 全輸出；
安全監(jiān)視單元(簡稱VSC)，包括兩塊VSC板卡4，該單元與輸入單元、MPU 單元、C0M單元、輸出單元連接，負責他們的安全狀態(tài)監(jiān)視和輸出使能的管理。
另外，它還包括冗余電源單元6 (簡稱PSU)，確保系統(tǒng)不因單電源故障而 導致整個系統(tǒng)停止工作；
它還包括雙風扇裝置7，用于保證系統(tǒng)散熱的可靠性；
本實用新型的技術效果如下-
1、 本實用新型打破了過去主要依賴國外安全計算機系統(tǒng)的瓶頸，大大減少 了在購買和維護上的成本。
2、 本實用新型采用雙電源、雙風扇結構，提高了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。
3、 本實用新型采用多種安全數(shù)據(jù)保護措施，全面提高了系統(tǒng)的安全性。
圖l為本實用新型的結構框圖。 圖2為本實用新型的系統(tǒng)架構圖。 圖3為本實用新型輸入數(shù)據(jù)的工作流程圖。 圖4為本實用新型輸出數(shù)據(jù)的工作流程圖。 圖5為本實用新型安全集中管理層的工作流程圖。
具體實施方式
下邊結合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進一步的闡述 本實用新型所設計的城市軌道交通信號系統(tǒng)安全計算機是一套安全系統(tǒng)平
臺，擬采用2X2取2安全冗余結構或3取2結構，由硬件子系統(tǒng)，以及與硬件 子系統(tǒng)結合的,獨立開發(fā)的安全操作系統(tǒng)、相應應用程序組成。系統(tǒng)平臺采用多 層次的安全防護措施，所有的安全輸出均由三套(3取2)或四套(2X2取2) 獨立、非相關的軟、硬件子系統(tǒng)共同確定，系統(tǒng)安全設計等級目標為SIL4級。如圖l所示,本系統(tǒng)采用3取2架構，系統(tǒng)平臺由雙PSU冗余電源6 (型號 為NRT-PSU電源模塊)、MPU單元1 (型號為NRT-MPU主處理模塊)、輸入單元 (10板構成，型號為NRT-DI數(shù)字輸入模塊)、輸出單元(10板構成，型號為NRT-D0 數(shù)字輸出模塊)、VSC單元5 (型號為NRT-VSC系統(tǒng)安全檢測模塊)、COM單元4 (型號為NRT-COM通信模塊)等五種類型的控制板組成，組裝在標準的7U機籠 內。散熱系統(tǒng)由風冷設備組成，頂裝雙風扇7為系統(tǒng)散熱，當一個風扇因故障 停止時，另一風扇仍能保證系統(tǒng)散熱功能正常。采用冗余電源6可確保系統(tǒng)不 因單電源故障而導致整個系統(tǒng)停止工作，提高系統(tǒng)的可靠性。
如圖2所示，每塊MPU板卡1和相應數(shù)量的I0板(包括DI輸入板卡3、 DO 輸出板卡2)通過CPCI總線(全稱Compact PCI總線)組成一個智能控制單元， 當安裝成2個智能控制單元時，系統(tǒng)配置成2取2，這時可以再配一個同樣的機 框，構成2乘2取2配置；當安裝成3個智能控制單元時，配置成3取2，各智 能單元通過CAN總線連接在一起，輸入、輸出板卡3， 2采用單CPU結構，COM 板卡5采用雙CPU結構，VSC板4和COM板5各有兩個槽位，使用時各插一塊與 另一個機框通過內部LAN總線連接在一起并組成雙機熱備。兩塊COM板卡5之 間也通過總線連接，組成多板卡冗余結構。當現(xiàn)場要求的輸入輸出點數(shù)較大， 選擇相應CPCI機箱生產(chǎn)廠家(研華、控創(chuàng)等)的CTOS標準或擴展CPCI背板(全 稱Compact PCI背板)及增加10板，如有必要，將每個智能控制單元放在單獨
VSC單元包括兩塊VSC板卡4，該單元通過總線與輸入單元、MPU單元、COM 單元、輸出單元連接，負責他們的安全狀態(tài)監(jiān)視和輸出使能的管理。兩塊VSC 板卡之間也通過總線連接，組成多板卡冗余結構。
本實用新型的具體工作流程為
如圖3所示，系統(tǒng)的輸入單元中各DI板卡3監(jiān)測繼電器觸點的狀態(tài)信息； 通過PCI接口或CAN接口將數(shù)據(jù)上報給MPU單元中對應的MPU板卡1; MPU板卡 1將各觸點的狀態(tài)信息進行打包并通過網(wǎng)口發(fā)送；通信接口單元接收各MPU板卡 1發(fā)送的狀態(tài)數(shù)據(jù)包，通過采用3取2算法(若采用2乘2取2架構，則采用2取2算法)在C0M板5內進行表決，若數(shù)據(jù)信息一致，則將數(shù)據(jù)包通過外部LAN 總線發(fā)送給外部通訊設備，否則COM單元等待接收下幀數(shù)據(jù)。
如圖4所示，通信接口單元通過網(wǎng)口接收外部控制數(shù)據(jù)幀；C0M板卡5內的 雙CPU進行解包比較運算，數(shù)據(jù)包相應字節(jié)相同時COM單元把接收的數(shù)據(jù)重新 打包并通過網(wǎng)口發(fā)送至MPU單元中各MPU板卡1，否則等待接收下一幀數(shù)據(jù)；各 MPU板卡1進行解包運算并通過PCI接口或CAN接口發(fā)出控制指令；輸出單元中 對應的DO輸出板卡2接收各MPU板卡1發(fā)送的控制指令數(shù)據(jù)，輸出單元采用3 取2算法(若采用2乘2取2架構，貝採用2取2算法)進行比較運算，若輸 出單元的輸入數(shù)據(jù)一致，則執(zhí)行相關繼電器動作，否則不執(zhí)行任何操作。
如圖5所示，由VSC單元負責MPU、輸入輸出單元、COM的安全狀態(tài)的監(jiān)視、 輸出使能的管理，首先VSC板卡4發(fā)送心跳脈沖；MPU單元、輸入輸出單元，接 收到心跳中斷后，發(fā)送相應的心跳脈沖；VSC單元檢測上述各單元發(fā)送的心跳并 檢測心跳是否正常，若正常則標記其內部狀態(tài)寄存器相應位為"1"，否則切斷 相關的MPU單元、輸入輸出單元；VSC單元發(fā)送平臺狀態(tài)幀給COM單元；COM單 元接收后組包發(fā)送至外部以太網(wǎng)。
實施例系統(tǒng)平臺采用三層安全結構，第一層為安全運算層，由2塊或3塊 MPU板卡1組成，使用多板卡冗余方式和3取2算法或2取2算法保障本層安全。 第二層為安全輸入/輸出數(shù)據(jù)校驗層，包括COM單元和輸入、輸出單元，輸 入、輸出單元中分別設置三塊DIMX)板卡3， 2，其中DIVX)板卡3， 2采用單 CPU結構，C0M板卡5釆用雙CPU結構。對于COM板卡5，可由一個網(wǎng)口接收外 部數(shù)據(jù)，雙CPU進行比較運算，數(shù)據(jù)包相應字節(jié)相同時它把接受的數(shù)據(jù)重新打 包傳遞給三個MPU板卡；當接受三個MPU板卡1發(fā)過來的數(shù)據(jù)時，在COM單元 內進行表決，然后把結果發(fā)送給外部通訊設備。對于輸入、輸出板卡3， 2都采 用2路輸入、輸出，保證數(shù)據(jù)的準確性。上述不同單元的輸入/輸出一一對應， 每個單元在收到各MPU板卡1發(fā)出的控制輸出數(shù)據(jù)后，首先進行比較，如果輸 入數(shù)據(jù)比較不一致，則不對數(shù)據(jù)進行處理，或采取安全處理措施，從而實現(xiàn)單 元之間安全數(shù)據(jù)互檢，使系統(tǒng)具備更高的安全性能。除單元之間安全數(shù)據(jù)的自 檢和互檢外，系統(tǒng)平臺對外采用雙路輸入/輸出。對于安全通信數(shù)據(jù)，由于COM單元受控于MPU單元的通信輸出，故由MPU單元把數(shù)據(jù)發(fā)送完后，C0M單元進行 表決，然后通過網(wǎng)口輸出數(shù)據(jù)幀，外傳關鍵數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)包內前后放置二份；對 于開關量數(shù)據(jù)，由I/0板3， 2中的兩個子模塊開出兩個輸出點，分別控制安全 繼電器的兩條控制線，實現(xiàn)安全推挽輸出。
第三層為安全集中管理層，由VSC單元負責MPU、 I/O、 COM安全狀態(tài)的監(jiān) 視、輸出使能的管理，當系統(tǒng)處于非安全運行狀態(tài)時，通過禁止對外輸出使能， 進一步保證系統(tǒng)安全，并將各板卡安全狀態(tài)通過網(wǎng)絡遞交給COM板5， COM板5將 各板卡安全狀態(tài)上報。
各單元電源輸入部分均設置過流和過壓保護，防止設備不因過流和過壓而 損壞。
單元之間通過CPCI總線、CAN總線或其它控制線相互連接，進行數(shù)據(jù)傳輸 和進行單元之間的相互控制和聯(lián)絡。
本實用新型中應用到的常規(guī)電路均可采用相應技術人員均能實現(xiàn)的技術來 實現(xiàn)。
權利要求1、一種城市軌道交通信號系統(tǒng)安全計算機，其特征在于，所述的安全計算機主要由以下部分組成輸入單元，包括至少一塊輸入板卡，該單元用來監(jiān)測各繼電器觸點的狀態(tài)信號；微處理器單元，包括至少三塊微處理器板卡，通過總線與輸入單元相連，完成對接收數(shù)據(jù)的運算處理和數(shù)據(jù)發(fā)送；通信接口單元，包括兩塊通信接口板卡，該板卡采用FPGA內嵌雙CPU結構；輸出單元，包括至少一塊輸出板卡，通過總線與微處理器單元相連；安全監(jiān)視單元，包括兩塊安全監(jiān)視板卡，該單元與輸入單元、微處理單元、通信接口單元、輸出單元連接，負責他們的安全狀態(tài)監(jiān)視和輸出使能的管理。
2、 根據(jù)權利要求1所述的一種城市軌道交通信號系統(tǒng)安全計算機，其特征在于， 它還包括冗余電源單元，確保系統(tǒng)不因單電源故障而導致整個系統(tǒng)停止工作。
3、 根據(jù)權利要求1所述的一種城市軌道交通信號系統(tǒng)安全計算機，其特征在于， 它還包括雙風扇裝置，用于保證系統(tǒng)散熱的可靠性。
專利摘要本實用新型提供了一種城市軌道交通信號系統(tǒng)安全計算機，采用3取2安全冗余結構，包括輸入單元；MPU微處理器單元，完成對接收數(shù)據(jù)的運算處理和數(shù)據(jù)發(fā)送；COM通信接口單元，一方面用于將上述MPU微處理器單元發(fā)來的數(shù)據(jù)在COM板內采用3取2算法進行表決并發(fā)送；另一方面用于將接收到的外部控制數(shù)據(jù)進行雙CPU比較運算并發(fā)送；輸出單元，采用3取2算法實現(xiàn)控制指令的安全輸出；VSC安全監(jiān)視單元，該單元與輸入單元、MPU微處理單元、COM通信接口單元、輸出單元連接，負責他們的安全狀態(tài)監(jiān)視和輸出使能的管理。本實用新型打破依賴國外安全計算機系統(tǒng)的瓶頸，提供一種自主研發(fā)的用于城市軌道交通信號系統(tǒng)的安全計算機。
文檔編號B61L21/00GK201317379SQ20082018634
公開日2009年9月30日 申請日期2008年11月10日 優(yōu)先權日2008年11月10日
發(fā)明者瀾 王 申請人:南京恩瑞特實業(yè)有限公司