CN110865587A - 一种基于离散的高速冗余切换的输入输出装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于离散的高速冗余切换的输入输出装置，包括：多个输入输出模块以及主控模块；多个输入输出模块为冗余设计，且均设置有故障输出线；本发明采用离散的高速冗余切换技术，该技术应用于输入输出装置中的输入输出模块，输入输出模块具备故障输出线并且可检测到冗余模块故障输出线。输入输出装置中，主控模块通过CAN通信方式与输入输出模块进行数据交互，并负责所有输入输出装置的冗余切换指令下发。输入输出模块根据自身的故障状态、冗余模块的故障线状态、主控的切换指令实现离散的高速冗余切换。本发明的技术方案可实现小于10ms的冗余切换时间，解决了由于切换时间慢导致的信号中断问题，提高了系统的可靠性。

Description

一种基于离散的高速冗余切换的输入输出装置

技术领域

本发明涉及轨道交通车辆低压控制技术领域，具体而言，尤其涉及一种基于离散的高速冗余切换的输入输出装置。

背景技术

输入输出装置是车辆(例如地铁、火车、汽车等)中一个复杂且重要的子系统，输入输出装置可采集输入信号，进行逻辑运算，并输出信号给车辆的子系统(例如门控子系统、空调子系统、指示灯控子系统等)，以使子系统对车辆中对应的部件进行控制。在可靠性要求较高的输入输出装置中一般会采用热备冗余的方式进行设计，即一组输入输出装置投入工作，另外一组热备份，当出现故障时，进行快速切换。一个冗余的输入输出装置中一般包含如下设备，主控模块、输入输出模块。

在现有技术中，热备冗余的输入输出装置普遍采用集中式的冗余切换方式进行冗余管理，即输入输出模块将故障信息传输给主控模块，主控模块根据故障信息进行冗余切换管理，并将主从信息下发给输入输出模块，输入输出模块根据主从指令进行切换。

发明内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种基于离散的高速冗余切换的输入输出装置。本发明的输入输出装置可实现小于10ms的冗余切换时间，解决了由于切换时间慢导致的信号中断问题，提高了系统的可靠性。

本发明采用的技术手段如下：

一种基于离散的高速冗余切换的输入输出装置，包括：多个输入输出模块以及主控模块；所述的多个输入输出模块为冗余设计，且均设置有故障输出线；

所述主控模块通过CAN总线与所述输入输出模块实现数据交互。

进一步地，所述输入输出模块根据自身的故障状态、冗余模块的故障线状态、主控模块的切换指令实现离散的高速冗余切换。

进一步地，所述故障输出线在正常状态下输出脉冲波形，周期为t1，在故障状态下故障输出线电平不变化，周期t1可根据需求设置。

进一步地，所述输入输出模块可检测到冗余模块的故障输出线状态，当检测到冗余模块的故障输出线在周期为t2的时间内不变化，即表示冗余模块存在故障。

进一步地，所述的周期t2可根据需求设置，一般t2等于4到8倍t1。

进一步地，所述切换的方式为离散的切换方式，所述输入输出模块既能自身进行切换，同时也听从主控模块的切换指令，二者同时存在。

本发明还提供了一种基于离散的高速冗余切换的输入输出装置的工作方法，包括如下步骤：

S1、所述输入输出模块在运行时会实时监测主控模块发出的做主指令，如果主控模块发送了做主的指令，立刻执行指令的输入输出模块切换为主；

S2、如果输入输出模块为从，该输入输出模块会实时监测冗余模块的故障输出信号，如果冗余模块故障信号在t2时间内不变化，同时该输入输出模块自身无故障，则该输入输出模块会切换为主。

进一步地，所述的输入输出模块本身为从，且无故障；当检测到冗余模块故障线不变化超过t2，则所述输入输出模块切换为主，或当收到主控模块发送的做主指令时，所述输入输出模块切换为主。

较现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明提供的输入输出装置，通过离散的高速冗余切换技术，可实现小于10ms的冗余切换时间，解决了由于切换时间慢导致的信号中断问题，提高了系统的可靠性。

基于上述理由本发明可在轨道交通车辆低压控制等领域广泛推广。

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做以简单地介绍，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明输入输出装置的冗余设计图。

图2为本发明离散的高速冗余切换技术流程图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。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。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

如图1所示，本发明提供了一种基于离散的高速冗余切换的输入输出装置，包括：多个输入输出模块以及主控模块；多个输入输出模块为冗余设计，且均设置有故障输出线；主控模块通过CAN总线与输入输出模块实现数据交互。在图1中，主控模块为输入输出装置的控制核心，所有的输入输出逻辑运算、故障处理和切换指令下发均在主控模块中进行。输入输出模块根据自身的故障状态、冗余模块的故障线状态、主控模块的切换指令实现离散的高速冗余切换，切换的方式为离散的切换方式，输入输出模块既能自身进行切换，同时也听从主控模块的切换指令，二者同时存在。

具体实施时，在图1中，输入输出模块1-A和输入输出模块1-B为冗余关系，正常工作时一个做主，一个做从。输入输出模块1-A和输入输出模块1-B均具备故障输出线，故障输出线在正常状态下输出脉冲波形，周期为t1，在故障状态下故障输出线电平不变化。t1可根据需求设置。同时，输入输出模块1-A和输入输出模块1-B均可检测到冗余模块的故障输出线状态，当检测到冗余模块的故障输出线在t2时间内不变化，即表示冗余模块存在故障。t2可根据需求设置，一般t2等于4到8倍t1。

如图2所示，本发明提供了一种基于离散的高速冗余切换的输入输出装置的工作方法，包括如下步骤：

S1、输入输出模块在运行时会实时监测主控模块发出的做主指令，如果主控模块发送了做主的指令，立刻执行指令的输入输出模块切换为主；

S2、如果输入输出模块为从，该输入输出模块会实时监测冗余模块的故障输出信号，如果冗余模块故障信号在t2时间内不变化，同时该输入输出模块自身无故障，则该输入输出模块会切换为主。

具体实施时，输入输出模块本身为从，且无故障；当检测到冗余模块故障线不变化超过t2，则所述输入输出模块切换为主，当收到主控模块发送的做主指令时，也切换为主。

通过两种切换方式相结合，可大幅度提高输入输出装置的冗余切换速度，如果将t1设置为1ms，t2设置为4ms，考虑到故障检测时间1ms，那么输入输出装置发生故障后的切换时间为5ms。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，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范围。

Claims (8)

1.一种基于离散的高速冗余切换的输入输出装置，其特征在于，包括：多个输入输出模块以及主控模块；所述的多个输入输出模块为冗余设计，且均设置有故障输出线；

所述主控模块通过CAN总线与所述输入输出模块实现数据交互。

2.根据权利要求1所述的基于离散的高速冗余切换的输入输出装置，其特征在于，所述输入输出模块根据自身的故障状态、冗余模块的故障线状态、主控模块的切换指令实现离散的高速冗余切换。

3.根据权利要求1或2所述的基于离散的高速冗余切换的输入输出装置，其特征在于，所述故障输出线在正常状态下输出脉冲波形，周期为t1，在故障状态下故障输出线电平不变化，周期t1可根据需求设置。

4.根据权利要求1所述的基于离散的高速冗余切换的输入输出装置，其特征在于，所述输入输出模块可检测到冗余模块的故障输出线状态，当检测到冗余模块的故障输出线在周期为t2的时间内不变化，即表示冗余模块存在故障。

5.根据权利要求4所述的基于离散的高速冗余切换的输入输出装置，其特征在于，所述的周期t2可根据需求设置，一般t2等于4到8倍t1。

6.根据权利要求2所述的基于离散的高速冗余切换的输入输出装置，其特征在于，所述切换的方式为离散的切换方式，所述输入输出模块既能自身进行切换，同时也听从主控模块的切换指令，二者同时存在。

7.一种基于权利要求1-5任意一项权利要求所述的基于离散的高速冗余切换的输入输出装置的工作方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、所述输入输出模块在运行时会实时监测主控模块发出的做主指令，如果主控模块发送了做主的指令，立刻执行指令的输入输出模块切换为主；

S2、如果输入输出模块为从，该输入输出模块会实时监测冗余模块的故障输出信号，如果冗余模块故障信号在t2时间内不变化，同时该输入输出模块自身无故障，则该输入输出模块会切换为主。

8.根据权利要求7所述的基于离散的高速冗余切换的输入输出装置的工作方法，其特征在于，所述的输入输出模块本身为从，且无故障；当检测到冗余模块故障线不变化超过t2，则所述输入输出模块切换为主，当收到主控模块发送的做主指令时，也切换为主。

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