工业自动化控制系统的双系热备系统的主备切换单元

摘要

本发明公开了一种工业自动化控制系统的双系热备系统的主备切换单元，主备切换单元包括由3个继电器组成的继电器切换电路，A系输出控制继电器的线圈连接在A系的输出板的输出点和A系控制负电源之间；B系输出控制继电器的线圈连接在B系的输出板的输出点和B系控制负电源之间；切换采集继电器的线圈连接在第一开关的一端和第一控制负电源之间，第二开关连接在第一开关的第二端和第一控制正电源之间，第三开关的两端分别和第二开关的两端相连，第四开关的两端连接在A系的输入板的输入点和A系控制正电源之间，第五开关的两端连接在B系的输入板的输入点和B系控制正电源之间。本发明能简化继电器切换电路、提高主备系的切换效率，能避免切换死锁的发生以及双主机的情况出现。

说明书

技术领域

本发明涉及基于双系热备份的工业自动化控制系统，特别是涉及一种工业自动化控制 系统的双系热备系统的主备切换单元。

背景技术

基于双系热备份的工业自动化控制系统如铁路信号计算机联锁控制系统中需要采用主备 切换单元对主备机进行切换，现有主备切换单元的核心切换电路主要采用主备系对称的继 电器电路，就是说双系的切换输出和主备系状态采集电路是完全一致和对等的；对于 两个对称的主备系来说，至少分别需要设置一个用于主机切换的输出控制器和一个用 于采集主备系状态的切换采集继电器。现有电路的缺陷就是带来电路设计复杂，主备 切换效率的较低；同时如果两系同时输出抢主机的情况下，有可能会发生死锁而导致 双系的切换全部失败，会降低可靠性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种工业自动化控制系统的双系热备系统的 主备切换单元，能简化继电器切换电路、提高主备系的切换效率，能避免切换死锁的 发生以及双主机的情况出现。

为解决上述技术问题，本发明提供的工业自动化控制系统的双系热备系统的主备 切换单元，双系热备系统包括互为热备份的A系和B系，主备切换单元用于对A系和 B系的主备机状态进行切换，其特征在于，主备切换单元包括由3个继电器组成的继 电器切换电路，3个所述继电器分别为A系输出控制继电器、B系输出控制继电器和 切换采集继电器，所述A系和所述B系都分别包括一个输出板和一个输入板。所述A 系输出控制继电器为所述A系需要切换为主机时的输出控制继电器，所述B系输出控 制继电器为所述B系需要切换为主机时的输出控制继电器，所述切换采集继电器用于 确定所述A系或所述B系的主备机状态。

所述A系输出控制继电器的线圈连接在所述A系的输出板的输出点和A系控制负 电源之间；所述B系输出控制继电器的线圈连接在所述B系的输出板的输出点和B系 控制负电源之间。

所述A系输出控制继电器包括一个触点开关且令该触点开关为第一开关。

所述B系输出控制继电器包括一个触点开关且令该触点开关为第二开关。

所述切换采集继电器包括三个触点开关且令该三个触点开关分别为第三开关、第 四开关和第五开关。

所述切换采集继电器的线圈连接在所述第一开关的一端和第一控制负电源之间， 所述第二开关连接在所述第一开关的第二端和第一控制正电源之间，所述第三开关的 两端分别和所述第二开关的两端相连，所述第四开关的两端连接在所述A系的输入板 的输入点和A系控制正电源之间，所述第五开关的两端连接在所述B系的输入板的输 入点和B系控制正电源之间。

在所述A系输出控制继电器的线圈未通电时所述第一开关处于常闭状态，在所述 B系输出控制继电器的线圈未通电时所述第二开关处于常开状态，在所述切换采集继 电器的线圈未通电时所述第三开关处于常开状态、所述第四开关处于常闭状态和所述 第五开关处于常开状态。

进一步的改进是，所述A系的输出板的输出点保持现有状态时输出低电平，所述 A系的输出板的输出点在需要将所述A系切换为主机时输出高电平信号并在切换完成 或切换超时后停止高电平的输出并输出低电平；所述A系的输出板的输出点为高电平 时，所述A系输出控制继电器的线圈通电并使所述第一开关的状态切换开态。

所述B系的输出板的输出点保持现有状态时输出低电平，所述B系的输出板的输 出点在需要将所述B系切换为主机时输出高电平信号并在切换完成或切换超时后停止 高电平的输出并输出低电平；所述B系的输出板的输出点为高电平时，所述B系输出 控制继电器的线圈通电并使所述第二开关的状态切换闭态，此时所述切换采集继电器 的线圈也通电并使所述第三开关切换为闭态、所述第四开关切换为开态、所述第五开 关切换为开态，所述第三开关切换为闭态后使所述切换采集继电器的线圈保持为通电 状态直到所述A系的输出板的输出点的高电平到来。

进一步的改进是，所述A系的输入板的输入点用于确定所述A系的状态，当所述 A系的输入板的输入点为高电平时所述A系为主机，当所述A系的输入板的输入点为 低电平时所述A系为备机。

所述B系的输入板的输入点用于确定所述B系的状态，当所述B系的输入板的输 入点为高电平时所述B系为主机，当所述B系的输入板的输入点为低电平时所述B系 为备机。

进一步的改进是，工业自动化控制系统为铁路信号计算机联锁控制系统，所述铁 路信号计算机联锁控制系统的核心联锁控制器为所述双系热备系统。

本发明的主备切换单元的继电器切换电路采用3个继电器就能实现，为一种非对 称的结构，相对于现有的对称结构的继电器切换电路，本发明所采用的继电器更少， 能使整个继电器切换电路更简单。

同时，进行主备机的切换时，继电器的减少能够减少切换时间，从而提高切换效 率。

本发明还能避免由于现有的对称结构的继电器切换电路而带来的切换死锁问题 以及出现双主机的情况。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是本发明实施例的继电器切换电路的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，是本发明实施例的继电器切换电路的结构示意图。本发明实施例的 工业自动化控制系统为铁路信号计算机联锁控制系统，所述铁路信号计算机联锁控制 系统的核心联锁控制器为双系热备系统，包括互为热备份的A系和B系。

主备切换单元用于对所述核心联锁控制器的A系和B系的主备机状态进行切换， 即所述主备切换单元为其所述核心联锁控制器的控制双系切换设备。主备切换单元包 括由3个继电器组成的继电器切换电路，3个所述继电器分别为A系输出控制继电器 AQHJ、B系输出控制继电器BQHJ和切换采集继电器QHCJ，所述A系和所述B系都分 别包括一个输出板和一个输入板。所述A系输出控制继电器AQHJ为A系需要切换为 主机时的输出控制继电器。所述B系输出控制继电器BQHJ为B系需要切换为主机时 的输出控制继电器。所述切换采集继电器QHCJ用于确定A，B两系谁为主系，谁为备 系；所述切换采集继电器QHCJ吸起即所述切换采集继电器QHCJ的线圈通电时代表B 系为主机，所述切换采集继电器QHCJ落下即所述切换采集继电器QHCJ的线圈未通电 时代表A系为主机。

所述A系输出控制继电器AQHJ的线圈连接在所述A系的输出板1A的输出点ZBO 和A系控制负电源A-KF之间；所述B系输出控制继电器BQHJ的线圈连接在所述B系 的输出板1B的输出点ZBO和B系控制负电源B-KF之间。

所述A系输出控制继电器AQHJ包括一个触点开关且令该触点开关为第一开关 AQHJ-1。

所述B系输出控制继电器BQHJ包括一个触点开关且令该触点开关为第二开关 BQHJ-1。

所述切换采集继电器QHCJ包括三个触点开关且令该三个触点开关分别为第三开 关QHCJ-1、第四开关QHCJ-2和第五开关QHCJ-3。

所述切换采集继电器QHCJ的线圈连接在所述第一开关AQHJ-1的一端和第一控制 负电源KF之间，所述第二开关BQHJ-1连接在所述第一开关AQHJ-1的第二端和第一 控制正电源KZ之间，所述第三开关QHCJ-1的两端分别和所述第二开关BQHJ-1的两 端相连，所述第四开关QHCJ-2的两端连接在所述A系的输入板2A的输入点ZBI和A 系控制正电源A-KZ之间，所述第五开关QHCJ-3的两端连接在所述B系的输入板2B 的输入点ZBI和B系控制正电源B-KZ之间。

在所述A系输出控制继电器AQHJ的线圈未通电时所述第一开关AQHJ-1处于常闭 状态，在所述B系输出控制继电器BQHJ的线圈未通电时所述第二开关BQHJ-1处于常 开状态，在所述切换采集继电器QHCJ的线圈未通电时所述第三开关QHCJ-1处于常开 状态、所述第四开关QHCJ-2处于常闭状态和所述第五开关QHCJ-3处于常开状态。

所述A系的输出板1A的输出点ZBO保持现有状态时输出低电平，所述A系的输 出板1A的输出点ZBO在需要将所述A系切换为主机时输出高电平信号并在切换完成 或切换超时后停止高电平的输出并输出低电平；所述A系的输出板1A的输出点ZBO 为高电平时，所述A系输出控制继电器AQHJ的线圈通电并使所述第一开关AQHJ-1的 状态切换开态。

所述B系的输出板1B的输出点ZBO保持现有状态时输出低电平，所述B系的输 出板1B的输出点ZBO在需要将所述B系切换为主机时输出高电平信号并在切换完成 或切换超时后停止高电平的输出并输出低电平；所述B系的输出板1B的输出点ZBO 为高电平时，所述B系输出控制继电器BQHJ的线圈通电并使所述第二开关BQHJ-1的 状态切换闭态，此时所述切换采集继电器QHCJ的线圈也通电并使所述第三开关 QHCJ-1切换为闭态、所述第四开关QHCJ-2切换为开态、所述第五开关QHCJ-3切换为 开态；由于所述第一开关AQHJ-1为常闭状态，故所述第三开关QHCJ-1切换为闭态后 使所述切换采集继电器QHCJ的线圈保持为通电状态直到所述A系的输出板1A的输出 点ZBO的高电平到来，因为所述A系的输出板1A的输出点ZBO的高电平到来后会使 所述第一开关AQHJ-1切换为开态并将所述切换采集继电器QHCJ的线圈和第一控制正 电源KZ的连接关系切断、从而使所述第三开关QHCJ-1、所述第四开关QHCJ-2和所述 第五开关QHCJ-3都切换为未通电的常态。

上述的所述A系或所述B系的输出点ZBO的输出用0或1表示如下：

“1”：切换本系为主机

“0”：保持现有状态。

注：当检测到切换完成或者切换超时后，停止该点输出。

所述A系的输入板2A的输入点ZBI用于确定所述A系的状态，当所述A系的输 入板2A的输入点ZBI为高电平时所述A系为主机，当所述A系的输入板2A的输入点 ZBI为低电平时所述A系为备机。

所述B系的输入板2B的输入点ZBI用于确定所述B系的状态，当所述B系的输 入板2B的输入点ZBI为高电平时所述B系为主机，当所述B系的输入板2B的输入点 ZBI为低电平时所述B系为备机。

上述的所述A系或所述B系的输入点ZBI用0或1表示主备机如下：

“1”：主机；

“0”：备机。

本发明实施例中：

所述A系输出控制继电器AQHJ和所述B系输出控制继电器BQHJ分别由所述A系， B系直接控制，用于本系需要切换为主系时控制切换电路的动作。

所述A系输出控制继电器AQHJ和所述B系输出控制继电器BQHJ都为常态落下的 继电器，当切换完成或者切换超时需要停止切换输出，一般可以将超时时间设定为0.2 秒～0.5秒。

双系的主备状态由所述切换采集继电器QHCJ来确定，当所述切换采集继电器 QHCJ为落下状态时，A系为主机，当所述切换采集继电器QHCJ为吸起状态时，B系为 主机；A系和B系分别采集所述切换采集继电器QHCJ的落下节点和吸起节点以确定本 系的主备机状态；

所述切换采集继电器QHCJ由所述A系输出控制继电器AQHJ和所述B系输出控制 继电器BQHJ分别控制其落下和吸起动作，当所述切换采集继电器QHCJ吸起时，通过 自己的一个吸起节点即所述第三开关QHCJ-1来保持为吸起状态。

本发明实施例的效率分析：

本发明实施例的整个切换过程的时间就是两个继电器的动作时间，如从A系主机 切换为B系主机时，所述B系输出控制继电器BQHJ和所述切换采集继电器QHCJ要动 作；从B系主机切换为A系主机时，所述A系输出控制继电器AQHJ和所述切换采集 继电器QHCJ要动作，即每次切换只有两个继电器动作；而现有的对称式切换电路的 切换过程至少需要三个继电器的动作时间，所以本发明实施例的切换时间更少、切换 效率高；一般普通的继电器动作时间大约在10毫秒～20毫秒之间，因此，本发明实 施例的继电器切换电路的切换时间大约为20毫秒～40毫秒之间，所以本发明实施例 能用于切换时间要求不低于40毫秒的应用场合。

安全防护措施：

为了缓解切换采集继电器QHCJ的节点粘连导致出现双主机的安全风险，在ZBI 的采集电路中，可以串行采集切换采集继电器QHCJ的两个节点，其中ZBI为双系采 集QHCJ状态的输入点，其中A系采集QHCJ的常闭接点，B系采集QHCJ的常开接点。

以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限 制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这 些也应视为本发明的保护范围。