本實(shí)用新型涉及工業(yè)控制領(lǐng)域，尤其涉及應(yīng)用于安全計(jì)算機(jī)的輸出控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在工業(yè)控制領(lǐng)域特別是安全相關(guān)的工業(yè)控制領(lǐng)域，對(duì)其核心控制單元——安全計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)具有很高的可靠性和安全性要求，除了選用高可靠性的電子元器件外，各種安全可靠的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)和方法也備廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，輸出控制技術(shù)作為安全計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一，其安全性和可靠性對(duì)著整個(gè)安全計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的安全性和可靠性有著極其重要的影響。

目前在業(yè)界普遍采用電磁繼電器控制電路來實(shí)現(xiàn)安全輸出控制，電磁繼電器是一種電子控制器件，當(dāng)輸入量達(dá)到某一定值，繼電器內(nèi)銜鐵就會(huì)在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動(dòng)觸點(diǎn)吸合。當(dāng)輸入量降低到某一定值，吸力減小或消失，銜鐵就會(huì)在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動(dòng)觸點(diǎn)釋放。這樣吸合、釋放，從而達(dá)到了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的，即實(shí)現(xiàn)控制電路的輸出和不輸出兩種狀態(tài)。電磁繼電器控制電路具有用低輸入量控制高輸出量運(yùn)作的能力，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制和自動(dòng)化控制，在繼電器的輸入部分和輸出部分之間，還能對(duì)輸入輸出進(jìn)行耦合隔離，故在電路中起著自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。

針對(duì)業(yè)界普遍采用的電磁繼電器輸出控制電路，下面分析其存在的缺陷。

單一電磁繼電器控制電路可靠性較低。在工業(yè)控制領(lǐng)域，除了對(duì)其使用設(shè)備的安全性有著很高的要求以外，設(shè)備可靠性也是極其重要的一個(gè)指標(biāo)，局限于采購成本和設(shè)備體積等因素，雖然我們?cè)谠O(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)時(shí)已經(jīng)盡量選擇可靠性較高的器件，但是，往往最終選擇的繼電器以及其組成的輸出控制電路并不能完全滿足系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)要求，特別是在一些安全苛刻的領(lǐng)域中，例如軌道交通、航天航空、軍事等，系統(tǒng)會(huì)采用很多手段或者輔助設(shè)備來保證系統(tǒng)的安全，系統(tǒng)的復(fù)雜程度增加將直接導(dǎo)致可靠性的降低，因此會(huì)對(duì)可靠性設(shè)計(jì)有更高的要求，而如果依舊采用單一電磁繼電器控制電路，將會(huì)使得其成為整個(gè)系統(tǒng)的可靠性瓶頸。

另外電磁繼電器本身工作也存在著較大的能耗。在工業(yè)控制領(lǐng)域中，如上所說，為了保證輸出安全和減低控制難度，多采用電磁繼電器控制電路來實(shí)現(xiàn)輸出控制，而一般工業(yè)控制系統(tǒng)都是大型工業(yè)設(shè)備或者大型集成系統(tǒng)，其本身系統(tǒng)比較龐大且接口數(shù)量很多，這就使得其使用的繼電器數(shù)量增加很多，從而驅(qū)動(dòng)繼電器產(chǎn)生的能耗會(huì)變的相當(dāng)龐大，在某些情況下，可能成為整個(gè)系統(tǒng)的能耗瓶頸和巨大負(fù)擔(dān)，大大增加整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的難度以及整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)施和運(yùn)營(yíng)成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題就是提供一種應(yīng)用于安全計(jì)算機(jī)的輸出控制系統(tǒng)，降低能耗，提高系統(tǒng)的可靠性。

為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案：一種應(yīng)用于安全計(jì)算機(jī)的輸出控制系統(tǒng)，包括設(shè)有線圈A和線圈B的雙線圈繼電器，所述線圈A和線圈B并聯(lián)驅(qū)動(dòng)該雙線圈繼電器，以使其輸出驅(qū)動(dòng)外部設(shè)備的所需信號(hào)，還設(shè)有同時(shí)輸出且分別驅(qū)動(dòng)線圈A和線圈B的輸出控制A系單元和輸出控制B系單元。

優(yōu)選的，所述輸出控制A系單元/輸出控制B系單元包括驅(qū)動(dòng)控制模塊、根據(jù)驅(qū)動(dòng)控制模塊的輸出控制信號(hào)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)繼電器的電壓信號(hào)的驅(qū)動(dòng)輸出模塊以及調(diào)整具體的輸出電壓值的電壓調(diào)整模塊。

本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案，整個(gè)輸出控制由A系和B系一起控制，兩系同時(shí)輸出以驅(qū)動(dòng)雙線圈繼電器模塊線圈，線圈A或線圈B只要有一個(gè)被驅(qū)動(dòng)，繼電器就能吸起，從而保證系統(tǒng)的可靠輸出，單系故障不會(huì)影響系統(tǒng)工作。而且主系繼電器線圈一直處于滿額驅(qū)動(dòng)狀態(tài)，保證繼電器的可靠吸起，備系繼電器則在吸引后轉(zhuǎn)入吸起保持狀態(tài)，進(jìn)入節(jié)能模式，達(dá)到降低能耗的目的。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述：

圖1是本實(shí)用新型的原理框圖；

圖2為驅(qū)動(dòng)控制邏輯圖；

圖3為驅(qū)動(dòng)輸出邏輯圖；

圖4為電壓調(diào)節(jié)邏輯圖；

圖5為繼電器工作邏輯圖。

具體實(shí)施方式

本實(shí)用新型以軌道交通聯(lián)鎖系統(tǒng)應(yīng)用中的二乘二取二安全計(jì)算機(jī)平臺(tái)為例說明其原理，二乘為雙機(jī)熱備冗余結(jié)構(gòu)，即A系和B系同時(shí)工作，只要其中有一系正常，系統(tǒng)就能正常工作，二取二為雙通道表決機(jī)制，即只有當(dāng)單系內(nèi)通道1和通道2的處理單元對(duì)輸入信息的運(yùn)算結(jié)果一致，此系才能采用此結(jié)果或者進(jìn)行有效輸出。

本實(shí)用新型是一種應(yīng)用于安全計(jì)算機(jī)的輸出控制系統(tǒng)，包括設(shè)有線圈A和線圈B的雙線圈繼電器模塊，所述線圈A和線圈B并聯(lián)驅(qū)動(dòng)繼電器，以使其輸出驅(qū)動(dòng)外部設(shè)備的所需信號(hào)，還設(shè)有同時(shí)輸出且分別驅(qū)動(dòng)線圈A和線圈B的輸出控制A系單元和輸出控制B系單元以及選擇輸出控制A系單元和輸出控制B系單元哪一個(gè)作為主系/備系，并將結(jié)果反饋給各系的主備切換模塊。

其輸出控制原理如圖1所示，整個(gè)輸出控制由A系和B系一起控制，兩系同時(shí)輸出以驅(qū)動(dòng)雙線圈繼電器模塊線圈，線圈A或線圈B只要有一個(gè)被驅(qū)動(dòng)，繼電器就能吸起，從而保證系統(tǒng)的可靠輸出，單系故障不會(huì)影響系統(tǒng)工作，另外由主備切換控制模塊決定誰是主通道誰是備通道，主系繼電器線圈一直處于滿額驅(qū)動(dòng)狀態(tài)，保證繼電器的可靠吸起，備系繼電器則在吸引后轉(zhuǎn)入吸起保持狀態(tài)，進(jìn)入節(jié)能模式。

輸出控制系(A/B)由驅(qū)動(dòng)控制模塊(A/B)，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)化模塊(A/B)、驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)化模塊(A/B)、電壓調(diào)整模塊(A/B)、雙線圈繼電器模塊組成。

驅(qū)動(dòng)控制模塊為控制邏輯的中心，需要采集主備狀態(tài)、輸出電壓控制信號(hào)和電壓調(diào)整信號(hào)、采集繼電器狀態(tài)等。驅(qū)動(dòng)輸出模塊的作用是根據(jù)驅(qū)動(dòng)控制模塊給出的輸出控制信號(hào)產(chǎn)生可以驅(qū)動(dòng)繼電器的電壓信號(hào)。電壓調(diào)整模塊的作用是調(diào)整具體輸出電壓值，以使得繼電器進(jìn)入不同的工作狀態(tài)。

繼電器模塊的作用是將控制信號(hào)轉(zhuǎn)化為驅(qū)動(dòng)外部設(shè)備的所需信號(hào)，并達(dá)到隔離保護(hù)和輸出反饋的作用。A系和B系繼電器線圈并聯(lián)驅(qū)動(dòng)輸出繼電器，只要其中有一路輸出系統(tǒng)就能正常輸出。

另外圖中的主備切換控制模塊是兩系工作的交互媒介，是輸出控制電路正常工作的重要基礎(chǔ)，它的作用是進(jìn)行系間裁決，決策A系和B系誰是主系誰是備系，并將結(jié)果反饋給各系。

以下對(duì)圖中涉及的關(guān)鍵信號(hào)作出說明。

VO_CTL信號(hào)為驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)。

VO_ADJ信號(hào)為驅(qū)動(dòng)電壓調(diào)節(jié)信號(hào)。

VO_FD信號(hào)為繼電器狀態(tài)采集信號(hào)。

VO1+/-信號(hào)為原始繼電器驅(qū)動(dòng)電壓信號(hào)。

VO2+/-信號(hào)為實(shí)際繼電器驅(qū)動(dòng)電壓信號(hào)。

驅(qū)動(dòng)+/-為外部設(shè)備驅(qū)動(dòng)信號(hào)。

下面對(duì)各模塊功能進(jìn)行詳細(xì)描述。

●驅(qū)動(dòng)控制模塊

在實(shí)際電路中，驅(qū)動(dòng)控制模塊主要由單片機(jī)、控制器或者處理器及其外圍電路實(shí)現(xiàn)，主要涉及采集主備狀態(tài)，采集繼電器狀態(tài)，輸出控制信號(hào)，輸出電壓調(diào)整信號(hào)等幾個(gè)主要功能。

如圖2所示，基本控制邏輯如下：驅(qū)動(dòng)控制模塊收到上層系統(tǒng)給出的輸出指令，輸出電壓控制信號(hào)VO_CTL＝1和電壓調(diào)節(jié)信號(hào)VO_ADJ＝0，再采集繼電器工作狀態(tài)，若繼電器未吸起，則進(jìn)行故障報(bào)警，通知進(jìn)行檢測(cè)維修；若繼電器有效吸起，則再判斷當(dāng)前通道是否為主通道，若是主通道，則保持輸出電壓控制信號(hào)VO_CTL＝1和電壓調(diào)節(jié)信號(hào)VO_ADJ＝0，保證繼電器的可靠吸起，若當(dāng)前為備通道，則輸出電壓控制信號(hào)VO_CTL＝1和電壓調(diào)節(jié)信號(hào)VO_ADJ＝1，備系繼電器線圈進(jìn)入驅(qū)動(dòng)保持狀態(tài)，即節(jié)能工作狀態(tài)。整個(gè)驅(qū)動(dòng)控制過程中，繼電器的狀態(tài)檢測(cè)和主備狀態(tài)檢測(cè)為持續(xù)循環(huán)的，如果狀態(tài)有所變化，則會(huì)進(jìn)入不同的邏輯分支。

●驅(qū)動(dòng)輸出模塊

在實(shí)際電路中，電壓輸出模塊由三極管、MOS等基本驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)控制信號(hào)到驅(qū)動(dòng)電壓的轉(zhuǎn)化。

如圖3所示，基本控制邏輯如下：驅(qū)動(dòng)輸出模塊收到驅(qū)動(dòng)控制模塊輸出的驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)VO_CTL，當(dāng)VO_CTL＝1時(shí)，驅(qū)動(dòng)輸出模塊輸出可以驅(qū)動(dòng)繼電器工作的原始電壓信號(hào)VO1+/-，此時(shí)VO1A+/-＝U_額定，當(dāng)VO_CTL＝0，驅(qū)動(dòng)輸出模塊則不輸出驅(qū)動(dòng)電壓，此時(shí)VO1+/-＝0。

●電壓調(diào)整模塊

電壓調(diào)整模塊的具體實(shí)現(xiàn)方式有多種，例如由輸出電壓控制可調(diào)的電源芯片實(shí)現(xiàn)或者采用多路電源的開關(guān)切換電路實(shí)現(xiàn)等等。

如圖4所示，基本控制邏輯如下：電壓調(diào)整模塊收到驅(qū)動(dòng)輸出模塊輸出的原始驅(qū)動(dòng)電壓信號(hào)VO1+/-，當(dāng)VO1+/-＝0，電壓調(diào)整模塊不輸出驅(qū)動(dòng)電壓，此時(shí)驅(qū)動(dòng)繼電器工作的實(shí)際電壓信號(hào)VO2+/-＝0；當(dāng)VO1+/-＝U_額定，則繼續(xù)判斷輸入的VO_ADJ信號(hào)，若VO_ADJ＝0，則輸出滿額驅(qū)動(dòng)繼電器的工作電壓，此時(shí)VO2+/-＝U_額定，若VO_ADJ＝1，則輸出驅(qū)動(dòng)保持的繼電器工作電壓，此時(shí)VO2+/-＝U_保持。

●雙線圈繼電器模塊

雙線圈繼電器模塊由繼電器和外圍電路構(gòu)成，作為最終的輸出控制接口，需要完成驅(qū)動(dòng)電壓轉(zhuǎn)化輸出和繼電器狀態(tài)反饋兩個(gè)主要功能。

如圖5所示，基本控制邏輯如下：繼電器采集到驅(qū)動(dòng)電壓VO2A+/-和VO2B+/-后會(huì)進(jìn)入到不同的工作狀態(tài)，如果繼電器吸起則輸出驅(qū)動(dòng)+/-信號(hào)，輸出繼電器狀態(tài)信號(hào)VO_FD＝1；如果繼電器未吸起，則不輸出用于驅(qū)動(dòng)對(duì)外設(shè)備的驅(qū)動(dòng)+/-信號(hào)，輸出繼電器狀態(tài)信號(hào)VO_FD＝0。驅(qū)動(dòng)控制電路根據(jù)兩系驅(qū)動(dòng)輸出情況以及繼電器狀態(tài)回檢信號(hào)采取對(duì)應(yīng)的控制策略。

另外，本實(shí)用新型主要運(yùn)用于二乘二取二的計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖輸出控制系統(tǒng)，也可以應(yīng)用在類似架構(gòu)的冗余計(jì)算機(jī)輸出控制、繼電器輸出控制等系統(tǒng)中。