本发明公开了一种自轮运转特种设备的计算机平台及其应用方法，包括主机和2个人机界面接口单元DMI；所述主机包括第一系统A、第二系统B和通信扩展单元；各个人机界面接口单元DMI均包括第一显示控制单元、第二显示控制单元和切换单元；切换单元分别与第一系统A、第二系统B、通信扩展单元、第一显示控制单元和第二显示控制单元电连接，通信扩展单元分别与第一系统A和第二系统B电连接。本发明具有如下有益效果：本发明的第一系统A和第二系统B互为热备冗余，使得轨道车运行监控设备的安全性达到SIL4的安全等级；本发明提高了轨道车运行控制设备的可靠性、可用性、可维护性、安全性和可扩展性。
1.一种基于自轮运转特种设备的计算机平台的应用方法，其特征在于，自轮运转特种设备的计算机平台包括主机(1)、2个人机界面接口单元DMI(2)第一压力传感器(6)、第二压力传感器(7)、第一速度传感器(8)和第二速度传感器(9)；所述主机包括第一系统A(11)、第二系统B(12)和通信扩展单元(13)；各个人机界面接口单元DMI均包括第一显示控制单元(21)、第二显示控制单元(22)和切换单元(23)；所述第一系统A包括电源板(111)、第一主控板(112)、第二主控板(113)、第一输出板(114)和第一机车信号板(115)；切换单元分别与第一系统A、第二系统B、通信扩展单元、第一显示控制单元和第二显示控制单元电连接，通信扩展单元分别与第一系统A和第二系统B电连接；电源板分别与第一主控板、第二主控板、第一输出板、第一机车信号板和通信扩展单元电连接，第一主控板、第二主控板和第一机车信号板均与通信扩展单元电连接，第一主控板和第二主控板均与第一输出板电连接；第一压力传感器和第二压力传感器均与第一主控板电连接；第一速度传感器和第二速度传感器均与第一主控板电连接；包括如下步骤：(1-1)管压信号采集方法；
(1-1-1)设置第一管压P1和第二管压P2的压差的阈值范围[ΔPmin,ΔPmax]；
(1-1-2)第一主控板通过第一压力传感器采集第一管压P1，第二主控板通过第二压力传感器采集第二管压P2；
(1-1-3)利用公式ΔP＝|P1-P2|计算第一管压P1和第二管压P2的压差ΔP，如果ΔPmin≤ΔP≤ΔPmax，第一管压P1和第二管压P2均等于第一管压P1和第二管压P2的平均值，即如果ΔP＞ΔPmax或ΔP＜ΔPmin，第一管压P1和第二管压P2均等于第一管压P1和第二管压P2的最大值，即P1＝P2＝max{P1,P2}；
(1-1-4)比较第一管压P1和第二管压P2，如果P1≠P2，表明管压数据错误，第一主控板不向人机界面接口单元DMI发送数据；如果P1＝P2，第一主控板向人机界面接口单元DMI发送数据；
(1-2-1)设置速度差的阈值范围[ΔVmin,ΔVmax]；
(1-2-2)第一主控板通过第一速度传感器采集第一速度V1，通过第二速度传感器采集第二速度V2；第二主控板通过第一速度传感器采集第三速度V1‘，第二速度传感器采集第四速度V2’；
(1-2-3)选取第一速度V1与第二速度V2的较大值作为第五速度V3，即V3＝max{V1，V2}；
选取第三速度V1‘和第四速度V2’的较大值作为第六速度V4，即V4＝max{V1‘，V2’}；
(1-2-4)利用公式ΔV＝|V3-V4|计算第五速度V3和第六速度V4的速度差ΔV，如果ΔVmin≤ΔV≤ΔVmax，第五速度V3和第六速度V4均等于第五速度V3和第六速度V4的最大值，即V3＝V4＝max{V3，V4}；
如果ΔV＞ΔVmax或ΔV＜ΔVmin，实施紧急制动。
2.根据权利要求1所述的基于自轮运转特种设备的计算机平台的应用方法，其特征在于，所述第一主控板包括第一处理器(1121)、第一输入单元(1122)、第一输出单元(1123)、通信接口模块(1124)、第一同步接口模块(1125)、电源监测模块(1126)和第一存储器(1127)；第一处理器分别与第一输入单元、第一输出单元、通信接口模块、第一同步接口模块、电源监测模块和第一存储器电连接，第一同步接口模块与第二主控板电连接，通信接口模块与第一机车信号板电连接，第一输入单元和第一输出单元均与第一输出板电连接。
3.根据权利要求1所述的基于自轮运转特种设备的计算机平台的应用方法，其特征在于，所述第一输出板包括第一执行单元和第二执行单元；第一执行单元与第一主控板电连接，第二执行单元与第二主控板电连接。
4.根据权利要求1所述的基于自轮运转特种设备的计算机平台的应用方法，其特征在于，所述第一机车信号板包括第一CPU(1151)、第二CPU(1152)、第一信号调理模块(1153)、第二信号调理模块(1154)、2个通信接口模块(1155)、2个数据交换模块(1156)、2个同步时钟模块(1157)、2个电源监测模块和继电器(1158)；第一CPU分别与第一信号调理模块和电源监测模块电连接，第一CPU通过各个通信接口模块、各个数据交换模块和各个同步时钟模块与第二CPU电连接，第二CPU分别与第二信号调理模块和电源监测模块电连接，继电器分别与第一信号调理模块和第二信号调理模块电连接。
5.根据权利要求2所述的基于自轮运转特种设备的计算机平台的应用方法，其特征在于，所述第一输入单元包括速度采集接口(3)、管压采集接口(4)、工况采集接口(5)和检测接口(10)；速度采集接口、管压采集接口、工况采集接口和检测接口均与第一处理器电连接，检测接口与第一输出板电连接。
6.根据权利要求1或2或3或4或5所述的基于自轮运转特种设备的计算机平台的应用方法，其特征在于，通信扩展单元包括CAN通信接口、高速总线接口、LAN通信接口、422通信接口和数据存储器。
基于自轮运转特种设备的计算机平台的应用方法
技术领域
[0001] 本发明涉及自轮运转特种设备的运行监控技术领域，尤其是涉及一种安全性达到SIL4的安全等级，同时能够提高轨道车运行控制设备可靠性、可用性、可维护性、安全性和可扩展性的基于自轮运转特种设备的计算机平台的应用方法。
背景技术
[0002] 在我国铁路机车运行监控系统主要有客车LKJ系统，高铁的ATP系统以及安装在自轮运转特种设备上的GYK运行监控系统。随着我国CTCS系统对铁路运行安全要求的提升，其中ATP、LKJ列控系统都已满足SIL4的安全认证，但是自轮运转特种设备的GYK运行监控系统依旧采用单机结构，没有冗余备份，也没有采取二取二等安全措施；机车信号单元自身也没有冗余，也没有实现两路线圈信息接收；这都限制了其核心部分的RAMS要求，安全性达不到SIL4的安全等级，难以满足铁路发展对安全的更高要求。
发明内容
[0003] 本发明为了克服现有技术中存在的自轮运转特种设备的GYK运行监控系统的安全性达不到SIL4的安全等级，难以满足铁路发展对安全的更高要求的不足，提供了一种安全性达到SIL4的安全等级，同时能够提高轨道车运行控制设备可靠性、可用性、可维护性、安全性和可扩展性的基于自轮运转特种设备的计算机平台的应用方法。
[0004] 为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
[0005] 一种自轮运转特种设备的计算机平台，包括主机和2个人机界面接口单元DMI；所述主机包括第一系统A、第二系统B和通信扩展单元；各个人机界面接口单元DMI均包括第一显示控制单元、第二显示控制单元和切换单元；切换单元分别与第一系统A、第二系统B、通信扩展单元、第一显示控制单元和第二显示控制单元电连接，通信扩展单元分别与第一系统A和第二系统B电连接。
[0006] 本发明的第一系统A和第二系统B互为热备冗余，组成安全计算机平台的冗余架构，通过通信扩展单元实现内部以及外部的通信；通过二取二的安全计算机平台解决了原有轨道车管压、速度和工况只能进行单一采集的局限性，提高了系统的安全性、可靠性、可用性和可维护性。
[0007] 作为优选，所述第一系统A包括电源板、第一主控板、第二主控板、第一输出板和第一机车信号板；电源板分别与第一主控板、第二主控板、第一输出板、第一机车信号板和通信扩展单元电连接，第一主控板、第二主控板和第一机车信号板均与通信扩展单元电连接，第一主控板和第二主控板均与第一输出板电连接。
[0008] 作为优选，所述第一主控板包括第一处理器、第一输入单元、第一输出单元、通信接口模块、第一同步接口模块、电源监测模块和第一存储器；第一处理器分别与第一输入单元、第一输出单元、通信接口模块、第一同步接口模块、电源监测模块和第一存储器电连接，第一同步接口模块与第二主控板电连接，通信接口模块与第一机车信号板电连接，第一输入单元和第一输出单元均与第一输出板电连接。
[0009] 作为优选，所述第一输出板包括第一执行单元和第二执行单元；第一执行单元与第一主控板电连接，第二执行单元与第二主控板电连接。
[0010] 作为优选，所述第一机车信号板包括第一CPU、第二CPU、第一信号调理模块、第二信号调理模块、2个通信接口模块、2个数据交换模块、2个同步时钟模块、2个电源监测模块和继电器；第一CPU分别与第一信号调理模块和电源监测模块电连接，第一CPU通过各个通信接口模块、各个数据交换模块和各个同步时钟模块与第二CPU电连接，第二CPU分别与第二信号调理模块和电源监测模块电连接，继电器分别与第一信号调理模块和第二信号调理模块电连接。
[0011] 作为优选，所述第一输入单元包括速度采集接口、管压采集接口、工况采集接口和检测接口；速度采集接口、管压采集接口、工况采集接口和检测接口均与第一处理器电连接，检测接口与第一输出板电连接。
[0012] 作为优选，通信扩展单元包括CAN通信接口、高速总线接口、LAN通信接口、422通信接口和数据存储器。
[0013] 一种自轮运转特种设备的计算机平台的管压信号采集方法，还包括第一压力传感器和第二压力传感器；第一压力传感器和第二压力传感器均与管压采集接口电连接；包括如下步骤：
[0014] (8-1)设置第一管压P1和第二管压P2的压差的阈值范围[ΔPmin,ΔPmax]；
[0015] (8-2)第一主控板通过第一压力传感器采集第一管压P1，第二主控板通过第二压力传感器采集第二管压P2；
[0016] (8-3)利用公式ΔP＝|P1-P2|计算第一管压P1和第二管压P2的压差ΔP，如果ΔPmin≤ΔP≤ΔPmax，第一管压P1和第二管压P2均等于第一管压P1和第二管压P2的平均值，即[0017] 如果ΔP＞ΔPmax或ΔP＜ΔPmin，第一管压P1和第二管压P2均等于第一管压P1和第二管压P2的最大值，即P1＝P2＝max{P1,P2}；
[0018] (8-4)比较第一管压P1和第二管压P2，如果P1≠P2，表明管压数据错误，第一主控板不向人机界面接口单元DMI发送数据；如果P1＝P2，第一主控板向人机界面接口单元DMI发送数据。
[0019] 一种自轮运转特种设备的计算机平台的速度信号采集方法，还包括第一速度传感器和第二速度传感器；第一速度传感器和第二速度传感器均与速度采集接口电连接；包括如下步骤：
[0020] (9-1)设置速度差的阈值范围[ΔVmin,ΔVmax]；
[0021] (9-2)第一主控板通过第一速度传感器采集第一速度V1，通过第二速度传感器采集第二速度V2；第二主控板通过第一速度传感器采集第三速度V1‘，第二速度传感器采集第四速度V2’；
[0022] (9-3)选取第一速度V1与第二速度V2的较大值作为第五速度V3，即V3＝max{V1，V2}；选取第三速度V1‘和第四速度V2’的较大值作为第六速度V4，即V4＝max{V1‘，V2’}；
[0023] (9-4)利用公式ΔV＝|V3-V4|计算第五速度V3和第六速度V4的速度差ΔV，如果ΔVmin≤ΔV≤ΔVmax，第五速度V3和第六速度V4均等于第五速度V3和第六速度V4的最大值，即V3＝V4＝max{V3，V4}；
[0024] 如果ΔV＞ΔVmax或ΔV＜ΔVmin，实施紧急制动。
[0025] 因此，本发明具有如下有益效果：本发明的第一系统A和第二系统B互为热备冗余，使得轨道车运行监控设备的安全性达到SIL4的安全等级；本发明提高了轨道车运行控制设备的可靠性、可用性、可维护性、安全性和可扩展性。
附图说明
[0026] 图1是本发明的一种系统框图；
[0027] 图2是本发明的第一主控板的一种框图；
[0028] 图3是本发明的第一机车信号板的一种框图；
[0029] 图4是本发明的实施例1的一种示意图；
[0030] 图5是本发明实施例2的一种示意图；
[0031] 图6是本发明实施例3的一种示意图；
[0032] 图7是本发明实施例5的一种示意图。
[0033] 图中：主机1、人机界面接口单元DMI2、速度采集接口3、管压采集接口4、工况采集接口5、第一压力传感器6、第二压力传感器7、第一速度传感器8、第二速度传感器9、检测接口10、第一系统A11、第二系统B12、通信扩展单元13、第一显示控制单元21、第二显示控制单元22、切换单元23、电源板111、第一主控板112、第二主控板113、第一输出板114、第一机车信号板115、第一处理器1121、第一输入单元1122、第一输出单元1123、通信接口模块1124、第一同步接口模块1125、电源监测模块1126、第一存储器1127、第一CPU1151、第二CPU1152、第一信号调理模块1153、第二信号调理模块1154、通信接口模块1155、数据交换模块1156、同步时钟模块1157、继电器1158。
具体实施方式
[0034] 下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步描述：
[0035] 实施例1
[0036] 如图1所示的实施例1是一种自轮运转特种设备的计算机平台，包括主机1和2个人机界面接口单元DMI2；所述主机包括第一系统A11、第二系统B12和通信扩展单元13；第一系统A包括电源板111、第一主控板112、第二主控板113、第一输出板114和第一机车信号板115；第一输出板包括第一执行单元和第二执行单元；各个人机界面接口单元DMI均包括第一显示控制单元21、第二显示控制单元22和切换单元23；切换单元分别与第一系统A、第二系统B、通信扩展单元、第一显示控制单元和第二显示控制单元电连接，通信扩展单元分别与第一系统A和第二系统B电连接；电源板分别与第一主控板、第二主控板、第一输出板、第一机车信号板和通信扩展单元电连接，第一主控板、第二主控板和第一机车信号板均与通信扩展单元电连接，第一主控板和第二主控板均与第一输出板电连接；第一执行单元与第一主控板电连接，第二执行单元与第二主控板电连接。
[0037] 其中，第一系统A和第二系统B具有相同的内部结构，互为热备冗余，第二系统B包括电源板、第三主控板、第四主控板、第二输出板和第二机车信号板；电源板分别与第三主控板、第四主控板、第二输出板、第二机车信号板和通信扩展单元电连接，第三主控板、第四主控板和第二机车信号板均与通信扩展单元电连接，第三主控板和第四主控板均与第二输出板电连接；第一显示控制单元和第二显示控制单元具有相同的内部结构，互为冷备冗余；通信扩展单元包括CAN通信接口、高速总线接口、LAN通信接口、422通信接口和数据存储器，电源板通过CAN通信接口进行通信，第一系统A和第二系统B通过高速总线接口进行通信；第一执行单元和第二执行单元的电路相同，第一执行单元执行第一主控板输出的控制指令，第二执行单元执行第二主控板输出的控制指令，第一执行单元和第二执行单元采用串行可靠性模式设计，只有当第一主控板和第二主控板都输出相同的控制指令，第一输出板才能执行控制输出。
[0038] 如图2所示，第一主控板包括第一处理器1121、第一输入单元1122、第一输出单元1123、通信接口模块1124、第一同步接口模块1125、电源监测模块1126和第一存储器1127；
所述第一输入单元包括速度采集接口3、管压采集接口4、工况采集接口5和检测接口10；；第一输出单元包括紧急阀控制接口、常用阀控制接口、保压阀控制接口和熄火控制接口；第一处理器分别与第一输入单元、第一输出单元、通信接口模块、第一同步接口模块、电源监测模块和第一存储器电连接，第一同步接口模块与第二主控板电连接，通信接口模块与第一机车信号板电连接，第一输入单元和第一输出单元均与第一输出板电连接；速度采集接口、管压采集接口、工况采集接口和检测接口均与第一处理器电连接，检测接口与第一输出板电连接；紧急阀控制接口、常用阀控制接口、保压阀控制接口和熄火控制接口均分别与第一处理器和第一输出板电连接。
[0039] 此外，第二主控板和第一主控板的内部电路相同，第二主控板和第一主控板共同采集速度、管压和工况信息。
[0040] 如图3所示，第一机车信号板包括第一CPU1151、第二CPU1152、第一信号调理模块1153、第二信号调理模块1154、2个通信接口模块1155、2个数据交换模块1156、2个同步时钟模块1157、2个电源监测模块和继电器1158；第一CPU分别与第一信号调理模块和电源监测模块电连接，第一CPU通过各个通信接口模块、各个数据交换模块和各个同步时钟模块与第二CPU电连接，第二CPU分别与第二信号调理模块和电源监测模块电连接，继电器分别与第一信号调理模块和第二信号调理模块电连接。
[0041] 其中，通过继电器向第一机车信号板输入4路机感器线圈信号，分别是机感器线圈组11、机感器线圈组12、机感器线圈组21和机感器线圈组22，第一机车信号板通过工况的状态切换机感器线圈组，双CPU同时对机感器线圈信号采集解码。
[0042] 如图4所示，一种自轮运转特种设备的计算机平台的管压信号采集方法，还包括第一压力传感器6和第二压力传感器7；第一压力传感器和第二压力传感器均与管压采集接口电连接；包括如下步骤：
[0043] (8-1)设置第一管压P1和第二管压P2的压差的阈值范围[ΔPmin,ΔPmax]；
[0044] (8-2)第一主控板通过第一压力传感器采集第一管压P1，第二主控板通过第二压力传感器采集第二管压P2；
[0045] (8-3)利用公式ΔP＝|P1-P2|计算第一管压P1和第二管压P2的压差ΔP，如果ΔPmin≤ΔP≤ΔPmax，第一管压P1和第二管压P2均等于第一管压P1和第二管压P2的平均值，即[0046] 如果ΔP＞ΔPmax或ΔP＜ΔPmin，第一管压P1和第二管压P2均等于第一管压P1和第二管压P2的最大值，即P1＝P2＝max{P1,P2}；
[0047] (8-4)比较第一管压P1和第二管压P2，如果P1≠P2，表明管压数据错误，第一主控板不向人机界面接口单元DMI发送数据；如果P1＝P2，第一主控板向人机界面接口单元DMI发送数据。
[0048] 实施例2
[0049] 实施例2包括实施例1的所有结构，如图5所示，还包括第三压力传感器、第一管压隔离放大器、第二管压隔离放大器、第三信号调理模块和第四信号调理模块；第三压力传感器分别与第一管压隔离放大器和第二管压隔离放大器电连接，第三信号调理模块分别与第一管压隔离放大器和第一主控板电连接，第四信号调理模块分别与第二管压隔离放大器和第三主控板电连接；图5中仅以第三压力传感器为例说明管压信号采集方法；还包括第四压力传感器，第四压力传感器的管压信号采集方法与第三压力传感器的管压信号采集方法相同；第三压力传感器和第四压力传感器均采用电流型压力传感器。
[0050] 实施例2是一种自轮运转特种设备的计算机平台第一系统A和第二系统B共用管压信号采集的方法：第一主控板和第三主控板共用第三压力传感器采集到的管压信号；第二主控板和第四主控板共用第四压力传感器采集到的管压信号；当第一系统A和第二系统B都正常工作时，第一主控板的第一管压隔离放大器和第三主控板的第二管压隔离放大器通过串接的方式形成电流闭环，共同采集第三压力传感器的电流信号，通过第三信号调理模块和第四信号调理模块变为管压信号；当第一系统A或第二系统B只有一个系统正常工作时，第三压力传感器的电流信号可以通过旁路二极管回流形成闭环，不影响第三压力传感器信号的正常采集；第四压力传感器的管压信号采集方法与第三压力传感器的管压信号采集方法一样。
[0051] 实施例3
[0052] 实施例3包括实施例1的所有结构，如图6所示，实施例3是一种自轮运转特种设备的计算机平台的速度信号采集方法，还包括第一速度传感器8和第二速度传感器9；第一速度传感器和第二速度传感器均与速度采集接口电连接；包括如下步骤：
[0053] (9-1)设置速度差的阈值范围[ΔVmin,ΔVmax]；
[0054] (9-2)第一主控板通过第一速度传感器采集第一速度V1，通过第二速度传感器采集第二速度V2；第二主控板通过第一速度传感器采集第三速度V1‘，第二速度传感器采集第四速度V2’；
[0055] (9-3)选取第一速度V1与第二速度V2的较大值作为第五速度V3，即V3＝max{V1，V2}；选取第三速度V1‘和第四速度V2’的较大值作为第六速度V4，即V4＝max{V1‘，V2’}；
[0056] (9-4)利用公式ΔV＝|V3-V4|计算第五速度V3和第六速度V4的速度差ΔV，如果ΔVmin≤ΔV≤ΔVmax，第五速度V3和第六速度V4均等于第五速度V3和第六速度V4的最大值，即V3＝V4＝max{V3，V4}；
[0057] 如果ΔV＞ΔVmax或ΔV＜ΔVmin，实施紧急制动。
[0058] 实施例4
[0059] 实施例4包括实施例1的所有结构，实施例4是一种自轮运转特种设备的计算机平台的工况采集方法：工况属于开关量，当第一主控板和第二主控板采集到的工况状态出现不一致时，输出状态出错或不可信，所以工况状态二取二比较必须完全一致，如果工况状态二取二比较出现不一致，数据导向安全，工况状态不更新，维持老的数据；如果工况状态二取二比较连续3次不一致，表示系统出现故障，系统导向安全，实施紧急制动。
[0060] 实施例5
[0061] 实施例5包括实施例1的所有结构，如图7所示，还包括电磁阀；第一执行单元包括第一安全继电器和第一状态监测电路，第二执行单元包括第二安全继电器和第二状态监测电路；第二安全继电器分别与第一安全继电器和电磁阀电连接；实施例5是一种自轮运转特种设备的计算机平台的第一系统A针对输出控制的硬件二取二方法：第一输出板同时接收第一主控板和第二主控板输出的控制信号，当第一主控板和第二主控板接收到的控制信号一致时，第一执行单元和第二执行单元的输出状态一致，第二执行单元执行对电磁阀的输出控制动作；如果第一主控板和第二主控板接收到的控制信号不一致，第一执行单元和第二执行单元的输出的状态会不一致，输出板不输出控制动作；当第一主控板和第二主控板检测到各自输出状态不一致时，根据导向安全侧原则，自动进入隔离状态，完成输出控制的硬件二取二功能。
[0062] 应理解，本实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
