二取二故障-安全型驱动模块.docVIP

精品论文 参考文献 二取二故障-安全型驱动模块 谭鹏超 刘晓 徐大贵 云振东 河南辉煌科技股份有限公司 450001 摘要 本文针对铁路信号产品中的安全型偏极继电器JPXC-1000，提出一种二取二故障-安全型驱动模块的设计方案。本模块主要由两个微处理器实现的二取二故障-安全比较组合式故障-安全双电子结构和推挽功放电路实现的固有故障-安全单电子结构组成。 关键词 二取二 故障-安全 安全型偏极继电器 一、引言 在计算机联锁系统和计轴设备等铁路信号产品中，需要通过驱动安全型偏极继电器来进行控制或给出安全条件。JPXC-1000型安全偏极继电器是重力型故障-安全继电器。其仅能保证自身执行动作的安全性。其驱动信号的安全性必须靠驱动模块自身来保证。如果驱动模块存在安全隐患，使安全型偏极继电器错误动作，可能会造成安全事故。 针对JPXC-1000继电器的只有施加正确极性的驱动信号才能吸起特点，本文设计了一种二取二故障-安全型驱动模块。其能够满足铁路信号产品的安全性要求。 二、硬件设计方案 本模块主要由两个微处理器实现的二取二故障-安全比较组合式故障-安全双电子结构和推挽功放电路实现的固有故障-安全单电子结构组成。仅画出了一路二取二故障-安全型驱动电路。在实际应用中，可以根据实际情况增加同样的电路，用于驱动更多的继电器。二取二故障-安全比较组合式故障-安全双电子结构主要由两个微处理器MCUA和MCUB组成。为了保证双电子结构的独立性，MCUA和MCUB微处理器电路各自采用独立的电源供电，VCC1和GND1为MCUA的供电电源，VCC2为MCUB的供电电源。两个微处理器通过各自独立的CAN(现场控制总线)通信总线接口CAN1和CAN2接收驱动命令和输出心跳与故障信息，通过UART串口实现二取二故障-安全比较功能。 光耦U1、U2和U3组成一个与逻辑的二取二反应式故障-安全驱动脉冲输出电路。该电路同时也实现微控制器与推挽功放电路之间的光电隔离，防止推挽功放电路对外接口对微控制器电路性产生干扰。本电路中的U1引出一个控制信号MCUAD1接到MCUA的I/O口上，U3引出一个控制信号MCUBD1接到MCUB的I/O口上，这两个控制信号分别是MCUA和MCUB输出的控制信号，用于产生一定频率的驱动脉冲送给后级的推挽功放电路。本电路中的U2用于回采本电路输出的驱动脉冲，送给微处理器MCUA。微处理器MCUA通过U2采集的信号，检查输出驱动脉冲和本电路硬件是否正常。 推挽功放电路主要由晶体管T1、T2和T3组成。其主要功能是给电容C1、C2和二极管D1、D2组成的整流滤波电路提供放大后的脉冲，通过整流滤波后，输出一路负极性的直流驱动信号。仅本电路输出端有脉冲时，才能输出直流驱动信号，否则，无输出。推挽功放电路采用独立电源VCC3和GND3供电。当两个微控制器通过U3输出的驱动脉冲为高电平时，T1和T2截止，T3导通，电源VCC3通过T3给电容C1充电，电容C2通过继电器和二极管D2放电；当驱动脉冲为低电平时，T1和T2导通，T3截止，电容C1通过T2给电容C2充电。电容C1、电容C2、二极管D1和D2组成整流滤波电路输出一路直流驱动信号，用于驱动JPXC-1000型安全偏极继电器。该直流驱动信号相对GND3而言是一个负压。 三、软件设计方案 本模块的软件设计方案其主要实现二取二比较驱动输出和故障检测两个功能。 (1)二取二比较驱动输出功能：两个微处理器中的软件通过UART串口的数据交换，比较彼此通过各自独立的CAN通信接口CAN1和CAN2获得的驱动数据是否一致，实现二取二故障-安全比较组合式故障-安全双电子结构中的比较功能。如果驱动数据有效一致且无故障，两个微处理器输出驱动控制信号，通过后级电路输出驱动直流信号，驱动继电器，否则，无驱动控制信号输出，使继电器落下导向安全侧，报驱动数据不一致故障。其中，当驱动数据有效时，MCUA输出100Hz或200Hz的脉冲信号至MCUAD1，送给光耦U1，MCUB输出低电平给光耦U3，才能通过光耦U3输出100Hz或200Hz的驱动脉冲，控制推挽功放电路及整流滤波电路输出直流驱动信号。此时，MCUA通过光耦U2能采集到100Hz或200Hz的脉冲信号，否则，本电路硬件故障或驱动脉冲异常；当驱动数据无效或两个微控制器检测到故障时，MCUA通过MCUAD1送给光耦U1一个高电平，MCUB通过MCUBD1送给光耦U3一个高电平，使光耦U1和U3输入端不导通，光耦U3输出端为高电平，推挽功放和整流滤波电路无输出，不能驱动继电器。此时，M