[发明专利]一种三取二安全输出的表决结构及其表决方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种三取二的表决结构及其表决方法。

背景技术

目前的工业控制系统绝大多数都是计算机控制系统，采用容错技术可显著地提高其可靠性和可用性。但系统一旦不能正常工作，有可能向被控设备输出危险的控制信号，从而造成人员伤亡和财产损失。因此铁路、石化、钢铁等领域要求工业控制计算机系统不仅是高可靠和高可用的容错系统，同时也是故障安全系统。

硬件失效，电磁干扰以及软件代码中的隐含错误导致的故障是不可避免的。为了提高系统的可靠性，会采取容错技术加以屏蔽。容错就是当系统中某些指定的硬件发生故障或软件出现错误时，系统仍能正确地执行规定的一组程序或算法，当然这些指定的硬件或软件是经过冗余设计的。因此避错和容错技术是提高计算机系统可靠性的2种主要技术手段。尤其是容错技术，它是构造高可靠和高安全计算机系统强有力的直接手段，因此在设计计算机系统时应采用故障检测、故障屏蔽及故障恢复等容错技术。

2oo3结构又称三模冗余结构（Triple Modular Redundancy，TMR），也称三取二结构。三个模块同时执行一样的操作，以多数相同的输出作为该表决系统的正确输出，这是基于“少数服从多数”的纠错原理，可以屏蔽任意一个通道的故障。像计算机这种非故障-安全的设备，设备故障（包括软、硬件故障）可能有错误输出。而三取二结构只要不出现两个性质完全相同的错误，就能保证系统是正确输出的。因为出现两种同样性质错误的概率一般是非常小的。对于安全性输出可通过故障-安全输出控制电路和2oo3表决器来共同保证其故障-安全特性。

为了实现上述的方案，出现了一种三取二安全输出的表决结构，如图1，包括两个二极管和四个固态继电器；固态继电器两两串联后并联，利用三系主机输出三组控制信号控制三个固态继电器，再通过二系主机输出两组控制信号的逻辑运算后控制另一个固态继电器，实现三取二安全输出。该表决结构还包括三个光电耦合器，三个光电耦合器用来接收所述的表决电压信号并输出反馈信号，供三系进行输出反馈检查，从而检测表决结构是否存在故障。

上述的表决结构虽然可以实现三取二输出，但在检测方面存在缺陷，三个用来检测的光电耦合器只能检测到最终经过表决的输出信号，不能对单个固态继电器进行检测，如果单个固态继电器发生故障，可能会出现系统检测不出的情况出现。例如，当SSR1固态继电器故障，三系的信号可以通过SSR2、SSR4固态继电器进行输出，而检测系统也可以检测到系统输出的信号，而SSR1固态继电器的故障就无法被发现，成为一个安全隐患。即使当检测系统检测到系统输出出现问题时，也只能判断是这4个固态继电器出现了问题，而不能判断到底是哪一个出现了问题，这样会加大系统的维护时间，从而降低系统的可维修性。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的之一在于提供一种既能实现三取二输出又可以对三取二表决结构自检的三取二安全输出的表决结构。

本发明的另一目的在于提供一种上述三取二安全输出的表决结构的表决、自检方法。

为实现上述目的，本发明的三取二安全输出的表决结构包括三个功能模块，

第一功能模块用于接入外部设备的第一控制信号、第二控制信号和电源电压信号，并对第一控制信号和第二控制信号进行与操作；

第二功能模块用于接入外部设备的第二控制信号、第三控制信号和电源电压信号，并对第二控制信号和第三控制信号进行与操作；

第三功能模块用于接入外部设备的第一控制信号、第三控制信号和电源电压信号，并对第三控制信号和第一控制信号进行与操作；

三个功能模块的输出端相连并输出表决电压信号；每一功能模块的输出还引出一反馈端，自反馈端输出各自的自检信号。

进一步，所述第一控制信号、第二控制信号和第三控制信号均包括第一子控制信号和第二子控制信号，当所述表决结构表决输出时，接入的第一子控制信号和第二子控制信号相同；当所述表决结构自检时，接入的第一子控制信号和第二子控制信号相同或不同。

进一步，所述三个功能模块为三个光电继电器，每个光电继电器包括两个控制端、一电源电压信号输入端和一输出端，每个光电继电器的两个控制端接入控制三个光电继电器通断的一组控制信号，三个光电继电器的输出端相连并输出表决电压信号。