CN105026265B - 用于切断设备供电的冗余电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种被设计为对一件电气设备的电力供应进行控制的电路,所述电路包括电气设备和供电电压源,并且还具有作为输入的至少两个离散电信号,所述至少两个离散电信号的值控制所述设备的所述电力供应的切断,所述电路的特征在于还包括:用于对离散电信号进行冗余比较的模块,所述冗余比较模块包括用于比较所述信号的两个并联的分路,每个分路被设计为在输出处提供一代表所述离散电信号的比较中的每一个的控制信号;以及,第一模块,用于切断该件电气设备的所述电力供应,所述第一模块包括串联的两个开关,每个开关由所述两个控制信号之一控制。本发明还涉及一种被安装在飞行器中用于采集、处理和发送航空数据的***,该***包括这样的电路。
Description
技术领域
本发明涉及***或设备的控制中的安全领域,尤其是电子***或设备的控制中的安全领域,并且特别是飞行器上的***或设备的控制中的安全领域。
背景技术
电气***可以在条件满足之后得以控制。
一种已知的解决方案是将电气***的供电连接到一电路上,该电路被配置为对指示条件满足的离散信号进行测试。
例如,在飞行器的情况下,某些电气设备在飞行中必须被切断,例如,在航空数据采集、处理和通信***的情况下,无线射频传输模块必须被切断以免干扰飞行器的工作。
在必要时,射频模块的供电能够借助于连接到开关上的逻辑AND(与)门被切断。
然而,当需要特别高的安全等级时,这样的解决方案并不令人满意。例如,在灾难风险、换言之就是可能导致人命丧失的灾难风险下所需的电气设备的供电的安全等级大约为每飞行小时10-9。
发明内容
本发明公开了一种对这些缺点中至少一项进行缓解的装置。
为了实现该装置,本发明公开了一种适于对一件电气设备的电力供应进行控制的电路,所述电路包括电气设备和供电电压源,并且还具有作为输入的至少两个离散电信号,所述至少两个离散电信号的值控制所述设备的所述电力供应的切断,所述电路的特征是还包括:
冗余比较模块,比较离散电信号,所述冗余比较模块包括两个相互并联的所述信号的比较分路,每个分路适于提供一代表所述离散电信号的比较中的每一个的输出控制信号;以及
第一切断模块,用于切断所述电气设备的所述电力供应,所述第一切断模块包括串联的两个开关,每个开关由所述两个控制信号之一控制。
本发明有利地通过以下单独或者以任何技术可行的组合采用的特征进行扩展:
电路还包括第二切断模块以切断所述电气设备的所述电力供应,所述第二切断模块被串联连接在所述电气设备的所述供电电压源和所述第一切断模块之间,所述第一切断模块由所述冗余比较模块输出的控制信号控制;
所述电力供应的所述第二切断模块适于,当所述冗余比较模块输出的所述控制信号之间存在差异时,通过生成短路来将所述电气设备与所述供电电源隔离;
所述离散输入信号的所述冗余比较模块的所述并联分路通过分别使用正逻辑和负逻辑来进行所述信号之间的比较;
电路还包括所述电路的所述供电电压的第一验证模块;
所述电路还包括每个分路的所述控制信号和所述离散信号的比较模块;
所述电路还包括第二验证模块,所述第二验证模块验证所述比较模块和对电压进行验证的所述第一验证模块的输出,并且比较所述控制信号和所述离散信号,所述第二验证模块将离散综合变量作为输出;
所述电路将三个离散电信号作为输入。
本发明还公开了一种飞行器上的航空数据采集、处理和通信***,包括根据本发明所述的电路,其中,所述电气设备是航空数据远程通信模块,并且所述离散输入信号是与所述飞行器的状态相关的信号,
所述电路适于,当所有电输入信号指示所述飞行器静止并且在地上时,向所述航空数据远程通信模块供电。
有利但可选地,根据本发明的***还可以具有以下特点:所述电路还包括用于下组中的至少一个数据的中央采集模块:
比较模块输出的控制信号的值;
离散综合变量;
开关状态;
到航空数据远程通信设备的输入信号的状态;以及
远程通信设备的工作状态,
所述***还包括由所述中央采集模块采集的数据的发信设备。
因而公开了具有多个冗余级的电路;因此,下列公开是冗余的:
作为输入的离散电信号的比较;
根据所述比较输出的控制信号;以及
对数据远程传输设备的电力供应的切断的控制。
这多个冗余能够使单个电子元件失效的影响达到最小并且将在不应向电气设备供电时为其供电的几率降低到每飞行小时10-9以下。
电力供应切断模块还保证了电子元件的失效不会引起不期望的电力供应。
附图说明
在阅读以下参考附图进行的仅用于解释而非限定性的说明之后,本发明的其它特点、用途和优点将变得明显,在附图中:
图1示出了根据本发明的一个实施例的航空数据采集、处理和通信***;
图2示出了符合本发明的一个实施例的电路的原理图。
具体实施方式
本发明的一个实施例的详细说明,参考图1,航空数据采集、处理和通信***包括:
采集单元(未示出),用于采集指示飞行器的状态的离散电信号DIS1、DIS2、DIS3;
电路1,包括:
射频模块2,适于将航空数据从该***传递到远程站;
供电电压源+Vpp,用于射频模块2,
电路适于通过在飞行器飞行时切断射频模块的供电来控制模块2的电力供应,以及
用于发送关于电路1的信息和待通信的航空数据的设备3。该发信设备可以是显示单元、打印机或者与外部航空***通信的任何其他装置。
飞行器的一个状态可以是例如飞行、在地上等等。当飞行器在地面上时,指示飞行器静止的离散电信号的示例为指示轮子上存在飞行器的重量的信号、指示飞行器引擎停止的信号、或者指示飞行器舱门打开的信号等等。
可以采用由离散电信号的逻辑函数控制的开关对电力供应电路进行建模(参见图1)。
应当理解的是,逻辑函数指的是利用一个或多个变量进行的一组逻辑运算。已知的逻辑函数是AND(与)、OR(或)、XOR(exclusive OR,异或)等等。
参考图2,电路1接收的输入由作为输入的至少两个离散电信号组成并且优选地由三个离散电信号DIS1、DIS2、DIS3或更多离散电信号组成,并且包括电压源+Vpp。离散电信号的值控制射频模块2的电力供应。
为了向射频模块2供电,所有的离散电信号DIS1、DIS2、DIS3必须彼此相等,根据常规选择,每个离散电信号的逻辑值1或0对应于飞行器在地面上的一种状态。
很明显,可以想到具有由更多的离散电信号组成的输入的电路。
作为非限定性示例,在以下说明中将认为,在能够为电气设备供电之前,全部三个离散电信号必须等于1。
如下文中所述,如果仅使用一个元件来测试离散电信号的值,则该元件将很有可能失效,以使得很有可能在不应向电气设备供电时为电气设备供电。
为了解决该问题,电路对离散电信号进行冗余比较以应对元件失效。这能够降低在不应向电气设备供电时为电气设备供电的几率。
电路的失效几率需要大约为10-9,而单独的电子元件的失效几率大约为10-6。
电路1包括用于在离散电信号DIS1、DIS2、DIS3之间进行冗余比较的模块11。比较模块11包括并行的两个信号比较分路12、13,每个分路包括一逻辑函数,该逻辑函数将离散电信号用作输入,也就是对一物理接口进行采集并适配到外部环境,以及适于产生相应的控制信号CLE1、CLE2作为输出,该控制信号代表所述离散电输入信号的比较结果。
例如,比较分路可以在离散电信号之间使用AND逻辑函数,以使得仅当离散电信号均等于1时,输出控制信号等于1。
有利但非限定地,对离散信号进行比较的两个分路12、13使用的逻辑函数是不同的,从而以两种不同的方式获得比较结果。
例如,一个分路的逻辑函数使用正逻辑,也就是离散信号自身之间的比较(图2中的要素DISC 1-3Norm),并且另一逻辑函数使用负逻辑,也就是离散信号取反之间的比较(图2中的要素DISC 1-3Redund)。
正如所理解的,比较模块11因而进行离散信号的冗余比较。
如果比较模块11的每个分路上的输出端处的控制信号CLE1、CLE2相等(例如,均等于1)来表示正常工作,则不相等的情况表示比较模块11的分路之一故障。
仍然参考图2,电路1包括第一切断模块HW以切断设备2的电力供应,该模块由在输入侧的比较模块11输出的控制信号CLE1、CLE2来控制。
该第一切断模块HW包括在电源Vpp和电气设备2之间串联的两个开关Switch1、Switch2,两个开关中的每一个分别由两个控制信号CLE1、CLE2中的一个控制。
因而,第一切断模块HW能够使得从控制信号CLE1、CLE2输出的命令冗余。只有两个控制信号相等,并且尤其在上述示例中控制信号CLE1、CLE2中的每一个必须等于1时,才能够向电气设备供电。
然而,如果电子元件的故障导致控制信号的值不同,则不向电气设备供电。
由于从离散信号的比较得到的命令的此冗余性,电子元件的失效发起向电气设备2供电的可能性更小。换言之,在不应向电气设备供电时为电气设备供电的几率更低。
如图2中所示,电路1还包括第二切断模块FSM(FailSafe Monitoring,失效保护监视),该第二切断模块保证了电子元件的故障不会对飞行器造成任何危险,特别是这样的故障不会导致在不应向电子设备2供电时为它供电的风险。
该第二切断模块FSM被串联连接在电气设备2的供电电压源Vpp和第一切断模块HW之间。
第二切断模块FSM尤其被离散输入信号比较模块11输出的两个控制信号CLE1、CLE2控制。
第二切断模块FSM适于使得能够仅当两个控制信号CLE1、CLE2的值相等并且对应于与飞行器“在地面上”的状态对应的全部离散信号的值时向电气设备供电。
再次考虑以上示例,第二切断模块FSM仅使得能够仅当两个控制信号CLE1、CLE2的值等于1时向电气设备供电。
此外,第二切断模块FSM的另一功能是检测离散比较模块11的元件的故障。在此方面,如果控制信号的值不同,则该模块通过生成短路来将电气设备与供电电源Vpp隔离。在此方面,切断模块FSM能够破坏隔离设备,诸如熔丝或者断路器。
因此,由于第一切断模块HW和第二切断模块FSM,由控制信号CLE1、CLE2控制的电源Vpp的切断自身冗余,这降低了电路1失效的几率。
另外,第一切断模块HW可以包括稳压器LDO,该稳压器位于第一开关Switch1和第二开关之间以将输入电压的值适配到信号设备3。
同样还有,电路1被连接到与电路状态和航空数据相关的信息发信设备3上。
在此方面,电路1包括比较模块15,该比较模块首先对离散输入信号的冗余值进行比较,其次对控制信号CLE1、CLE2的冗余值进行比较。
因而,到该模块的输入包括:
比较模块11的两个分路12、13中的离散信号DISC 1-3Norm和DISC 1-3Redund的值,比较模块15对这些值进行成对比较;以及
从离散信号的比较得到的控制信号CLE1、CLE2的值,比较模块15对这些值进行成对比较。
作为输出,比较模块15生成的信息指示出被比较的数据是否正确,例如冗余信息的所有项目彼此一致时为1,否则为0。
电路1还包括第一验证模块14来验证电路中的电压值。第一验证模块14检查必须等于例如5V的模块13和15的供电电压的值,必须等于例如12V的模块12和13中的离散采集接口的供电电压的值,以及电气设备的供电电压Vpp的值。如果这些电压之一不等于期望值,那么从模块12、13和15的输出端处获得的信息可能是错误的。
例如,如果模块12和13的供电电压是错误的,那么控制信号CLE1和CLE2的值可能是错误的。
电压验证模块14生成一输出信号,输出信号的值指示电路电压是否与应当具有的值相符。例如,如果所有的电压都在其期望的标称值范围内,则验证模块14的输出等于1。
该验证模块14还能够用于在电压不处于其期望的标称值范围内的情况下抑制控制信号CLE1和CLE2的值。
最后,电路包括第二验证模块16,其输入首先由来自比较模块15的输出且其次由来自第一验证模块14的输出组成,并且生成该信息的综合变量BITE_OK。例如,第二验证模块16是逻辑AND函数。因此例如,比较模块15和第一比较模块14的输出等于1,并且变量BITE_OK也等于1。
最后,电路还包括中央数据采集模块17以采集与电路的状态相关的数据。这些数据包括以下数据中的一些或者全部:
变量BITE_OK;
控制信号CLE1、CLE2的状态;
第一切断模块HW的开关Switch1、Switch2的状态;
稳压器LDO的状态;
到远程通信设备2的输入信号的状态;以及
远程通信设备2的工作状态。
中央采集模块17发送所述数据到发信和显示设备3,发信和显示设备3例如借助于发光二级管或者显示屏上的纯文本信息来显示这些数据。这使得操作者能够立即察觉电路的故障。因此察觉的故障能够更早得到维修,并且在不应向设备2供电时为其供电的几率进一步降低。
Claims (9)
1.一种电路(1),适于对一件电气设备(2)的电力供应进行控制,所述电路(1)包括电气设备(2)和供电电压源(Vpp),并且还具有作为输入的至少两个离散电信号(DIS1、DIS2、DIS3),所述至少两个离散电信号的值控制所述设备的所述电力供应的切断,
其特征在于,所述电路还包括:
冗余比较模块(11),比较离散电信号(DIS1、DIS2、DIS3),所述冗余比较模块包括两个并联的所述信号的比较分路(12、13),每个分路适于提供一代表所述离散电信号的比较中的每一个的输出控制信号(CLE1、CLE2);
第一切断模块(HW),用于切断所述电气设备的所述电力供应,所述第一切断模块包括串联的两个开关(Switch1、Switch2),该两个开关中的一个开关由两个所述输出控制信号(CLE1、CLE2)中的一个输出控制信号控制,该两个开关中的另一个开关由两个所述输出控制信号(CLE1、CLE2)中的另一个输出控制信号控制;以及
第二切断模块(FSM),用于切断所述电气设备的所述电力供应,所述第二切断模块被串联连接在所述电气设备的所述供电电压源(Vpp)和所述第一切断模块(HW)之间,并且由所述冗余比较模块(11)提供的两个所述输出控制信号(CLE1、CLE2)控制。
2.根据前项权利要求所述的电路(1),其中,所述离散电信号(DIS1、DIS2、DIS3)的所述冗余比较模块(11)的所述并联的分路(12、13)通过分别使用正逻辑和负逻辑来进行所述信号之间的比较。
3.根据前述权利要求中任一项所述的电路(1),还包括对所述电路(1)的所述供电电压源(Vpp)进行验证的第一验证模块(14)。
4.根据权利要求1或2所述的电路(1),还包括对每个分路(12、13)的所述输出控制信号(CLE1、CLE2)和离散信号(DISC 1-3Norm、DISC 1-3Redund)进行比较的比较模块(15)。
5.根据权利要求中3所述的电路(1),还包括对每个分路(12、13)的所述输出控制信号(CLE1、CLE2)和离散信号(DISC 1-3Norm、DISC 1-3Redund)进行比较的比较模块(15)。
6.根据权利要求5所述的电路(1),还包括第二验证模块(16),所述第二验证模块验证对输出控制信号和离散信号进行比较的所述比较模块(15)的输出和对电压进行验证的所述第一验证模块(14)的输出,所述第二验证模块(16)将离散综合变量(BITE_OK)作为输出。
7.根据权利要求1或2所述的电路(1),所述电路将三个离散电信号(DIS1、DIS2、DIS3)作为输入。
8.一种飞行器上的航空数据采集、处理和通信***,包括根据前述权利要求中任一项所述的电路(1),其中,所述电气设备(2)是航空数据远程通信模块,并且所述离散电信号(DIS1、DIS2、DIS3)是与所述飞行器的状态相关的信号,
所述电路(1)适于,当所有离散电信号指示所述飞行器静止并且在地上时,向所述航空数据远程通信模块(2)供电。
9.根据前一项权利要求所述的***,其中,所述电路(1)还包括用于下组中的至少一个数据的中央采集模块(17):
-所述冗余比较模块输出的控制信号(CLE1、CLE2)的值;
-离散综合变量(BITE_OK);
-开关(Switch1、Switch2)的状态;
-到所述航空数据远程通信模块(2)的输入信号的状态;以及
-所述航空数据远程通信模块(2)的工作状态,
所述***还包括对由所述中央采集模块采集的数据进行发送的发信设备(3)。
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