KR100497116B1 - 중요 장치용 내고장성 고장-안전 스위칭 시스템 - Google Patents

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KR100497116B1 KR10-2002-7006062A KR20027006062A KR100497116B1 KR 100497116 B1 KR100497116 B1 KR 100497116B1 KR 20027006062 A KR20027006062 A KR 20027006062A KR 100497116 B1 KR100497116 B1 KR 100497116B1
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레이던 컴퍼니
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Abstract

본 발명은 중요 장치용 내고장성 고장-안전 스위칭 시스템에 관한 것으로,중요 장치용 내고장성 고장-안전 스위칭 시스템은 전력 소스에 연결되는 한 쌍의 제 1 단자들; 한 쌍의 제 1 단자들 사이에 직렬로 연결된 제 1 퓨즈 장치, 제 1 스위칭 장치 및 제 3 스위칭 장치를 구비하는 제 1 회로; 한 쌍의 제 1 단자들 사이에서 직렬로 연결된 제 2 퓨즈 장치, 제 2 스위칭 장치 및 제 4 스위칭 장치를 구비하며, 제 1 회로와 병렬로 연결된 제 2 회로; 및 제 1 및 제 2 스위칭 장치가 개방되고 제 3 및 제 4 스위칭 장치가 폐쇄되거나, 제 1, 제 2, 제 3, 및 제 4 스위칭 장치가 개방될 때, 내고장성 동작이 제 1 퓨즈 장치, 제 1 스위칭 장치 및 제 4 스위칭 장치, 또는 제 2 퓨즈 장치, 제 2 스위칭 장치 및 제 3 스위칭 장치를 통해 발생하도록, 한 단자는 제 1 및 제 3 스위칭 장치 사이에서 한 단자는 제 2 및 제 3 스위칭 장치 사이에서 중요 장치와 연결하기 위한 한 쌍의 제 2 단자들을 포함한다.

Description

중요 장치용 내고장성 고장-안전 스위칭 시스템{FAIL-SAFE, FAULT-TOLERANT SWITCHING SYSTEM FOR A CRITICAL DEVICE}
본 발명은 중요 장치(critical device)용 내고장성(fault-tolerant) 고장-안전(fail-safe) 스위칭 시스템에 관한 것이다.
고장-안전 장치는 개인적인 재산의 손해 또는 피해의 위험이 발생할 수 있는 곳에 사용된다. 예컨대, 큰 트럭의 공기 브레이크는 강한 액추에이터에 대한 공기 압력에 의해 해제된다. 임의의 공기 압력 시스템의 고장은 "고장 안전" 시스템에 브레이크를 제공하도록 스프링을 해제한다. 선로 기차에서, "바이탈 계전기(vital relay)"는 기차 사이의 간격을 제어하기 위해 차량이 존재하는지를 모니터링하는데 사용된다. 간격이 필요치 이하로 감지될 때 계전기의 전력은 차단되고 "고장 안전" 중력(gravity force)은 인접한 접촉부(close contact)에 의존하며 경고 신호를 발생시킨다. 개별 고속 수송(PRT) 시스템에서와 같은 매우 정교한 전기적 컴퓨터 제어 시스템의 사용은 고장-안전 동작에 대하여 매우 정교한 필요사항을 요구한다. PRT 시스템은 유도면(guideway)상에서 동작하는 무운전자(driverless), 자동화, 소형, 여객 차량이다. 더욱이, 부분적으로 디스에이블되지만 안전한 차량을 계속 동작가능하게 하는 내고장성 동작이 중요하게 고려된다. 예컨대 PRT는 항상 고장-안전 상태로 동작해야 하지만, 고장이 적어도 차량을 유도면에서 유지 보수 영역(maintenance)으로 이동시켜, 고장난 차량이 정지함으로 인해 다른 차량의 동작을 방해하지 않도록 일부 내고장성을 필요로 한다. PRT는 내고장성 고장-안전 시스템이 필요한 곳의 일 예일 뿐이다. 이것은 고장-안전 동작을 제공하는 다수의 스위치를 갖는 스위칭 회로를 제공하는데: 기계적 또는 반도체일 수 있는 스위치가 폐쇄 또는 개방 모드에서 고장날 수 있기 때문에 하나의 스위치로는 충분하지 않다. 따라서 결과는 예측가능하지 않고 고장은 안전 상태로 보장되지 않는다. 직렬로 연결된 2개 이상의 스위치는 신뢰성을 높이며 결함이 있는 스위치가 검출되더라도 안전하다. 병렬로 연결된 2개 이상의 스위치는 여분으로 제공되지만 신뢰성을 높이지 않는다.
도 1은 본 발명에 따른 내고장성 고장-안전 H 스위치의 개략적인 도면이다.
도 2는 모니터링 장치와 개별 스위치의 동작을 모니터링 및 제어하는 제어기를 포함하는 도 1과 유사한 도면이다.
도 2A는 다이오드 브리지가 극성을 갖는 로드 양단에 연결된, 도 2와 유사한 도면이다.
도 3 내지 도 7은 제어기와 모니터의 동작을 설명하는 흐름도이다.
도 8은 본 발명에 따라 H 스위치의 원하는 동작을 도시하는 도면이다.
따라서 본 발명의 목적은 개선된 고장-안전 스위칭 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 추가의 목적은 일부 고장에 대하여 자체로 내고장성이 개선된 고장-안전 스위칭 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 추가의 목적은 간단하고, 신뢰성 있으며 소수의 종래 부분을 사용하는 내고장성 고장-안전 스위칭 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 추가의 목적은 개별 스위칭 엘리먼트로 고장을 추적하여 자체-시험할 수 있는 내고장성 고장-안전 스위칭 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 추가의 목적은 추가의 고장에 대하여 고장-안전 동작을 재구성하도록 모니터링하고 제어할 수 있는 내고장성 고장-안전 스위칭 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 추가의 목적은 폐쇄 모드(closed-mode)에서 고장난 스위칭 장치에 기인한 고장을 극복하도록 퓨즈를 사용하는 내고장성 고장-안전 스위칭 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 추가의 목적은 위험 모드에서 고장 가능성을 감소시키는 내고장성 고장-안전 스위칭 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 추가의 목적은 단일 고장 상태에서 동작할 수 있는 내고장성 고장-안전 스위칭 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 추가의 목적은 공통 모드 고장에 내구성을 갖는 내고장성 고장-안전 스위칭 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명은 실제의 중요 장치용 내고장성 고장-안전 스위칭 시스템이 2개의 병렬 네트워크를 사용하여 시스템이 전체적으로 자동 모니터링과 스위칭 장치의 제어에 의해 구현되는 자체의 고유 동작을 통해 고장-안전 및 내고장성을 갖도록 실현될 수 있게 구현하며, 2개의 병렬 네트워크는 각각 직렬 접속된 퓨즈 장치 및 2개의 스위칭 장치를 포함하며, 중요장치는 각각의 네트워크에서 스위칭 장치와 각각의 네트워크의 퓨즈 장치의 접합부에서 네트워크 사이에 연결된다.
본 발명은 전력 소스에 연결된 한 쌍의 제 1 단자들, 한 쌍의 제 1 단자들 사이에서 직렬로 연결된 제 1 퓨즈 장치, 제 1 스위칭 장치 및 제 3 스위칭 장치를 구비하는 제 1 네트워크, 및 한 쌍의 제 1 단자들 사이에서 제 1 네트워크와 병렬로 연결되며 한 쌍의 제 1 단자들 사이에서 직렬로 연결된 제 2 퓨즈 장치, 제 2 스위칭 장치 및 제 4 스위칭 장치를 구비하는 제 2 네트워크를 포함하는 중요 장치용 내고장성 고장-안전 스위칭 시스템의 특징을 갖는다. 제 1 스위칭 장치와 제 2 스위칭 장치가 개방되고 제 3 스위칭 장치와 제 4 스위칭 장치가 폐쇄, 제 1 스위칭 장치, 제 2 스위칭 장치, 제 3 스위칭 장치, 및 제 4 스위칭 장치가 개방, 제 1 퓨즈 장치와 제 2 퓨즈 장치가 개방되며 제 1 스위칭 장치와 제 2 스위칭 장치가 개방되고 제 3 스위칭 장치와 제 4 스위칭 장치가 폐쇄되어 제 1 퓨즈 장치와 제 2 퓨즈 장치가 손상되지 않을 때; 제 1 스위칭 장치가 고장난 온 상태이며 제 2 스위칭 장치가 개방되고 제 3 스위칭 장치와 제 4 스위칭 장치가 폐쇄되며 퓨즈1이 제 1 스위칭 장치와 제 3 스위칭 장치를 통하는 단락 회로 경로로 인해 개방되고 제 2 퓨즈 장치는 손상되지 않을 때; 제 1 스위칭 장치는 개방되며 제 2 스위칭 장치는 고장난 온 상태이고 제 3 스위칭 장치와 제 4 스위칭 장치는 폐쇄되며 퓨즈1은 손상되지 않고 퓨즈2는 제 2 스위칭 장치와 제 4 스위칭 장치를 통하는 단락 회로 경로로 인해 개방될 때, 중요장치로부터 고장 안전 전류를 제거하고, 내고장성 동작이 제 1 퓨즈 장치, 제 1 스위칭 장치 및 제 4 스위칭 장치, 또는 제 2 퓨즈장치, 제 2 스위칭 장치 및 제 3 스위칭 장치를 통해 발생하도록, 한 단자는 제 1 스위칭 장치 및 제 3 스위칭 장치에서 한 단자는 제 2 스위칭 장치 및 제 4 스위칭 장치 사이에서 중요 장치에 연결되는, 한 쌍의 제 2 단자들이 존재한다.
바람직한 실시예에서 단방향으로 전류가 흐르도록 한 쌍의 제 2 단자들과 중요 장치 사이에서 상호 연결되는 단방향 전류 흐름 회로가 존재할 수 있다. 단방향 전류 흐름 회로는 다이오드 브리지를 포함할 수 있다. 제 1 스위칭 장치를 모니터링 하는 제 1 모니터 회로, 제 2 스위칭 장치를 모니터링 하는 제 2 모니터 회로, 제 3 스위칭 장치를 모니터링 하는 제 3 모니터 회로, 및 제 4 스위칭 장치를 모니터링 하는 제 4 모니터 회로가 존재할 수 있다. 스위칭 장치를 선택적으로 동작시키기 위해 모니터 회로에 응답하는 제어기가 존재할 수 있다.
다른 목적, 특징 및 장점은 하기의 바람직한 실시예와 첨부된 도면으로부터 당업자에게 자명하게 설명된다.
4개의 스위치:스위치1(12), 스위치2(14), 스위치3(16), 및 스위치4(18)와 2개의 퓨즈1(20), 및 퓨즈2(22)를 포함하는 기본 H 스위치(10)가 도 1에 도시되어 있다. 스위치는 중간부에서 중요 로드(24)를 갖는 "H" 형상으로 배치된다. 스위치는 종래 스위치, 계전기, 또는 반도체 장치가 될 수 있다. 퓨즈1(20), 스위치1 (12) 및 스위치3(16)를 포함하는 제 1 네트워크(26)는 본 실시예에서 각각 포지티브 전원 공급부와 접지에 각각 연결되는 한 쌍의 단자(28,30) 사이에 연결된다. 퓨즈2(22), 스위치2(14) 및 스위치4(18)를 포함하는 제 2 네트워크(32)는 단자(28,30) 사이에서 네트워크(26)와 병렬로 연결된다. 중요 장치(24)는 스위치1(12)와 스위치3(16) 사이에 위치한 단자(34)와, 스위치2(14)와 스위치4(18) 사이에 위치한 단자(36) 사이에 연결된다. 이러한 4개의 스위치 기본 구성은 16개의 조합을 갖는다. 이들중 2개는 장치에 전원을 공급한다. 이것은 전류가 왼쪽에서 중요 장치(24)를 통해 오른쪽으로 또는 오른쪽에서 중요 장치를 통해 왼쪽으로 흐르는 것에 의해 장치가 구동될 수 있다는 사실에 의존한다. 4개의 조합은 하나의 스위치만을 턴온하여 자체-시험 회로에 사용될 수 있으며; 3개의 조합은 안전 상태; 및 7개의 다른 조합은 퓨즈를 차단시키며 나머지 다른 조합중 하나로 복귀한다. 하기에서 이러한 사실을 더 상세하게 설명한다. 2개의 전원 공급 모드는 보완적이다. 이것은 공통 모드 고장을 보호하고 따라서 불안전 상태의 고장 가능성을 감소시킨다.
표 1
스위치 4 스위치 3 스위치 2 스위치 1 모드
오프 오프 오프 오프 안전 1
오프 오프 오프 온 자체-시험 1
오프 오프 온 오프 자체-시험 2
오프 오프 온 온 안전 2
오프 온 오프 오프 자체-시험 3
오프 온 오프 온 퓨즈 차단
오프 온 온 오프 전원 공급 1
오프 온 온 온 퓨즈 차단
온 오프 오프 오프 자체-시험 4
온 오프 오프 온 전원 공급 2
온 오프 온 오프 퓨즈 차단
온 오프 온 온 퓨즈 차단
온 온 오프 오프 안전 3
온 온 오프 온 퓨즈 차단
온 온 온 오프 퓨즈 차단
온 온 온 온 퓨즈 차단
실제로 브레이크를 해제가능하게 하는 2개의 상태는 (1) 스위치1과 스위치4가 온 상태이며 스위치2와 스위치3이 오프 상태; 및 (2) 스위치2와 스위치3이 온 상태이며 스위치1과 스위치4가 오프인 상태이다. 이것은 중요 로드(24)가 극성을 갖지 않는 것으로 가정한다. 이것은 예컨대 중요 로드가 솔레노이드인 경우이다.
외부 회로는 하기 방식으로 H 스위치(10)를 제어하는 기능을 한다. 전원 차단 모드에서 외부 회로는 모든 스위치를 불활성화시키고(disable) 스위치1 또는 스위치2중 어느것이 단락되었는지를 찾기 위해 스위치를 모니터링한다. 만약 스위치1, 스위치2가 단락되지 않았다면, 스위치3, 스위치4가 턴온된다. 이것은 안전 상태이다. 만약 전원 차단 상태가 필요하다면, 자체 시험이 스위치에 대하여 수행된다. 이러한 자체-시험은 각각의 스위치가 턴온 및 턴오프될 수 있는지를 찾아 검사하여 이루어진다. 다음으로 H 스위치가 안전하게 전원 공급될 수 있는지에 대한 검출이 이루어지고 만약 그렇다면, 전원 공급 모드로 된다. 이것은 하기의 설명에 의해 더욱 용이하게 이해될 수 있다.
퓨즈가 4개 신호들의 오류 조합(illegal combination)에 대한 보호를 제공하는 것외에, 또한 퓨즈는 제어기가 상부 2개 스위치의 고장을 폐쇄 고장(failed closed)에서 개방 고장(failed open)으로 변환할 수 있게 한다. 이것은 동일한 구간(leg)에 있는 스위치를 의도적으로 폐쇄함으로써 이루어진다. 개방 고장은 내고장성 시스템에 대한 폐쇄 고장보다 처리하기가 훨씬 용이하다. 4개의 스위치는 도 2의 : 모니터1(40), 모니터2(42), 모니터3(44), 및 모니터4(46)에 의해 모니터링 된다. 본 실시예에서 각각의 모니터는 모니터1(40)과 관련하여 도시된 것처럼, 광음향 절연체(48)와 저항기(50)에 의해 구현된다. 광음향-절연체를 사용함으로써 제어기(52)가 전기적으로 중요 로드와 절연될 수 있게 된다. 이러한 전기 절연은 실제 스위치가 고체 계전기에 의해 구현된다면 완벽해진다. 이것은 모니터가 부정적으로 중요 장치에 영향을 미치는 것을 감소시키고 회로의 신뢰성을 개선시킨다. 시스템 안전성은 정상 동작에서 모니터의 전류가 직렬 저항기(50)에 의해 솔레노이드를 동작시키는데 필요한 것보다 휠씬 작은 정도(fraction)까지 제한되기 때문에 모니터의 존재에 의해 현저하게 감소되지 않는다. 저항기는 개방 상태에서만 고장날 수 있기 때문에, 이들은 솔레노이드에 전원을 공급할 수 없다. 제어기(52)는 하기 설명과 도 3 내지 도 7과 관련하여 설명된 것처럼 함수로 프로그래밍된 Motorola 68040과 같은 마이크로프로세서가 될 수 있다.
H 스위치(10)는 임의의 스위치 개방 또는 폐쇄 고장이 될 수 있으며 고장-안전 방식으로 동작한다. 제어기(52)가 구현할 수 있는 하나의 처리는 하기와 같다. 브레이크를 해제하는 것이 제어기(52)에 의해 요구되는 경우에, 각각의 스위치가 턴온 및 턴오프될 수 있는지를 검사하는 자체-시험이 동작된다. 만약 스위치1이 개방 고장이라면 H 스위치는 스위치2, 스위치3을 턴온시키고 스위치1, 스위치4는 턴오프되며 중요 장치가 연결된다. 만약 스위치1이 폐쇄 고장이라면, H 스위치는 스위치2, 스위치3를 턴온시키며 스위치1, 스위치4는 턴오프된다. 이것은 스위치1과 같은 라인상에 있는 퓨즈1를 차단하며 중요 장치가 연결될 것이다. 유사한 처리가 스위치2 고장 모드에서 이루어질 수 있다. 만약 스위치3이 개방 고장이라면, 시스템은 스위치1, 스위치4를 턴온시키고 스위치2, 스위치3을 턴오프시켜서 중요 장치가 연결되도록 한다. 스위치3이 폐쇄 고장이라면, 스위치2, 스위치3을 턴온하고 스위치1, 스위치4를 턴오프시킴으로써 계속 동작시킬수 있기 때문에 중요 장치는 다시 연결된다. 유사한 처리가 스위치4 고장 모드에서 이루어질 수 있다. 만약 여러 고장이 발견된다면 모든 4개의 스위치는 턴오프되고 중요 장치는 해제될 수 있다. 브레이크가 인가되도록 제어기에 요청될 때, 스위치1, 스위치2는 턴오프되고 스위치3, 스위치4는 턴온된다. 만약 어떤 이유로 스위치1 또는 스위치2중 어느 것이 온 상태가 아니어야 하는 경우에 온 상태로 있는 것과 같은, 두번째 고장을 빠졌는지를 검출한다면, 모든 4개의 스위치는 개방된다.
도 2A의, 중요 장치(24a)는 단일 방향의 전류 흐름이 요구되는 극성을 갖는 로드를 포함할 수 있다. 다이오드 브리지(25)는 단자(34,36)에 각각 연결된 ac 단자(35,37)를 포함한다. 중요 장치(24a)는 다이오드 브리지(25)의 포지티브 극성을 갖는 단자(39)와 네거티브 극성을 갖는 단자(41)에 연결된다.
따라서, 동작 스위치 상태가 스위치1, 스위치4 가 폐쇄되는지, 또는 스위치2, 스위치3이 폐쇄되는지에 관계없이 극성을 갖는 중요 로드(24a)는 항상 자체의 포지티브 단자에서 포지티브 전위를 가지며 자체의 네거티브 단자에서 네거티브 전위를 갖는다. 이러한 방식으로, 다이오드 브리지(25)는 로드를 통한 단방향 전류를 유지하면서 극성을 갖는 중요 장치(24a)로부터 전류를 신뢰가능하게 제거하여 고장-안전 특징을 손상시키지 않는다.
PRT 차량의 브레이크 시스템의 매우 신뢰성있는 제어를 수행하는 스위치 및 모니터링 기능의 사용이 하기에서 설명된다. 브레이크는 브레이크 액추에이터를 통해 전원이 공급되지 않을 때 인가되고 이것은 시스템에 대한 안전 상태이다. 스위치 부품의 조합, 모니터링 회로 및 제어 논리의 처리 단계에 의해, 차량이 이동할 수 있도록 ON-요청(request-ON)이 이루어질 때 브레이크를 제거하고 OFF-요청(request-OFF)이 이루어질 때 신뢰성있게 브레이크가 인가된다. 본 실시예는 또한, 고장 검출시에 자동적인 재구성에 의해 브레이크가 제거되고 차량이 이동할 수 있도록 하고, 명령될 때 브레이크를 다시 인가할 수 있는 동일한 레벨의 신뢰성을 제공하도록 하는 하드웨어 고장 내성을 제공한다.
스위치 모니터와 제어 기능이 집합적으로 높은 신뢰성의 제어 기능(Control Function)을 제공한다. 제어 기능은 2개의 상태: 온 또는 오프를 명령받을 수 있다. 본 실시예에서 오프는 브레이크를 인가하고, 온은 브레이크를 해제한다. 제어 기능은 제공되는 외부 상태로 인해 4개의 상태중 하나로 진행한다.
상태 1: 오프 상태, 오프 상태를 유지하는 외부 명령에 응답하여 무기한으로 제공된다.
상태 2: 자체-시험, 온 상태 전환이며, 오프 상태에서 온 상태로 전환하는 외부 명령에 응답하여 발생한다. 이러한 상태는 일시적이며, 시스템 응답성과 비교하여 단기간이다. 이러한 상태동안 출력은 오프이다. 결과는 2개의 다른 하드웨어 내부 온 상태중 어느 하나가 하드웨어 엘리먼트의 양호성(health)에 기초하여 결정되하거나, 또는 초과하는 수의 하드웨어 고장이 존재하는 것으로 결정되는 경우 영속적인 오프 상태를 검출한다.
상태 3: 온 상태, 온 상태를 유지하는 외부 명령에 응답하여, 성공적인 자체-시험 이후에 무기한으로 제공된다.
상태 4: 자체-시험, 오프 상태 전환이며, 온 상태에서 오프 상태로 전환하는 외부 명령에 응답하여 발생한다. 이러한 상태는 일시적이며 시스템 응답성과 비교하여 단기간이다. 이러한 상태동안 출력은 유효하게 오프이다. 결과는 하드웨어 엘리먼트들의 양호성에 기초하여 2개의 다른 하드웨어 내부 오프 상태중 어느 것이 선택될지를 검출한다.
상태에 대한 하기 설명은 도 3 내지 도 7의 흐름도에 대하여 이루어진다. 처리를 위한 엔트리 포인트(point of entry)는 오프 상태인, 상태 1로서 임의적으로 한정된다. 스위치1, 스위치2, 스위치3, 스위치4는 S1, S2, S3, S4로 언급되며, 모니터1, 모니터2, 모니터3, 모니터4는 M1, M2, M3 및 M4로 언급된다.
(1) 상태 1은 불활성화된 S1과 S2, 및 활성화된 S3와 S4를 가짐으로써 우세하게 만족된다. 이것은 전원 차단을 보장하기 위해 단락-회로를 접지를 통해 로드(브레이크 액추에이터)의 2개의 단부에 제공된다. 선택적으로, 이전의 시험을 통해 고장 상태를 검출한 결과로서만, 4개의 스위치, S1, S2, S3, S4가 부주의로 인해 전도 경로를 설정할 가능성을 감소시키기 위해 불활성화된다.
(2) 외부 시퀀스가 오프-상태에서 온-상태로 전환될 때 온 상태 전환 자체-시험 처리가 개시된다. 이러한 처리는 순차적으로 고정된 시퀀스이며 고정된 시간-주기를 취한다. 외부 상태와 중간-자체-시험을 디어서팅(deasserting)함으로써 시퀀스를 중단시키는 것이 논리를 통해 방지된다. PRT 브레이크 분야에서, 1.5초, 통상적으로 100초당 1회 이하의 속도로 발생하도록 제어되는 브레이크 주기와 비교하여, 자체-시험은 100 msec 이하로 취해진다.
(3) 초기에 모든 스위치 S1 내지 S4는 불활성화된다. 이러한 상태로부터 모든 스위치는 개별적으로 직렬 시퀀스로서 검사될 수 있다. 이것은 각각의 스위치를 단일적으로 턴온하고, 모니터 M1 내지 M4를 사용하여 검증함으로써 이루어진다. 이러한 처리동안 로드는 전원이 차단된다. 고장의 결과로서, 하나의 스위치를 활성화시키는 것이 고장을 통해 경로를 제공하고 로드가 순간적으로 전원 공급되는 것이 가능하다. PRT 상의 브레이크 제어의 기능에 있어서, 로드(브레이크)의 시간 상수는 순간적인 전원 공급 경우보다 현저하게 길어져, 이러한 짧은 경우로부터 어떠한 결과도 진행되지 않게 한다.
(4) S1은 활성화되어, M1이 오프되게 한다. 만약 M1이 온으로 남는다면, 고장이 발생하고, 이것은 S1이 고장난 개방-회로를 갖는 것으로 가정한다. 이러한 시험 결과는 스위치 S1에 대해, 동작(OK), 또는 고장난 개방-회로(OC)로서 로깅된다.
(5) S1은 불활성화된다. 모든 스위치는 불활성 상태이다.
(6) S2는 활성화되어, M2가 오프되게 한다. 만약 M2가 온으로 남는다면, 고장이 발생하고, 이것은 S2가 고장난 개방-회로를 갖는 것으로 가정하게 된다. 2개의 상태중 하나가 스위치 S2에 대해서, 동작(OK), 또는 고장난 개방-회로(OC)로서 로깅된다.
(7) S2는 불활성화 된다. 모든 스위치는 불활성 상태이다.
(8) S3는 활성화되어, M3가 오프되게 한다. 만약 M3가 온으로 남는다면, 고장이 발생하고, 이것은 S3가 고장난 개방-회로를 갖는 것으로 가정하게 된다. 2개의 상태중 하나가 스위치 S3에 대해서, 동작(OK), 또는 고장난 개방-회로(OC)로서 로깅된다.
(9) S3는 불활성화 된다. 모든 스위치는 불활성 상태이다.
(10) S4는 활성화되어, M4가 오프되게 한다. 만약 M4가 온으로 남는다면, 고장이 발생하고, 이것은 S4가 고장난 개방-회로를 갖는 것으로 가정하게 된다. 2개의 상태중 하나가 스위치 S4에 대해서, 동작(OK), 또는 고장난 개방-회로(OC)로서 로깅된다.
(11) S4는 불활성화 된다. 모든 스위치는 불활성 상태이다.
(12) 다음에 모니터 M1 내지 M4는, 예측 상태인, 전원이 차단될 때, 스위치 S1 내지 S4에 걸쳐 정상적인 바이어스를 의미하는, 모든 모니터가 모두 온인지를 검증하기 위해 검사된다. 만약 M1 내지 M4중, 임의의 모니터가 오프라면, 고장이 발생한다. 고장은 해당 스위치, S1 내지 S4에서 단락-회로가 발생한 것으로 가정된다. 이전의 시험이 단락된 스위치에 영향을 받는 퓨즈를 차단하고, 이로 인해 단락-회로를 제거함으로써, S1, S2 스위치중 하나가 단락-회로로 기록된다면 S1 또는 S2에 대한 모니터링 회로가 고장나기 매우 쉽다.
(13) 모든 4개의 스위치를 개별적으로 시험하여, 스위치가 구성될 수 있는 3개의 바람직한 상태중 하나로 결정이 이뤄진다:
우세한 경우는 완전하게-기능하는 하드웨어, 또는 추정된 고장의 특정 세트를 갖는 하드웨어에 적용가능한, 스위치 S1 및 S4에 전원을 공급하는 것이다.
임의의 고장은 스위치 S2 및 S3에 전원을 공급하는, 대안 경로를 선택함으로써 극복될 수 있다.
또한 이것은 로드를 활성화시키지만, S1과 S4를 활성화시키는 것과 비교하여 로드를 통과하는 전류 방향을 반전시킨다. 브레이크 해제 기능의 PRT 분야에서, 로드는 극성을 갖지 않고 전류 흐름의 방향에 영향을 받지 않는다.
하드웨어 고장의 특정 조합은 허용될 수 없다. 이러한 기능은 모든 스위치를 오프로 고정함으로써 이러한 고장에 반응하여 브레이크가 온으로 남게 한다.
적절한 로드 상태의 검출은 다음 표에 따라서 모든 4개의 스위치 조합의 24개 가능한 상태를 평가함으로써 이루어진다.
표 2
상태 S1 S2 S3 S4 결과
1 OK OK OK OK S1,S4 선택
2 OK OK OK OC S2,S3 선택
3 OK OK OK SC S1,S4 선택
4 OK OK OC OK S1,S4 선택
5 OK OK OC OC 선택 안함
6 OK OK OC SC S1,S4 선택
7 OK OK SC OK S2,S3 선택
8 OK OK SC OC S2,S3 선택
9 OK OK SC SC 선택 안함
10 OK OC OK OK S1,S4 선택
11 OK OC OK OC 선택 안함
12 OK OC OK SC S1,S4 선택
13 OK OC OC OK S1,S4 선택
14 OK OC OC OC 선택 안함
15 OK OC OC SC S1,S4 선택
16 OK OC SC OK 선택 안함
17 OK OC SC OC 선택 안함
18 OK OC SC SC 선택 안함
19 OK SC OK OK S1,S4 선택
20 OK SC OK OC S2,S3 선택
21 OK SC OK SC S1,S4 선택
22 OK SC OC OK S1,S4 선택
23 OK SC OC OC 선택 안함
24 OK SC OC SC 선택 안함
25 OK SC SC OK S1,S4 선택
26 OK SC SC OC 선택 안함
27 OK SC SC SC 선택 안함
28 OC OK OK OK S2,S3 선택
29 OC OK OK OC S2,S3 선택
30 OC OK OK SC 선택 안함
31 OC OK OC OK 선택 안함
32 OC OK OC OC 선택 안함
33 OC OK OC SC 선택 안함
34 OC OK SC OK S2,S3 선택
35 OC OK SC OC 선택 안함
36 OC OK SC SC 선택 안함
37 OC OC OK OK 선택 안함
38 OC OC OK OC 선택 안함
39 OC OC OK SC 선택 안함
40 OC OC OC OK 선택 안함
41 OC OC OC OC 선택 안함
42 OC OC OC SC 선택 안함
43 OC OC SC OK 선택 안함
44 OC OC SC OC 선택 안함
45 OC OC SC SC 선택 안함
46 OC SC OK OK S2,S3 선택
47 OC SC OK OC 선택 안함
48 OC SC OK SC 선택 안함
49 OC SC OC OK 선택 안함
50 OC SC OC OC 선택 안함
51 OC SC OC SC 선택 안함
52 OC SC SC OK 선택 안함
53 OC SC SC OC 선택 안함
54 OC SC SC SC 선택 안함
55 SC OK OK OK S2,S3 선택
56 SC OK OK OC S2,S3 선택
57 SC OK OK SC 선택 안함
58 SC OK OC OK 선택 안함
59 SC OK OC OC 선택 안함
60 SC OK OC SC 선택 안함
61 SC OK SC OK S2,S3 선택
62 SC OK SC OC S2,S3 선택
63 SC OK SC SC 선택 안함
64 SC OC OK OK 선택 안함
65 SC OC OK OC 선택 안함
66 SC OC OK SC 선택 안함
67 SC OC OC OK 선택 안함
68 SC OC OC OC 선택 안함
69 SC OC OC SC 선택 안함
70 SC OC SC OK 선택 안함
71 SC OC SC OC 선택 안함
72 SC OC SC SC 선택 안함
73 SC SC OK OK S1,S4 선택
74 SC SC OK OC S2,S3 선택
75 SC SC OK SC 선택 안함
76 SC SC OC OK S1,S4 선택
77 SC SC OC OC 선택 안함
78 SC SC OC SC 선택 안함
79 SC SC SC OK 선택 안함
80 SC SC SC OC 선택 안함
81 SC SC SC SC 선택 안함
(14) 만약 로드가 활성화될 수 있다고 결정된다면, 적절한 스위치에 전원이 공급되고 상태 3이 개시된다. 활성화될 로드의 고장은 이전 시험의 결과이며 하드웨어의 수리를 필요로 한다.
(15) 만약 S1과 S4가 활성화된다면, 상태 3이 유효한 지속기간동안 새로운 고장의 발생은 스위치가 하기 표에서 한정된 8개의 가능한 조합에 따라서 동작하게 한다:
표 3
S1 고장 OC 고장-오프
S1 고장 SC 계속 유지
S2 고장 OC 계속 유지
S2 고장 SC S2 퓨즈 차단, 계속 유지
S3 고장 OC 계속 유지
S3 고장 SC S1 퓨즈 차단, 고장-오프
S4 고장 OC 고장-오프
S4 고장 SC 계속 유지
(16) 만약 S2와 S3가 활성화된다면, 상태 3이 유효한 지속기간동안 새로운 고장의 발생은 스위치가 하기 표에서 한정된 8개의 가능한 조합에 따라서 동작하게 한다.
표 4
S1 고장 OC 계속 유지
S1 고장 SC S1 퓨즈 차단, 계속 유지
S2 고장 OC 고장-오프
S2 고장 SC 계속 유지
S3 고장 OC 고장-오프
S3 고장 SC 계속 유지
S4 고장 OC 계속 유지
S4 고장 SC S2 퓨즈 차단, 고장-오프
(17) 결과는 로드가 우세하게 시스템이 상태 3인 지속기간동안 전원이 공급되는 것이다. 고장이 로드의 불활성화를 유발할 수 있는 가능성이 있다. 시스템은 고장이 발생했는지를 인식한다. PRT용 브레이크-해제 기능 애플리케이션에서, 브레이크가 다시 제공되는 경우는 차량을 정지시키고 진단 세트로 진행하게 한다. 이러한 진단은 브레이크를 (온에서 오프로) 해제하는 명령의 제거와 브레이크를 (오프에서 온으로) 해제하는 명령을 다시 제공하는 것을 포함한다. 처리는, 적절한 스위치 구성의 다른 결과에 도달할 수 있는 포인트에서, 온 전환 자체-시험을 다시 실시한다. 예컨대, 만약 로드가 활성화된 스위치 S1과 S4에 의해 활성화되고 S1이 개방-회로로 진행하는 고장이 발생하였다면, 브레이크-해제 기능은 중단되고 PRT 차량은 정지한다. 브레이크를 해제하는 명령은 제거되고 다시 적용된다. 발생한 온 전환 자체-시험은 로드에 전원을 공급하고 브레이크를 해제하도록 스위치 S2와 S3를 활성화시킬 필요성을 추정한다. 따라서 이러한 주기적인 이벤트는 일시 정지를 유발한 고장의 존재하에서 시스템이 계속되도록 하여준다.
(18) 외부 시퀀스가 온-상태에서 오프-상태로 전환될 때 '오프-전환-자체-시험' 처리가 개시된다. 이러한 처리는 순차적으로 고정된 시퀀스이며 고정된 시간-주기를 취한다. 외부 상태를 디어서팅하여 시퀀스를 중단함으로써 중간-자체-시험이 논리를 통해 방지된다. PRT 브레이크 분야에서, 자체-시험은, 1.5 초당 1회보다 느린 속도로 발생하고, 통상적으로 트립 개시 및 종료 시간사이의 100 초 이상인, 제어된 브레이크 주기와 비교하여, 100 msec 이하이다.
(19) 초기에 모든 스위치 S1 내지 S4는 불활성화되고, 그리고 나서 스위치 S3 및 S4는 활성화된다. 이러한 2단계 처리는 스위치 조합이 전환 단락 회로 경로를 유도하는 곳에서 어떠한 상태-변환 조건들도 발생하지 않게 보장한다.
(20) 이러한 상태에서 스위치는 모니터 M1 및 M2를 사용하여 검사될 수 있다. 만약 모니터 M1 또는 모니터 M2중 어느 하나가 오프 상태에 있다면, 스위치 S3 또는 S4중 어느 하나가 개방-회로를 단락시키고, 출력을 온으로 구동하는 또 다른 바이어스 경로가 존재하는 것을 나타낸다. 이러한 경우가 발생하자마자, 모든 스위치는 불활성화된다. 응답 시간은 수정 동작이 100msec 이하이며 무시할 수 있다.
2개의 상태중 하나가 로드가 (브레이크에 인가된) 전원 차단을 보장하도록 적절하게 검출된다.
(21) 우세하게, 모든 하드웨어 기능적이거나, 또는 선택적인 고장이 존재할 때, 스위치 S1 및 S2는 불활성으로 남고 스위치 S3 와 S4는 활성화되어, 로드 양단에 걸쳐 접지를 통해 단락-회로를 제공한다. 선택적으로, 상기 설명한 고장 조합을 제거하여, 모든 4개의 스위치는 부주의로 인해 전도 경로를 설정할 가능성을 감소시키도록 불활성으로 남는다. 이러한 2개의 조건은 상태 1로서 기능을 한다.
(22) 만약 S3와 S4가 활성화된다면, 상태 1이 유효한 지속기간동안 새로운 고장의 발생은 스위치가 하기 표에서 한정된 8개의 가능한 조합에 따라서 동작하게 한다:
표 5
S1 고장 OC 계속 유지
S1 고장 SC S1 퓨즈 차단, 계속 유지
S2 고장 OC 계속 유지
S2 고장 SC S2 퓨즈 차단, 계속 유지
S3 고장 OC 계속 유지
S3 고장 SC 계속 유지
S4 고장 OC 계속 유지
S4 고장 SC 계속 유지
(23) 만약 모든 스위치가 불활성된다면, 상태 1이 유효한 지속기간동안 새로운 고장의 발생은 스위치가 하기 표에서 한정된 8개의 가능한 조합에 따라서 동작하게 한다:
표 6
S1 고장 OC 계속 유지
S1 고장 SC 계속 유지
S2 고장 OC 계속 유지
S2 고장 SC 계속 유지
S3 고장 OC 계속 유지
S3 고장 SC 계속 유지
S4 고장 OC 계속 유지
S4 고장 SC 계속 유지
(24) 결과는 로드가 시스템이 상태 1에 있는 지속기간동안 항상 전원이 차단되는 것이다. 개별 스위치의 상태를 변화시키고, 퓨즈를 차단으로 유도할 수 있는 가능성이 존재하지만, 로드는 전원이 차단된 상태로 남는다. 흐름도에서 설명되고 도시된 처리가 반복되는 포인트에서, 오프에서 온으로의 다음 외부 전환까지 동작은 이러한 상태로 남아있는다.
H 스위치(10)의 동작은 도8에 요약되어 있으며, 여기서 브레이크가 인가되는 경우에 요구되는 동작은 오프이며, 도8의 경로 60에 제시된 바와 같이 브레이크가 제거되어 이동이 허용되는 경우에 요구되는 동작은 온이다. 스위치 처리의 4가지 상태들 동안 상태 1(62) 에서 브레이크는 오프, 오프 상태이고, 상태 4(64)에서는 오프전환인 자체 시험 시퀀스 상태이고, 상태 2(66)에서는 온으로느 브레이크 전환 상태이며, 상태 3(68)에서는 온 상태이다.
비록 본 발명의 특징이 일부 도면에서만 도시되었지만, 이것은 각각의 특징이 본 발명에 따라 임의의 또는 모든 다른 특징과 조합될 수 있는 것에 대한 편의적인 것이다.
다른 실시예는 당업자에게 자명하며 하기 청구항내에서 존재한다.

Claims (5)

  1. 전력 소스를 연결하기 위한 한 쌍의 제 1 단자들;
    상기 한 쌍의 제 1 단자들 사이에 직렬로 연결된 제 1 퓨즈 장치, 제 1 스위칭 장치 및 제 3 스위칭 장치를 포함하는 제 1 네트워크;
    상기 한 쌍의 제 1 단자들 사이에 직렬로 연결된 제 2 퓨즈 장치, 제 2 스위칭 장치 및 제 4 스위칭 장치를 포함하는, 상기 제 1 네트워크와 병렬로 연결되는 제 2 네트워크; 및
    상기 제 1 및 제 2 스위칭 장치가 개방이고 상기 제 3 및 제 4 스위칭 장치가 폐쇄되거나 또는 상기 제 1, 제 2, 제 3, 및 제 4 스위칭 장치가 개방될 때에 중요 장치로부터 고장-안전 전류를 제거시키고, 내고장성 동작이 상기 제 1 퓨즈 장치, 상기 제 1 스위칭 장치 및 상기 제 4 스위칭 장치를 통해, 또는 상기 제 2 퓨즈 장치, 상기 제 2 스위칭 장치 및 상기 제 3 스위칭 장치를 통해 이뤄지도록, 한 단자는 상기 제 1 및 제 3 스위칭 장치 사이에서, 한 단자는 상기 제 2 및 제 4 스위치 장치 사이에서 상기 중요 장치에 연결되는 한 쌍의 제 2 단자들을 포함하는 중요 장치용 내고장성 고장-안전 스위칭 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 단방향으로 전류가 흐르도록 상기 한 쌍의 제 2 단자들과 상기 중요 장치 사이에 상호연결된 단방향 전류 흐름 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 중요 장치용 내고장성 고장-안전 스위칭 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 단방향 전류 흐름 회로는 상기 제 1 및 제 3 스위칭 장치 사이에 연결된 제 1 단자와 상기 제 2 및 제 4 스위칭 장치 사이에 연결된 제 2 단자들을 갖는 다이오드 브리지를 포함하며, 상기 중요 장치 양단에 걸쳐 극성을 갖는 단자들이 제공되는 것을 특징으로 하는 중요 장치용 내고장성 고장-안전 스위칭 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 스위칭 장치를 모니터링하는 제 1 모니터 회로, 상기 제 2 스위칭 장치를 모니터링하는 제 2 모니터 회로, 상기 제 3 스위칭 장치를 모니터링하는 제 3 모니터 회로 및 상기 제 4 스위칭 장치를 모니터링하는 제 4 모니터 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 중요 장치용 내고장성 고장-안전 스위칭 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 스위칭 장치를 선택적으로 동작시키기 위해 상기 모니터링 회로들에 응답하는 제어기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 중요 장치용 내고장성 고장-안전 스위칭 시스템.
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