KR100835383B1 - Fault tolerance controller of double onboard equipment for railway signaling system using extra time - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 종래 소프트웨어 비교에 의한 결함검출방식을 채용한 이중계구조 제어기의 구성도,1 is a configuration diagram of a dual-system controller employing a defect detection method according to a conventional software comparison;
도 2는 본 발명에 따른 시간여분을 이용한 철도신호용 이중계구조 결함허용 제어기의 개요도,2 is a schematic diagram of a fault tolerance controller for a dual-system structure for railway signals using time margin according to the present invention;
도 3은 본 발명에 따른 시간여분을 이용한 철도신호용 이중계구조 결함허용 제어기의 상세구성도,3 is a detailed configuration diagram of a fault tolerance controller of a dual system structure for railway signals using time margin according to the present invention;
도 4는 본 발명에 따른 이중계구조 결함허용 제어기와 종래 이중계구조 제어기 내부에서 간헐결함 발생시 처리방법을 비교설명하는 도면을 나타낸다.FIG. 4 is a diagram illustrating a method for comparing intermittent faults in a dual fault controller and a conventional fault controller in accordance with the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
10 -- 제1제어기, 20 -- 제2제어기,10-first controller, 20-second controller,
30 -- 여분관리모듈, 31a, 31b -- 조합회로,30-redundant management module, 31a, 31b-combination circuit,
32a, 32b -- 비교처리부, 33a, 33b -- 차단기,32a, 32b-comparison processor, 33a, 33b-breaker,
34 -- 고장현시부.34-Fault manifest.
본 발명은 철도신호분야에서 주로 사용되는 컴퓨터화된 제어기 내부에서 발생되는 간헐결함을 허용할 수 있도록 하는 시간여분을 이용한 철도신호용 이중계구조 결함허용 제어기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 결함발생시 재수행을 요청하는 여분관리 모듈을 설치하여, 시간여분을 이용한 재수행으로 간헐 결함을 허용함으로써, 제어기의 신뢰성을 유지한 상태에서 서비스 유지시간을 연장시키는 가용성이 향상된 시간여분을 이용한 철도신호용 이중계구조 결함허용 제어기에 관한 것이다.The present invention relates to a dual-system fault tolerance controller for railroad signals using time margin to allow intermittent faults generated inside a computerized controller mainly used in the railway signal field. By installing a redundant management module requesting the request, permitting intermittent faults by re-execution using time spares, dual system faults for railway signals using time spares with improved availability to extend service maintenance time while maintaining the reliability of the controller A permissible controller.
일반적으로, 철도신호분야는 열차를 안전하고 효율적으로 제어하기 위해 컴퓨터기반 제어기를 사용하고 있다. 컴퓨터기반 제어기의 고장은 제어기에 기대된 기능요구사항을 수행하지 못함으로써 열차제어 전반의 가용성과 신뢰성을 저하시키며, 사고의 원인이 되는 위험측 고장을 발생시킬 확률도 존재한다.In general, the railway signal field uses computer-based controllers to safely and efficiently control trains. The failure of a computer-based controller reduces the availability and reliability of train control as a result of failing to meet the functional requirements expected of the controller, and there is a possibility of generating a dangerous failure that causes an accident.
따라서 이러한 제어기 내부의 결함을 검출하기 위해 일반적으로 사용되는 방법이 동일한 구조의 하드웨어를 이중으로 구성한 제어기를 사용하여 동일입력에 대한 연산결과를 비교하여 결함으로 인한 오동작을 방지하기 위한 기술이 사용되고 있다.Therefore, a technique generally used for detecting a defect in the controller is used to prevent a malfunction due to a defect by comparing the operation results of the same input using a controller having dual hardware having the same structure.
도 1은 종래 이중계 구조 제어기의 개요도를 도시한 것으로, 동일구조로 이루어진 제1, 제2 제어기(10)(20) 각각에 비교논리를 수행하는 소프트웨어(11)(21)를 내장하여 단일 결함발생으로 인해 연산결과가 서로 상이하면, 제어기(10)(20)의 출력을 차단하는 구조가 많이 사용되었다. 하지만 소프트웨어(11)(21)를 사용한 비교는 제어기(10)(20)의 처리속도의 미묘한 차이에 의한 불일치를 완전하게 제거할 수 없으며, 정량적으로 고장발생확률을 평가하기 용이하지 않은 소프트웨어를 사용함으로써 시스템의 신뢰성 및 안전성 확보의 입증에 걸림돌이 되고 있다.1 shows a schematic diagram of a conventional dual-system controller, in which a single defect is built into each of the first and
컴퓨터기반 제어기 내부에서 발생되는 결함은 그 증상과 영향에 따라 다양하게 구분되지만 가장 많은 발생 빈도를 차지하는 결함은 일시적으로 발생하고 다시 정상상태로 복귀되는 간헐결함이다. 이러한 간헐결함에 대하여 결함검출을 목적으로 동일한 하드웨어를 사용하여 연산결과를 비교하는 이중계구조는 단 한 번의 간헐결함에도 제어기 전체의 출력을 차단해야 하므로, 신뢰성은 높지만 가용성이 심각하게 저하되는 단점이 발생한다.Defects that occur inside the computer-based controller are classified according to their symptoms and effects, but the most frequent defects are intermittent defects that occur temporarily and return to their normal state. The dual system structure that compares the calculation results using the same hardware for the purpose of defect detection for such intermittent defects has to cut off the output of the entire controller even with only one intermittent defect. Occurs.
본 발명은 상기한 단점을 개선하기 위하여 발명한 것으로, 하드웨어 이중화를 통한 단순비교 논리의 취약점이 간헐결함에 대한 제어기 차단을 보완하기 위해 시간여분에 해당하는 재시도를 통해 보다 가용성이 향상된 시간여분을 이용한 철도신호용 이중계구조 결함허용 제어기를 제공하고자 함에 목적이 있다.The present invention has been invented to improve the above-mentioned disadvantages, and the availability of time is increased by retrying corresponding to the time to relieve the controller blocking against the intermittent weakness of the simple comparison logic through hardware duplication. An object of the present invention is to provide a dual-system fault tolerance controller for railway signals.
이를 실현하기 위한 본 발명의 시간여분을 이용한 철도신호용 이중계구조 결함허용 제어기는, 통신 또는 접점 입력을 수신한 후 그 연산결과에 따라 제어신호를 출력하도록 동일구조의 이중계로 구성된 제1제어기와 제2제어기를 포함하여 이루어진 철도신호용 이중계구조 결함허용 제어기에 있어서,The fault tolerance controller for railway signal using the time surplus of the present invention for realizing this includes a first controller and a dual controller having the same structure configured to output a control signal according to the operation result after receiving a communication or contact input. In the dual-system fault tolerance controller for railroad signals comprising two controllers,
상기 제1제어기와 제2제어기 사이에는 외부로부터의 통신 또는 접점 입력을 제1제어기 및 제2제어기로 각각 분주하여 전송하고, 상기 제1제어기 및 제2제어기의 연산결과를 수신하여 동일한지 여부를 판단한 후 불일치하는 경우 양측의 제1제어기 및 제2제어기로 연산 재시도 신호를 전송하여 재시도결과 불일치한 경우에만 차단신호를 출력하고 동일한 경우에는 제어기의 연산결과를 정상적으로 출력하도록 이루어진 여분관리모듈을 포함하여 이루어진 구조로 되어 있다. Between the first controller and the second controller, the communication or contact input from the outside is divided and transmitted to the first controller and the second controller, respectively, and the operation results of the first controller and the second controller are received to determine whether they are the same. In case of inconsistency after the determination, the operation management retry signal is transmitted to the first and second controllers on both sides to output the blocking signal only when the retry result is inconsistent, and in case of the same, the redundant management module configured to output the operation result of the controller normally. It has a structure that includes.
상기에 있어서, 상기 여분관리모듈은 외부로부터의 통신 또는 접점 입력을 제1제어기 및 제2제어기로 분주하여 전송하는 수단, 제1제어기 및 제2제어기의 연산결과를 합성하는 조합수단, 상기 조합수단으로 입력되는 제1제어기 및 제2제어기의 신호를 비교하여 일치여부를 판단하는 비교처리수단, 상기 비교처리수단의 비교결과 결함에 의해 불일치신호가 출력되는 경우 외부로 제1제어기 및 제2제어기의 최종출력을 차단하는 차단수단을 포함하여 이루어져 있다.In the above, the redundant management module means for dividing the communication or contact input from the outside to the first controller and the second controller, combining means for synthesizing the calculation results of the first controller and the second controller, the combining means Comparison processing means for comparing the signals of the first controller and the second controller inputted to determine whether or not a match, and if a mismatch signal is output due to a defect of the comparison processing means of the first controller and the second controller, It includes a blocking means for blocking the final output.
상기에 있어서, 상기 비교처리수단의 비교결과 결함에 의해 불일치신호가 출력되는 경우 고장을 현시하는 고장현시수단이 추가로 포함됨을 특징으로 한다.In the above, it is characterized in that it further comprises a fault-presenting means for manifesting a failure when a mismatch signal is output by a defect as a result of the comparison of the comparison processing means.
이하 본 발명의 바람직한 일실시예에 대한 구성 및 작용을 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the configuration and operation of the preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명에 따른 시간여분을 이용한 철도신호용 이중계구조 결함허용 제어기의 개요도를 나타낸다.Figure 2 shows a schematic diagram of a fault tolerance controller for railroad signals using the extra time according to the present invention.
제1제어기(10)와 제2제어기(20)는 본 발명에 따른 여분관리모듈(30)을 통해 외부로부터 수신되는 통신 또는 접점 입력에 따른 연산작용을 수행하고 그 결과에 따른 제어신호를 출력하는 장치로써, 동일구조의 이중계로 구성된 제어기이다.The
그리고 상기 여분관리모듈(30)은 외부로부터 수신되는 통신 또는 접점 입력을 수신한 후 동일한 신호로 분주하여 제1제어기(10)와 제2제어기(20)로 전송하고, 이어 제1제어기(10)와 제2제어기(20)에서의 연산결과를 수신하였을 때 수신신호가 일치하는 경우에는 제1제어기(10)와 제2제어기(20)의 최종출력에 따른 제어신호를 외부로 전송하지만, 일치하지 않는 경우에는 제1제어기(10)와 제2제어기(20)로 연산 재시도 신호를 전송하여 재시도결과에도 불일치한 경우에만 결함의 확산을 방지하기 위해 제1제어기(10)와 제2제어기(20)의 최종출력이 외부로 전송되는 것을 차단한다.The
여기서, 통신 또는 접점 입력이나 출력이라 함은 마이크로컨트롤러를 사용하는 철도 신호분야 응용분야에서 일반적으로 사용하는 입력과 출력을 의미하는 것으로, 예를 들어 전자연동장치의 경우 입력은 궤도회로 신호이며, 출력은 신호기와 선로전환기 출력이 된다. 마찬가지로 차상제어장치의 예를 들면, 입력은 차상안테나를 통해 입력되는 시리얼 정보이며, 출력은 제동관련 인터페이스가 된다.Here, the communication or contact input or output means an input and an output generally used in railroad signal field applications using a microcontroller. For example, in the case of an electronic interlocking device, the input is a track circuit signal. Is the signal and line converter output. Similarly, for example of the onboard controller, the input is serial information input through the onboard antenna, and the output is a braking related interface.
도 3은 본 발명에 따른 시간여분을 이용한 철도신호용 이중계구조 결함허용 제어기의 상세구성도를 나타낸다.Figure 3 shows a detailed configuration of the fault tolerance controller for dual-structure structure for railway signals using the time margin according to the present invention.
여기서 여분관리모듈(30)은 제1제어기(10)와 제2제어기(20)의 직렬통신데이터와 출력데이터를 합성하는 역할을 수행하는 조합회로(31a)와, 조합회로(31a)로 입력되는 제1제어기(10)와 제2제어기(20)의 신호를 비교하여 불일치(제1제어기(10) 또는 제2제어기(20)의 결함발생)을 판단하는 비교처리부(32a), 그리고 결함이 발생하여 비교처리부(32a)에서 불일치가 발생하면 출력을 안전측으로 차단하는 차단기(33a)를 구비하고 있다.The
마찬가지로 여분관리모듈(30)은 접점 입력에 대하여도 위와 마찬가지 방법으로 동작하는 조합회로(31b)와 비교처리부(32b) 그리고 차단기(33b)를 구비하여, 접점 입력에 따른 결함허용여부를 판단하여 제어하고 있으며, 이는 후술되는 바와 같이 통신입력에 따른 결함허용여부 판단작용과 동일하므로 이하에서는 통신입력에 따른 결함허용여부 판단작용에 대하여만 설명한다.Similarly, the
이와 같이 이루어진 여분관리모듈(30)에서 외부회로로부터 여분관리모듈(30)로 입력된 통신입력은 둘로 나뉘어져 각각 제1제어기(10)와 제2제어기(20)의 통신포트를 통해 해당 제어기(10)(20)로 입력되고, 입력신호는 제어신호 생성을 위해 연산처리된 후 여분관리모듈(30)의 조합회로(31a)와 비교처리부(32a)로 각각 입력된다.In the
이때 제어기(10)(20) 내부에서 간헐결함이 발생하지 않은 경우에는 비교처리부(32a)에서 비교하는 제1제어기(10) 및 제2제어기(20)로부터 수신된 신호는 일치하게 되며, 이에 따라 조합회로(31a)에서는 제1제어기(10) 및 제2제어기(20)로부터 수신된 신호를 합성하여 외부로 출력한다.At this time, when the intermittent fault does not occur in the
그러나, 비교처리부(32a)에서 비교하는 제1제어기(10) 및 제2제어기(20)로부터 수신된 신호가 일치하지 않는 경우에는 여분관리모듈(30)에서 제1제어기(10) 및 제2제어기(20)로 계속 연산을 위한 재시도요청을 하고, 이에 따라 제1제어기(10) 및 제2제어기(20)는 여분관리모듈(30)로부터 입력되는 신호를 연산하여 다시 여분관리모듈(30)의 조합회로(31a)와 비교처리부(32a)로 각각 입력시킨다. 이때 비교처리결과 일치하는 것으로 판단되면 일측 제어기에서 간헐 결함이 발생되었던 것으로 판단하여 이후부터는 정상적으로 제어기(10)(20)의 출력을 조합하여 외부로 전송하는 한편, 일치하지 않는 것으로 판단되면 간헐결함이 아닌 고장으로 판단하여 결함의 확산을 방지하기 위해 차단기(33a)를 통해 제어기의 신호가 외부로 전송되는 것을 차단한다.However, when the signals received from the
이후 여분관리모듈(30) 내부의 조합회로(31a)는 제1제어기(10)와 제2제어기(20)의 통신 또는 접점출력의 비교결과가 불일치되면 마지막으로 수행된 제어명령을 유지하도록 처리하여 결함이 포함된 제어정보로 인한 오동작을 방지한다. 이와 같은 마지막 상태의 유지는 철도신호에서 일반적으로 사용되는 안전측 동작으로써, 신호기, 선로전환기, 제동제어장치와 같은 장치들은 마지막 상태를 유지하여 다른 안전확보 논리에 의해 안전이 확보되도록 하기 위함이다.Thereafter, the
또한 비교처리부(32a) 내부에는 비교결과 불일치시 재수행을 요구한 횟수를 측정하여 일정횟수 이상 비교결과의 불일치가 지속되면 제어기의 최종출력을 차단하고 고장현시부(34)에 고장을 현시하는 안전측동작 논리가 포함될 수 있다.In addition, the
도 4는 본 발명에 따른 이중계구조 결함허용 제어기와 종래 이중계구조 제어기 내부에서 간헐결함 발생시 처리방법을 비교설명하는 도면을 나타낸다.FIG. 4 is a diagram illustrating a method for comparing intermittent faults in a dual fault controller and a conventional fault controller in accordance with the present invention.
첨부도면에 도시된 바와 같이, 예컨대 제2제어기(20)에서 결과 2 시점에서와 같이 간헐결함이 발생하면 통신 또는 접점출력의 불일치가 발생된다. 이러한 불일치가 발생되면 기존 결함검출을 위한 이중계구조에서는 도 4의 “기존 이중계출력”에서와 같이 즉시 제어기의 최종출력을 차단하지만, 본 발명에 따른 여분관리 모듈(30)에서는 도 4의 “시간여분 다중계구조 재시도 요구”에서와 같이 제1제어기(10)와 제2제어기(20)로 재수행을 요구하여 도 4의 “시간여분 다중계구조 출력”과 같이 결함이 포함된 제어출력은 무시하고 다시 제1제어기(10)와 제2제어기(20)의 출력을 비교하여 일치하는 경우에는 정상적인 제어신호를 계속 출력할 수 있도록 한다.As shown in the accompanying drawings, if an intermittent defect occurs, for example, as a result 2 time point in the
상기한 바와 같이 본 발명은, 철도신호 분야의 제어기에서 간헐적으로 발생된 결함에 대하여 제어기가 오동작 또는 차단되는 현상을 방지함으로써, 시스템의 신뢰성과 가용성을 향상시킬 수 있다.As described above, the present invention can improve the reliability and availability of the system by preventing the controller from malfunctioning or blocking against defects intermittently generated in the controller of the railway signal field.
또한, 여분관리 모듈은 마이크로프로세서 또는 마이크로컨트롤러보다 고장발생 확률이 낮은 논리회로로 구현할 수 있으며, 통신 및 접점의 입출력을 사용하는 범용의 상용제어기의 사용이 가능한 장점이 있다.In addition, the redundant management module can be implemented as a logic circuit having a lower probability of failure than a microprocessor or a microcontroller, and there is an advantage in that a general-purpose commercial controller using communication and input / output of a contact point can be used.
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