[发明专利]具有安全等级设计的TCMS-RIOM控制单元

权利要求书

1.一种具有安全等级设计的TCMS-RIOM控制单元，包括主控板卡MCPU、网络板卡NET1、数字量输入板卡DI、数字量输出板卡DO、模拟量输入输出板卡AIO、背板；主控板卡MCPU、网络板卡NET1通过背板上的CPCI板级总线，进行数据交互，网络板卡NET1与数字量输入板卡DI、数字量输出板卡DO、模拟量输入输出板卡AIO彼此之间通过背板上的CAN总线进行数据交互；

主控板卡MCPU包括主处理器CPU、MCU1功能模块；

网络板卡NET1包括FPGA功能模块、CPLD2功能模块、MCU2功能模块；

数字量输入板卡DI包括数字量输入采集模块、输入通道硬件自检模块、MCU3功能模块以及CPLD3功能模块；

数字量输出板卡DO包括数字量继电器输出模块、输出通道硬件自检模块、MCU4功能模块以及CPLD4功能模块；

模拟量输入输出板卡AIO包括模拟量输入采集模块、模拟量输出控制模块、硬件自检模块、MCU5功能模块、CPLD5功能模块；其特征在于，安全设计包括DI/DO安全回路设计以及AIO安全回路设计：

（一）DI安全回路设计

1）DI通道实时自检：输入通道硬件自检模块自检，将检测结果通过网络板卡NET1上报主控板卡MCPU的CPU，主控板卡MCPU的CPU检测到DI通道故障标记，终止DI板故障通道的输入采集值刷新，记录故障，并报告故障标记到控制逻辑；

2）DI板卡缺席检测：DI板卡MCU3周期性发送心跳信号，主控板卡MCPU的CPU检测DI板卡心跳信号，心跳信号丢失则DI板卡缺席，触发故障，终止DI板卡所有输入采集值刷新，记录故障，并报告故障标记到控制逻辑；

3）DI板卡温度过高检测：DI板卡MCU3通过温度传感器获取DI板卡温度，并进行实时温度检测，过温时上报故障信号到主控板卡MCPU的CPU，由主控板卡MCPU的CPU进行故障行为处理，终止DI板卡所有输入采集值刷新，记录故障，并报告故障标记到控制逻辑；

4）DI板卡MCU3、CPLD3异常检测：DI板卡的MCU3、CPLD3通过CAN总线以及C96总线与网络板卡NET1的MCU2进行数据交互，网络板卡NET1的MCU2与网络板卡NET1的FPGA进行数据交互，网络板卡NET1的FPGA与网络板卡NET1的CPLD2进行数据交互，并通过网络板卡NET1将DI板卡的MCU3、CPLD3故障信号上传主控板卡MCPU的CPU，由主控板卡MCPU的CPU进行故障行为处理，终止DI板卡所有输入采集值刷新，记录故障，并报告故障标记到控制逻辑；主控板卡MCPU的CPU下发复位指令对网络板卡NET1的CPLD2、MCU2以及DI板卡的MCU3、CPLD3进行复位重启；

5）DI板卡电源故障监视：DI板卡CPLD3通过主控板卡MCPU的CPU发出的系统故障监测信号检测DI板卡的电源输入是否发生故障，如有故障，则将该故障信号通过网络板卡NET1上报至主控板卡MCPU，由主控板卡MCPU的CPU发出指令重启RIOM设备；同时DI板卡CPLD3将此故障上报至网络板卡NET1中的CPLD2，由CPLD2输出指令控制LED，通过LED灯状态告知用户电源故障；

6）网络板卡NET1的MCU2故障检测：MCU2监测来自DI板卡发送的CAN通讯信号，当监测信号中断，MCU2则将故障上报至网络板卡NET1中的CPLD2，由CPLD2输出指令控制LED，通过LED灯状态告知用户CAN通讯故障；MCU2同时也将此故障上报给主控板卡MCPU的CPU，主控板卡MCPU的CPU发出指令动作：终止DI板卡所有输入采集值刷新，记录故障，并报告故障标记到控制逻辑；网络板卡NET1的CPLD2上报故障给主控板卡MCPU的CPU，主控板卡MCPU的CPU存储故障，并重启网络板卡NET1的MCU2；

（二）DO安全回路设计

1）DO通道实时自检：输出通道硬件自检模块自检，将检测结果通过网络板卡NET1上报主控板卡MCPU的CPU，主控板卡MCPU的CPU检测到DO通道故障标记，终止DO板卡故障通道输出指令发送，记录故障，并报告故障标记到控制逻辑；

2）DO板卡缺席检测：DO板卡MCU4周期性发送心跳信号，主控板卡MCPU的CPU检测DO板卡心跳信号，心跳信号丢失则DO板卡缺席，触发故障，终止DO板卡所有输出指令发送，记录故障，并报告故障标记到控制逻辑；

3）DO板卡温度过高检测：DO板卡MCU4通过温度传感器获取DO板卡温度，并进行实时温度检测，过温时上报故障信号到主控板卡MCPU的CPU，由主控板卡MCPU的CPU进行故障行为处理，终止DO板卡所有输出指令发送，记录故障，并报告故障标记到控制逻辑；

4）DO板卡MCU4、CPLD4异常检测：DO板卡的MCU4、CPLD4通过CAN总线、C96总线与网络板卡NET1的MCU2进行数据交互，网络板卡NET1的MCU2与网络板卡NET1的FPGA进行数据交互，网络板卡NET1的FPGA与网络板卡NET1的CPLD2进行数据交互；并通过网络板卡NET1将DO板卡的MCU4、CPLD4故障信号及网络板卡NET1的CPLD2故障信号通过CPCI总线上传主控板卡MCPU的CPU，由主控板卡MCPU的CPU进行故障行为处理，终止DO板卡所有输出指令发送，记录故障，并报告故障标记到控制逻辑；主控板卡MCPU的CPU下发复位指令对网络板卡NET1的CPLD2、MCU2以及DO板卡的MCU4、CPLD4进行复位重启；

5）DO板卡电源故障监视：DO板卡CPLD4通过主控板卡MCPU的CPU发出的系统故障监测信号检测DI板卡的电源输入是否发生故障，如有故障，则将该故障信号通过网络板卡NET1上报至主控板卡MCPU，由主控板卡MCPU的CPU发出指令重启RIOM设备；同时DO板卡CPLD4将此故障上报至网络板卡NET1中的CPLD2，由CPLD2输出指令控制LED，通过LED灯状态告知用户电源故障；

6）网络板卡NET1的MCU2故障检测：MCU2监测来自DO板卡发送的CAN通讯信号，当监测信号中断，MCU2则将故障上报至网络板卡NET1中的CPLD2，由CPLD2输出指令控制LED，通过LED灯状态告知用户CAN通讯故障；MCU2同时也将此故障上报给主控板卡MCPU的CPU，主控板卡MCPU的CPU发出指令动作：终止DO板卡所有输出指令发送，记录故障，并报告故障标记到控制逻辑；网络板卡NET1的CPLD2上报故障给主控板卡MCPU的CPU，主控板卡MCPU的CPU存储故障，并重启网络板卡NET1的MCU2；

（三）AIO安全回路设计

1）AIO通道自检：硬件自检模块自检，将检测结果通过网络板卡NET1上报主控板卡MCPU的CPU，主控板卡MCPU的CPU检测到AI通道故障标记，终止AI故障通道的输入采集值刷新，记录故障，并报告故障标记到控制逻辑；

2）AIO板卡缺席检测：AIO板卡MCU5周期性发送心跳信号，主控板卡MCPU的CPU检测MCU5心跳信号，心跳信号丢失则AIO板卡缺席，触发故障，终止AIO板卡所有输入采集值刷新，记录故障，并报告故障标记到控制逻辑；

3）AIO板卡温度过高检测：AIO板卡MCU5通过温度传感器获取AIO板卡温度，并进行实时温度检测，过温时上报故障信号到主控板卡MCPU的CPU，由主控板卡MCPU的CPU进行故障行为处理，终止AIO板卡所有输入采集值刷新，记录故障，并报告故障标记到控制逻辑；

4）AIO板卡MCU5、CPLD5异常检测：AIO板卡的MCU5、CPLD5通过CAN总线、C96总线与网络板卡NET1的MCU2进行数据交互，网络板卡NET1的MCU2与网络板卡NET1的FPGA进行数据交互，网络板卡NET1的FPGA与网络板卡NET1的CPLD2进行数据交互，并通过网络板卡NET1将AIO板卡的MCU5、CPLD5故障信号上传主控板卡MCPU的CPU，由主控板卡MCPU的CPU进行故障行为处理，终止AIO板卡所有输入采集值刷新，记录故障，并报告故障标记到控制逻辑；主控板卡MCPU的CPU下发复位指令对网络板卡NET1的CPLD2、MCU2以及AIO板卡的MCU5、CPLD5进行复位重启；

5）AIO板卡电源故障监视：AIO板卡CPLD5通过主控板卡MCPU的CPU发出的系统故障监测信号检测AIO板卡的电源输入是否发生故障，如有故障，则将该故障信号通过网络板卡NET1上报至主控板卡MCPU，由主控板卡MCPU的CPU发出指令重启RIOM设备；同时AIO板卡CPLD5将此故障上报至网络板卡NET1中的CPLD2，由CPLD2输出指令控制LED，通过LED灯状态告知用户电源故障；

6）网络板卡NET1的MCU2故障检测：MCU2监测来自AIO板卡发送的CAN通讯信号，当监测信号中断，MCU2则将故障上报至网络板卡NET1中的CPLD2，由CPLD2输出指令控制LED，通过LED灯状态告知用户CAN通讯故障；MCU2同时也将此故障上报给主控板卡MCPU的CPU，主控板卡MCPU的CPU发出指令动作：终止AIO板卡所有输入采集值刷新，记录故障，并报告故障标记到控制逻辑；网络板卡NET1的CPLD2上报故障给主控板卡MCPU的CPU，主控板卡MCPU的CPU存储故障，并重启网络板卡NET1的MCU2。