專利名稱：集成式的雙機(jī)冗余通信管理機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)綜合自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域，尤其適用于城市軌道交通、電氣化鐵 道的牽引變電所、分區(qū)所、開閉所及電力變、配電所，與保護(hù)測(cè)控裝置、數(shù)據(jù)采集裝置等智能 操作單元配合組成的綜合自動(dòng)化通信系統(tǒng)領(lǐng)域。該發(fā)明創(chuàng)造是該領(lǐng)域綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的重 要組成部分。
技術(shù)背景隨著電氣化鐵路及城市軌道交通綜合自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展，電氣化鐵路及城市 軌道交通自動(dòng)化水平不斷提高及面向?qū)ο蟮闹悄茉O(shè)備的大量使用，使智能設(shè)備及系統(tǒng)間的 數(shù)據(jù)交換顯得越來越重要，因此連接和管理各設(shè)備及系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)通信機(jī)成了電氣化鐵路 及城市軌道交通綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的不可缺少的重要設(shè)備。現(xiàn)有綜自廠家通信管理機(jī)存在以 下問題問題1 單一網(wǎng)絡(luò)、單一主機(jī)的通信機(jī)運(yùn)行模式，單機(jī)運(yùn)行的管理機(jī)一旦發(fā)生故障 即可能造成綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的癱瘓，是現(xiàn)有牽引或軌道交通逐漸擯棄的通信模式；問題2 為了保證可靠性，有的綜自廠家也做到了雙電源、雙CPU互為備用，但這種 功能需要由兩臺(tái)單獨(dú)管理裝置外加通訊切換裝置組成，這種組合模式的接線方式及通信配 置相對(duì)復(fù)雜，不利于現(xiàn)場(chǎng)施工及故障排查。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是為了克服以上通信管理機(jī)方案中的缺陷，提出了雙機(jī)冗余熱備 的實(shí)施方案，具體包括以下方面本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種集成式雙機(jī)冗余通信管理機(jī)，在一個(gè)機(jī)箱里，集成了雙電源、雙CPU模件，雙 重通信模塊，以及接口切換回路，其特征在于所述雙電源、雙CPU模件、雙重通信模塊均與 所述接口切換回路相連，所述機(jī)箱的前面板上安裝有面板模件，所述雙電源、雙CPU模件、 雙重通信模塊和接口切換回路背插式方式安裝于機(jī)箱背部的插槽中，所述雙CPU模件分為 主CPU和備CPU。上述的集成式雙機(jī)冗余通信管理機(jī)，其進(jìn)一步特征在于所述雙CPU模件，均含1 路USB2. 0接口、1路RS232C調(diào)試口和4路10/100M自適應(yīng)以太網(wǎng)口 ；每一 CPU模件另具有 1路內(nèi)部RS232C串行口，用于連接GPS模件，8路RS232C/485串行口，用兩塊串口板引出。所述面板模件，采用液晶面板，觸摸屏圖形操作界面；或者，使用無液晶面板，外接 獨(dú)立顯示器、標(biāo)準(zhǔn)鍵盤和鼠標(biāo)。所述雙電源，冗余備用提供5V給各模件的主電源；12V用于給面板液晶供電；24V 第一路為用于驅(qū)動(dòng)內(nèi)部繼電器的電源；24V第二路為外部開入的電源。所述接口切換回路設(shè)在機(jī)箱母板上，管理機(jī)所有模件通過機(jī)箱母板相連，電源硬 件通過繼電器節(jié)點(diǎn)互鎖實(shí)現(xiàn)，保證同一時(shí)刻僅主CPU擁有串口的控制使用權(quán)。[0012]所述雙CPU模件、雙電源采用雙機(jī)熱備用方式，配合機(jī)箱母板上的雙機(jī)切換電路 的硬件節(jié)點(diǎn)互鎖，實(shí)現(xiàn)由雙CPU模件中的主CPU來獲得對(duì)公共資源的控制權(quán)利，而備CPU則 處于熱備狀態(tài)；主CPU和備CPU分別通過以太網(wǎng)口或光纖接口接入所內(nèi)交換機(jī)構(gòu)成雙網(wǎng)備 用，并通過指令釋放控制權(quán)或獲得控制權(quán)。應(yīng)用于牽引、軌道交通變配電所的通信管理機(jī)，在一個(gè)機(jī)箱里，集成了雙電源、雙 CPU，雙重通信模塊，以及接口切換回路，能夠?qū)崿F(xiàn)雙機(jī)熱備冗余無擾切換功能，在通信主機(jī) 工作時(shí)，熱備冗余主機(jī)對(duì)運(yùn)行主機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視，當(dāng)一臺(tái)電源故障時(shí)，另外一臺(tái)電源可立即 對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行供電而不會(huì)使系統(tǒng)停止運(yùn)行，當(dāng)發(fā)現(xiàn)運(yùn)行主機(jī)故障時(shí)，立即將熱備冗余主機(jī)投 入運(yùn)行。雙機(jī)冗余切換上母板上設(shè)計(jì)有雙機(jī)切換電路，本電路選擇日本松下繼電器、通過 硬件節(jié)點(diǎn)互鎖，實(shí)現(xiàn)由雙CPU中的主機(jī)(工作機(jī))來獲得對(duì)GPS、233/485等公共資源的控 制權(quán)利，而備用CPU(備機(jī))則處于熱備狀態(tài)；雙CPU通過內(nèi)部通信協(xié)議來獲知主備工作狀 態(tài)，如果工作機(jī)多次復(fù)位或得到控制軟件的主轉(zhuǎn)備指令，則自動(dòng)釋放控制權(quán)，備用機(jī)獲知對(duì) 側(cè)變備信息或得到控制軟件的被轉(zhuǎn)主指令后，立刻給出主備切換脈沖獲得共用資源的控制 權(quán)，后臺(tái)或遠(yuǎn)動(dòng)即自動(dòng)切換致新的主機(jī)單元運(yùn)行。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明在電氣化鐵路、軌道交通綜合自動(dòng)化領(lǐng)域里的通信管理裝置上進(jìn)行了雙機(jī) 冗余切換的創(chuàng)新，與時(shí)下主流幾大綜自廠家的通信管理裝置相比有明顯優(yōu)點(diǎn)屏柜配置簡(jiǎn) 單，節(jié)約成本。在同一裝置內(nèi)集成了主備用雙機(jī)和雙電源，外部接線簡(jiǎn)單可靠，當(dāng)一側(cè)電源 故障或關(guān)機(jī)時(shí)，自動(dòng)切換至另側(cè)電源；正常運(yùn)行時(shí)雙機(jī)熱備，主機(jī)取得各個(gè)規(guī)約接口的控制 權(quán)利，當(dāng)主機(jī)故障，通過硬件切換電路及軟件控制備用機(jī)自動(dòng)由備轉(zhuǎn)主。從而保證通信系統(tǒng) 穩(wěn)定可靠運(yùn)行。本發(fā)明創(chuàng)造已經(jīng)成功應(yīng)用在多條電氣化鐵路，同時(shí)在南京地鐵、沈陽地鐵、深圳地 鐵、天津地鐵、蘇州地鐵等軌道交通供電SCADA系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用，是公司目前在軌道 交通項(xiàng)目中主推的產(chǎn)品，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。附圖和具體實(shí)施方 式并不限制本發(fā)明要求保護(hù)的范圍。

圖1本發(fā)明實(shí)施例的硬件配置圖；圖2本發(fā)明實(shí)施例的母板電源切換電原理圖；圖3本發(fā)明實(shí)施例的母板擴(kuò)展接口切換電原理圖；圖4本發(fā)明實(shí)施例的母板雙CPU布線電原理圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明從硬件組成、雙機(jī)冗余熱備進(jìn)一步描述。圖1本發(fā)明實(shí)施 例的硬件配置圖。通信管理裝置由機(jī)箱及各種功能模件組成。其中，除面板模件安裝在前面板外，其 他功能模件都采用背插式方式安裝。CPU模件、母板和電源模件為必選模件，串口模件、事故音響模件、KVM模件、GPS模件等在內(nèi)的其它模件，可根據(jù)功能需要自由定制，分布在裝置插 箱背部的8個(gè)插槽中。CPU和電源模件可以冗余配置構(gòu)成雙機(jī)熱備系統(tǒng)。下面就雙機(jī)冗余 熱備部分的實(shí)現(xiàn)方案著重描述CPU模件設(shè)計(jì)采用工業(yè)級(jí)ETX模塊加載板構(gòu)成。主頻500M以上，內(nèi)存512M-1G DDR，固態(tài)存儲(chǔ)2G-8G，配置可隨市場(chǎng)升級(jí)。含1路USB2. 0接口、1路RS232C調(diào)試口和4路 10/100M自適應(yīng)以太網(wǎng)口，以太網(wǎng)光纖接口可選，光纖接口符合100Base-FX標(biāo)準(zhǔn)。以太網(wǎng)口 1和2—般用于所內(nèi)通信，構(gòu)成雙網(wǎng)備用。以太網(wǎng)3和4 口一般用于遠(yuǎn)動(dòng)通信，支持多個(gè)調(diào) 度，支持雙通道備用。USB接口兼容2. 0和1. 0標(biāo)準(zhǔn)，用于接入普通USB外設(shè)，包括U盤，移 動(dòng)硬盤等。CPU模件另具有4路USB接口，通過KVM板引出。1路內(nèi)部RS232C串行口，用于 連接GPS模件。8路RS232C/485串行口，用兩塊串口板引出。這些引出接口通過母板與串 口模件、事故音響模件、KVM模件、GPS模件等在內(nèi)的其它模件相連，可根據(jù)功能需要自由定 制，CPU和電源模件可以冗余配置構(gòu)成雙機(jī)熱備系統(tǒng)。面板模件設(shè)計(jì)面板有液晶和無液晶版本。當(dāng)需要小的顯示界面時(shí)，采用液晶面 板，觸摸屏圖形操作界面。當(dāng)需要大的顯示界面時(shí)，使用無液晶面板，外接獨(dú)立顯示器、標(biāo)準(zhǔn) 鍵盤和鼠標(biāo)。如果只做通信管理裝置使用，可以取消顯示接口。無液晶面板上面只有少量 的運(yùn)行、主機(jī)提示、故障等指示燈，通過指示燈能更直觀地解讀A、B冗余切換機(jī)制。為更直觀地解讀A、B冗余切換機(jī)制，首先對(duì)雙機(jī)A、B機(jī)指示燈做以介紹信號(hào)燈說明運(yùn)行綠燈上電啟動(dòng)期間長亮，約30秒后進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)，為間隔1秒的閃爍；主機(jī)綠燈長亮表示當(dāng)前為主機(jī)，不亮表示為備機(jī)；故障紅燈紅燈亮或閃爍表示有不同類型的故障。參考運(yùn)行日志信息獲取準(zhǔn)確的。 故障原因。電源模件設(shè)計(jì)本模件為直流逆變電源插件。直流220V或110V電壓輸入經(jīng)抗干 擾濾波回路后，利用逆變及整流原理輸出裝置需要的四組直流電壓，即1路5V、1路12V，2 路 24V。a) 5V是各模件的主電源；b)12V用于給面板液晶供電。b)24V第一路為用于驅(qū)動(dòng)內(nèi)部繼電器的電源；24V第二路為外部開入的電源。如圖2母板電源切換電原理圖；圖3母板擴(kuò)展接口切換電原理圖。電源切換電路管理機(jī)所有模件通過機(jī)箱母板相連，母板上設(shè)計(jì)有雙電源切換電 路，電源硬件通過日本松下DSP1-DC24V、DSP2a-DC24V繼電器節(jié)點(diǎn)互鎖實(shí)現(xiàn)，保證同一時(shí)刻 僅主CPU擁有串口的控制使用權(quán)。配合硬件競(jìng)爭(zhēng)邏輯，實(shí)現(xiàn)方案為上電后，A/B機(jī)的運(yùn)行指示燈閃爍會(huì)不同步。在主機(jī)(A或B)獲得有效的時(shí)鐘后， 會(huì)給備機(jī)對(duì)時(shí)，此時(shí)雙機(jī)運(yùn)行燈的閃爍應(yīng)同步。即運(yùn)行燈同步閃爍表示對(duì)時(shí)功能正常。主 機(jī)綠燈長亮表示本機(jī)CPU當(dāng)前為主機(jī)。不亮表示為備機(jī)。本機(jī)CPU進(jìn)入運(yùn)行后，通過硬件 競(jìng)爭(zhēng)邏輯或軟件控制，CPUA或B之一進(jìn)入主機(jī)狀態(tài)。配合主機(jī)信號(hào)及硬件切換電路，主機(jī) 獲得串口的控制權(quán)，建立和所內(nèi)裝置的通信連接。A、B機(jī)間隔1秒，依次上電，A機(jī)應(yīng)為主機(jī)，啟動(dòng)過程中運(yùn)行燈長亮，啟動(dòng)完成，主程
5序運(yùn)行后，運(yùn)行燈閃爍，CPU A和B的主機(jī)指示燈A機(jī)長亮，B機(jī)不亮，表示A為主機(jī)，B為備 機(jī)，關(guān)閉主機(jī)A，面板主機(jī)應(yīng)該自動(dòng)切換到B機(jī)(切換無延時(shí))，此時(shí)通過母板硬件繼電器節(jié) 點(diǎn)互鎖功能，串口模件等公共資源電源回路也自動(dòng)切換至B機(jī)電源供電。雙機(jī)冗余硬件切換如附圖4母板雙CPU布線電原理圖所示，軟件控制雙CPU通過 內(nèi)部通信協(xié)議來獲知主備工作狀態(tài)，如果工作機(jī)多次復(fù)位或得到控制軟件的主轉(zhuǎn)備指令， 則自動(dòng)釋放控制權(quán)，備用機(jī)獲知對(duì)側(cè)變備信息或得到控制軟件的被轉(zhuǎn)主指令后，立刻給出 主備切換脈沖獲得共用資源的控制權(quán)，后臺(tái)或遠(yuǎn)動(dòng)即自動(dòng)切換致新的主機(jī)單元運(yùn)行。外部接線模式雙機(jī)上電后，CPUA、B機(jī)分別通過以太網(wǎng)口或光纖接口 1和2接入 所內(nèi)交換機(jī)構(gòu)成雙網(wǎng)備用，以太網(wǎng)3和4 口一般用于遠(yuǎn)動(dòng)通信，支持多個(gè)調(diào)度，支持雙通道 備用，公共串口模件根據(jù)需要在相應(yīng)端口配置加載站內(nèi)或調(diào)度通信規(guī)約模塊，投入運(yùn)行后 即可實(shí)現(xiàn)雙機(jī)冗余熱備的運(yùn)行方案。以上已以較佳實(shí)施例公布了本發(fā)明，然其并非用以限制本發(fā)明，凡采取等同替換 或等效變換的方案所獲得的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求一種集成式雙機(jī)冗余通信管理機(jī)，在一個(gè)機(jī)箱里，集成了雙電源、雙CPU模件，雙重通信模塊，以及接口切換回路，其特征在于所述雙電源、雙CPU模件、雙重通信模塊均與所述接口切換回路相連，所述機(jī)箱的前面板上安裝有面板模件，所述雙電源、雙CPU模件、雙重通信模塊和接口切換回路背插式方式安裝于機(jī)箱背部的插槽中，所述雙CPU模件分為主CPU和備CPU。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成式雙機(jī)冗余通信管理機(jī)，其特征在于所述雙CPU模件， 均含1路USB2. 0接口、1路RS232C調(diào)試口和4路10/100M自適應(yīng)以太網(wǎng)口 ；每一 CPU模件 另具有1路內(nèi)部RS232C串行口，用于連接GPS模件，8路RS232C/485串行口，用兩塊串口板 引出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成式雙機(jī)冗余通信管理機(jī)，其特征在于所述面板模件，采 用液晶面板，觸摸屏圖形操作界面；或者，使用無液晶面板，外接獨(dú)立顯示器、標(biāo)準(zhǔn)鍵盤和鼠 標(biāo)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成式雙機(jī)冗余通信管理機(jī)，其特征在于所述雙電源，冗余 備用提供5V給各模件的主電源；12V用于給面板液晶供電；24V第一路為用于驅(qū)動(dòng)內(nèi)部繼 電器的電源；24V第二路為外部開入的電源。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成式雙機(jī)冗余通信管理機(jī)，其特征在于所述接口切換回 路設(shè)在機(jī)箱母板上，管理機(jī)所有模件通過機(jī)箱母板相連，電源硬件通過繼電器節(jié)點(diǎn)互鎖實(shí) 現(xiàn)，保證同一時(shí)刻僅主CPU擁有串口的控制使用權(quán)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的集成式雙機(jī)冗余通信管理機(jī)，其特征在于所述雙CPU模件、 雙電源采用雙機(jī)熱備用方式，配合機(jī)箱母板上的雙機(jī)切換電路的硬件節(jié)點(diǎn)互鎖，實(shí)現(xiàn)由雙 CPU模件中的主CPU來獲得對(duì)公共資源的控制權(quán)利，而備CPU則處于熱備狀態(tài)；主CPU和備 CPU分別通過以太網(wǎng)口或光纖接口接入所內(nèi)交換機(jī)構(gòu)成雙網(wǎng)備用，并通過指令釋放控制權(quán) 或獲得控制權(quán)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種集成式雙機(jī)冗余通信管理機(jī)，通過硬件競(jìng)爭(zhēng)邏輯或軟件控制共同實(shí)現(xiàn)雙機(jī)冗余功能，實(shí)現(xiàn)了集成式管理機(jī)僅主機(jī)擁有公共資源的控制權(quán)，建立和所內(nèi)裝置及調(diào)度端的通信連接，保障了通信的暢通，實(shí)現(xiàn)了通信管理機(jī)無縫主備切換，提高了通信系統(tǒng)的可靠性。在目前牽引及地鐵項(xiàng)目大力發(fā)展這一背景下，本發(fā)明必將創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)效益。
文檔編號(hào)H04L12/24GK201726202SQ201020269508
公開日2011年1月26日 申請(qǐng)日期2010年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月23日
發(fā)明者張 林, 范三龍 申請(qǐng)人:南京國電南自軌道交通工程有限公司