集成式的雙機冗餘通信管理機的製作方法
2023-11-12 04:16:12 1
專利名稱：集成式的雙機冗餘通信管理機的製作方法
技術領域：
本發明涉及電力系統綜合自動化技術領域，尤其適用於城市軌道交通、電氣化鐵 道的牽引變電所、分區所、開閉所及電力變、配電所，與保護測控裝置、數據採集裝置等智能 操作單元配合組成的綜合自動化通信系統領域。該發明創造是該領域綜合自動化系統的重 要組成部分。
技術背景隨著電氣化鐵路及城市軌道交通綜合自動化技術的不斷發展，電氣化鐵路及城市 軌道交通自動化水平不斷提高及面向對象的智能設備的大量使用，使智能設備及系統間的 數據交換顯得越來越重要，因此連接和管理各設備及系統間的數據通信機成了電氣化鐵路 及城市軌道交通綜合自動化系統的不可缺少的重要設備。現有綜自廠家通信管理機存在以 下問題問題1 單一網絡、單一主機的通信機運行模式，單機運行的管理機一旦發生故障 即可能造成綜合自動化系統的癱瘓，是現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 功能需要由兩臺單獨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 置相對複雜，不利於現場施工及故障排查。
發明內容本發明的目的是為了克服以上通信管理機方案中的缺陷，提出了雙機冗餘熱備 的實施方案，具體包括以下方面本發明採用的技術方案是一種集成式雙機冗餘通信管理機，在一個機箱裡，集成了雙電源、雙CPU模件，雙 重通信模塊，以及接口切換迴路，其特徵在於所述雙電源、雙CPU模件、雙重通信模塊均與 所述接口切換迴路相連，所述機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迴路背插式方式安裝於機箱背部的插槽中，所述雙CPU模件分為 主CPU和備CPU。上述的集成式雙機冗餘通信管理機，其進一步特徵在於所述雙CPU模件，均含1 路USB2. 0接口、1路RS232C調試口和4路10/100M自適應乙太網口 ；每一 CPU模件另具有 1路內部RS232C串行口，用於連接GPS模件，8路RS232C/485串行口，用兩塊串口板引出。所述面板模件，採用液晶面板，觸控螢幕圖形操作界面；或者，使用無液晶面板，外接 獨立顯示器、標準鍵盤和滑鼠。所述雙電源，冗餘備用提供5V給各模件的主電源；12V用於給面板液晶供電；24V 第一路為用於驅動內部繼電器的電源；24V第二路為外部開入的電源。所述接口切換迴路設在機箱母板上，管理機所有模件通過機箱母板相連，電源硬 件通過繼電器節點互鎖實現，保證同一時刻僅主CPU擁有串口的控制使用權。[0012]所述雙CPU模件、雙電源採用雙機熱備用方式，配合機箱母板上的雙機切換電路 的硬體節點互鎖，實現由雙CPU模件中的主CPU來獲得對公共資源的控制權利，而備CPU則 處於熱備狀態；主CPU和備CPU分別通過乙太網口或光纖接口接入所內交換機構成雙網備 用，並通過指令釋放控制權或獲得控制權。應用於牽引、軌道交通變配電所的通信管理機，在一個機箱裡，集成了雙電源、雙 CPU，雙重通信模塊，以及接口切換迴路，能夠實現雙機熱備冗餘無擾切換功能，在通信主機 工作時，熱備冗餘主機對運行主機進行實時監視，當一臺電源故障時，另外一臺電源可立即 對系統進行供電而不會使系統停止運行，當發現運行主機故障時，立即將熱備冗餘主機投 入運行。雙機冗餘切換上母板上設計有雙機切換電路，本電路選擇日本松下繼電器、通過 硬體節點互鎖，實現由雙CPU中的主機(工作機)來獲得對GPS、233/485等公共資源的控 制權利，而備用CPU(備機)則處於熱備狀態；雙CPU通過內部通信協議來獲知主備工作狀 態，如果工作機多次復位或得到控制軟體的主轉備指令，則自動釋放控制權，備用機獲知對 側變備信息或得到控制軟體的被轉主指令後，立刻給出主備切換脈衝獲得共用資源的控制 權，後臺或遠動即自動切換致新的主機單元運行。本發明的有益效果本發明在電氣化鐵路、軌道交通綜合自動化領域裡的通信管理裝置上進行了雙機 冗餘切換的創新，與時下主流幾大綜自廠家的通信管理裝置相比有明顯優點屏櫃配置簡 單，節約成本。在同一裝置內集成了主備用雙機和雙電源，外部接線簡單可靠，當一側電源 故障或關機時，自動切換至另側電源；正常運行時雙機熱備，主機取得各個規約接口的控制 權利，當主機故障，通過硬體切換電路及軟體控制備用機自動由備轉主。從而保證通信系統 穩定可靠運行。本發明創造已經成功應用在多條電氣化鐵路，同時在南京地鐵、瀋陽地鐵、深圳地 鐵、天津地鐵、蘇州地鐵等軌道交通供電SCADA系統中得到了廣泛應用，是公司目前在軌道 交通項目中主推的產品，創造了良好的經濟和社會效益。
以下結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步詳細的說明。附圖和具體實施方 式並不限制本發明要求保護的範圍。
圖1本發明實施例的硬體配置圖；圖2本發明實施例的母板電源切換電原理圖；圖3本發明實施例的母板擴展接口切換電原理圖；圖4本發明實施例的母板雙CPU布線電原理圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本發明從硬體組成、雙機冗餘熱備進一步描述。圖1本發明實施 例的硬體配置圖。通信管理裝置由機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 他功能模件都採用背插式方式安裝。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模件等在內的其它模件，可根據功能需要自由定製，分布在裝置插 箱背部的8個插槽中。CPU和電源模件可以冗餘配置構成雙機熱備系統。下面就雙機冗餘 熱備部分的實現方案著重描述CPU模件設計採用工業級ETX模塊加載板構成。主頻500M以上，內存512M-1G DDR，固態存儲2G-8G，配置可隨市場升級。含1路USB2. 0接口、1路RS232C調試口和4路 10/100M自適應乙太網口，乙太網光纖接口可選，光纖接口符合100Base-FX標準。乙太網口 1和2—般用於所內通信，構成雙網備用。乙太網3和4 口一般用於遠動通信，支持多個調 度，支持雙通道備用。USB接口兼容2. 0和1. 0標準，用於接入普通USB外設，包括U盤，移 動硬碟等。CPU模件另具有4路USB接口，通過KVM板引出。1路內部RS232C串行口，用於 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模件等在內的其它模件相連，可根據功能需要自由定 制，CPU和電源模件可以冗餘配置構成雙機熱備系統。面板模件設計面板有液晶和無液晶版本。當需要小的顯示界面時，採用液晶面 板，觸控螢幕圖形操作界面。當需要大的顯示界面時，使用無液晶面板，外接獨立顯示器、標準 鍵盤和滑鼠。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 的運行、主機提示、故障等指示燈，通過指示燈能更直觀地解讀A、B冗餘切換機制。為更直觀地解讀A、B冗餘切換機制，首先對雙機A、B機指示燈做以介紹信號燈說明運行綠燈上電啟動期間長亮，約30秒後進入運行狀態，為間隔1秒的閃爍；主機綠燈長亮表示當前為主機，不亮表示為備機；故障紅燈紅燈亮或閃爍表示有不同類型的故障。參考運行日誌信息獲取準確的。 故障原因。電源模件設計本模件為直流逆變電源插件。直流220V或110V電壓輸入經抗幹 擾濾波迴路後，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用於給面板液晶供電。b)24V第一路為用於驅動內部繼電器的電源；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母板擴展接口切換電原理圖。電源切換電路管理機所有模件通過機箱母板相連，母板上設計有雙電源切換電 路，電源硬體通過日本松下DSP1-DC24V、DSP2a-DC24V繼電器節點互鎖實現，保證同一時刻 僅主CPU擁有串口的控制使用權。配合硬體競爭邏輯，實現方案為上電後，A/B機的運行指示燈閃爍會不同步。在主機(A或B)獲得有效的時鐘後， 會給備機對時，此時雙機運行燈的閃爍應同步。即運行燈同步閃爍表示對時功能正常。主 機綠燈長亮表示本機CPU當前為主機。不亮表示為備機。本機CPU進入運行後，通過硬體 競爭邏輯或軟體控制，CPUA或B之一進入主機狀態。配合主機信號及硬體切換電路，主機 獲得串口的控制權，建立和所內裝置的通信連接。A、B機間隔1秒，依次上電，A機應為主機，啟動過程中運行燈長亮，啟動完成，主程
5序運行後，運行燈閃爍，CPU A和B的主機指示燈A機長亮，B機不亮，表示A為主機，B為備 機，關閉主機A，面板主機應該自動切換到B機(切換無延時)，此時通過母板硬體繼電器節 點互鎖功能，串口模件等公共資源電源迴路也自動切換至B機電源供電。雙機冗餘硬體切換如附圖4母板雙CPU布線電原理圖所示，軟體控制雙CPU通過 內部通信協議來獲知主備工作狀態，如果工作機多次復位或得到控制軟體的主轉備指令， 則自動釋放控制權，備用機獲知對側變備信息或得到控制軟體的被轉主指令後，立刻給出 主備切換脈衝獲得共用資源的控制權，後臺或遠動即自動切換致新的主機單元運行。外部接線模式雙機上電後，CPUA、B機分別通過乙太網口或光纖接口 1和2接入 所內交換機構成雙網備用，乙太網3和4 口一般用於遠動通信，支持多個調度，支持雙通道 備用，公共串口模件根據需要在相應埠配置加載站內或調度通信規約模塊，投入運行後 即可實現雙機冗餘熱備的運行方案。以上已以較佳實施例公布了本發明，然其並非用以限制本發明，凡採取等同替換 或等效變換的方案所獲得的技術方案，均落在本發明的保護範圍內。
權利要求一種集成式雙機冗餘通信管理機，在一個機箱裡，集成了雙電源、雙CPU模件，雙重通信模塊，以及接口切換迴路，其特徵在於所述雙電源、雙CPU模件、雙重通信模塊均與所述接口切換迴路相連，所述機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迴路背插式方式安裝於機箱背部的插槽中，所述雙CPU模件分為主CPU和備CPU。
2.根據權利要求1所述的集成式雙機冗餘通信管理機，其特徵在於所述雙CPU模件， 均含1路USB2. 0接口、1路RS232C調試口和4路10/100M自適應乙太網口 ；每一 CPU模件 另具有1路內部RS232C串行口，用於連接GPS模件，8路RS232C/485串行口，用兩塊串口板 引出。
3.根據權利要求1所述的集成式雙機冗餘通信管理機，其特徵在於所述面板模件，採 用液晶面板，觸控螢幕圖形操作界面；或者，使用無液晶面板，外接獨立顯示器、標準鍵盤和鼠 標。
4.根據權利要求1所述的集成式雙機冗餘通信管理機，其特徵在於所述雙電源，冗餘 備用提供5V給各模件的主電源；12V用於給面板液晶供電；24V第一路為用於驅動內部繼 電器的電源；24V第二路為外部開入的電源。
5.根據權利要求1所述的集成式雙機冗餘通信管理機，其特徵在於所述接口切換回 路設在機箱母板上，管理機所有模件通過機箱母板相連，電源硬體通過繼電器節點互鎖實 現，保證同一時刻僅主CPU擁有串口的控制使用權。
6.根據權利要求5所述的集成式雙機冗餘通信管理機，其特徵在於所述雙CPU模件、 雙電源採用雙機熱備用方式，配合機箱母板上的雙機切換電路的硬體節點互鎖，實現由雙 CPU模件中的主CPU來獲得對公共資源的控制權利，而備CPU則處於熱備狀態；主CPU和備 CPU分別通過乙太網口或光纖接口接入所內交換機構成雙網備用，並通過指令釋放控制權 或獲得控制權。
專利摘要本實用新型公開了一種集成式雙機冗餘通信管理機，通過硬體競爭邏輯或軟體控制共同實現雙機冗餘功能，實現了集成式管理機僅主機擁有公共資源的控制權，建立和所內裝置及調度端的通信連接，保障了通信的暢通，實現了通信管理機無縫主備切換，提高了通信系統的可靠性。在目前牽引及地鐵項目大力發展這一背景下，本發明必將創造良好的經濟效益。
文檔編號H04L12/24GK201726202SQ201020269508
公開日2011年1月26日 申請日期2010年7月23日 優先權日2010年7月23日
發明者張 林, 範三龍 申請人:南京國電南自軌道交通工程有限公司