一種雙機(jī)熱備切換系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案

卡斯柯信號有限公司 上海市鐵路智能調(diào)度指揮系統(tǒng)工程研究中心 唐 成 潘 雷 劉可昌 杜 鑫 費(fèi)振豪

在軌道交通信號調(diào)度集中系統(tǒng)中，核心設(shè)備自律機(jī)的雙機(jī)熱備工作是系統(tǒng)長期、可靠運(yùn)行的基礎(chǔ)。經(jīng)過研究，提供一種切換更精準(zhǔn)可靠、通用性更強(qiáng)、靈活性更高的自律機(jī)冗余切換方案，可有效減少雙主、雙備等誤切換問題。

傳統(tǒng)的自律機(jī)雙機(jī)熱備冗余切換方案，以自律機(jī)A、B系作為判斷切換的主體，通過網(wǎng)絡(luò)相互通信、交換工作狀態(tài)作為切換的根本實(shí)現(xiàn)方式。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用中的需求檢驗(yàn)，這種切換方案的缺點(diǎn)如下：

（1）主備機(jī)之間一旦通信發(fā)生中斷，則主備機(jī)不知道對方的工作狀態(tài)，只能同時為主或同時不為主，造成雙主或雙備的情況產(chǎn)生。

（2）冗余切換方案的應(yīng)用，受限于與自律機(jī)通信的外設(shè)，如果與自律機(jī)通信的外設(shè)只有一個接口，則難以使外設(shè)的單一接口與自律機(jī)A、B機(jī)同時通信。

（3）主備機(jī)的判斷，只能根據(jù)事先設(shè)定好的軟件切換算法來判定，維護(hù)人員難以根據(jù)實(shí)際情況，自主設(shè)定主備機(jī)，不利于現(xiàn)場設(shè)備的調(diào)試與故障診斷。

為克服上述缺點(diǎn)，本文設(shè)計了一種切換更精準(zhǔn)可靠、通用性更強(qiáng)、靈活性更高的自律機(jī)冗余切換方案。

1 技術(shù)方案介紹

為自律機(jī)A、B系的切換，專門設(shè)計一塊切換電路板卡，該電路板卡由CPLD作為主控芯片，專門用于處理切換信息，實(shí)現(xiàn)切換功能，該方案主要特點(diǎn)如下：

（1）自律機(jī)A、B系不僅可以通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，而且可以通過切換電路板進(jìn)行串口通信。

（2）自律機(jī)A、B系不僅通過網(wǎng)絡(luò)和串口通信，以判斷主備機(jī)，而且需要向切換電路板發(fā)送主備狀態(tài)信息以及心跳信息。

（3）切換電路板會根據(jù)自律機(jī)A、B系發(fā)送的主備狀態(tài)信息以及心跳信息，判斷主備機(jī)，并向自律機(jī)A、B系發(fā)送主備裁決信息。

（4）切換電路板自帶2個DB25接口以及4個DB9接口，自律機(jī)A、B系的最多4個串口，可以通過DB25接口，分別接入電路切換板。電路切換板的4個DB9接口與外部設(shè)備連接。當(dāng)自律機(jī)A系為主機(jī)時，自律機(jī)A系的最多4個串口，可以通過電路切換板，經(jīng)4個DB9接口與外部設(shè)備進(jìn)行串口通信；黨自律機(jī)B系為主機(jī)時，自律機(jī)B系的最多4個串口，可以通過電路切換板，經(jīng)過4個DB9接口與外部設(shè)備進(jìn)行通信。

（5）切換電路板自帶切換開關(guān)，可以人為的設(shè)定自律機(jī)A機(jī)為主機(jī)、B機(jī)為主機(jī)、自動判斷三種狀態(tài)。

2 技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)

如圖1所示，該方案的基本工作原理如下：

圖1 雙機(jī)熱備切換方案示意圖

（1）自律機(jī)A、B系通過切換板的232串口相互通信，根據(jù)軟件切換算法，自主決定A、B系發(fā)送的搶主信息。

（2）自律機(jī)A、B系通過232串口，向切換板發(fā)送搶主信號。

（3）搶主信號由RTS信號以及TX信號共同組成。當(dāng)RTS信號為高電平，且TX信號在1s內(nèi)有電壓變化(心跳信號)時，切換板才認(rèn)為該系自律機(jī)搶主信號有效；否則，切換板均認(rèn)為搶主信號無效。

（4）切換板根據(jù)自律機(jī)A、B系發(fā)送的搶主信號，判斷并裁決主備機(jī)，并通過232串口向自律機(jī)A、B系發(fā)送CTS信號，通知自律機(jī)A、B系為主機(jī)還是備機(jī)。切換板向自律機(jī)A、B系發(fā)送的CTS信號是相同的值，當(dāng)CTS為高電平時，A機(jī)為主機(jī)，當(dāng)CTS為低電平時，B機(jī)為主機(jī)。

（5）自律機(jī)A、B系的4路串口（COMA1-4與COMB1-4），分別連接到切換板上，并通過切換板的4路串口（COMC1-4）與外部設(shè)備相連。當(dāng)切換板裁決自律機(jī)A系為主機(jī)，則通過控制切換板內(nèi)部的繼電器，使COMA1-4與COMC1-4相連通；當(dāng)切換板裁決自律機(jī)B系為主機(jī)，則通過控制切換板內(nèi)部的繼電器，使COMB1-4與COMC1-4相連。從而實(shí)現(xiàn)自律機(jī)A、B系與外部設(shè)備單一接口的通信熱備功能。

3 技術(shù)方案優(yōu)點(diǎn)

與現(xiàn)有技術(shù)相比，上述技術(shù)方案包括以下創(chuàng)新點(diǎn)及有益效果（優(yōu)點(diǎn)）：

（1）現(xiàn)有技術(shù)，A、B系間通信中斷導(dǎo)致切換異常的故障比較多，本方案，通過切換板的232串口，專門用于A、B系間通信，增加了自律機(jī)A、B系的通信通道，提高了A、B系間的通信的可靠性，進(jìn)一步保證了自律機(jī)A、B系相互通信的穩(wěn)定性。

（2）現(xiàn)有技術(shù)，A、B系間的主備切換機(jī)制，主要靠A、B系自身的切換邏輯進(jìn)行主備機(jī)的判斷，當(dāng)A、B系通信中斷，A、B系均需要一定的時間來確認(rèn)對方的狀態(tài)，切換速度慢，且容易造成雙主、雙備等不良現(xiàn)象。本方案，通過基于CPLD芯片的專用切換板卡，作為A、B系主備切換的基本依據(jù)，當(dāng)A系或B系出現(xiàn)故障，切換板卡根據(jù)自身的切換邏輯，可以迅速作出判斷，并發(fā)送切換信號，通過A系或B系為主機(jī)。

（3）本方案，切換板自帶與外部設(shè)備通信的4路DB9串口?？梢詫?shí)現(xiàn)A、B系設(shè)備同時與外部的單系設(shè)備進(jìn)行串口通信，并實(shí)現(xiàn)A、B系與外部設(shè)備的冗余。

結(jié)論：本文方案在CTC3.0系統(tǒng)LiRC-3自律機(jī)中得到了實(shí)用，長期應(yīng)用結(jié)果表明，方案可靠性高，可維護(hù)性強(qiáng)，可推廣至其他高可用系統(tǒng)中。隨著自主化趨勢發(fā)展，建議方案采用自主化芯片。