專利名稱：集成式的雙機冗余通信管理機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)綜合自動化技術領域，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，與保護測控裝置、數(shù)據(jù)采集裝置等智能 操作單元配合組成的綜合自動化通信系統(tǒng)領域。該發(fā)明創(chuàng)造是該領域綜合自動化系統(tǒng)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(fā)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(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備及系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)通信機成了電氣化鐵路 及城市軌道交通綜合自動化系統(tǒng)的不可缺少的重要設備。現(xiàn)有綜自廠家通信管理機存在以 下問題問題1 單一網(wǎng)絡、單一主機的通信機運行模式，單機運行的管理機一旦發(fā)生故障 即可能造成綜合自動化系統(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 置相對復雜，不利于現(xiàn)場施工及故障排查。
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方案中的缺陷，提出了雙機冗余熱備 的實施方案，具體包括以下方面本發(fā)明采用的技術方案是一種集成式雙機冗余通信管理機，在一個機箱里，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余通信管理機，其進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 獨立顯示器、標準鍵盤和鼠標。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 第一路為用于驅動內(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(jié)點互鎖實現(xiàn)，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、雙電源采用雙機熱備用方式，配合機箱母板上的雙機切換電路 的硬件節(jié)點互鎖，實現(xiàn)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)交換機構成雙網(wǎng)備 用，并通過指令釋放控制權或獲得控制權。應用于牽引、軌道交通變配電所的通信管理機，在一個機箱里，集成了雙電源、雙 CPU，雙重通信模塊，以及接口切換回路，能夠實現(xiàn)雙機熱備冗余無擾切換功能，在通信主機 工作時，熱備冗余主機對運行主機進行實時監(jiān)視，當一臺電源故障時，另外一臺電源可立即 對系統(tǒng)進行供電而不會使系統(tǒng)停止運行，當發(fā)現(xiàn)運行主機故障時，立即將熱備冗余主機投 入運行。雙機冗余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 硬件節(jié)點互鎖，實現(xiàn)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)，如果工作機多次復位或得到控制軟件的主轉備指令，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件的被轉主指令后，立刻給出主備切換脈沖獲得共用資源的控制 權，后臺或遠動即自動切換致新的主機單元運行。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明在電氣化鐵路、軌道交通綜合自動化領域里的通信管理裝置上進行了雙機 冗余切換的創(chuàng)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(yōu)點屏柜配置簡 單，節(jié)約成本。在同一裝置內(nèi)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(guī)約接口的控制 權利，當主機故障，通過硬件切換電路及軟件控制備用機自動由備轉主。從而保證通信系統(tǒng) 穩(wěn)定可靠運行。本發(fā)明創(chuàng)造已經(jīng)成功應用在多條電氣化鐵路，同時在南京地鐵、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)中得到了廣泛應用，是公司目前在軌道 交通項目中主推的產(chǎn)品，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟和社會效益。
以下結合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細的說明。附圖和具體實施方 式并不限制本發(fā)明要求保護的范圍。

圖1本發(fā)明實施例的硬件配置圖；圖2本發(fā)明實施例的母板電源切換電原理圖；圖3本發(fā)明實施例的母板擴展接口切換電原理圖；圖4本發(fā)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(fā)明從硬件組成、雙機冗余熱備進一步描述。圖1本發(fā)明實施 例的硬件配置圖。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個插槽中。CPU和電源模件可以冗余配置構成雙機熱備系統(tǒng)。下面就雙機冗余 熱備部分的實現(xiàn)方案著重描述CPU模件設計采用工業(yè)級ETX模塊加載板構成。主頻500M以上，內(nèi)存512M-1G DDR，固態(tài)存儲2G-8G，配置可隨市場升級。含1路USB2. 0接口、1路RS232C調(diào)試口和4路 10/100M自適應以太網(wǎng)口，以太網(wǎng)光纖接口可選，光纖接口符合100Base-FX標準。以太網(wǎng)口 1和2—般用于所內(nèi)通信，構成雙網(wǎng)備用。以太網(wǎng)3和4 口一般用于遠動通信，支持多個調(diào) 度，支持雙通道備用。USB接口兼容2. 0和1. 0標準，用于接入普通USB外設，包括U盤，移 動硬盤等。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成雙機熱備系統(tǒng)。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，采用液晶面 板，觸摸屏圖形操作界面。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 鍵盤和鼠標。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冗余切換機制。為更直觀地解讀A、B冗余切換機制，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秒后進入運行狀態(tài)，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。參考運行日志信息獲取準確的。 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(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第一路為用于驅動內(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，電源硬件通過日本松下DSP1-DC24V、DSP2a-DC24V繼電器節(jié)點互鎖實現(xiàn)，保證同一時刻 僅主CPU擁有串口的控制使用權。配合硬件競爭邏輯，實現(xiàn)方案為上電后，A/B機的運行指示燈閃爍會不同步。在主機(A或B)獲得有效的時鐘后， 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進入運行后，通過硬件 競爭邏輯或軟件控制，CPUA或B之一進入主機狀態(tài)。配合主機信號及硬件切換電路，主機 獲得串口的控制權，建立和所內(nèi)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序運行后，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)，此時通過母板硬件繼電器節(jié) 點互鎖功能，串口模件等公共資源電源回路也自動切換至B機電源供電。雙機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)，如果工作機多次復位或得到控制軟件的主轉備指令， 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件的被轉主指令后，立刻給出 主備切換脈沖獲得共用資源的控制權，后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后，CPUA、B機分別通過以太網(wǎng)口或光纖接口 1和2接入 所內(nèi)交換機構成雙網(wǎng)備用，以太網(wǎng)3和4 口一般用于遠動通信，支持多個調(diào)度，支持雙通道 備用，公共串口模件根據(jù)需要在相應端口配置加載站內(nèi)或調(diào)度通信規(guī)約模塊，投入運行后 即可實現(xiàn)雙機冗余熱備的運行方案。以上已以較佳實施例公布了本發(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方案，均落在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
權利要求一種集成式雙機冗余通信管理機，在一個機箱里，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)權利要求1所述的集成式雙機冗余通信管理機，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)權利要求1所述的集成式雙機冗余通信管理機，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，外接獨立顯示器、標準鍵盤和鼠 標。
4.根據(jù)權利要求1所述的集成式雙機冗余通信管理機，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第一路為用于驅動內(nèi)部繼 電器的電源；24V第二路為外部開入的電源。
5.根據(jù)權利要求1所述的集成式雙機冗余通信管理機，其特征在于所述接口切換回 路設在機箱母板上，管理機所有模件通過機箱母板相連，電源硬件通過繼電器節(jié)點互鎖實 現(xiàn)，保證同一時刻僅主CPU擁有串口的控制使用權。
6.根據(jù)權利要求5所述的集成式雙機冗余通信管理機，其特征在于所述雙CPU模件、 雙電源采用雙機熱備用方式，配合機箱母板上的雙機切換電路的硬件節(jié)點互鎖，實現(xiàn)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)交換機構成雙網(wǎng)備用，并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余通信管理機，通過硬件競爭邏輯或軟件控制共同實現(xiàn)雙機冗余功能，實現(xiàn)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(nèi)裝置及調(diào)度端的通信連接，保障了通信的暢通，實現(xiàn)了通信管理機無縫主備切換，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(yōu)先權日2010年7月23日
發(fā)明者張 林, 范三龍 申請人:南京國電南自軌道交通工程有限公司