一種冗余切換系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及城市軌道交通的列車自動控制技術(shù)，尤其涉及列車自動控制系統(tǒng)的冗余切換系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]列車自動監(jiān)控系統(tǒng)(ATS)是用于城市軌道交通的列車自動控制系統(tǒng)(ATC)的一個子系統(tǒng)，它是基于現(xiàn)代數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)的分布式實時計算機控制系統(tǒng)，通過與列車自動保護系統(tǒng)(ATP)和列車自動駕駛系統(tǒng)(ATO)的協(xié)調(diào)配合，完成對高密度城市軌道交通運輸信號系統(tǒng)的自動化管理和全自動行車調(diào)度指揮控制，為列車的可靠、高效運行提供保障，因此如何保障ATS系統(tǒng)本身的可靠性也顯得極為重要。
[0003]業(yè)界普遍采用冗余技術(shù)來提高ATS控制系統(tǒng)可靠性，即采用主用服務(wù)器和備用服務(wù)器雙機熱備，其中，主用服務(wù)器作為控制系統(tǒng)的核心，與外部進行業(yè)務(wù)通信，完成系統(tǒng)正常功能，且實時將自身數(shù)據(jù)同步備份至備用服務(wù)器，而備用服務(wù)器不與外部通信；當(dāng)主用服務(wù)器故障時，系統(tǒng)進行主備切換，備用服務(wù)器接替主用服務(wù)器的工作，保證業(yè)務(wù)的正常進行。目前業(yè)界主要采用的冗余技術(shù)是軟件冗余，即通過軟件程序?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)同步和主備切換的冗余技術(shù)。一種常用的軟件冗余實現(xiàn)方式即以太網(wǎng)為基礎(chǔ)進行數(shù)據(jù)的同步備份，用基于消息或者指令的方式來實現(xiàn)主備控制和切換，由于其具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，硬件成本低的特點，被業(yè)內(nèi)普遍采用。
[0004]針對業(yè)界普遍采用的軟件冗余實現(xiàn)方式，下面分別分析其存在的缺陷。
[0005]軟件冗余具有不完備性，由于ATS系統(tǒng)冗余涉及到系統(tǒng)的各類服務(wù)，如:通訊、采集、同步等，很難證明或者通過完善的檢測機制來保證軟件切換的絕對成功，因為切換機制往往在發(fā)生故障時才起作用，而故障的狀態(tài)不僅僅涉及到業(yè)務(wù)應(yīng)用軟件，而且還涉及硬件電路、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫以及主備系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)同步一系列問題，對程序和故障狀態(tài)的完全檢測非常困難，另外軟件系統(tǒng)的運行狀態(tài)具有時變性和不確定性，因此通過軟件去判斷軟件切換的成功與否也是不完備的。對于安全系統(tǒng)而言關(guān)鍵時刻的切換不成功造成的后果是無法承受的。
[0006]軟件冗余會使軟件系統(tǒng)更復(fù)雜，軟件系統(tǒng)的故障往往來源于其復(fù)雜性。主備服務(wù)器的切換，會涉及通訊、采集、應(yīng)用軟件等相關(guān)軟件程序的切換，另外軟件切換本身會要求系統(tǒng)中各類軟件支持切換并保證運行同步，這些都會增加軟件系統(tǒng)的復(fù)雜性。軟件復(fù)雜性同時帶來一系列的其它問題，例如軟件冗余切換時間長、實時性差，切換過程中信息丟失等等。
[0007]另外由于主備系的對外通信接口只通過軟件控制輸出與否，無法真正從物理上切斷通道，所以當(dāng)某系故障，運行其上的軟件功能失效，其通信接口很可能產(chǎn)生非預(yù)期的對外輸出信號，導(dǎo)致系統(tǒng)運行故障甚至輸出非安全狀態(tài)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題就是提供一種冗余切換系統(tǒng)，采用硬件冗余系統(tǒng)來克服軟件冗余系統(tǒng)的缺陷，達到縮短切換時間、保證實時性以及避免切換過程中信息丟失的目的，確保系統(tǒng)運行不出現(xiàn)故障，保證安全準(zhǔn)確運行。
[0009]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:一種冗余切換系統(tǒng)，用于服務(wù)器A和服務(wù)器B之間的主備切換，該冗余切換系統(tǒng)包括人機接口模塊、切換控制模塊、通信接口切換模塊以及供電模塊；
[0010]所述人機接口模塊用于選擇主備切換方式，并指示目前主備切換狀態(tài)以及主備服務(wù)器的運行狀態(tài)；
[0011]所述切換控制模塊用于采集人機接口模塊的主備切換狀態(tài)，以及通過控制接口采集服務(wù)器A和服務(wù)器B的控制指令和運行狀態(tài)；所述切換控制模塊通過切換邏輯決定服務(wù)器A和服務(wù)器B中誰是主系服務(wù)器及誰是備系服務(wù)器，并將結(jié)果通過控制接口反饋給服務(wù)器A和服務(wù)器B，并以切換邏輯決定結(jié)果為通信接口切換模塊提供通信接口切換指令，并將服務(wù)器主備和運行狀態(tài)反饋給人機接口模塊；
[0012]所述通信接口切換模塊根據(jù)切換控制模塊的控制指令，將外部通信接口切換到已確定的服務(wù)器；
[0013]所述供電模塊為整個冗余切換系統(tǒng)供電。
[0014]優(yōu)選的，所述人機接口模塊設(shè)有切換旋鈕和狀態(tài)指示燈，所述切換旋鈕用于選擇主備選擇方式，所述狀態(tài)指示燈用于指示系統(tǒng)運行狀態(tài)。
[0015]優(yōu)選的，所述切換旋鈕設(shè)有A為主機、B為主機和自動選擇主機三個檔位，所述狀態(tài)指示燈包括A系健康指示燈、B系健康指示燈、A是主機指示燈、B是主機指示燈。
[0016]優(yōu)選的，所述切換控制模塊設(shè)有A系健康狀態(tài)控制裝置、B系健康狀態(tài)控制裝置、A系主機狀態(tài)控制裝置和B系主機狀態(tài)控制裝置，分別用于控制A系健康指示燈、B系健康指示燈、A是主機指示燈、B是主機指示燈的亮和滅。
[0017]優(yōu)選的，所述A系健康狀態(tài)控制裝置根據(jù)輸入的A系健康狀態(tài)判斷A系是否健康，如果A系健康，A系健康指不燈殼，如果A系不健康，A系健康指不燈滅。
[0018]優(yōu)選的，所述B系健康狀態(tài)控制裝置根據(jù)輸入的B系健康狀態(tài)判斷B系是否健康，如果B系健康，B系健康指示燈亮，如果B系不健康，B系健康指示燈滅。
[0019]優(yōu)選的，所述A系主機狀態(tài)控制裝置首先判斷切換旋鈕檔位是在A為主機檔位還是自動選擇主機檔位，如果處于A為主機檔位，接下來判斷A系是否健康，如果A系健康再判斷B系是否為主機，如果B系為主機，則發(fā)出控制A是主機狀態(tài)指示燈滅的指令，如果B系不是主機則得出A是主機的結(jié)論，同時發(fā)出控制A是主機狀態(tài)指示燈亮的指令；如果判斷切換旋鈕處于自動選擇主機的檔位，則確定A不是主機。
[0020]優(yōu)選的，所述B系主機狀態(tài)控制裝置首先判斷切換旋鈕檔位是在B為主機檔位還是自動選擇主機檔位，如果處于B為主機檔位，接下來判斷B系是否健康，如果B系健康再判斷A系是否為主機，如果A系為主機，則發(fā)出控制B是主機狀態(tài)指示燈滅的指令，如果A系不是主機則得出B是主機的結(jié)論，同時發(fā)出控制B是主機狀態(tài)指示燈亮的指令；如果判斷切換旋鈕處于自動選擇主機的檔位，則確定B不是主機。
[0021]優(yōu)選的，所述通信接口切換模塊在A系是主機時，將外部通信接口切換到通信接口 A從而實現(xiàn)與服務(wù)器A的通信連接，在B系是主機時，將外部通信接口切換到通信接口 B從而實現(xiàn)與服務(wù)器B的通信連接。
[0022]優(yōu)選的，所述供電模塊連接有主電源和備用電源。
[0023]本發(fā)明通過系統(tǒng)硬件電路實現(xiàn)冗余所需要的數(shù)據(jù)同步和主備切換，其帶來的有益效果有:
[0024]①切換控制由硬件電路實現(xiàn)，切換時間短；
[0025]②切換功能完備直接，結(jié)果顯示直觀清晰；
[0026]③降低軟件復(fù)雜度，減小開發(fā)難度以及對系統(tǒng)本身功能的影響
[0027]④硬件電路穩(wěn)定可靠，切換平滑可靠，減小軟件切換會帶來的時變和不確定風(fēng)險;
[0028]⑤主備系對外接口非導(dǎo)通時通過硬件切斷，與系統(tǒng)安全隔斷，保證系統(tǒng)不被故障系影響。
【附圖說明】
[0029]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步描述:
[0030]圖1是冗余切換系統(tǒng)應(yīng)用環(huán)境示意圖；
[0031]圖2是冗余切換系統(tǒng)原理框圖；
[0032]圖3是人機接口模塊示意圖；
[0033]圖4是A系健康狀態(tài)控制邏輯圖；
[0034]圖5是B系健康狀態(tài)控制邏輯圖；
[0035]圖6是A系健康狀態(tài)控制邏輯圖；
[0036]圖7是A系健康狀態(tài)控制邏輯圖；
[0037]圖8是通信接口切換模塊原理框圖。
【具體實施方式】
[0038]冗余切換系統(tǒng)的應(yīng)用環(huán)境很廣，如圖1所示，本實施例以用于ATS服務(wù)器的主備切換為例做出說明，共由ATS服務(wù)器A、ATS服務(wù)器B、冗余切換系統(tǒng)、外部系統(tǒng)、組成，在實際應(yīng)用中外部系統(tǒng)可能有多個系統(tǒng)構(gòu)成，這里僅以一個外部系統(tǒng)為例。冗余切換系統(tǒng)主要實現(xiàn)2部分的功能，服務(wù)器主備切換以及通信接口主備切換，服務(wù)器主備切換指的是選擇服務(wù)器A還是服務(wù)器B為主用服務(wù)器，通訊接口主備切換指的是在主備切換時同步選擇接通的對外通信信號是ATS服務(wù)器A還是ATS服務(wù)器B。
[0039]本發(fā)明中的冗余切換系統(tǒng)基于硬件冗余技術(shù)，即硬件冗余切換系統(tǒng)，是指通過系統(tǒng)硬件電路實現(xiàn)冗余所需要的數(shù)據(jù)同步和主備切換。
[0040]如圖2所示，該冗余切換系統(tǒng)包括人機接口模塊、切換控制模塊、通信接口切換模塊以及供電模塊，其中圖2中虛線部分功能實際包含在各模塊中，如控制接口 A和控制接口B集成在切換控制模塊中，通信接口 A、通信接口 B、外部通信接口均集成在通信接口切換模塊中。其中，控制接口 A和控制接口 B分別向服務(wù)器A和服務(wù)器B發(fā)出切換控制信號，通信接口 A和通信接口 B分別與服務(wù)器A和服務(wù)器B進行通信信號的傳輸。
[0041 ] 所述人機接口模塊用于選擇主備切換方式，并指示目前主備切換狀態(tài)以及主備服務(wù)器的運行狀態(tài)；
[0042]所述切換控制模塊用于采集人機接口模塊的主備切換狀態(tài)信息，以及通過控制接口采集服務(wù)器A和服務(wù)器B的控制指令和運行狀態(tài)；所述切換控制模塊通過切換邏輯決定服務(wù)器A和服務(wù)器B中的哪一個是主系服務(wù)器而哪一個是備系服務(wù)器，并將結(jié)果通過控制接口反饋給服務(wù)器A和服務(wù)器B，并以切換邏輯決定結(jié)果為通信接口切換模塊提供通信接口切換指令，并將服務(wù)器主備和運行狀態(tài)反饋給人機接口模塊；
[0043]所述通信接口切換模塊根據(jù)切換控制模塊的