专利名称：集成式的双机冗余通信管理机的制作方法
技术领域：
本发明涉及电力系统综合自动化技术领域，尤其适用于城市轨道交通、电气化铁 道的牵引变电所、分区所、开闭所及电力变、配电所，与保护测控装置、数据采集装置等智能 操作单元配合组成的综合自动化通信系统领域。该发明创造是该领域综合自动化系统的重 要组成部分。
技术背景随着电气化铁路及城市轨道交通综合自动化技术的不断发展，电气化铁路及城市 轨道交通自动化水平不断提高及面向对象的智能设备的大量使用，使智能设备及系统间的 数据交换显得越来越重要，因此连接和管理各设备及系统间的数据通信机成了电气化铁路 及城市轨道交通综合自动化系统的不可缺少的重要设备。现有综自厂家通信管理机存在以 下问题问题1 单一网络、单一主机的通信机运行模式，单机运行的管理机一旦发生故障 即可能造成综合自动化系统的瘫痪，是现有牵引或轨道交通逐渐摈弃的通信模式；问题2 为了保证可靠性，有的综自厂家也做到了双电源、双CPU互为备用，但这种 功能需要由两台单独管理装置外加通讯切换装置组成，这种组合模式的接线方式及通信配 置相对复杂，不利于现场施工及故障排查。
发明内容本发明的目的是为了克服以上通信管理机方案中的缺陷，提出了双机冗余热备 的实施方案，具体包括以下方面本发明采用的技术方案是一种集成式双机冗余通信管理机，在一个机箱里，集成了双电源、双CPU模件，双 重通信模块，以及接口切换回路，其特征在于所述双电源、双CPU模件、双重通信模块均与 所述接口切换回路相连，所述机箱的前面板上安装有面板模件，所述双电源、双CPU模件、 双重通信模块和接口切换回路背插式方式安装于机箱背部的插槽中，所述双CPU模件分为 主CPU和备CPU。上述的集成式双机冗余通信管理机，其进一步特征在于所述双CPU模件，均含1 路USB2. 0接口、1路RS232C调试口和4路10/100M自适应以太网口 ；每一 CPU模件另具有 1路内部RS232C串行口，用于连接GPS模件，8路RS232C/485串行口，用两块串口板引出。所述面板模件，采用液晶面板，触摸屏图形操作界面；或者，使用无液晶面板，外接 独立显示器、标准键盘和鼠标。所述双电源，冗余备用提供5V给各模件的主电源；12V用于给面板液晶供电；24V 第一路为用于驱动内部继电器的电源；24V第二路为外部开入的电源。所述接口切换回路设在机箱母板上，管理机所有模件通过机箱母板相连，电源硬 件通过继电器节点互锁实现，保证同一时刻仅主CPU拥有串口的控制使用权。[0012]所述双CPU模件、双电源采用双机热备用方式，配合机箱母板上的双机切换电路 的硬件节点互锁，实现由双CPU模件中的主CPU来获得对公共资源的控制权利，而备CPU则 处于热备状态；主CPU和备CPU分别通过以太网口或光纤接口接入所内交换机构成双网备 用，并通过指令释放控制权或获得控制权。应用于牵引、轨道交通变配电所的通信管理机，在一个机箱里，集成了双电源、双 CPU，双重通信模块，以及接口切换回路，能够实现双机热备冗余无扰切换功能，在通信主机 工作时，热备冗余主机对运行主机进行实时监视，当一台电源故障时，另外一台电源可立即 对系统进行供电而不会使系统停止运行，当发现运行主机故障时，立即将热备冗余主机投 入运行。双机冗余切换上母板上设计有双机切换电路，本电路选择日本松下继电器、通过 硬件节点互锁，实现由双CPU中的主机(工作机)来获得对GPS、233/485等公共资源的控 制权利，而备用CPU(备机)则处于热备状态；双CPU通过内部通信协议来获知主备工作状 态，如果工作机多次复位或得到控制软件的主转备指令，则自动释放控制权，备用机获知对 侧变备信息或得到控制软件的被转主指令后，立刻给出主备切换脉冲获得共用资源的控制 权，后台或远动即自动切换致新的主机单元运行。本发明的有益效果本发明在电气化铁路、轨道交通综合自动化领域里的通信管理装置上进行了双机 冗余切换的创新，与时下主流几大综自厂家的通信管理装置相比有明显优点屏柜配置简 单，节约成本。在同一装置内集成了主备用双机和双电源，外部接线简单可靠，当一侧电源 故障或关机时，自动切换至另侧电源；正常运行时双机热备，主机取得各个规约接口的控制 权利，当主机故障，通过硬件切换电路及软件控制备用机自动由备转主。从而保证通信系统 稳定可靠运行。本发明创造已经成功应用在多条电气化铁路，同时在南京地铁、沈阳地铁、深圳地 铁、天津地铁、苏州地铁等轨道交通供电SCADA系统中得到了广泛应用，是公司目前在轨道 交通项目中主推的产品，创造了良好的经济和社会效益。
以下结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明。附图和具体实施方 式并不限制本发明要求保护的范围。
图1本发明实施例的硬件配置图；图2本发明实施例的母板电源切换电原理图；图3本发明实施例的母板扩展接口切换电原理图；图4本发明实施例的母板双CPU布线电原理图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明从硬件组成、双机冗余热备进一步描述。图1本发明实施 例的硬件配置图。通信管理装置由机箱及各种功能模件组成。其中，除面板模件安装在前面板外，其 他功能模件都采用背插式方式安装。CPU模件、母板和电源模件为必选模件，串口模件、事故音响模件、KVM模件、GPS模件等在内的其它模件，可根据功能需要自由定制，分布在装置插 箱背部的8个插槽中。CPU和电源模件可以冗余配置构成双机热备系统。下面就双机冗余 热备部分的实现方案着重描述CPU模件设计采用工业级ETX模块加载板构成。主频500M以上，内存512M-1G DDR，固态存储2G-8G，配置可随市场升级。含1路USB2. 0接口、1路RS232C调试口和4路 10/100M自适应以太网口，以太网光纤接口可选，光纤接口符合100Base-FX标准。以太网口 1和2—般用于所内通信，构成双网备用。以太网3和4 口一般用于远动通信，支持多个调 度，支持双通道备用。USB接口兼容2. 0和1. 0标准，用于接入普通USB外设，包括U盘，移 动硬盘等。CPU模件另具有4路USB接口，通过KVM板引出。1路内部RS232C串行口，用于 连接GPS模件。8路RS232C/485串行口，用两块串口板引出。这些引出接口通过母板与串 口模件、事故音响模件、KVM模件、GPS模件等在内的其它模件相连，可根据功能需要自由定 制，CPU和电源模件可以冗余配置构成双机热备系统。面板模件设计面板有液晶和无液晶版本。当需要小的显示界面时，采用液晶面 板，触摸屏图形操作界面。当需要大的显示界面时，使用无液晶面板，外接独立显示器、标准 键盘和鼠标。如果只做通信管理装置使用，可以取消显示接口。无液晶面板上面只有少量 的运行、主机提示、故障等指示灯，通过指示灯能更直观地解读A、B冗余切换机制。为更直观地解读A、B冗余切换机制，首先对双机A、B机指示灯做以介绍信号灯说明运行绿灯上电启动期间长亮，约30秒后进入运行状态，为间隔1秒的闪烁；主机绿灯长亮表示当前为主机，不亮表示为备机；故障红灯红灯亮或闪烁表示有不同类型的故障。参考运行日志信息获取准确的。 故障原因。电源模件设计本模件为直流逆变电源插件。直流220V或110V电压输入经抗干 扰滤波回路后，利用逆变及整流原理输出装置需要的四组直流电压，即1路5V、1路12V，2 路 24V。a) 5V是各模件的主电源；b)12V用于给面板液晶供电。b)24V第一路为用于驱动内部继电器的电源；24V第二路为外部开入的电源。如图2母板电源切换电原理图；图3母板扩展接口切换电原理图。电源切换电路管理机所有模件通过机箱母板相连，母板上设计有双电源切换电 路，电源硬件通过日本松下DSP1-DC24V、DSP2a-DC24V继电器节点互锁实现，保证同一时刻 仅主CPU拥有串口的控制使用权。配合硬件竞争逻辑，实现方案为上电后，A/B机的运行指示灯闪烁会不同步。在主机(A或B)获得有效的时钟后， 会给备机对时，此时双机运行灯的闪烁应同步。即运行灯同步闪烁表示对时功能正常。主 机绿灯长亮表示本机CPU当前为主机。不亮表示为备机。本机CPU进入运行后，通过硬件 竞争逻辑或软件控制，CPUA或B之一进入主机状态。配合主机信号及硬件切换电路，主机 获得串口的控制权，建立和所内装置的通信连接。A、B机间隔1秒，依次上电，A机应为主机，启动过程中运行灯长亮，启动完成，主程
5序运行后，运行灯闪烁，CPU A和B的主机指示灯A机长亮，B机不亮，表示A为主机，B为备 机，关闭主机A，面板主机应该自动切换到B机(切换无延时)，此时通过母板硬件继电器节 点互锁功能，串口模件等公共资源电源回路也自动切换至B机电源供电。双机冗余硬件切换如附图4母板双CPU布线电原理图所示，软件控制双CPU通过 内部通信协议来获知主备工作状态，如果工作机多次复位或得到控制软件的主转备指令， 则自动释放控制权，备用机获知对侧变备信息或得到控制软件的被转主指令后，立刻给出 主备切换脉冲获得共用资源的控制权，后台或远动即自动切换致新的主机单元运行。外部接线模式双机上电后，CPUA、B机分别通过以太网口或光纤接口 1和2接入 所内交换机构成双网备用，以太网3和4 口一般用于远动通信，支持多个调度，支持双通道 备用，公共串口模件根据需要在相应端口配置加载站内或调度通信规约模块，投入运行后 即可实现双机冗余热备的运行方案。以上已以较佳实施例公布了本发明，然其并非用以限制本发明，凡采取等同替换 或等效变换的方案所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。
权利要求一种集成式双机冗余通信管理机，在一个机箱里，集成了双电源、双CPU模件，双重通信模块，以及接口切换回路，其特征在于所述双电源、双CPU模件、双重通信模块均与所述接口切换回路相连，所述机箱的前面板上安装有面板模件，所述双电源、双CPU模件、双重通信模块和接口切换回路背插式方式安装于机箱背部的插槽中，所述双CPU模件分为主CPU和备CPU。
2.根据权利要求1所述的集成式双机冗余通信管理机，其特征在于所述双CPU模件， 均含1路USB2. 0接口、1路RS232C调试口和4路10/100M自适应以太网口 ；每一 CPU模件 另具有1路内部RS232C串行口，用于连接GPS模件，8路RS232C/485串行口，用两块串口板 引出。
3.根据权利要求1所述的集成式双机冗余通信管理机，其特征在于所述面板模件，采 用液晶面板，触摸屏图形操作界面；或者，使用无液晶面板，外接独立显示器、标准键盘和鼠 标。
4.根据权利要求1所述的集成式双机冗余通信管理机，其特征在于所述双电源，冗余 备用提供5V给各模件的主电源；12V用于给面板液晶供电；24V第一路为用于驱动内部继 电器的电源；24V第二路为外部开入的电源。
5.根据权利要求1所述的集成式双机冗余通信管理机，其特征在于所述接口切换回 路设在机箱母板上，管理机所有模件通过机箱母板相连，电源硬件通过继电器节点互锁实 现，保证同一时刻仅主CPU拥有串口的控制使用权。
6.根据权利要求5所述的集成式双机冗余通信管理机，其特征在于所述双CPU模件、 双电源采用双机热备用方式，配合机箱母板上的双机切换电路的硬件节点互锁，实现由双 CPU模件中的主CPU来获得对公共资源的控制权利，而备CPU则处于热备状态；主CPU和备 CPU分别通过以太网口或光纤接口接入所内交换机构成双网备用，并通过指令释放控制权 或获得控制权。
专利摘要本实用新型公开了一种集成式双机冗余通信管理机，通过硬件竞争逻辑或软件控制共同实现双机冗余功能，实现了集成式管理机仅主机拥有公共资源的控制权，建立和所内装置及调度端的通信连接，保障了通信的畅通，实现了通信管理机无缝主备切换，提高了通信系统的可靠性。在目前牵引及地铁项目大力发展这一背景下，本发明必将创造良好的经济效益。
文档编号H04L12/24GK201726202SQ201020269508
公开日2011年1月26日 申请日期2010年7月23日 优先权日2010年7月23日
发明者张 林, 范三龙 申请人:南京国电南自轨道交通工程有限公司