一种双机热备ATO设备故障检测和切换系统的制作方法

本发明涉及轨道交通技术领域，特别是一种双机热备ato设备故障检测和切换系统。

背景技术：

列车自动驾驶(ato)是城市轨道交通地铁的车载信号设备，在列车自动防护系统(atp)的防护下实现了移动授权等数据采集、目标曲线和控制指令计算、控制指令输出等安全自动驾驶，随着城市轨道交通的发展，对ato设备的可靠性要求越来越高，单系ato设备已经不能满足安全系数的提升，因此提出了具备冗余功能的ato双机热备设计方案。

ato需要实现高精度控车，需要与车载atp(包括测速测距单元)之间具备精确同步，ato主备切换需在较短时间内完成。

现有的双机热备技术方案中，多是在主备机之间进行心跳通信，通过软件对主备机进行热备检测和切换，当心跳错误时，可能出现双主状态，导致系统错误。

本发明引入硬线信号作为判断主机故障条件之一，避免双主出现。但硬线信号容易出现故障，导致采集为长高电平或低电平，造成判断错误。

备机检测主机故障时需无缝升主，因此需要主机和备机之间较好的同步。主机和备机同时接收atp发送的同步脉冲信号实现同步。atp同步脉冲存在毛刺或丢失情况，导致同步发生错误，切换时出现异常。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种可实现主备较短时间内无缝切换，且不会出现双主情况的双机热备ato设备故障检测和切换系统。

本发明的目的通过以下技术方案实现。

一种双机热备ato设备故障检测和切换系统，包括主机和备机，所述主机和备机分别包含主控单元、输入单元、输出单元，所述主机和备机之间通过网络进行实时通信，通过心跳判断主备的状态，且备机每周期实现对主机数据的学习，所述主机和备机之间还通过硬线实现通信，主机工作时，输出有效信号，备机采集此信号，判断主机状态。

所述主机和备机之间采用互锁电路，主机输出时备机不输出外部信号，所述主机输出信号采用动态脉冲信号，备机采集此信号，同时实时对脉冲信号进行合理性检测。

所述系统主机和备机之间通过读取输入板信息，判断默认主备状态，在输入单元中，通过选焊电阻，主控单元读取不同的输入信息，设置默认主备。

所述主机输出动态脉冲信号，并向备机发送网络心跳信号，所述备机未采集到心跳，则检查动态脉冲信号，若有脉冲状态信号，则视为主机和备机通信故障，备机不升主机，否则备机升主机。

所述ato设备实时采集车载atp采集的测速测距信息，根据当前列车速度、位置和目标位置进行高精度控车，所述车载atp同时向主备ato发送同步信号，实现与ato和车载atp的同步，以及主机和备机之间的同步。

所述ato设备接收atp同步信号，并对同步信号进行检测，判断有效性，避免毛刺信号或同步信号丢失。若为连续丢失信号，则判断同步信号故障，降为备机。

若atp同步信号丢失，ato生成同步信号，并向备机输出同步信号，所述主机和备机之间为输出互锁，此时仅主机向备机输出同步信号。

相比于现有技术，本发明的优点在于：本发明可实现主备较短时间内无缝切换，且不会出现双主情况。

附图说明

图1为本发明备系通过网络和动态脉冲检测主系故障示意图。

图2为本发明的主备同步处理示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体的实施例，对本发明作详细描述。

如图1和2所示，一种双机热备结构的ato设备主备检测和切换系统，包括主机(主系)和备机(备系)，主备每系分别包含主控、输入、输出单元。主机输入单元和备机输入单元选焊不同的电阻。

主机主控单元通过cpci总线与输入和输出单元相连，备机主控单元通过cpci总线与输入和输出单元相连。

主备系之间通过网络(以太网)进行实时通信，主机通过输出单元输出电平信号，接入备机输入单元。备机输出电平信号，接入主机输入单元。通过心跳判断主备的状态，且备系每周期实现对主系数据的学习。

所述系统主备系之间还通过硬线实现通信，主系工作时，输出有效信号，备系采集此信号，判断主系状态。特别地，主备系之间采用互锁电路，主系输出时备系不输出外部信号。主系输出信号采用动态脉冲信号，备系采集此信号，同时实时对脉冲信号进行合理性检测，避免电平信号异常影响，从而较大提高硬线信号的可用性。

所述系统主备系之间通过读取输入板信息，判断默认主备状态。在输入单元中，通过选焊电阻，主控单元读取不同的输入信息，设置默认主备。

所述系统主系输出动态脉冲信号，并向备系发送网络心跳信号。备系未采集到心跳，则检查动态脉冲信号，若有脉冲状态信号，则视为主备系通信故障，备系不升主系。特别的，备系与主系同步情况下，检查主系故障采用网络和硬线方式，可减小主备网络故障时间，从而减小故障检测时间，备系能在较短时间内升主，实现控车。

ato实时采集车载atp采集的测速测距信息，根据当前列车速度、位置和目标位置进行高精度控车，若主备故障，需实现无缝切换，因此需要与车载atp进行精确同步。此外，主备系之间也需要精确同步。若采用软同步方式，在网络故障情况下，无法实现高精度同步功能；因此，本发明提出采用硬同步方式。车载atp同时向主备ato发送同步信号，实现与ato和车载atp的同步，以及主备系之间的同步。若主系故障后，备系仍根据车载atp同步信号采集数据，可实现输入数据的无缝处理。

ato接收atp同步信号，并对同步信号进行检测，判断有效性，避免毛刺信号或同步信号丢失。若为连续丢失信号，则判断同步信号故障，降为备系。

特别地，若atp同步信号丢失，ato生成同步信号，并向备系输出同步信号。主备系之间为输出互锁，此时仅主系向备系输出同步信号。

通过对atp同步信号的动态监测，以及故障情况下主系ato向备系ato发送同步信号，可实现主备系ato间、和atp间高精度同步。

所述系统主系故障后，可向备系申请主备切换，备系检查此信号后立即升为主系。

所述系统主系故障下电后，备系未检测到心跳，且主系无动态脉冲状态信号，则备系升为主系。

实施例

主备机与车载atp通过硬件信号接入ato主备机中。atp周期向ato发送同步脉冲，ato检测到此脉冲后作为周期起始，从而实现atp和ato的同步，以及主备系ato之间的同步。

ato通过脉冲检查电路实时检测atp同步脉冲信号，对于较小的毛刺进行滤波处理，并判断是否丢失同步信号。若检测同步脉冲丢失，则在允许丢失次数内，主系生成同步信号，作为下一周期起始，同时向备系输出此信号，实现主备系之间的同步。

系统上电后，两系ato分别通过采集输入单元中选焊电阻状态，设置默认主备状态。

系统运行过程中，主备系ato之间实时进行心跳信息交换。主系周期运行结束时，向备系发送本周期关键数据，备系根据此关键数据，进行下周期运算处理。

主系将接收的外部报文id号发送至备系，备系通过此id号判断接收报文的有效性，避免报文的重复性。

正常运行时，主系对外输出数据，且控制互锁电路，备系进行运算，但不对外输出。备系升为主系后再对外输出数据。

主系检测到自身故障，如硬件故障、应用超时等，向备系发送切换请求，并降为备系，备系接收到请求后升为主系。

若应用检测到自身运行异常，可向平台申请进行主备切换，主系立即向备系发送切换请求，自身降为备系，备系接收到请求后升为主系。

主系运行时输出状态脉冲至备系，备系通过输入单元采集此状态，并通过脉冲检查电路检查有效性。

备系连续未检测到主系的心跳，检测接收到的主系状态脉冲信号，若状态信号异常，则认为主系故障，备系升为主系。若检测接收到的主系状态为正常信号，备系视为与主系网络异常，维持原状态。