一種雙機熱備切換系統的實現方案

卡斯柯信號有限公司 上海市鐵路智能調度指揮系統工程研究中心 唐 成 潘 雷 劉可昌 杜 鑫 費振豪

在軌道交通信號調度集中系統中，核心設備自律機的雙機熱備工作是系統長期、可靠運行的基礎。經過研究，提供一種切換更精準可靠、通用性更強、靈活性更高的自律機冗余切換方案，可有效減少雙主、雙備等誤切換問題。

傳統的自律機雙機熱備冗余切換方案，以自律機A、B系作為判斷切換的主體，通過網絡相互通信、交換工作狀態作為切換的根本實現方式。根據實際應用中的需求檢驗，這種切換方案的缺點如下：

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

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

（3）主備機的判斷，只能根據事先設定好的軟件切換算法來判定，維護人員難以根據實際情況，自主設定主備機，不利于現場設備的調試與故障診斷。

為克服上述缺點，本文設計了一種切換更精準可靠、通用性更強、靈活性更高的自律機冗余切換方案。

1 技術方案介紹

為自律機A、B系的切換，專門設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，實現切換功能，該方案主要特點如下：

（1）自律機A、B系不僅可以通過網絡進行通信，而且可以通過切換電路板進行串口通信。

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

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

（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接口與外部設備連接。當自律機A系為主機時，自律機A系的最多4個串口，可以通過電路切換板，經4個DB9接口與外部設備進行串口通信；黨自律機B系為主機時，自律機B系的最多4個串口，可以通過電路切換板，經過4個DB9接口與外部設備進行通信。

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

2 技術方案實現

如圖1所示，該方案的基本工作原理如下：

圖1 雙機熱備切換方案示意圖

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

（2）自律機A、B系通過232串口，向切換板發送搶主信號。

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

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

（5）自律機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）與外部設備相連。當切換板裁決自律機A系為主機，則通過控制切換板內部的繼電器，使COMA1-4與COMC1-4相連通；當切換板裁決自律機B系為主機，則通過控制切換板內部的繼電器，使COMB1-4與COMC1-4相連。從而實現自律機A、B系與外部設備單一接口的通信熱備功能。

3 技術方案優點

與現有技術相比，上述技術方案包括以下創新點及有益效果（優點）：

（1）現有技術，A、B系間通信中斷導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A、B系的通信通道，提高了A、B系間的通信的可靠性，進一步保證了自律機A、B系相互通信的穩定性。

（2）現有技術，A、B系間的主備切換機制，主要靠A、B系自身的切換邏輯進行主備機的判斷，當A、B系通信中斷，A、B系均需要一定的時間來確認對方的狀態，切換速度慢，且容易造成雙主、雙備等不良現象。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，當A系或B系出現故障，切換板卡根據自身的切換邏輯，可以迅速作出判斷，并發送切換信號，通過A系或B系為主機。

（3）本方案，切換板自帶與外部設備通信的4路DB9串口。可以實現A、B系設備同時與外部的單系設備進行串口通信，并實現A、B系與外部設備的冗余。

結論：本文方案在CTC3.0系統LiRC-3自律機中得到了實用，長期應用結果表明，方案可靠性高，可維護性強，可推廣至其他高可用系統中。隨著自主化趨勢發展，建議方案采用自主化芯片。