一种安全性独立主备切换设备及方法技术

本发明专利技术涉及一种安全性独立主备切换设备及方法，所述的切换设备包括机笼、单片机板卡S1、单片机板卡S2、继电器J1、继电器J2、S1电源和S2电源，所述的继电器J1和J2安装到机笼内部的背板上，所述单片机板卡S1和S2安装于机笼内部并分别连接继电器J1和J2，所述单片机板卡S1和S2分别连接外部子系统A和外部子系统B，所述的S1电源和S2电源分别连接单片机板卡S1和S2；所述的继电器J1和J2为安全互斥继电器，所述的单片机板卡S1采集继电器J1的状态并发送给外部子系统A，所述的单片机板卡S2采集继电器J2的状态并发送给外部子系统B。与现有技术相比，本发明专利技术具有安全、可靠和主备切换快速无缝等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种安全性独立主备切换设备及方法
本专利技术涉及轨道交通信号设备领域，尤其是涉及一种安全性独立主备切换设备及方法。
技术介绍
在轨道交通信号设备领域中，目前广泛使用双套热备冗余技术来提升设备的可靠性。热备冗余的一般技术是保证互为热备的两套系统同时运行，其中一套设备作为主机保证当前的计算和通信功能；另外设备作为备机保证与主机的同步工作状态，但不进行计算决策及对外通信。当主机故障时通过主备切换软件或硬件将备机转为主机，保证整个系统的不间断继续运行。根据实现方式的不同，目前已有的主备切换控制方式有如下几种：软件控制型：由主备系设备的软件自主协商主备控制，但是软件运行在主备系设备上，主备系设备本身故障会导致软件异常，使得主备控制失效。简单开关类型：由独立开关强制控制主备状态，将主备结果发送给系统，强制指定主机和备机。这种方式依赖于第三方的操作，实时性较差。开关状态和软件控制结合型：这种方式将上述两种方式结合，既可以强制指定主备状态；也可以设置为自动状态，此时由软件控制主备系状态。这种方式仍不能排除软件原因导致的主备控制失效。独立控制型：主备系设备本身完全不参与主备决策，仅在自身正常时向主备控制设备发出做主机的申请，由独立的主备控制设备来判决主备，并将判决的结果送回给互为热备的两套设备。这种方式一般由门电路或CPLD/FPGA组成，不能排除因硬件故障导致的判决结果异常，可能会出现双机同时做主或同时做备的状态。目前比较好的方式是采用独立控制的方式，既不受主备系设备自身的影响，也有很好的实时性。但是本身安全性受限，不能排除因自身故障导致的双主机判决结果，继而影响整个系统的安全性。经过检索，中国专利公开号为CN103793300B公开了一种双机热备系统中快速主备切换装置和主备切换方法，包括硬件互斥电路、过滤电路，以及位于第一核心模块上的第一软件协商模块和第一看门狗模块，位于第二核心模块上的第二软件协商模块和第二看门狗模块，解决了现有主备切换系统中软件死机不能及时发现的问题，主备切换过程中的对外“双主”呈现问题，以及主备协商过程中的对外“双备”呈现问题。但该装置对外通信的方式没有采用两路通道传输同样的数据的方法，存在通信故障的可能性，而且该装置发送至外部的消息不是NISAL码字，使得外部系统可能收到错误的判决信息。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种安全性独立主备切换设备及方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种安全性独立主备切换设备，分别与外部子系统A和外部子系统B连接，用于实现外部子系统A和外部子系统B的主备切换，所述的切换设备包括机笼、单片机板卡S1、单片机板卡S2、继电器J1、继电器J2、S1电源和S2电源，所述的继电器J1和J2安装到机笼内部的背板上，所述单片机板卡S1和S2安装于机笼内部并分别连接继电器J1和J2，所述单片机板卡S1和S2分别连接外部子系统A和外部子系统B，所述的S1电源和S2电源分别连接单片机板卡S1和S2；其特征在于，所述的继电器J1和J2为安全互斥继电器，所述的单片机板卡S1采集继电器J1的状态并发送给外部子系统A，所述的单片机板卡S2采集继电器J2的状态并发送给外部子系统B，所述的外部子系统A和外部子系统B得到的互斥的判决结果，从而避免出现判决出双主情况。优选地，所述的S1电源和S2电源均为220VAC输入电源。优选地，所述的继电器J1和J2达到安全互斥的连接方式为：所述的单片机板卡S1对继电器J1吸起的电信号接收端通过继电器J2的一个常闭触点连接到继电器J1的励磁端，所述的单片机板卡S2对继电器J2吸起的电信号接收端通过继电器J1的一个常闭触点连接到继电器J2的励磁端，所述的单片机板卡S1的FLASH的DR0地址位连接到继电器J1的常闭触点，所述的单片机板卡S1的FLASH的DR1地址位连接到继电器J1的常开触点，所述的单片机板卡S2的FLASH的DR0地址位连接到继电器J2的常闭触点，所述的单片机板卡S2的FLASH的DR1地址位连接到继电器J2的常开触点。优选地，所述的继电器J1和J2均为固有安全-故障型继电器。优选地，所述的主备切换设备还包括切换开关，所述的切换开关设于设备的前面板上，所述的切换开关分别连接单片机板卡S1和单片机板卡S2，所述的切换开关包括三种档位：自动判决状态档位、强制外部子系统A做主状态档位和强制外部子系统B做主状态档位。优选地，所述的单片机板卡S1和单片机板卡S2发给外部子系统A和外部子系统B的判决消息是根据继电器J1和J2状态采集到的预存NISAL码字。优选地，从所述的切换设备收到外部子系统A和外部子系统B的输入消息到发判决输出消息给外部子系统A和外部子系统B的时间间隔为150ms。优选地，所述的单片机板卡S1和单片机板卡S2分别包括四个CAN接口和四个RS422接口，所述的单片机板卡S1和单片机板卡S2选择CAN接口或RS422接口与外部通信，所述的每种通信方式都有两路通道，所述的两路通道传输同样的数据，即使一路故障另一路仍能够使用。优选地，8个接口包含在设备后部的4个DB9接口中，所述的每个DB9接口包括1路CAN接口和1路RS422接口。一种采用所述的安全性独立主备切换设备的方法，包括以下步骤：(1).当切换开关置于自动判决状态档位时：(11)：外部子系统A和外部子系统B将请求信息发送至单片机板卡S1和单片机板卡S2，单片机板卡S1和单片机板卡S2内的输入管理模块F1接收请求信息；(12)：输入管理模块F1将外部请求发送给主备切换模块F3，若输入管理模块F1没有收到外部请求则将宽恕时间发送给F3，若后续一直没有收到新的外部请求，则宽恕时间会不断累加并发送给主备切换模块F3，若有收到新的外部请求，则宽恕时间清零；(13)：主备切换模块F3根据输入管理模块F1传来的申请发送控制继电器动作的命令，收到做主请求则控制吸起继电器、收到释放请求则控制释放继电器，若收到宽恕时间并判断大于阈值，则控制释放继电器，同时主备切换模块F3将收到的切换开关档位信息发送给输出管理模块F5。(14)：继电器J1和继电器J2根据主备切换模块F3的控制命令进行动作；(15)：状态采集模块F2通过继电器J1和继电器J2设置的FLASH地址位进行寻址，并采集FLASH内代表做主或做备的NISAL码字发送给输出管理模块F5。(16)：输出管理模块F5从状态采集模块F2收到的NISAL码字以及从主备切换模块F3收到的档位信息一并发送给外部子系统A和外部子系统B；(17)：外部子系统A和外部子系统B根据收到的判决结果来设置自身的主备状态；(2).当切换开关置于强制外部子系统A做主状态档位时：设备工作流程和自动判决时一样，但在步骤(13)时主备控制模块F3忽略外部请求和宽恕时间，单片机板卡S1直接控制继电器J1吸起、单片机板卡S2直接控制继电器J2释放；(3).当切换开关置于强制外部子系统B做主状态档位时：工作流程和自动判决时一样，但在步骤(13)时主备控制模块F3忽略外部请求和宽恕时间，单片机板卡S1直接控制继电器J1释放、单片机板卡S2直接控制继电器J2吸起。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：1、单片机板卡S1和S2可以选择CAN或本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种安全性独立主备切换设备，分别与外部子系统A和外部子系统B连接，用于实现外部子系统A和外部子系统B的主备切换，所述的切换设备包括机笼、单片机板卡S1、单片机板卡S2、继电器J1、继电器J2、S1电源和S2电源，所述的继电器J1和J2安装到机笼内部的背板上，所述单片机板卡S1和S2安装于机笼内部并分别连接继电器J1和J2，所述单片机板卡S1和S2分别连接外部子系统A和外部子系统B，所述的S1电源和S2电源分别连接单片机板卡S1和S2；其特征在于，所述的继电器J1和J2为安全互斥继电器，所述的单片机板卡S1采集继电器J1的状态并发送给外部子系统A，所述的单片机板卡S2采集继电器J2的状态并发送给外部子系统B，所述的外部子系统A和外部子系统B得到的互斥的判决结果，从而避免出现判决出双主情况。

【技术特征摘要】
1.一种安全性独立主备切换设备，分别与外部子系统A和外部子系统B连接，用于实现外部子系统A和外部子系统B的主备切换，所述的切换设备包括机笼、单片机板卡S1、单片机板卡S2、继电器J1、继电器J2、S1电源和S2电源，所述的继电器J1和J2安装到机笼内部的背板上，所述单片机板卡S1和S2安装于机笼内部并分别连接继电器J1和J2，所述单片机板卡S1和S2分别连接外部子系统A和外部子系统B，所述的S1电源和S2电源分别连接单片机板卡S1和S2；其特征在于，所述的继电器J1和J2为安全互斥继电器，所述的单片机板卡S1采集继电器J1的状态并发送给外部子系统A，所述的单片机板卡S2采集继电器J2的状态并发送给外部子系统B，所述的外部子系统A和外部子系统B得到的互斥的判决结果，从而避免出现判决出双主情况。2.根据权利要求1所述的一种安全性独立主备切换设备，其特征在于，所述的S1电源和S2电源均为220VAC输入电源。3.根据权利要求1所述的一种安全性独立主备切换设备，其特征在于，所述的继电器J1和J2达到安全互斥的连接方式为：所述的单片机板卡S1对继电器J1吸起的电信号接收端通过继电器J2的一个常闭触点连接到继电器J1的励磁端，所述的单片机板卡S2对继电器J2吸起的电信号接收端通过继电器J1的一个常闭触点连接到继电器J2的励磁端，所述的单片机板卡S1的FLASH的DR0地址位连接到继电器J1的常闭触点，所述的单片机板卡S1的FLASH的DR1地址位连接到继电器J1的常开触点，所述的单片机板卡S2的FLASH的DR0地址位连接到继电器J2的常闭触点，所述的单片机板卡S2的FLASH的DR1地址位连接到继电器J2的常开触点。4.根据权利要求3所述的一种安全性独立主备切换设备，其特征在于，所述的继电器J1和J2均为固有安全-故障型继电器。5.根据权利要求1所述的一种安全性独立主备切换设备，其特征在于，所述的主备切换设备还包括切换开关，所述的切换开关设于设备的前面板上，所述的切换开关分别连接单片机板卡S1和单片机板卡S2，所述的切换开关包括三种档位：自动判决状态档位、强制外部子系统A做主状态档位和强制外部子系统B做主状态档位。6.根据权利要求1所述的一种安全性独立主备切换设备，其特征在于，所述的单片机板卡S1和单片机板卡S2发给外部子系统A和外部子系统B的判决消息是根据继电器J1和J2状态采集到的预存NISAL码字。7.根据权利要求1所述的一种安全性独立主备切换设备，其特征在于，从所述的切换设备收到外部子系统A和外部子系统B的输入消息到发判决输出消息给外部...

【专利技术属性】
技术研发人员：张彬，李常辉，方圆，张辉，陈亮，潘雷，
申请(专利权)人：卡斯柯信号有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31