基于ＣＰＣＩ总线技术的双机热备系统切换的实现方法技术方案

一种基于ＣＰＣＩ总线技术的双机热备系统切换的实现方法，其特征是它包括以下步骤：首先，为车头和车尾的驾驶室安装一台ＡＴＰ和两台ＡＴＯ，ＡＴＰ为３取２架构，两台完全相同的ＡＴＯ设备（ＡＴＯ１、ＡＴＯ２）互为热备；其次，列车正常运行时只有列车运行前方的车头驾驶室的ＡＴＰ／ＡＴＯ工作，车尾驾驶室不加电，当列车进入折返区域时，原前进方向的车头驾驶室司机通过按驾驶台上的“ＡＲ”键接通车尾驾驶室的ＡＴＰ／ＡＴＯ工作，车头和车尾的驾驶室中的ＡＴＰ／ＡＴＯ交换信息，按行驶方向交换驾驶权，原车尾驾驶室换向后变为车头驾驶室，并切断原车头驾驶室ＡＴＰ／ＡＴＯ的电源；第三，单套ＡＴＯ冗余自动切换采用双机互备的热备方式。本发明专利技术系统硬件配置简单，系统成本较低，接口丰富，便于测试与调试。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种轨道交通技术，尤其是一种轨道交通中用于提高运行安全可靠性 的热备切换方法，具体地说是一种基于CPCI总线技术的双机热备系统切换的实现方法。
技术介绍
众所周知，ATO系统(列车自动驾驶)是城市轨道交通信号系统的重要部分，用来完 成列车自动运行和在车站精确停车。在城轨交通系统中通过ATO系统功能的实现，能够达 到提高行车效率、降低系统成本、减少司机劳动强度的目的。对提高城市轨道交通高效运行 起到了重要作用。作为地铁车辆运行的直接控制设备，采用双机热备的方式不仅保证了车辆的运行 效率，而且提高系统运行的稳定性安全和可靠性。双机热备有多种应用模式，主要包括主从 和互备等。主从模式是指使用两台同样的设备，一台作为主机(Active)，运行系统任务。另一 台作为备机，安装完全一样的应用系统，但处于待机状态(Standby)。当主机出现故障的时 候，通过软件诊测将备机激活，保证应用在短时间内完全恢复正常使用。双机互备，在双机热备的基础上，两个相对独立的应用在两台机器同时运行，但彼 此均设为备机，当某一台设备出现故障时，另一台设备可以在短时间内将故障设备的任务 接管过来，从而保证了应用的持续性。据申请人所知，目前尚无相关的双机互备切换方法可供采用。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对目前地铁系统中急需开发有双机互备系统，专利技术一种基于 CPCI总线技术的双机热备系统切换的实现方法。本专利技术的技术方案是一种基于CPCI总线技术的双机热备系统切换的实现方法，其特征是它包括以下步骤 首先，在列车头尾驾驶室各安装一套ΑΤΡ/ΑΤ0装置，每套装置由一台ATP和两台ATO组 成。ATP为3取2架构，两台完全相同的ATO设备(ΑΤ01、ΑΤ02)互为热备；每台ATO内均采 用基于CPCI总线的CPU板，计算速度曲线和管理接收到的数据，并提供以太网接口。所有 输入和输出模块通过CPCI总线与主板进行信息交换。其次，列车正常运行时只有列车运行前方的车头驾驶室的ΑΤΡ/ΑΤ0工作，车尾驾 驶室不加电，当列车进入折返区域时，原前进方向的车头驾驶室司机通过按驾驶台上的 “AR”键接通车尾驾驶室的ΑΤΡ/ΑΤ0工作，车头和车尾的驾驶室中的ΑΤΡ/ΑΤ0交换信息，按 行驶方向交换驾驶权，原车尾驾驶室换向后变为车头驾驶室，并切断原车头驾驶室ΑΤΡ/ΑΤ0 的电源；第三，单套ATO冗余自动切换采用双机互备的热备方式，热备切换操作分为应用层和 底层硬件两层；在应用层，主从机通过RS422串行接口发送心跳报文，由CPU监督对端的工作状态；一旦出现应用层的程序不正常时，系统软件本身无法切换设备的输出，此时在底层 硬件通过CPLD的逻辑来实现对对端的监控，主从两端通过硬件电路得到对端的工作状态。所述的应用层切换是指，在应用层系统由两台ATO单元组成，驾驶室中车载信号 控制设备内安装两台ΑΤ0，彼此互为热备，有主次之分。两台ATO的输入输出互联，正常情况 下两台ATO控制器同时采集输入信号，接受相同的指令，运行相同的程序，各自独立工作并 通过RS422串口通过心跳报文彼此交换状态信息，主ATO正常工作时，从ATO输出关闭；一 旦主ATO出现故障，次ATO在允许的时间内切换顶替主机工作，同时在HMI上提示ATO故障 信息，并切断主ATO输出；主ATO修复后，上电并取回控制权。所述的底层硬件切换是通过ATO中的数字输入/输入板上的CPLD逻辑实现的， CPLD通过光电隔离实现对外的数字接口的输入输出，同时可以实现对对端板及模拟信号板 的输出控制；ATO在正常工作的时候，CPLD的逻辑通过判断I/O端口的输入电平状态来监督 对端的工作状态，以实现输出的互锁；在底层硬件上，ATOl和AT02是对等的。本专利技术的有益效果本专利技术采用基于CPCI总线技术的ATO系统，控制器采用了高速的CPCI总线，技术成 熟、使用广泛，系统处理I/O数据的速度快，产品易于升级换代、接口方便扩展，性价比高， 便于批产。而采用双机热备的方式可以提高系统性能指标，满足地铁运行的要求。有利于 提高地铁系统的运行效率、缩短行车间隔、节能、保障旅客舒适度以及促进运营管理的现代 化。头尾驾驶室对称设计可满足城市轨道交通应用的需求。一个驾驶室内ATO热备比在车头车尾驾驶室热备容易实现无扰切换。系统硬件配置简单，系统成本较低，接口丰富，便于测试与调试。操作简单，自动化控制程度高，提高了系统的可靠性和可用性。附图说明图1是本专利技术的ATO系统配置示意图。图2是本专利技术的ATO系统机箱布局示意图。图3是本专利技术的单台ATO系统组成框图。图4是本专利技术的主从机切换状态转换示意图。图5是本专利技术的底层硬件切换框图。具体实施例方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的说明。如图1所示，本专利技术的ATO系统车头车尾各置一套，每套设备由2台相同硬件的 ATO单元组成。如图2所示，每台ATO主要由以下设备组成CPU板采用基于Intel微处理器的CPCI单板计算机控制ATO的输入和输出，计 算速度曲线和管理接收到的数据，提供以太网接口。数字I/O板(两块，分别为数字I/O板1和数据I/O板2)是一个基于PCI局部总 线的8路输入，8路输出数字量接口电路板。4通讯板每台ATO控制器需要4路RS422接口，可通过CPCI总线进行扩展。模拟板提供两路模拟信号(4_20mA)输出。电源板提供24V直流电源。单台ATO单元的组成框图如图3中虚线部分所示，各部分接口关系如下 串行通讯接口 提供ATO与车载ATP系统，TI和冗余ATO单元的的信息交互，以及测试维护接口。以太网接口 提供ATO与ATP、DCS等交互信息。数字I/O接口 主要通过继电设备实现车载ATO处理单元与列车门开关、指示灯等 列车状态的控制。模拟接口 为车载传感器，如里程计与速度处理板等提供车辆控制器牵引、 制动的量值信号。本专利技术的ATO系统可实现的功能有 单套ATO冗余自动切换；列车折返ATO自动切换；采用实时操作系统VxWorks和CPLD逻辑器件，可实现应用层和底层的切换。系统各部分具有工作状态的自动诊断功能，提供故障告警与热备切换信息。具体的切换方法如下一种基于CPCI总线技术的双机热备系统切换的实现方法，它包括以下步骤首先，为车头和车尾的驾驶室安装一台ATP和两台ΑΤ0，ATP为3取2架构，两台完 全相同的ATO设备(ΑΤΟΙ、ΑΤ02)互为热备；每台ATO的CPU主板采用基于Intel微处理器 的CPCI单板计算机控制自身的输入和输出，计算速度曲线和管理接收到的数据，并提供以 太网接口 ；ATO控制机箱采用标准3U高度加固型结构的CPCI计算机。第二，列车折返ATO自动切换列车正常运行时只有列车运行前方驾驶室的ΑΤΡ/ΑΤ0工作，后方驾驶室不加电。当列 车进入折返区域时，原前进方向驾驶室司机通过按驾驶台上的“AR”键接通后方驾驶室的 ΑΤΡ/ΑΤ0工作，二驾驶室ΑΤΡ/ΑΤ0交换信息，按行驶方向交换驾驶权，原后方驾驶室换向后 变为前方驾驶室，并切断原前方驾驶室ΑΤΡ/ΑΤ0电源。第三，单套ATO冗余自动切换本专利技术采用双机互备的热备方式。热备切换操作分为应用层和底层硬件两层。在应用 层，主从机通过RS422串行接口发送心跳报文，由CPU监督对端的工本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于ＣＰＣＩ总线技术的双机热备系统切换的实现方法，其特征是它包括以下步骤：　首先，在列车头尾驾驶室各安装一套ＡＴＰ／ＡＴＯ装置，每套装置由一台ＡＴＰ和两台ＡＴＯ组成；ＡＴＰ为３取２架构，两台完全相同的ＡＴＯ设备（ＡＴＯ１、ＡＴＯ２）互为热备；每台ＡＴＯ内均采用基于ＣＰＣＩ总线的ＣＰＵ板，计算速度曲线和管理接收到的数据，并提供以太网接口；所有输入和输出模块通过ＣＰＣＩ总线与主板进行信息交换；其次，列车正常运行时只有列车运行前方的车头驾驶室的ＡＴＰ／ＡＴＯ工作，车尾驾驶室不加电，当列车进入折返区域时，原前进方向的车头驾驶室司机通过按驾驶台上的“ＡＲ”键接通车尾驾驶室的ＡＴＰ／ＡＴＯ工作，车头和车尾的驾驶室中的ＡＴＰ／ＡＴＯ交换信息，按行驶方向交换驾驶权，原车尾驾驶室换向后变为车头驾驶室，并切断原车头驾驶室ＡＴＰ／ＡＴＯ的电源；第三，单套ＡＴＯ冗余自动切换采用双机互备的热备方式，热备切换操作分为应用层和底层硬件两层；在应用层，主从机通过ＲＳ４２２串行接口发送心跳报文，由ＣＰＵ监督对端的工作状态；一旦出现应用层的程序不正常时，系统软件本身无法切换设备的输出，此时在底层硬件通过ＣＰＬＤ的逻辑来实现对对端的监控，主从两端通过硬件电路得到对端的工作状态。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：项小淳，
申请(专利权)人：南京恩瑞特实业有限公司，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]