CN102570591A

CN102570591A - 一种双机热备切换系统及切换方法

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Publication number: CN102570591A
Application number: CN2012100112027A
Authority: CN
Inventors: 王肖兵; 刘代兵; 顾锦筛
Original assignee: Beijing Dinghan Technology Co Ltd
Current assignee: Beijing Dinghan Technology Group Co Ltd
Priority date: 2012-01-14
Filing date: 2012-01-14
Publication date: 2012-07-11
Anticipated expiration: 2032-01-14
Also published as: CN102570591B

Abstract

本发明公开了一种双机热备切换系统及切换方法，该系统包括逆变设备A、逆变设备B、热备切换装置、驱动装置及负载，其中，逆变设备A和逆变设备B为双主机互为主备为各自的负载供电，热备切换装置通过双路数据循环检测双主机的工作状态，对检测的数据进行处理并进行故障分析，当检测其中一主机发生故障时，热备切换装置通过控制双主机及驱动装置的状态，实现正常工作主机为双路负载供电。该系统采用独立的热备切换装置通过两路数据备份和三路电源备份提高了热备切换装置工作的可靠性和稳定性，极大的保障了列车的安全运行。

Description

一种双机热备切换系统及切换方法

技术领域

本发明涉及列车安全控制系统领域，尤其涉及一种双机热备切换系统及控制方法。

背景技术

智能交通系统(Intelligent Transport System，简称ITS)将先进的信息技术、数据通讯传输技术、电子传感技术、电子控制技术以及计算机处理技术等有效地集成运用于整个交通运输管理体系，可靠性是其中的一个基本要求。为了保证列车牵引，制动等系统的正常运行，车上设有各种必须的辅助机械装置，包括冷却用风机、变压器冷却用油泵、变流器冷却用水泵及为制动、受电弓等各种气动机械装置提供风源的空气压缩机等。同时，为保证良好、舒适的乘坐环境和工作环境，车上还设置了空调、电热器、通风机、冰箱、信息显示装置、自动售货机等电器设备。上述设备的配备使得列车上必须有三相交流辅助电源系统。

三相交流辅助电源系统由两台35kVA三相逆变器、一台10～15kVA三相隔离变压器(容量可选)，结合相应的配电单元构成。所述配电单元主要作为列车交流供电装备，为列车空调、电热器等设备提供三相交流380V或单相交流220V电源。为了稳定可靠供电两台逆变器要求相互热备，正常工作时两台逆变器分别给负载供电，当其中一台逆变器发生永久性故障时，切换正常工作的逆变器为减载后的两路负载供电。

参见图1，为现有技术中双机热备切换系统框图。该系统包括逆变器1、逆变器2、热备接触器及负载。两台逆变器都工作正常情况下，热备接触器处于断开状态，逆变器1为负载1供电，逆变器2为负载2供电，两台逆变器循环检测自身故障，并相互交换故障信息。当一台逆变器工作正常，并检测到另一台逆变器发生永久性故障情况下，故障逆变器关机停止输出、发出减载信号，同时工作正常的逆变器关机，延时30S后工作正常的逆变器驱动热备接触器吸合，工作正常的逆变器开机。此时工作正常逆变器的为减载后的负载1和负载2供电。当逆变器发生的是可自恢复故障情况下，2台逆变器重启，热备接触器不动作。

现有技术方案中，两台逆变器冗余控制，整个控制系统都由逆变器中的DSP来完成，一旦控制系统出现故障，将会影响逆变器的热备切换功能，正常的逆变器也将停止输出，导致整个系统陷入瘫痪；或者可能导致热备接触器误动作或者不动作，如果由于误动作导致短路，可能会损坏用电设备，引起逆变器炸机等等，存在极大的用电安全和设备安全隐患。

为了解决上述问题，本发明提出一种双机热备切换系统及切换方法，保证其中一主机发生故障时不会影响热备转换，从而保障列车能够安全、可靠运行。

发明内容

为克服现有技术中存在的缺陷和不足，本发明公开一种双机热备切换系统及切换方法，通过一个独立的高可靠性的热备切换装置来控制驱动装置的热备转换，保证其中一主机的控制系统故障不会对热备转换产生影响，以达到系统安全、可靠、稳定的运行。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种双机热备切换系统，该系统包括逆变设备A、逆变设备B、热备切换装置、驱动装置及负载，其中，逆变设备A和逆变设备B为双主机互为主备分别为各自的负载供电，热备切换装置通过双路数据循环检测双主机的工作状态，对检测的数据进行处理并进行故障分析，当检测其中一主机发生故障时，热备切换装置通过控制双主机及驱动装置的状态，实现正常工作主机为双路负载供电。

进一步地，所述热备切换装置包括：

双路数据检测模块，检测双主机的工作状态并将检测数据传输到中央处理模块；

中央处理模块，分析处理双路数据检测模块检测的数据，根据处理结果控制双主机及驱动装置的状态；

热备驱动模块，控制驱动装置的断开或闭合状态；

隔离电源模块，为中央处理模块及双路数据检测模块供电。

进一步地，所述双路数据检测模块包括I/O数据检测电路单元和通讯电路单元，实现检测数据的双路备份。

进一步地，所述隔离电源模块采用三路隔离电源，实现三路隔离电源相互备份。

进一步地，所述三路隔离电源包括逆变设备A提供的直流电源、逆变设备B提供的直流电源及110V直流电源，其中，每路电源通过处理分成两路隔离电源，分别给中央处理模块和双路数据检测模块供电。

进一步地，所述三路隔离电源包括逆变设备A提供的15V直流电源、逆变设备B提供的15V直流电源及110V直流电源，其中，每路电源通过电压跟随器分成两路隔离电源，分别给中央处理模块和双路数据检测模块供电。

本发明还公开一种双机热备切换方法，包括如下步骤：

S1：热备切换装置初始化，驱动装置处于断开状态，双主机分别为各自负载供电；

S2：热备切换装置通过双路数据循环检测双主机的工作状态，对检测的数据进行处理并进行故障分析；

S3：当分析得到其中一主机发生故障时，热备切换装置控制双主机及驱动装置的状态，实现正常工作主机为双路负载供电。

进一步地，所述步骤S2中通过I/O数据检测电路单元和通讯电路单元循环检测双主机工作状态，实现数据双备份。

进一步地，所述步骤S2中，通讯电路单元的数据优先于I/O数据检测电路单元数据，当热备切换装置的通讯数据错误，或者通讯线没连接好时，热备切换装置以I/O口检测的数据作为切换的依据。

进一步地，所述步骤S3中，当分析得到其中一主机发生故障时，热备切换装置通过I/O检测电路和通讯电路同时向工作正常的主机发送关机命令，等待正常工作的主机关机后，热备切换装置控制驱动装置闭合，然后通过I/O检测电路和通讯电路同时向工作正常的主机发送开机命令，实现正常工作主机为双路负载供电。

进一步地，所述热备切换装置采用三路隔离电源相互备份，当其中一路或者两路电源出现故障时，热备切换装置能够正常工作。

本发明公开的一种双机热备切换系统及切换方法，达到的效果如下：

1、采用独立的高可靠性的热备切换装置来控制热备接触器的热备转换，不会因为逆变设备的控制系统故障而影响热备装换；

2、热备切换装置采用双路数据备份进行数据传输，即使其中一路数据采集通道发生故障也不会影响热备转换；

3、热备切换装置采用三路隔离电源相互备份，当其中一路或两路电源出现故障也不会影响热备转换。

简言之，该技术方案提高了系统工作的可靠性及稳定性，极大地保障了列车的安全运行。

附图说明

图1为现有技术中双机热备切换系统原理框图；

图2为本发明双机热备切换系统原理框图；

图3为本发明双机热备切换方法流程图；

图4为本发明双机热备切换系统一具体实施例结构框图；

图5为本发明双机热备切换方法的一具体实施流程图。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以详细说明。

本发明的技术原理：本发明公开一种双机热备切换系统及切换方法，该系统包括逆变设备A、逆变设备B、热备切换装置、驱动装置及负载，其中，逆变设备A和逆变设备B为双主机互为主备分别为各自的负载供电，整个系统上电后，热备切换装置初始化，驱动装置处于断开状态；热备切换装置通过双路数据循环检测双主机的工作状态，对检测的数据进行处理并进行故障分析；两主机工作正常，热备切换装置控制驱动装置一直处于断开状态，双主机分别为各自负载供电；当检测其中一主机发生故障时，热备切换装置向正常工作主机发送关机命令，待正常主机关机后，控制驱动装置处于闭合状态，然后向工作正常主机发送开机命令，实现正常工作主机为双路负载供电。

参见图2，为本发明双机热备切换系统原理框图。该系统包括逆变设备A、逆变设备B、热备切换装置、驱动装置及负载。其中，逆变设备A、逆变设备B为双主机互为主备分别为各自的负载供电；热备切换装置包括双路数据检测模块、隔离电源模块、中央处理模块和热备驱动模块，双路数据检测模块通过I/O数据检测电路单元和通讯电路单元检测双主机的工作状态，实现检测数据双路备份；热备驱动模块用于控制驱动装置的断开或闭合状态，从而控制双主机的工作状态；该装置通过双路数据检测模块检测双主机的工作状态并将检测数据传输到中央处理模块，中央处理模块对检测数据进行处理并进行故障分析，当检测到其中一主机发生故障时，热备切换装置控制故障主机与正常工作主机的工作状态，控制驱动装置闭合，实现正常工作主机为双路负载供电。此外，隔离电源模块采用三路隔离电源相互备份，当其中一路或两路电源出现故障时，系统能够正常运行，极大地保障的系统的安全、可靠、稳定的运行。

参见图3，为本发明双机热备切换方法流程图。该方法包括如下步骤：

S1：热备切换装置初始化，驱动装置处于断开状态，双主机分别为各自负载供电。

系统上电后，热备切换装置初始化，驱动装置处于断开状态，逆变设备A为其负载供电，逆变设备2为其负载供电。驱动装置包括接触器。

S2：热备切换装置通过双路数据循环检测双主机的工作状态，对检测的数据进行处理并进行故障分析。

热备切换装置通过I/O数据检测电路单元和通讯电路单元循环检测双主机的工作状态，实现双路数据备份，检测数据通过中央处理单元进行处理并进行故障分析。通常情况下，通讯数据优先于I/O检测数据，当热备切换装置的通讯数据错误，或者通讯线没连接好时，热备切换装置以I/O口检测的数据作为切换的依据。其中，通讯数据通过RS485电缆进行传输，可以采用全双工或半双工的通讯方式。RS485电缆可实现高速、长距离传输，而且在环境恶劣的条件下可以采用有效措施对干扰信号进行屏蔽，保障传输信号的准确性。

中央处理模块对双路检测数据进行分析处理，当得到其中一主机发生永久性故障时，热备切换装置控制故障主机、正常工作主机及驱动装置的的工作状态，热备切换装置向正常工作主机发送关机命令，待正常主机关机后，控制驱动装置处于闭合状态，然后向工作正常主机发送开机命令，实现正常工作主机为双路负载供电。

参见图4，为本发明双机热备切换系统一具体实施例结构框图。该系统包括车载辅助电源逆变器1、热备切换装置2、车载辅助电源逆变器2、热备接触器、负载1和负载2，热备切换装置2包括三路隔离电源、I/O数据检测电路、通讯电路、微处理器及热备驱动电路。

热备切换装置2的电源分别来自逆变器1提供的15VDC、逆变器2提供的15VDC、110V直流电源，每路电源经过处理分成两路隔离电源，分别为微处理器和通讯电路供电。其中，将每路电源分成两路隔离电源可以采用电压跟随器实现，电压跟随器可以保证输出信号的幅值、相位等参数与原输入信号相同，还可以在电路中起到缓冲、隔离的作用，减少各电路模块间的干扰。同时，三路电源相互备份，当其中一路或两路电源出现故障时不会影响系统的热备切换，提高了热备切换装置电源的可靠性。

I/O数据检测电路和通讯电路实现了数据的双备份，正常情况下通讯数据优先于I/O检测数据，当热备切换装置的通讯数据错误，或者通讯线没连接好时，热备切换装置以I/O口检测的数据作为切换的依据。通讯数据采用RS485电缆进行传输，可以采用全双工或半双工通讯方式。RS485电缆可实现高速、长距离传输，而且在环境恶劣的条件下可以采用有效措施对干扰信号进行屏蔽，保障传输信号的准确性。

微处理器对双路数据检测单元检测的数据进行分析处理并进行故障分析，所述微处理器包括可编程逻辑器件，如PLC、DSP、MCU、嵌入式系统等可选。其中DSP具有强大数据处理能力和高运行速度，考虑到列车安全控制系统的庞大数据库，本技术方案中，微处理器选用DSP。

热备驱动电路，根据微处理器的控制指令控制热备接触器的断开或闭合。

本实施例系统的工作原理：首先，上电、热备切换装置初始化，热备接触器处于断开状态，热备切换装置通过I/O数据检测电路和通讯电路循环检测两台逆变器的工作状态，热备切换装置对检测的数据进行分析处理。处理结果如果两台逆变器都正常工作，热备切换装置保持热备接触器处于断开状态，逆变器1和逆变器2分别为2个负载供电；如果发现一台逆变器正常工作，另一台逆变器发生了永久性故障，热备切换装置通过I/O检测电路和通讯电路同时向工作正常的逆变器发送关机命令，故障逆变器发出减载信号使负载减半，等待正常工作的逆变器关机以后，热备切换装置驱动热备接触器闭合，然后热备切换装置通过I/O检测电路和通讯电路同时向工作正常的逆变器发送开机命令。此时正常工作的逆变器为减载后的两路负载供电。

图5为本发明双机热备切换方法的一具体实施流程图。具体步骤如下：

1)系统上电，热备切换装置初始化，热备接触器处于断开状态；

2)热备切换装置循环检测两台逆变器的I/O数据和通讯数据，对数据进行处理并进行故障分析；正常情况下，两路逆变器分别为其各自负载供电，当检测到系统出现故障时，首先判断是否是逆变器故障，如是，则判断是哪路逆变器故障，然后判断故障是否为不可恢复的故障，如是，则执行步骤3)；如否，则执行步骤4)；

3)当热备切换装置检测到其中一台逆变器正常工作并检测到另一台逆变器发生永久性故障时，热备切换装置将向正常工作的逆变器发送关机命令，正常工作的逆变器将会停止输出并关机，故障逆变器将发出减载信号让负载减半，热备切换装置吸合热备接触器，热备切换装置检测热备接触器吸合无故障后，向正常工作的逆变器发送开机命令，正常工作的逆变器开机为两路负载供电；

4)两台逆变器重启，热备接触器保持断开状态。

此外，热备切换装置的三路隔离电源相互备份，即使其中有一路或者两路电源出现故障也不会对热备切换产生影响。

本发明通过数据双备份，三路电源相互备份增加了热备切换装置工作的稳定性和可靠性，防止了由于逆变器1或逆变器2控制系统故障导致热备接触器误动作情况出现，保证了用电设备和电源的安全，极大保障了列车的安全、可靠、稳定运行。

Claims

1.一种双机热备切换系统，该系统包括逆变设备A、逆变设备B、热备切换装置、驱动装置及负载，其特征在于，逆变设备A和逆变设备B为双主机互为主备分别为各自负载供电，热备切换装置通过双路数据循环检测双主机的工作状态，对检测的数据进行处理并进行故障分析，当检测其中一主机发生故障时，热备切换装置通过控制双主机及驱动装置的状态，实现正常工作主机为双路负载供电。

2.根据权利要求1所述的双机热备切换系统，其特征在于，所述热备切换装置包括：

热备驱动模块，控制驱动装置的断开或闭合状态；

隔离电源模块，为中央处理模块及双路数据检测模块供电。

3.根据权利要求2所述的双机热备切换系统，其特征在于，所述双路数据检测模块包括I/O数据检测电路单元和通讯电路单元，实现检测数据的双路备份。

4.根据权利要求2所述的双机热备切换系统，其特征在于，所述隔离电源模块采用三路隔离电源，实现三路隔离电源相互备份。

5.根据权利要求4所述的双机热备切换系统，其特征在于，所述三路隔离电源包括逆变设备A提供的直流电源、逆变设备B提供的直流电源及110V直流电源，其中，每路电源通过处理分成两路隔离电源，分别给中央处理模块和双路数据检测模块供电。

6.根据权利要求5所述的双机热备切换系统，其特征在于，所述三路隔离电源包括逆变设备A提供的15V直流电源、逆变设备B提供的15V直流电源及110V直流电源，其中，每路电源通过电压跟随器分成两路隔离电源，分别给中央处理模块和双路数据检测模块供电。

7.一种双机热备切换方法，其特征在于，包括如下步骤：

8.根据权利要求7所述的双机热备切换方法，其特征在于，所述步骤S2中通过I/O数据检测电路单元和通讯电路单元循环检测双主机工作状态，实现数据双备份。

9.根据权利要求8所述的双机热备切换方法，其特征在于，所述步骤S2中，通讯电路单元的数据优先于I/O数据检测电路单元数据，当热备切换装置的通讯数据错误，或者通讯线没连接好时，热备切换装置以I/O口检测的数据作为切换的依据。

10.根据权利要求7所述的双机热备切换方法，其特征在于，所述步骤S3中，当分析得到其中一主机发生故障时，热备切换装置通过I/O检测电路和通讯电路同时向工作正常的主机发送关机命令，等待正常工作的主机关机后，热备切换装置控制驱动装置闭合，然后通过I/O检测电路和通讯电路同时向工作正常的主机发送开机命令，实现正常工作主机为双路负载供电。

11.根据权利要求7至10之一所述的双机热备切换方法，其特征在于，所述热备切换装置采用三路隔离电源相互备份，当其中一路或者两路电源出现故障时，热备切换装置能够正常工作。