CN105573112B - 内燃机车励磁控制器双机热冗余自动切换系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种内燃机车励磁控制器双机热冗余自动切换系统，包括：第一处理子系统，包括：发送模块，通过第一串口和第二串口向第二处理子系统发送数据；故障检测模块，检测自身是否发生故障，若是，则将工作模式从主控模式修改为请求更改工作模式，唯一标识号修改为0；第二处理子系统包括：接收模块，接收第一处理子系统通过串口或者I/O口发送的数据；判断模块，根据数据中的工作模式和唯一标识号判断是否切换自身工作模式；反馈模块，向第一处理子系统发送反馈信息。本发明保证整个系统持续稳定的工作，提高了内燃机车励磁控制器的可靠性。保证了机车励磁系统运行的安全。

Description

内燃机车励磁控制器双机热冗余自动切换系统

技术领域

本发明实施例涉及电信号数据处理技术领域，尤其涉及一种内燃机车励磁控制器双机热冗余自动切换系统。

背景技术

主发电机是内燃机车的核心设备，而励磁控制系统作为主发电机的一个重要组成部分，调节主发电机的励磁电流，控制主发电机的功率输出，因此励磁控制系统性能的好坏直接关系着主发电机和牵引电机的运行稳定性。

现有技术中内燃机车励磁控制器的可靠性有待提高。

发明内容

本发明提供一种内燃机车励磁控制器双机热冗余自动切换系统，以克服现有技术中内燃机车励磁控制器的可靠性过低的问题。

本发明的内燃机车励磁控制器双机热冗余自动切换系统，包括：

第一处理子系统和第二处理子系统；

所述第一处理子系统包括：

发送模块，用于通过第一串口和第二串口向所述第二处理子系统发送数据，所述数据包括：接收外围设备采集的数据、所述第一处理子系统的唯一标识号、所述第一处理子系统的工作模式，所述工作模式包括：主控模式、从控模式或者请求更改工作模式；

故障检测模块，用于检测自身是否发生故障，若是，则将所述工作模式从主控模式修改为请求更改工作模式，所述唯一标识号修改为0；

所述第二处理子系统包括：

接收模块，用于接收所述第一处理子系统通过串口或者I/O口发送的数据；

判断模块，用于根据所述数据中的所述工作模式和唯一标识号判断是否切换自身工作模式；

反馈模块，用于所述判断模块判断是否切换自身工作模式后向所述第一处理子系统发送反馈信息，所述反馈信息包括切换后的工作模式。

进一步地，所述判断模块具体用于：

判断所述数据中的所述工作模式是否为请求更改工作模式，若是，则判断所述唯一标识号是否小于自身的唯一标识号，若是则将自身工作模式切换为主控模式。

进一步地，所述发送模块，还用于：

通过I/O口向所述第二处理子系统发送心跳信号；

所述判断模块，还用于：

根据所述心跳信号确定所述第一处理子系统串口故障，I/O口工作正常；

所述反馈模块，还用于：

向所述第一处理子系统反馈所述心跳信号。

进一步地，所述发送模块，还用于：

通过I/O口向所述第二处理子系统发送所述工作模式；

所述接收模块，还用于：

接收所述发送模块通过I/O口发送的所述工作模式；

所述判断模块，还用于：

根据所述工作模式判断是否切换工作模式。

本发明采用冗余配置提高系统运行的稳定性和可靠性。从而当其中一套部件出现故障时，系统中的另一套备份系统自动接管其工作，从而不需要在人工干预的情况下，保证整个系统持续稳定的工作，提高了内燃机车励磁控制器的可靠性。保证了机车励磁系统运行的安全。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明内燃机车励磁控制器双机热冗余自动切换系统结构示意图；

图2为本发明内燃机车励磁控制器双机热冗余自动切换系统示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明内燃机车励磁控制器双机热冗余自动切换系统结构示意图，如图1所示，本实施例的系统可以包括：

第一处理子系统101和第二处理子系统102；

所述第一处理子系统包括：

发送模块103，用于通过第一串口和第二串口向所述第二处理子系统发送数据，所述数据包括：接收外围设备采集的数据、所述第一处理子系统的唯一标识号、所述第一处理子系统的工作模式，所述工作模式包括：主控模式、从控模式或者请求更改工作模式；

故障检测模块104，用于检测自身是否发生故障，若是，则将所述工作模式从主控模式修改为请求更改工作模式，所述唯一标识号修改为0；

确认模块105，用于接收所述第二处理子系统发送的反馈信息，确认工作模式切换完成；

所述第二处理子系统102包括：

接收模块106，用于接收所述第一处理子系统通过串口或者I/O口发送的数据；

判断模块107，用于根据所述数据中的所述工作模式和唯一标识号判断是否切换自身工作模式；

反馈模块108，用于所述判断模块判断是否切换自身工作模式后向所述第一处理子系统发送反馈信息，所述反馈信息包括切换后的工作模式。

进一步地，所述判断模块107具体用于：

判断所述数据中的所述工作模式是否为请求更改工作模式，若是，则判断所述唯一标识号是否小于自身的唯一标识号，若是则将自身工作模式切换为主控模式。

具体来说，内燃机车主发励磁控制系统主要工作是向主发电机输出电压，也即中间直流电压、电流、功率的控制，牵引控制转矩及转矩加载率给定的控制，低恒速控制，冗余控制和主发电机励磁回路保护等功能。励磁装置作为一个复杂的控制系统，要进行逻辑判断和信号输出，需要根据外部众多传感器采集的电流、电压、频率信号进行分析判断，同时对于自身输出信号要进行反馈检测。

本实施例的第一处理子系统和第二处理子系统均采用ARM微处理器型号为STM32F407IG，第一处理子系统和第二处理子系统的软件功能实现完全一致，第一处理子系统和第二处理子系统二者同时上电运行后，通过检测特定引脚电平高低来区分主控机和从控机。第一处理子系统和第二处理子系统之间通过底层背板进行通信，同时上电运行后，第一处理子系统和第二处理子系统其中任意一个处理器的任一I/O引脚(M_S)电平会被硬件拉低，另一个处理器对应的I/O引脚(M_S)电平却通过上拉电阻置为高，软件逻辑判断I/O引脚(M_S)为低电平的处理器为主控子系统，I/O引脚(M_S)为高电平的处理器为为从控子系统。确定主从子系统后，双方通过串口通信，相互告知对方自己的工作模式，即第一处理子系统可以为主控子系统或者从控子系统，此时第二处理子系统对应为从控子系统或者主控子系统，本实施例对此不限定。

主控子系统通过串口定时与从控子系统进行数据交互，为了保证串口数据通信的可靠性，同时采用了两路串口：第一串口和第二串口。两路串口同时进行数据发送，发送的内容相同。默认情形下双方仅对对方通过第一串口发送的数据进行处理，对第二串口发送来的数据暂不处理。如果第一串口发生了故障或者第一串口传输的数据出现了错误，此时会切换串口，对第二串口数据进行处理。串口通信的数据中包含以下数据：双方各自的运行状态量(外围设备采集的各种重要数据)，设备的唯一标识号和各自的工作模式。设备唯一标识号是依据主处理芯片唯一编码通过特定算法计算得出的一个双字节非0正整数，每个设备可保证不会出现相同的唯一标识号。一旦设备检测出自身出现了故障，则主动将自身的唯一标识号置为0。设备的工作模式是指设备目前处于“主控模式”、“从控模式”或者“请求对方更改工作模式”三种状态。主从系统的切换就是依据双方数据的交互获得对方的信息来进行的。如果主机发生了故障，此时主机立即将目前的工作模式由“主控模式”更改为“请求对方更改工作模式”状态，并将自身唯一标识号置为0，同时将信息通过串口发送至从机。从机收到“请求对方更改工作模式”的信息后，进行唯一标识判断，如果自身的唯一标识号大于对方的唯一标识号，则说明此时从机未出现故障，可以进行工作模式切换。否则此时双机运行皆出现故障，系统进入双机“乒乓切换”工作模式，但都无法进入主控模式的故障状态。

进一步地，所述发送模块103，还用于：

通过I/O口向所述从控子系统发送心跳信号；

所述判断模块107，还用于：

根据所述心跳信号确定所述主控子系统串口故障，I/O口工作正常；

所述反馈模块108，还用于：

向所述主控子系统反馈所述心跳信号。

具体来说，

每间隔单位时间，主从子系统除了通过串口交互数据，同时也将各自的工作模式反应在电平信号上，主从子系统各占用5路I/O口：其中两路输出，两路输入，一路作为硬件心跳的生命信号定时产生脉冲。两路输出用来输出自身的工作模式，两路输入用来读取对方的工作模式。

进一步地，所述发送模块103，还用于：

通过I/O口向所述从控子系统发送所述工作模式；

所述接收模块106，还用于：

接收所述发送模块通过I/O口发送的所述工作模式；

所述判断模块107，还用于：

根据所述工作模式判断是否切换工作模式。

具体来说，

两路I/O定义的工作模式与上述三种工作模式相同。主从子系统将各自的电平信号分别与对方的I/O口连接，此时双方都可以读取对方的运行状态。此功能作为备用，是假定两路串口传输同时出现了故障的极端情形下，无法通过串口通信获取对方的信息，此时就需要依赖心跳脉冲信号。在心跳存在的情形下判断对方的电平信号，根据电平信号所代表的含义相应切换工作模式，因此心跳脉冲是和电平信号是配合使用的，如果没有了心跳脉冲信号，系统出现死机或者程序“跑飞”的可能性很大，此时依据电平信号判断对方工作模式也就不再可靠。

此外，唯一标识除了在进行切换工作模式时用做依据外，在极端情形下可能会出现双方同时为主或为从的工作模式，此时需要根据双方唯一的唯一标识号进行强制区分：唯一标识号大的强制为主，唯一标识小的强制为从。

综上所述，本发明的内燃机车励磁控制器双机热冗余自动切换系统示意图，如图2所示。

本发明提出了一种新型冗余热备份的解决方案，提高了主控子系统故障时切换至备份系统可靠性。主从控制子系统采用串口通信技术，心跳检测及电平信号检测等技术手段确保系统做到软硬件冗余，无故障的快速自动切换。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (3)

1.一种内燃机车励磁控制器双机热冗余自动切换系统，其特征在于，包括：

第一处理子系统和第二处理子系统；

所述第一处理子系统包括：

发送模块，用于通过第一串口和第二串口向所述第二处理子系统发送数据，所述数据包括：接收外围设备采集的数据、所述第一处理子系统的唯一标识号、所述第一处理子系统的工作模式，所述工作模式包括：主控模式、从控模式或者请求更改工作模式；

故障检测模块，用于检测自身是否发生故障，若是，则将所述工作模式从主控模式修改为请求更改工作模式，所述唯一标识号修改为0；

确认模块，用于接收所述从控子系统发送的反馈信息，确认工作模式切换完成；

所述第二处理子系统包括：

接收模块，用于接收所述第一处理子系统通过串口或者I/O口发送的数据；

判断模块，用于根据所述数据中的所述工作模式和唯一标识号判断是否切换自身工作模式；

反馈模块，用于所述判断模块判断是否切换自身工作模式后向所述第一处理子系统发送反馈信息，所述反馈信息包括切换后的工作模式；

所述判断模块具体用于：

判断所述数据中的所述工作模式是否为请求更改工作模式，若是，则判断所述唯一标识号是否小于自身的唯一标识号，若是则将自身工作模式切换为主控模式。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述发送模块，还用于：

通过I/O口向所述第二处理子系统发送心跳信号；

所述判断模块，还用于：

根据所述心跳信号确定所述第一处理子系统串口故障，I/O口工作正常；

所述反馈模块，还用于：

向所述第一处理子系统反馈所述心跳信号。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述发送模块，还用于：

通过I/O口向所述第二处理子系统发送所述工作模式；

所述接收模块，还用于：

接收所述发送模块通过I/O口发送的所述工作模式；

所述判断模块，还用于：

根据所述工作模式判断是否切换工作模式。