CN111003023A - 一种双系首尾双重冗余的列车专用自动唤醒自动休眠设备 - Google Patents

一种双系首尾双重冗余的列车专用自动唤醒自动休眠设备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种双系首尾双重冗余的列车专用自动唤醒自动休眠设备，其中，包括：AAM设备在列车的首尾两端各部署一套，每一端的设备均可以对车辆继电I/O接口发送休眠指令和唤醒指令；AAM设备通过车辆交换机进行首尾通信，实现了首尾端冗余功能，当首段执行中心或本地的唤醒/休眠指令，故障原因不能执行该指令时，会将该指令发送给对端AAM设备，对端AAM设备通过车辆继电I/O接口执行相应的指令，操作车辆设备进行唤醒/休眠，从而达到了休眠/唤醒操作的首尾端冗余的功能，保证整个系统继续运行。本发明极大的提高了设备的可用性，为该功能在FAO系统的24小时稳定运行提供了保障。

Description

一种双系首尾双重冗余的列车专用自动唤醒自动休眠设备
技术领域
本发明涉及列车通信技术，特别涉及一种双系首尾双重冗余的列车专用自动唤醒自动休眠设备。
背景技术
FAO全自动无人驾驶系统中，相对于既有成熟的CBTC系统，新增了对车载设备进行自动唤醒自动休眠的需求。为了实现对车载VOBC设备的休眠、唤醒以及扩展车辆输入输出等功能，研制了FAO系统中专用的自动唤醒自动休眠设备AAM。该设备用于实现整车断电后，24小时不间断地监督控制中心系统的休眠唤醒命令，实现轨道交通中列车自动驾驶的休眠唤醒功能，由于该设备是车载各系统中唯一24小时不间断运行的设备，因此对该设备的可靠性要求很高，本发明主要通过单端双系冗余、双端首尾冗余的设计思路提高了设备的稳定性和可用性。
FAO全自动无人驾驶系统在中国城市轨道交通发展中还处于起步阶段，AAM是伴随FAO兴起的新增设备，目前业内同行还处于开发设计阶段。有些FAO系统并无独立的唤醒休眠设备，相关功能有别的系统辅助实现，或者相关AAM设备的设计之初并未考虑提高设备的稳定性和可用性，因为没有采用双系交叉冗余、车辆双端交叉冗余的设计方法，而是采用传统的单系统设计。
目前现有的实现FAO全自动无人驾驶系统中的实现车载设备自动唤醒自动休眠的功能的还不是独立的设备，由别的系统辅助完成，具有功能上的耦合性，有可能由于耦合的功能模块的故障，导致了FAO系统中自动休眠和自动唤醒这一关键功能的失效。同时由于该功能模块是车载设备中唯一需要24小时独立运行的部分，因此对其可靠性要求较高，传统的单系统的设计难以满足该要求，
发明内容
本发明的目的在于提供一种双系首尾双重冗余的列车专用自动唤醒自动休眠设备，用于解决现有的FAO系统的自动唤醒自动休眠功能不运行与独立的设备上的问题。
本发明一种双系首尾双重冗余的列车专用自动唤醒自动休眠设备，其中，包括：主控板、切换单元以及供电单元；主控板，用于通过逻辑处理实现对VOBC和车辆的唤醒与休眠、故障处理以及双系冗余管理；主控板能够对外通信及对外数字量输入以及数字量输出；切换板，用于实现数字量输出的双系切换功能、数字量输出和数字量输入功能的对外接口；功能电源板为主控板提供稳定可靠的直流供电，采用双系交叉的结构，当某单系的供电单元故障时，在单系统的供电电源的支持下正常运行；AAM设备在列车的首尾两端各部署一套，每一端的设备均可以对车辆继电I/O接口发送休眠指令和唤醒指令；AAM设备通过车辆交换机进行首尾通信，实现了首尾端冗余功能，当首段执行中心或本地的唤醒/休眠指令，故障原因不能执行该指令时，会将该指令发送给对端AAM设备，对端AAM设备通过车辆继电I/O接口执行相应的指令，操作车辆设备进行唤醒/休眠，从而达到了休眠/唤醒操作的首尾端冗余的功能；首尾冗余构成的AAM设备，通过单端AAM的双系交叉冗余，和首尾两端AAM的交叉冗余共同作用，在最不利的故障状况下，一主控板随时在另一块故障的情况下升级为主系，通过首尾冗余通道接收到对端的AAM的休眠/唤醒指令，从而在单端主机板单板功能完好，对端AAM双系因故障不具备I/O输出功能的时候，保证整个系统继续运行。
根据本发明的双系首尾双重冗余的列车专用自动唤醒自动休眠设备的一实施例，其中，车载AAM设备通过车载交换机实现与VOBC的双向通信，AAM向VOBC发送AAM的工作状态、休眠指令、唤醒指令以及AAM控制的车辆IO状态信息；VOBC向AAM发送休眠指令执行情况、唤醒执行情况、车辆IO输出指令以及VOBC工作状态信息。
根据本发明的双系首尾双重冗余的列车专用自动唤醒自动休眠设备的一实施例，其中，车载AAM设备通过车载交换机实现与TIAS的双向通信，AAM向VOBC发送AAM的工作状态、AAM的故障情况、VOBC休眠状态、VOBC唤醒状态、VOBC休眠失败原因、VOBC唤醒失败原因以及AAM控制的车辆IO状态信息；TIAS向AAM发送当前时间、中心休眠指令以及中心休眠指令信息。
根据本发明的双系首尾双重冗余的列车专用自动唤醒自动休眠设备的一实施例，其中，车载AAM设备通AAM主控板提供的数字量输入输出实现与车辆的接口，车辆AAM向车辆接口输出休眠指令输出以及唤醒指令输出IO量信息，车辆接口向AAM输出本地休眠按钮、本地唤醒按钮、检修按钮以及蓄电池欠压保护的IO量输入信息。
根据本发明的双系首尾双重冗余的列车专用自动唤醒自动休眠设备的一实施例，其中，AAM的I系介入到车载红网，II系介入到车载篮网，实现对红网设备、蓝网设备上的VOBC、TIAS和对端AAM的双向通信功能；在接收端，I系从红网接收到数据后会转发一份红网数据给II系，同时II系从蓝网接受到数据后会转发一份蓝网数据给I系，从而使得在输入方向双系均获取到红网和蓝网数据，当红网或者蓝网有一个网络发生故障中断时，AAM设备接收到外部的输入数据；本系CPU收到蓝网数据后，将该蓝网数据转发给对系CPU，同时从本端指定缓冲中查询对系CPU是否已经从红网收到过该包数据，若红网未收到过则本系CPU使用本包数据进行后续处理；若红网已收到过该包数据，则本系CPU丢弃本包数据，达到输入数据的交叉冗余。
根据本发明的双系首尾双重冗余的列车专用自动唤醒自动休眠设备的一实施例，其中，在对外通信的输出方向，同一时间只有主系对外通信，非主系不对外发送数据，主系在对本系介入的网络发送一份输出数据的同时，会转发一份相同的数据给对系，让对系对该系介入的网络进行数据发送。
根据本发明的双系首尾双重冗余的列车专用自动唤醒自动休眠设备的一实施例，其中，系统进入运行状态，确定主备系前，双系应对系统的基本信息进行交互，内容包括软件版本号、配置数据校验码以及系统ID，系统进入运行状态后，未进行主备竞争前，默认为未就绪态，通过主备竞争确定主和备，系统运行状态下，双系进行数据交互及同步，并通过交互数据进行主备状态的实时调整，通过同步通道的状态和同步数据的比较确定应用同步的状态。
根据本发明的双系首尾双重冗余的列车专用自动唤醒自动休眠设备的一实施例，其中，AAM设备的冗余交叉输入输出架构，在系统的车辆I/O输入方向，I系和II系的AAM主机板均对输入数据进行采集，同时通过I系和II系的系间通信通道对输入数据进行交叉同步，当某主机板的采集输入功能故障时，通过对系获取目前的车辆I/O采集数据，在I/O的输出方向，只有主系会对外输出，当主系故障而不能对外输出时，非主系会立刻将控制状态升级到主系状态并对外输出。
本发明具有双系冗余、首尾冗余设计的自动唤醒自动休眠设备(AAM)具有一定的迫切性。AAM统一了其对外的通信接口和对车辆的I/O接口，消除了唤醒/休眠功能和其他设备的耦合性。目前其他FAO系统的自动唤醒自动休眠功能不运行与独立的设备上。单独AAM设备的双系交叉冗余和双端AAM设备的首尾交叉冗余，极大的提高了设备的可用性，为该功能在FAO系统的24小时稳定运行提供了保障。
附图说明
图1为一种双系首尾双重冗余的列车专用自动唤醒自动休眠设备的原理图；
图2为对外通信和接口示意图；
图3为通信冗余架构设计示意图；
图4为通信冗余流程图处理流程图；
图5为双系的控制状态初始化流程图；
图6为双系控制状态管理流程图；
图7为I/O输入输出示意图；
图8为首尾连接状态示意图；
图9为首尾冗余功能示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
图1为一种双系首尾双重冗余的列车专用自动唤醒自动休眠设备的原理图，如图1所示，本发明一种车载自动唤醒自动休眠设备(AAM)是应用于FAO全自动无人驾驶系统中的高可靠性的冗余工业测控专用计算机系统，主要用于管理车载VOBC设备的休眠、唤醒以及扩展车辆输入输出等功。采用冗余乘二的结构，具有高可靠性和高可用性。其中，冗余“乘二”模式支持双系交叉冗余双重输入和输出；同时AAM设备在列车的头尾两端同时布置，具备首尾两端交叉冗余的功能。
考虑系统结构的简洁性、扩展性，同时依据其基础功能及核心功能AAM设备结构划分为主控板(主控板)、切换单元(切换板)、供电单元(电源板)三大核心部件进行结构设计。其中功能电源板和主控板各2块，切换输出板1块
系统各功能单元的互联关系为：
各类功能板的主要功能为:
主控板：
实现AAM设备核心功能，通过逻辑处理实现对VOBC和车辆的唤醒与休眠、故障处理、双系冗余管理等一系列功能；该单元同时具有基本的对外通信功能及对外数字量输入、数字量输出的功能；为了提高系统可靠性，适应24小时全天候的运行环境，主控板采取双系冗余设计，实现了双系交叉双重输入和输出。
切换板：
实现数字量输出的双系切换功能、数字量输出和数字量输入功能的对外接口。
功能电源板：
为主控板提供稳定可靠的直流供电，该电源也采用了双系交叉的设计，当某单系的供电单元故障时，整个系统然后可以在单系统的供电电源的支持下正常运行，主控板仍然可以具备双系冗余的功能；
图2为对外通信和接口示意图，如图2所示，自动唤醒休眠设备的主要的对外通信和接口的主要功能为：
与VOBC接口。车载AAM设备通过车载交换机实现与VOBC的双向通信，AAM向VOBC发送AAM的工作状态、休眠指令、唤醒指令、AAM控制的车辆IO状态等信息；VOBC向AAM发送休眠指令执行情况、唤醒执行情况、车辆IO输出指令、VOBC工作状态等信息
与TIAS接口。车载AAM设备通过车载交换机实现与TIAS的双向通信，AAM向VOBC发送AAM的工作状态、AAM的故障情况、VOBC休眠状态、VOBC唤醒状态、VOBC休眠失败原因(如果存在)、VOBC唤醒失败原因(如果存在)、AAM控制的车辆IO状态等信息；TIAS向AAM发送当前时间、中心休眠指令、中心休眠指令等信息。
与对端AAM接口。车载AAM设备通过车载交换机实现与对端AAM的双向通信，AAM向对端AAM发送AAM的工作状态、AAM的故障情况、唤醒指令、休眠指令等信息。
与对端与车辆接口。车载AAM设备通AAM主控板提供的数字量输入输出实现与车辆的接口，车辆AAM向车辆接口输出休眠指令输出、唤醒指令输出等IO量信息，车辆接口向AAM输出本地休眠按钮、本地唤醒按钮、检修按钮、蓄电池欠压保护等IO量输入信息。
双系交叉冗余双重输入和输出功能包括：
对外通信：
图3为通信冗余架构设计示意图，如图3所示，AAM双系系统的对外通信、系间通信的整体架构设计如下图所示：
AAM的I系介入到车载红网，II介入到车载篮网，实现对红网设备、蓝网设备上的VOBC、TIAS和对端AAM的双向通信功能。如图所示，为了能达到对外通信的双系冗余功能，在接收端，I系从红网接收到数据后会转发一份红网数据给II系，同时II系从蓝网接受到数据后会转发一份蓝网数据给I系，从而使得在输入方向双系均可以获取到红网和蓝网数据，当红网或者蓝网有一个网络发生故障中断时，AAM设备也可以正常的接收到外部的输入数据，不影响设备的正常运行。
冗余处理的基本原则是：使用先收到的数据，抛弃后收到的数据。具体的处理过程：本系CPU收到蓝网(红网同理)数据后，将该数据转发给对系CPU，同时从本端指定缓冲中查询对系CPU是否已经从红网收到过该包数据，若红网未收到过则本系CPU使用本包数据进行后续处理；若红网已收到过该包数据，则本系CPU丢弃本包数据，达到输入数据的交叉冗余。
图4为通信冗余流程图处理流程图，如图4所示，在对外通信的输出方向，同一时间只有主系对外通信，非主系不对外发送数据。主系在对本系介入的网络(红网或者蓝网)发送一份输出数据的同时，会转发一份相同的数据给对系，让对系对该系介入的网络进行数据发送，这样同时在红网和篮网上均有主系的输出数据，达到输出数据的交叉冗余。
系间通信包括：
系间通信主要完成AAM设备的双系的管理功能。完成双系间的数据交互、数据同步、主备协同，并通过交互的系统状态和通道状态进行主备系状态调整。
图5为双系的控制状态初始化流程图，图6为双系控制状态管理流程图，如图5以及图6，系统进入运行状态，确定主备系前，双系应对系统的基本信息进行交互，内容包括软件版本号、配置数据校验码、系统ID。系统进入运行状态后，未进行主备竞争前，默认为未就绪态，通过主备竞争确定主、备。系统运行状态下，双系进行数据交互及同步，并通过交互数据进行主备状态的实时调整，通过同步通道的状态和同步数据的比较确定应用同步的状态。
图7为I/O输入输出示意图，如图7所示，AAM设备的冗余交叉输入输出架构，在系统的车辆I/O输入方向，I系和II的AAM主机板均可以对输入数据进行采集，同时通过I系和II的系间通信通道对输入数据进行交叉同步，这样当某主机板的采集输入功能故障时，也能通过对系获取目前的车辆I/O采集数据，同时在I/O的输出方向，只有主系会对外输出，当主系故障而不能对外输出时，非主系会立刻将控制状态升级到主系状态并对外输出，使得输出功能不因单板的故障而失效。
图8为首尾连接状态示意图，如图8所示，AAM设备在列车的首尾两端各部署一套，每一端的设备均可以对车辆继电I/O接口发送休眠指令和唤醒指令。AAM设备通过车辆交换机进行首尾通信，实现了首尾端冗余功能。当首段执行中心或本地的唤醒/休眠指令，却由于故障原因不能执行该指令时，会将该指令发送给对端AAM设备，对端AAM设备通过车辆继电I/O接口执行相应的指令，操作车辆设备进行唤醒/休眠，从而达到了休眠/唤醒操作的首尾端冗余的功能。
图9为首尾冗余功能示意图，如图9所示，首尾冗余构成的AAM设备，一共有着4块主机板，通过单端AAM的双系交叉冗余，和首尾两端AAM的交叉冗余共同作用，在最不利的故障状况下，单系主机板可以随时在另一块故障的情况下升级为主系，通过首尾冗余通道接收到对端的AAM的休眠/唤醒指令，从而在单端主机板单板功能完好，对端AAM双系因故障不具备I/O输出功能的时候，也能保证整个系统有条不紊地继续运行，大大提高了设备的可用性。
本方发明一种独立的专门用于FAO全自动无人驾驶系统中的车载设备自动唤醒自动休眠的新型设备，包括新增的四类接口：AAM与VOBC的接口、AAM与TIAS的接口、AAM与车辆I/O的接口、AAM与对端AAM的接口。
本发明统一了其对外的通信接口和对车辆的I/O接口，消除了唤醒/休眠功能和其他设备的耦合性。设计了单独AAM设备的双系交叉冗余和双端AAM设备的首尾交叉冗余，极大的提高了设备的可用性，为该功能在FAO系统的24小时稳定运行提供了保障。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种双系首尾双重冗余的列车专用自动唤醒自动休眠设备，其特征在于，包括：
主控板、切换单元以及供电单元；
主控板，用于通过逻辑处理实现对VOBC和车辆的唤醒与休眠、故障处理以及双系冗余管理；主控板能够对外通信及对外数字量输入以及数字量输出；
切换板，用于实现数字量输出的双系切换功能、数字量输出和数字量输入功能的对外接口；
功能电源板为主控板提供稳定可靠的直流供电，采用双系交叉的结构，当某单系的供电单元故障时，在单系统的供电电源的支持下正常运行；
AAM设备在列车的首尾两端各部署一套，每一端的设备均可以对车辆继电I/O接口发送休眠指令和唤醒指令；AAM设备通过车辆交换机进行首尾通信，实现了首尾端冗余功能，当首段执行中心或本地的唤醒/休眠指令，故障原因不能执行该指令时，会将该指令发送给对端AAM设备，对端AAM设备通过车辆继电I/O接口执行相应的指令，操作车辆设备进行唤醒/休眠，从而达到了休眠/唤醒操作的首尾端冗余的功能；
首尾冗余构成的AAM设备，通过单端AAM的双系交叉冗余，和首尾两端AAM的交叉冗余共同作用，在最不利的故障状况下，一主控板随时在另一块故障的情况下升级为主系，通过首尾冗余通道接收到对端的AAM的休眠/唤醒指令，从而在单端主机板单板功能完好，对端AAM双系因故障不具备I/O输出功能的时候，保证整个系统继续运行。
2.如权利要求1所述的双系首尾双重冗余的列车专用自动唤醒自动休眠设备，其特征在于，车载AAM设备通过车载交换机实现与VOBC的双向通信，AAM向VOBC发送AAM的工作状态、休眠指令、唤醒指令以及AAM控制的车辆IO状态信息；VOBC向AAM发送休眠指令执行情况、唤醒执行情况、车辆IO输出指令以及VOBC工作状态信息。
3.如权利要求1所述的双系首尾双重冗余的列车专用自动唤醒自动休眠设备，其特征在于，车载AAM设备通过车载交换机实现与TIAS的双向通信，AAM向VOBC发送AAM的工作状态、AAM的故障情况、VOBC休眠状态、VOBC唤醒状态、VOBC休眠失败原因、VOBC唤醒失败原因以及AAM控制的车辆IO状态信息；TIAS向AAM发送当前时间、中心休眠指令以及中心休眠指令信息。
4.如权利要求1所述的双系首尾双重冗余的列车专用自动唤醒自动休眠设备，其特征在于，车载AAM设备通AAM主控板提供的数字量输入输出实现与车辆的接口，车辆AAM向车辆接口输出休眠指令输出以及唤醒指令输出IO量信息，车辆接口向AAM输出本地休眠按钮、本地唤醒按钮、检修按钮以及蓄电池欠压保护的IO量输入信息。
5.如权利要求1所述的双系首尾双重冗余的列车专用自动唤醒自动休眠设备，其特征在于，AAM的I系介入到车载红网，II系介入到车载篮网，实现对红网设备、蓝网设备上的VOBC、TIAS和对端AAM的双向通信功能；在接收端，I系从红网接收到数据后会转发一份红网数据给II系，同时II系从蓝网接受到数据后会转发一份蓝网数据给I系，从而使得在输入方向双系均获取到红网和蓝网数据，当红网或者蓝网有一个网络发生故障中断时，AAM设备接收到外部的输入数据；
本系CPU收到蓝网数据后，将该蓝网数据转发给对系CPU，同时从本端指定缓冲中查询对系CPU是否已经从红网收到过该包数据，若红网未收到过则本系CPU使用本包数据进行后续处理；若红网已收到过该包数据，则本系CPU丢弃本包数据，达到输入数据的交叉冗余。
6.如权利要求1所述的双系首尾双重冗余的列车专用自动唤醒自动休眠设备，其特征在于，在对外通信的输出方向，同一时间只有主系对外通信，非主系不对外发送数据，主系在对本系介入的网络发送一份输出数据的同时，会转发一份相同的数据给对系，让对系对该系介入的网络进行数据发送。
7.如权利要求1所述的双系首尾双重冗余的列车专用自动唤醒自动休眠设备，其特征在于，系统进入运行状态，确定主备系前，双系应对系统的基本信息进行交互，内容包括软件版本号、配置数据校验码以及系统ID，系统进入运行状态后，未进行主备竞争前，默认为未就绪态，通过主备竞争确定主和备，系统运行状态下，双系进行数据交互及同步，并通过交互数据进行主备状态的实时调整，通过同步通道的状态和同步数据的比较确定应用同步的状态。
8.如权利要求1所述的双系首尾双重冗余的列车专用自动唤醒自动休眠设备，其特征在于，AAM设备的冗余交叉输入输出架构，在系统的车辆I/O输入方向，I系和II系的AAM主机板均对输入数据进行采集，同时通过I系和II系的系间通信通道对输入数据进行交叉同步，当某主机板的采集输入功能故障时，通过对系获取目前的车辆I/O采集数据，在I/O的输出方向，只有主系会对外输出，当主系故障而不能对外输出时，非主系会立刻将控制状态升级到主系状态并对外输出。
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