CN112667448A - 一种冗余型显示器与列控主机的通信系统 - Google Patents

Abstract

本发明的通信系统，显示器采用双套冗余的控制单元对公共接口进行控制；两套控制单元分别具备供电单元，切换单元实现对公共接口的控制；通过高速模拟开关和负载开关分别实现两路信号和供电单元电源的自动切换；显示器两控制单元，当为“主”时用主IP地址，为“备”时用备IP地址；对列控主机而言，与其通信的只有一个固定的主IP地址；通过采集前面板主备切换按钮的状态确定主备，只有“主”控制单元与列控主机进行列车运行数据和命令的通信。本发明方案的技术优势：冗余型显示器采用高速模拟开关和负载开关实现信号和电源的切换速度快且安全可靠；冗余型屏幕显示器对列控主机而言采用单一的主IP地址简化了列控主机的软件设计。

Description

一种冗余型显示器与列控主机的通信系统

技术领域

本发明涉及铁路信号领域，具体涉及一种适用于冗余型显示器与列控主机的通信系统。

背景技术

列控系统在保障铁路安全运输和推进机务安全管理方面发挥着重要作用。其中列控系统的列控主机主要功能是实现列车运行数据的采集和控制命令的发送。列控系统的显示器主要完成人机对话功能。列控系统的显示器通过与列控主机进行实时通信及时的显示列车的运行速度、目标速度和目标距离等信息，指导司机驾驶，保证行车安全。由此，列控系统显示器和列控主机的通信系统安全可靠，通信快速及时至关重要。

既有的列控系统显示器多数采用单套控制单元控制屏幕显示、按键和语音输出等功能，一旦控制单元的任何部分出现故障，都可能导致显示器工作异常，列车司机可能因无法及时控制和得到行车信息使机车运行受到影响；有些列控系统显示器采用双套冷备的控制单元控制屏幕显示、按键和语音输出等功能，当一套控制单元异常进行主备切换时，列控系统屏幕显示器与列控主机之间重新建立通信链接的时间较长容易造成关键数据的丢失；此外，既有的列控系统显示器和列控主机之间通信多数采用CAN总线进行数据传输，CAN总线最高1Mbps的带宽已不能满足传输速率的要求。

发明内容

针对以上问题，本发明基于以太网通信总线提供了一种安全可靠的通信机制实现冗余型显示器与列控主机的通信。

本发明提供一种冗余型显示器与列控主机的通信系统，所述冗余型显示器采用双套冗余的控制单元对公共接口进行控制；两套控制单元分别具备各自的供电单元；两套控制单元通过切换单元实现对公共接口的控制；所述切换单元通过高速模拟开关实现两控制单元信号的切换，通过负载开关实现两路供电单元电源的自动切换；

所述列控主机采用二乘二取二的冗余架构并通过以太网与所述冗余型显示器进行通信；

所述通信系统的实现方式如下：

所述冗余型显示器的控制单元A和控制单元B与所述列控主机的A机和B机，四者通过以太网总线进行通信；所述列控主机的A机和B机通过以太网接口分别同时与所述冗余型显示器的控制单元A和控制单元B进行通信；

冗余型显示器两控制单元通过软件配置实现当为“主”时用主IP地址，为“备”时用备IP地址，对所述列控主机而言，与其通信的只有一个固定的主IP地址；

冗余型显示器的控制单元A和控制单元B通过采集前面板主备切换按钮的状态确定主备，正常情况下，只有“主”控制单元与列控主机进行列车运行数据和命令的通信，“备”控制单元负责监听。

本发明的优势：本发明中的冗余型显示器采用高速模拟开关和负载开关实现信号和电源的切换速度快且安全可靠；冗余型屏幕显示器和主机的通信采用以太网总线安全高效抗干扰能力强；冗余型屏幕显示器对列控主机而言采用单一的主IP地址简化了列控主机的软件设计。

附图说明

[1]图1为冗余型屏幕显示器结构示意图

[2]图2为冗余型屏幕显示器与列控主机通信的示意图

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明的特点及优点进行详细说明。其内容将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应该指出的是，对本领域的普通技术人员来讲，在不脱离发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

本发明基于以太网通信总线提供了一种安全可靠的通信机制实现冗余型显示器与列控主机的通信。

所述冗余型显示器采用双套冗余的控制单元对公共接口进行控制；两套控制单元分别具备各自的供电单元；两套控制单元通过切换单元实现对公共接口的控制；切换单元通过高速模拟开关实现两控制单元信号的切换，通过负载开关实现两路供电单元电源的自动切换。

所述列控主机采用二乘二取二的冗余架构通过以太网与冗余型显示器进行通信。

所述基于以太网总线的通信机制实现方式如下：

冗余型显示器的控制单元A和控制单元B与列控主机的A机和B机，四者通过以太网总线进行通信。列控主机的A机和B机通过以太网接口分别同时与冗余型显示器的控制单元A和控制单元B进行通信。冗余型显示器两控制单元(控制单元A和控制单元B)各有两组IP地址，通过软件配置实现控制单元A或控制单元B谁为“主”谁采用主IP地址，“备”采用备IP地址，对列控主机而言与其通信的只有一个固定的主IP地址，减轻了列控主机维护多个IP地址的负担。冗余型显示器采用以太网交换机扩展以太网接口，用于实现冗余型显示器两控制单元之间的信息交互和与列控主机进行列车运行数据和命令的通信。冗余型显示器的控制单元A和控制单元B通过采集前面板按键的状态确定主备，正常情况下，只有“主”控制单元与列控主机进行列车运行数据和命令的通信，“备”控制单元负责监听，当“备”控制单元监听到“主”控制单元与列控主机通信中断时，“备”控制单元尝试与列控主机进行列车运行数据和命令的通信，并控制前面板指示灯向司机发出报警信息提示司机进行切机操作。

以下结合图示对本发明中的冗余型显示器和列控主机的的通信机制进行描述。

参见图1，所述冗余型显示器采用双套冗余的控制单元A和控制单元B，两套控制单元均具备公共接口的驱动控制电路，包括显示功能控制、按键输入功能控制、语音输出功能控制输入和转储功能控制等。保证当冗余型显示器的一套控制单元故障或需要主动切换主备机时能通过高速模拟开关无缝切换到另一套控制单元控制公共接口的正常通信。

两套控制单元分别具备独立的供电单元A和供电单元B，两套供电单元均具备各自的滤波电路和保险，防止单套电源出现过载等故障导致另一套供电单元异常。

两控制单元将供电单元提供的电源经电源转换后提供给切换单元。切换单元与公共接口相连，正常工作时，两路转换后的电源同时通过切换单元为公共接口供电，当一路电源欠压故障时通过负载开关自动切换到另一路电源为公共接口供电。

冗余型显示器的切换单元具备高速模拟开关用于实现两控制单元的语音、LCD等信号的切换；具备负载开关用于实现公共接口供电电源的自动切换；具备公共接口用于连接冗余型显示器的键盘、LCD、语音箱、喇叭、IC卡等。

冗余型显示器采用高速模拟开关和负载开关实现双套控制单元信号和电源的切换速度快且安全可靠。

冗余型显示器的按键采用触摸屏和轻触按键的冗余设计，操作方式更友好；轻触按键采用高速I²C(Inter－Integrated Circuit)总线接口的键盘控制器外扩键盘，能有效的进行接口隔离防止电磁干扰提高通信的可靠性；此外，触摸屏采用电阻屏能有效的防止按键的误触发。

冗余型显示器的两控制单元分别具备以太网交换机扩展两路以太网接口分别与列控主机的双机进行通信，获取显示数据和其他操作指令。

所述列控主机采用二乘二取二的冗余架构，通过以太网接口与冗余型显示器进行通信。

所述冗余型显示器和列控主机的的通信机制，参见图2。

冗余型显示器的控制单元A、控制单元B和列控主机的A机和B机，四者相互之间采用以太网总线进行通信，其中冗余型显示器采用以太网交换机扩展以太网接口。以太网总线进行通信电路简洁、速度快、安全高效、抗干扰能力强。

正常工作时，冗余型显示器的控制单元A和控制单元B通过前面板的主备切换按钮确定主备机状态。两控制单元同时采集主备切换按钮状态，当主备切换按钮的A按钮按下时，B按钮在不进行操作时锁定为弹起的状态，此时确定控制单元A为“主”，控制单元B默认为“备”。冗余型显示器的高速模拟开关自动闭合到控制单元A与公共接口进行通信。冗余型显示器的控制单元A和控制单元B各有两组IP地址，当为“主”时用主IP地址，为“备”时用备IP地址。此时冗余型显示器的控制单元A采用主IP地址，控制单元B采用备IP地址，控制单元A通过以太网总线与列控主机进行列车运行数据和命令的通信，控制单元B监听控制单元A和列控主机的通信。冗余型显示器的两控制单元通过以太网交换机进行数据交互，列控主机通过以太网接口分别获取冗余型显示器两控制单元的状态信号，确定两控制单元是否正常。

当需要验证冗余型显示器的两控制单元显示数据是否一致，或屏幕显示器有显示出现反应迟钝怀疑有假死现象，或按键出现间歇性失灵等状况时，需要主动进行主备切换进行验证。当冗余型显示器进行主备切换时，按下前面板相应的切换开关(主备切换按钮)，如切换控制单元B为“主”。切换开关采用自锁和互锁功能有效的防止误触发和双主机出现。当A按钮按下时，冗余型显示器的控制单元A锁定为“主”，此时锁定该按钮的状态，多次按该按钮状态不变，防止误触发导致切机。按下B按钮锁定控制单元B为“主”，多次按压B按钮不会导致切机。当控制单元B由“备”切换为“主”时，切换单元通过高速模拟开关迅速切换到控制单元B与公共接口进行通信。控制单元B的IP地址由备IP地址切换为主IP地址与列控主机进行通信。控制单元A自动降为备机，通过备IP地址与列控主机和冗余型显示器的控制单元B进行通信。

冗余型显示器的两控制单元上电后不断地进行实时自检，并通过以太网交换机进行状态的交互，控制单元A作为“主”主动与列控主机通过以太网总线进行通信，控制单元B作为“备”通过以太网总线监听控制单元A和列控主机的通信状态。当冗余型显示器的控制单元B作为监听的“备”检测到控制单元A状态异常或与列控主机通信异常时，主动尝试与列控主机进行通信，同时控制前面板指示灯警示司机进行切机操作。控制单元B切换为“主”后，切换单元的高速模拟开关自动切换到控制单元B与公共接口进行通信，冗余型显示器的软件自动配置控制单元B与列控主机通信的IP地址为主IP地址。对列控主机而言冗余型屏幕显示器采用单一的主IP地址与之进行通信简化了列控主机的软件设计，避免了列控主机维护多IP地址的复杂度。

本发明的技术优势：

1、本发明的冗余型显示器采用触屏按键和轻触键盘冗余设计，操作方式更友好；采用具备I²C总线接口的按键控制器进行按键的扩展能有效的进行隔离设计防止外界干扰通过按键直接进入系统内部破坏屏幕显示器的工作系统；为了防止误触发采用电阻性触摸屏不容易引起误触发；冗余型显示器采用高速模拟开关和负载开关实现双套控制单元信号和电源的切换速度快且安全可靠。

2、本发明中的冗余型显示器主备切换开关采用自锁和互锁功能有效的防止按键误触发和双主机出现。

3、本发明中的冗余型显示器与列控主机之间采用以太网总线进行通信电路简洁、速度快、安全高效、抗干扰能力强。

4、本发明中冗余型屏幕显示器通过软件配置实现对列控主机而言采用单一的主IP地址进行通信，该设计简化了列控主机需要维护多个IP的软件设计。

本文中采用的术语和表达方式只是用于描述本发明并不局限于这些术语和表述，使用这些术语和表达也不意味着排除任何示意和描述的等效特征，可能存在的各种修改、变换和替换也应该包含在权利要求范围内，权利要求应视为覆盖这些等效物。

同样需要指出的是，虽然本发明参照当前的具体实例来描述，以上的实施例仅用来描述本发明，在没有脱离本发明精神的情况下还可以做出各种等效的变化和替换，因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。

Claims (8)

1.一种冗余型显示器与列控主机的通信系统，所述冗余型显示器采用双套冗余的控制单元对公共接口进行控制；两套控制单元分别具备各自的供电单元；两套控制单元通过切换单元实现对公共接口的控制；所述切换单元通过高速模拟开关实现两控制单元信号的切换，通过负载开关实现两路供电单元电源的自动切换；

所述列控主机采用二乘二取二的冗余架构并通过以太网与所述冗余型显示器进行通信；

所述通信系统的实现方式如下：

所述冗余型显示器的控制单元A和控制单元B与所述列控主机的A机和B机，四者通过以太网总线进行通信；所述列控主机的A机和B机通过以太网接口分别同时与所述冗余型显示器的控制单元A和控制单元B进行通信；

所述冗余型显示器两控制单元通过软件配置实现当为“主”时用主IP地址，为“备”时用备IP地址，对所述列控主机而言，与其通信的只有一个固定的主IP地址；

冗余型显示器的控制单元A和控制单元B通过采集前面板主备切换按钮的状态确定主备，正常情况下，只有“主”控制单元与列控主机进行列车运行数据和命令的通信，“备”控制单元负责监听。

2.根据权利要求1所述的通信系统，其特征在于，冗余型显示器两控制单元各有两组IP地址，通过软件配置实现控制单元A或控制单元B谁为“主”谁采用主IP地址，“备”采用备IP地址；

当“备”控制单元监听到“主”控制单元与列控主机通信中断时，“备”控制单元尝试与列控主机进行列车运行数据和命令的通信，并控制前面板指示灯向司机发出报警信息提示司机进行切机操作。

3.根据权利要求1所述的通信系统，其特征在于，两控制单元同时采集主备切换按钮状态，当主备切换按钮的A按钮按下时，B按钮在不进行操作时锁定为弹起的状态，此时确定控制单元A为“主”，控制单元B默认为“备”，所述冗余型显示器的高速模拟开关自动闭合到控制单元A与公共接口进行通信。

4.根据权利要求3所述的通信系统，其特征在于，当需要验证冗余型显示器的两控制单元显示数据是否一致，或屏幕显示器显示出现反应迟钝怀疑有假死现象，或按键出现间歇性失灵等状况时，需要司机主动进行主备切换进行验证；

冗余型显示器主备切换开关采用自锁和互锁功能防止按键误触发和双主机出现。

5.根据权利要求4所述的通信系统，其特征在于，当冗余型显示器进行主备切换时，按下前面板相应的主备切换按钮；如切换控制单元B为“主”，按下B按钮锁定控制单元B为“主”，多次按压B按钮不会导致切机；

当控制单元B由“备”切换为“主”时，所述切换单元通过高速模拟开关迅速切换到控制单元B与公共接口进行通信；控制单元B的IP地址由备IP地址切换为主IP地址，与列控主机进行通信；

控制单元A自动降为备机，通过备IP地址与列控主机和冗余型显示器的控制单元B进行通信。

6.根据权利要求1所述的通信系统，其特征在于，所述冗余型显示器采用以太网交换机扩展以太网接口，用于实现冗余型显示器两控制单元之间的信息交互和与列控主机进行列车运行数据和命令的通信；列控主机通过以太网接口分别获取冗余型显示器两控制单元的状态信号，确定两控制单元是否正常。

7.根据权利要求1所述的通信系统，其特征在于，冗余型显示器的按键采用触摸屏和轻触按键的冗余设计；轻触按键采用高速I²C总线接口的键盘控制器外扩键盘，能有效地进行接口隔离防止电磁干扰；触摸屏采用电阻屏能有效地防止按键的误触发。

8.根据权利要求1所述的通信系统，其特征在于，冗余型显示器的切换单元具备高速模拟开关用于实现两控制单元的语音、LCD等信号的切换；具备负载开关用于实现公共接口供电电源的自动切换；具备公共接口用于连接冗余型显示器的键盘、LCD、语音箱、喇叭、IC卡等。

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