CN202004776U - 冗余热切换系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种冗余热切换系统，包括第一服务器、第二服务器和冗余热切换卡，第一服务器的热备心跳信号通信接口与冗余热切换卡通过串口连接，第一服务器的外部设备接口通过冗余热切换卡与外部设备连接；第二服务器的热备心跳信号通信接口与冗余热切换卡通过串口连接，第二服务器的外部设备接口通过冗余热切换卡与外部设备连接；冗余热切换卡分别与第一服务器的热备心跳信号通信接口和第二服务器的热备心跳通信接口连接，并将外部设备连接到当前主机的外部设备接口。本实用新型的冗余热切换系统具有通信成本低，功耗低，可靠性高等优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及自动化控制的冗余热切换技术领域，具体地说是一种冗余热切换系统。
背景技术
近几年来随着中国经济和国情的发展，电力系统和道路建设成为国家建设的一个重点。长期实践证明，双系统冗余切换是保证系统正常运行的有效途径而被广泛地应用于电力，交通等工业控制领域。然而，随着经济的不断发展，技术的不断改进，应用的多元化趋势，现有的冗余切换技术也在面临考验，对于冗余切换本身的可靠性和稳定性要求不断上升。
现有的冗余切换，一般有网络心跳和串口心跳两种方式。网络心跳适用于以太网端口的冗余切换。而串口心跳方式适用于工业控制现场。而且串口心跳方式成本低，可靠性高。现有的串口心跳方式一般有两种：一是当当前工作机出现故障时，给备份机发送切换请求，由备份机来完成切换。另一种是，当前工作机不断地向备份机发送心跳信号，由备份机来监测工作机心跳，一旦在一定时间内没有收到心跳信号，则将自己设置为ACTIVE(主机)。
现有的串口心跳冗余切换，最大的缺点就是冗余切换不是独立的，而是通过主、备机之间的信息交互完成。这样就会有以下几个问题：
1)仲裁机制不独立，都是靠双方工作机和备份机来协调完成，没有一个独立的仲裁机制，一旦工作机出现故障时，干扰到切换信号的发送，或者是干扰到心跳信号的异常，就很难保证冗余仲裁还正常工作。
2)热切换工作的无缝切换成度不高。现有技术中的切换工作一般是通过以下步骤完成：
a.先是主机发送切换请求。
b.备机接收到切换请求后，将自己设置成ACTIVE工作机。
c.新的工作机向故障工作机发送切换请求。
d.故障工作机在接收到请求后，将自己设置为BACKUP备份机。
这样，首先，当工作机在出现故障以后，需要备份机和工作机(故障机)共同完成一系列的请求和应答切换工作，本身就大大降低了系统的可靠性；其次，这种来回的信息交互，会带来一定的时间成本。
有鉴于上述现有的冗余热切换系统存在的缺陷，本设计人，积极加以研究创新，以期创设一种新型结构的冗余热切换系统，使其更具有实用性。
实用新型内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本实用新型提供了一种冗余热切换系统，具有通信成本低，功耗低，可靠性高等优点。
为了解决上述技术问题，本实用新型采用了如下技术方案：
冗余热切换系统，包括第一服务器和第二服务器，还包括冗余热切换卡，其中
第一服务器，第一服务器的热备心跳信号通信接口与冗余热切换卡通过串口连接，第一服务器持续向冗余热切换卡发送主机请求信号，第一服务器的外部设备接口通过冗余热切换卡与外部设备连接；
第二服务器，第二服务器的热备心跳信号通信接口与冗余热切换卡通过串口连接，第二服务器持续向冗余热切换卡发送主机请求信号，第二服务器的外部设备接口通过冗余热切换卡与外部设备连接；
冗余热切换卡，分别与第一服务器的热备心跳信号通信接口和第二服务器的热备心跳通信接口连接，接收第一服务器和第二服务器的主机请求信号，根据设定的仲裁机制确定主机，并向第一服务器和第二服务器发送主机控制信号，同时发送外部设备切换信号，将外部设备连接到当前主机的外部设备接口。
本实用新型的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
前述的冗余热切换系统，其中所述冗余热切换卡包括现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，缩写为FPGA)、电平转换模块、隔离模块、继电器组和外部设备接口，所述隔离模块和继电器组与现场可编程门阵列连接，电平转换模块与隔离模块连接，电平转换模块连接至第一服务器的热备心跳通信接口和第二服务器的热备心跳通信接口，第一服务器的外部设备接口、第二服务器的外部设备接口及冗余热切换卡的外部设备接口分别与继电器组连接。
串口信号通过电平转换模块将RS232电平转换成TTL电平，经过隔离模块后，和FPGA相连接。同时，FPGA上输出一个外设切换信号，经过一级驱动后，给继电器，用于切换和外设通信的当前主机。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：
本实用新型提供了一个独立的冗余热切换卡，以第三方的身份对作为主机的第一服务器和作为备份机的第二服务器进行监测，并根据请求信号对第一服务器和第二服务器的主机请求进行仲裁和切换。使主、备机之间的切换具有更强的可靠性，稳定性。并且通信成本低，功耗低。切换机制也比现有技术更高效稳固。
附图说明
图1为本实用新型的实施例1的结构框图；
图2为本实用新型的实施例2的结构框图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细描述，但不作为对本实用新型的限定。
实施例1：
如图1所示，图1为本实用新型的实施例1的结构框图。冗余热切换系统，包括第一服务器和第二服务器，还包括冗余热切换卡，其中，第一服务器，第一服务器的热备心跳信号通信接口与冗余热切换卡通过串口连接，第一服务器持续向冗余热切换卡发送主机请求信号，第一服务器的外部设备接口通过冗余热切换卡与外部设备连接。第二服务器，第二服务器的热备心跳信号通信接口与冗余热切换卡通过串口连接，第二服务器持续向冗余热切换卡发送主机请求信号，第二服务器的外部设备接口通过冗余热切换卡与外部设备连接。冗余热切换卡，分别与第一服务器的热备心跳信号通信接口和第二服务器的热备心跳通信接口连接，接收第一服务器和第二服务器的主机请求信号，根据设定的仲裁机制确定主机，并向第一服务器和第二服务器发送主机控制信号，同时发送外部设备切换信号，将外部设备连接到当前主机的外部设备接口。
实施例2
如图2所示，图2为本实用新型的实施例2的结构框图。本实施例是在实施例1的基础上对冗余热切换卡的一具体实施方式的限定。所述冗余热切换卡包括现场可编程门阵列(FPGA)、电平转换及隔离模块、继电器组和外部设备接口，所述隔离模块和继电器组与现场可编程门阵列连接，电平转换模块与隔离模块连接，电平转换模块连接至第一服务器的热备心跳通信接口和第二服务器的热备心跳通信接口，第一服务器的外部设备接口、第二服务器的外部设备接口及冗余热切换卡的外部设备接口分别与继电器组连接。
串口信号通过电平转换模块将RS232电平转换成TTL电平，经过隔离模块后，和FPGA相连接。同时，FPGA上输出一个外设切换信号，经过一级驱动后，给继电器，用于切换和外设通信的当前主机。
为进一步了解本实用新型的冗余热切换系统，现对本实用新型的冗余热切换系统的工作过程描述如下：
在本实用新型的冗余热切换系统中，为了确保两个服务器(第一服务器和第二服务器)运行的安全，信号间不产生任何干扰。第一服务器和第二服务器都向冗余热切换卡(仲裁卡)发送心跳信号。由独立的冗余热切换卡来监听两个服务器的心跳。这样，第一服务器和第二服务器(即工作机和备份机)的任务就只是报告当前状态，其他仲裁和切换工作都由冗余热切换卡来完成。一旦一台服务器出现故障后，也不会影响到后面的仲裁和切换工作。就大大地提高了整个系统的可靠性和稳定性。
同时，冗余热切换卡在和两个服务器通信的信号加上磁隔离和电源隔离，以保证主、备机之间以及主、备机与冗余热切换卡之间的完全独立。
对设备的实时监测：
在本实用新型的冗余热切换系统中，为了确保系统运行的安全，冗余热切换卡必须对系统中的第一服务器和第二服务器进行实时监控。一旦其中一个服务器出现故障，冗余热切换卡会给出切换信号，通知无故障的那台服务器切换为主机。
冗余热切换卡与两个服务器之间的通信方式为5线制RS232。
第一服务器和第二服务器通过RTS脚发送主机申请信号，冗余热切换卡通过CTS脚向第一服务器和第二服务器送回主机控制信号；
由需要申请作为主机的服务器通过RTS脚向冗余热切换卡发送高电平，同时，第一服务器和第二服务器通过TXD脚在小于1秒的固定时间间隔内，向冗余热切换卡持续发送数据。余切换卡根据两台服务器通过RTS脚发送的主机申请信号和从TXD脚收到的两台服务器的数据作出判断，指示哪台服务器作为系统主机与外部设备通讯。
在现有技术中，由于没有独立的切换仲裁装置，一种是工作机自测，工作机出现故障以后，向备份机发送信号。另一种是由备份机来检测工作机的心跳。状态监测都是只针对工作机进行的。
对检测到信号进行仲裁：
当冗余热切换卡检测到两台信号发送的主机请求信号和TX上的心跳信号后，根据以下的规则作出仲裁：
1.假设第一服务器需要申请主机：第一服务器通过RTS脚向冗余热切换卡发送1，同时通过TXD脚在小于1秒的固定时间间隔内持续发送数据，如果此时第二服务器不满足第一服务器的上述两个条件中的任意一个或两个，则冗余热切换卡判断第一服务器为主机，通过CTS脚向第一服务器和第二服务器同时发1，指示第一服务器为主机。
2.假设第二服务器需要申请主机：第二服务器通过RTS脚向冗余热切换卡发送1，同时通过TXD脚在小于1秒的固定时间间隔内持续发送数据，如果此时第一服务器不满足第二服务器的上述两个条件中的任意一个或两个，则冗余热切换卡判断第二服务器为主机，通过CTS脚向第一服务器和第二服务器同时发送0，指示第二服务器为主机。
3.假设第一服务器申请做主机时，第二服务器也满足做主机条件，且第二服务器已是主机，则冗余热切换卡维持第一服务器为主机不变。
4.RTS脚和TXD脚需同时满足的情况：若第一服务器和第二服务器同时满足两个条件，则第一服务器为主机。当第一服务器不满足RTS脚和TXD脚的任意一个时，冗余热切换卡会判断第二服务器做主机。
主、备机之间进行热切换：
如果当前工作机出现故障后，现有技术的串口冗余切换的工作方式在前文中介绍过。而本实用新型的切换工作，同样还是由独立的冗余热切换卡来完成：
1)冗余热切换卡监测到工作机(第一服务器)出现故障，则根据以上的仲裁机制，判定第二服务器为主机，并进行热切换。
2)冗余热切换卡通过CTS脚向第一服务器发送转为备机命令，向第二服务器的CTS脚发送转为主机命令。同时，将连接在第一服务器上的外设信号通过继电器组，切换到和第二服务器连接。
这样，对于故障机来说，在出故障以后，就不再参与通信。使得整个系统的可靠性得到大步提升。同时，也简化了切换过程，节省一定的资源。
以上实施例仅为本实用新型的示例性实施例，不用于限制本实用新型，本实用新型的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本实用新型的实质和保护范围内，对本实用新型做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本实用新型的保护范围内。
Claims (2)
1.冗余热切换系统，包括第一服务器和第二服务器，其特征在于，还包括冗余热切换卡，其中
第一服务器，第一服务器的热备心跳信号通信接口与冗余热切换卡通过串口连接，第一服务器持续向冗余热切换卡发送主机请求信号，第一服务器的外部设备接口通过冗余热切换卡与外部设备连接；
第二服务器，第二服务器的热备心跳信号通信接口与冗余热切换卡通过串口连接，第二服务器持续向冗余热切换卡发送主机请求信号，第二服务器的外部设备接口通过冗余热切换卡与外部设备连接；
冗余热切换卡，分别与第一服务器的热备心跳信号通信接口和第二服务器的热备心跳通信接口连接，接收第一服务器和第二服务器的主机请求信号，根据设定的仲裁机制确定主机，并向第一服务器和第二服务器发送主机控制信号，同时发送外部设备切换信号，将外部设备连接到当前主机的外部设备接口。
2.根据权利要求1所述的冗余热切换系统，其特征在于，所述冗余热切换卡包括现场可编程门阵列、电平转换模块、隔离模块、继电器组和外部设备接口，所述隔离模块和继电器组与现场可编程门阵列连接，电平转换模块与隔离模块连接，电平转换模块连接至第一服务器的热备心跳通信接口和第二服务器的热备心跳通信接口，第一服务器的外部设备接口、第二服务器的外部设备接口及冗余热切换卡的外部设备接口分别与继电器组连接。
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