專利名稱：冗余熱切換系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及自動化控制的冗余熱切換技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種冗余熱切換系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近幾年來隨著中國經(jīng)濟和國情的發(fā)展，電力系統(tǒng)和道路建設(shè)成為國家建設(shè)的一個重點。長期實踐證明，雙系統(tǒng)冗余切換是保證系統(tǒng)正常運行的有效途徑而被廣泛地應(yīng)用于電力，交通等工業(yè)控制領(lǐng)域。然而，隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展，技術(shù)的不斷改進，應(yīng)用的多元化趨勢，現(xiàn)有的冗余切換技術(shù)也在面臨考驗，對于冗余切換本身的可靠性和穩(wěn)定性要求不斷上升。現(xiàn)有的冗余切換，一般有網(wǎng)絡(luò)心跳和串口心跳兩種方式。網(wǎng)絡(luò)心跳適用于以太網(wǎng)端口的冗余切換。而串口心跳方式適用于工業(yè)控制現(xiàn)場。而且串口心跳方式成本低，可靠性高。現(xiàn)有的串口心跳方式一般有兩種一是當(dāng)當(dāng)前工作機出現(xiàn)故障時，給備份機發(fā)送切換請求，由備份機來完成切換。另一種是，當(dāng)前工作機不斷地向備份機發(fā)送心跳信號，由備份機來監(jiān)測工作機心跳，一旦在一定時間內(nèi)沒有收到心跳信號，則將自己設(shè)置為ACTIVE (主機)。現(xiàn)有的串口心跳冗余切換，最大的缺點就是冗余切換不是獨立的，而是通過主、備機之間的信息交互完成。這樣就會有以下幾個問題1)仲裁機制不獨立，都是靠雙方工作機和備份機來協(xié)調(diào)完成，沒有一個獨立的仲裁機制，一旦工作機出現(xiàn)故障時，干擾到切換信號的發(fā)送，或者是干擾到心跳信號的異常， 就很難保證冗余仲裁還正常工作。2)熱切換工作的無縫切換成度不高?，F(xiàn)有技術(shù)中的切換工作一般是通過以下步驟完成a.先是主機發(fā)送切換請求。b.備機接收到切換請求后，將自己設(shè)置成ACTIVE工作機。c.新的工作機向故障工作機發(fā)送切換請求。d.故障工作機在接收到請求后，將自己設(shè)置為BACKUP備份機。這樣，首先，當(dāng)工作機在出現(xiàn)故障以后，需要備份機和工作機(故障機)共同完成一系列的請求和應(yīng)答切換工作，本身就大大降低了系統(tǒng)的可靠性；其次，這種來回的信息交互，會帶來一定的時間成本。有鑒于上述現(xiàn)有的冗余熱切換系統(tǒng)存在的缺陷，本設(shè)計人，積極加以研究創(chuàng)新，以期創(chuàng)設(shè)一種新型結(jié)構(gòu)的冗余熱切換系統(tǒng)，使其更具有實用性。

實用新型內(nèi)容為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本實用新型提供了一種冗余熱切換系統(tǒng)， 具有通信成本低，功耗低，可靠性高等優(yōu)點。[0014]為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用了如下技術(shù)方案冗余熱切換系統(tǒng)，包括第一服務(wù)器和第二服務(wù)器，還包括冗余熱切換卡，其中第一服務(wù)器，第一服務(wù)器的熱備心跳信號通信接口與冗余熱切換卡通過串口連接，第一服務(wù)器持續(xù)向冗余熱切換卡發(fā)送主機請求信號，第一服務(wù)器的外部設(shè)備接口通過冗余熱切換卡與外部設(shè)備連接；
第二服務(wù)器，第二服務(wù)器的熱備心跳信號通信接口與冗余熱切換卡通過串口連接，第二服務(wù)器持續(xù)向冗余熱切換卡發(fā)送主機請求信號，第二服務(wù)器的外部設(shè)備接口通過冗余熱切換卡與外部設(shè)備連接；冗余熱切換卡，分別與第一服務(wù)器的熱備心跳信號通信接口和第二服務(wù)器的熱備心跳通信接口連接，接收第一服務(wù)器和第二服務(wù)器的主機請求信號，根據(jù)設(shè)定的仲裁機制確定主機，并向第一服務(wù)器和第二服務(wù)器發(fā)送主機控制信號，同時發(fā)送外部設(shè)備切換信號， 將外部設(shè)備連接到當(dāng)前主機的外部設(shè)備接口。本實用新型的目的及解決其技術(shù)問題還可采用以下技術(shù)措施進一步實現(xiàn)。前述的冗余熱切換系統(tǒng)，其中所述冗余熱切換卡包括現(xiàn)場可編程門陣列(Field Programmable Gate Array，縮寫為FPGA)、電平轉(zhuǎn)換模塊、隔離模塊、繼電器組和外部設(shè)備接口，所述隔離模塊和繼電器組與現(xiàn)場可編程門陣列連接，電平轉(zhuǎn)換模塊與隔離模塊連接， 電平轉(zhuǎn)換模塊連接至第一服務(wù)器的熱備心跳通信接口和第二服務(wù)器的熱備心跳通信接口， 第一服務(wù)器的外部設(shè)備接口、第二服務(wù)器的外部設(shè)備接口及冗余熱切換卡的外部設(shè)備接口分別與繼電器組連接。串口信號通過電平轉(zhuǎn)換模塊將RS232電平轉(zhuǎn)換成TTL電平，經(jīng)過隔離模塊后，和 FPGA相連接。同時，F(xiàn)PGA上輸出一個外設(shè)切換信號，經(jīng)過一級驅(qū)動后，給繼電器，用于切換和外設(shè)通信的當(dāng)前主機。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果在于本實用新型提供了一個獨立的冗余熱切換卡，以第三方的身份對作為主機的第一服務(wù)器和作為備份機的第二服務(wù)器進行監(jiān)測，并根據(jù)請求信號對第一服務(wù)器和第二服務(wù)器的主機請求進行仲裁和切換。使主、備機之間的切換具有更強的可靠性，穩(wěn)定性。并且通信成本低，功耗低。切換機制也比現(xiàn)有技術(shù)更高效穩(wěn)固。

圖1為本實用新型的實施例1的結(jié)構(gòu)框圖；圖2為本實用新型的實施例2的結(jié)構(gòu)框圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步詳細描述，但不作為對本實用新型的限定。實施例1 如圖1所示，圖1為本實用新型的實施例1的結(jié)構(gòu)框圖。冗余熱切換系統(tǒng)，包括第一服務(wù)器和第二服務(wù)器，還包括冗余熱切換卡，其中，第一服務(wù)器，第一服務(wù)器的熱備心跳信號通信接口與冗余熱切換卡通過串口連接，第一服務(wù)器持續(xù)向冗余熱切換卡發(fā)送主機請求信號，第一服務(wù)器的外部設(shè)備接口通過冗余熱切換卡與外部設(shè)備連接。第二服務(wù)器，第二服務(wù)器的熱備心跳信號通信接口與冗余熱切換卡通過串口連接，第二服務(wù)器持續(xù)向冗余熱切換卡發(fā)送主機請求信號，第二服務(wù)器的外部設(shè)備接口通過冗余熱切換卡與外部設(shè)備連接。冗余熱切換卡，分別與第一服務(wù)器的熱備心跳信號通信接口和第二服務(wù)器的熱備心跳通信接口連接，接收第一服務(wù)器和第二服務(wù)器的主機請求信號，根據(jù)設(shè)定的仲裁機制確定主機，并向第一服務(wù)器和第二服務(wù)器發(fā)送主機控制信號，同時發(fā)送外部設(shè)備切換信號，將外部設(shè)備連接到當(dāng)前主機的外部設(shè)備接口。實施例2 如圖2所示，圖2為本實用新型的實施例2的結(jié)構(gòu)框圖。本實施例是在實施例1 的基礎(chǔ)上對冗余熱切換卡的一具體實施方式
的限定。所述冗余熱切換卡包括現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)、電平轉(zhuǎn)換及隔離模塊、繼電器組和外部設(shè)備接口，所述隔離模塊和繼電器組與現(xiàn)場可編程門陣列連接，電平轉(zhuǎn)換模塊與隔離模塊連接，電平轉(zhuǎn)換模塊連接至第一服務(wù)器的熱備心跳通信接口和第二服務(wù)器的熱備心跳通信接口，第一服務(wù)器的外部設(shè)備接口、第二服務(wù)器的外部設(shè)備接口及冗余熱切換卡的外部設(shè)備接口分別與繼電器組連接。串口信號通過電平轉(zhuǎn)換模塊將RS232電平轉(zhuǎn)換成TTL電平，經(jīng)過隔離模塊后，和 FPGA相連接。同時，F(xiàn)PGA上輸出一個外設(shè)切換信號，經(jīng)過一級驅(qū)動后，給繼電器，用于切換和外設(shè)通信的當(dāng)前主機。為進一步了解本實用新型的冗余熱切換系統(tǒng)，現(xiàn)對本實用新型的冗余熱切換系統(tǒng)的工作過程描述如下在本實用新型的冗余熱切換系統(tǒng)中，為了確保兩個服務(wù)器(第一服務(wù)器和第二服務(wù)器)運行的安全，信號間不產(chǎn)生任何干擾。第一服務(wù)器和第二服務(wù)器都向冗余熱切換卡 (仲裁卡)發(fā)送心跳信號。由獨立的冗余熱切換卡來監(jiān)聽兩個服務(wù)器的心跳。這樣，第一服務(wù)器和第二服務(wù)器(即工作機和備份機)的任務(wù)就只是報告當(dāng)前狀態(tài)，其他仲裁和切換工作都由冗余熱切換卡來完成。一旦一臺服務(wù)器出現(xiàn)故障后，也不會影響到后面的仲裁和切換工作。就大大地提高了整個系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。同時，冗余熱切換卡在和兩個服務(wù)器通信的信號加上磁隔離和電源隔離，以保證主、備機之間以及主、備機與冗余熱切換卡之間的完全獨立。對設(shè)備的實時監(jiān)測在本實用新型的冗余熱切換系統(tǒng)中，為了確保系統(tǒng)運行的安全，冗余熱切換卡必須對系統(tǒng)中的第一服務(wù)器和第二服務(wù)器進行實時監(jiān)控。一旦其中一個服務(wù)器出現(xiàn)故障，冗余熱切換卡會給出切換信號，通知無故障的那臺服務(wù)器切換為主機。冗余熱切換卡與兩個服務(wù)器之間的通信方式為5線制RS232。第一服務(wù)器和第二服務(wù)器通過RTS腳發(fā)送主機申請信號，冗余熱切換卡通過CTS 腳向第一服務(wù)器和第二服務(wù)器送回主機控制信號；由需要申請作為主機的服務(wù)器通過RTS腳向冗余熱切換卡發(fā)送高電平，同時，第一服務(wù)器和第二服務(wù)器通過TXD腳在小于1秒的固定時間間隔內(nèi)，向冗余熱切換卡持續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)。余切換卡根據(jù)兩臺服務(wù)器通過RTS腳發(fā)送的主機申請信號和從TXD腳收到的兩臺服務(wù)器的數(shù)據(jù)作出判斷，指示哪臺服務(wù)器作為系統(tǒng)主機與外部設(shè)備通訊。在現(xiàn)有技術(shù)中，由于沒有獨立的切換仲裁裝置，一種是工作機自測，工作機出現(xiàn)故障以后，向備份機發(fā)送信號。另一種是由備份機來檢測工作機的心跳。狀態(tài)監(jiān)測都是只針對工作機進行的。對檢測到信號進行仲裁當(dāng)冗余熱切換卡檢測到兩臺信號發(fā)送的主機請求信號和TX上的心跳信號后，根據(jù)以下的規(guī)則作出仲裁1.假設(shè)第一服務(wù)器需要申請主機第一服務(wù)器通過RTS腳向冗余熱切換卡發(fā)送 1，同時通過TXD腳在小于1秒的固定時間間隔內(nèi)持續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)，如果此時第二服務(wù)器不滿足第一服務(wù)器的上述兩個條件中的任意一個或兩個，則冗余熱切換卡判斷第一服務(wù)器為主機，通過CTS腳向第一服務(wù)器和第二服務(wù)器同時發(fā)1，指示第一服務(wù)器為主機。2.假設(shè)第二服務(wù)器需要申請主機第二服務(wù)器通過RTS腳向冗余熱切換卡發(fā)送 1，同時通過TXD腳在小于1秒的固定時間間隔內(nèi)持續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)，如果此時第一服務(wù)器不滿足第二服務(wù)器的上述兩個條件中的任意一個或兩個，則冗余熱切換卡判斷第二服務(wù)器為主機，通過CTS腳向第一服務(wù)器和第二服務(wù)器同時發(fā)送0，指示第二服務(wù)器為主機。3.假設(shè)第一服務(wù)器申請做主機時，第二服務(wù)器也滿足做主機條件，且第二服務(wù)器已是主機，則冗余熱切換卡維持第一服務(wù)器為主機不變。4. RTS腳和TXD腳需同時滿足的情況若第一服務(wù)器和第二服務(wù)器同時滿足兩個條件，則第一服務(wù)器為主機。當(dāng)?shù)谝环?wù)器不滿足RTS腳和TXD腳的任意一個時，冗余熱切換卡會判斷第二服務(wù)器做主機。主、備機之間進行熱切換如果當(dāng)前工作機出現(xiàn)故障后，現(xiàn)有技術(shù)的串口冗余切換的工作方式在前文中介紹過。而本實用新型的切換工作，同樣還是由獨立的冗余熱切換卡來完成1)冗余熱切換卡監(jiān)測到工作機(第一服務(wù)器)出現(xiàn)故障，則根據(jù)以上的仲裁機制， 判定第二服務(wù)器為主機，并進行熱切換。2)冗余熱切換卡通過CTS腳向第一服務(wù)器發(fā)送轉(zhuǎn)為備機命令，向第二服務(wù)器的 CTS腳發(fā)送轉(zhuǎn)為主機命令。同時，將連接在第一服務(wù)器上的外設(shè)信號通過繼電器組，切換到和第二服務(wù)器連接。這樣，對于故障機來說，在出故障以后，就不再參與通信。使得整個系統(tǒng)的可靠性得到大步提升。同時，也簡化了切換過程，節(jié)省一定的資源。以上實施例僅為本實用新型的示例性實施例，不用于限制本實用新型，本實用新型的保護范圍由權(quán)利要求書限定。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在本實用新型的實質(zhì)和保護范圍內(nèi)，對本實用新型做出各種修改或等同替換，這種修改或等同替換也應(yīng)視為落在本實用新型的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.冗余熱切換系統(tǒng)，包括第一服務(wù)器和第二服務(wù)器，其特征在于，還包括冗余熱切換卡，其中第一服務(wù)器，第一服務(wù)器的熱備心跳信號通信接口與冗余熱切換卡通過串口連接，第一服務(wù)器持續(xù)向冗余熱切換卡發(fā)送主機請求信號，第一服務(wù)器的外部設(shè)備接口通過冗余熱切換卡與外部設(shè)備連接；第二服務(wù)器，第二服務(wù)器的熱備心跳信號通信接口與冗余熱切換卡通過串口連接，第二服務(wù)器持續(xù)向冗余熱切換卡發(fā)送主機請求信號，第二服務(wù)器的外部設(shè)備接口通過冗余熱切換卡與外部設(shè)備連接；冗余熱切換卡，分別與第一服務(wù)器的熱備心跳信號通信接口和第二服務(wù)器的熱備心跳通信接口連接，接收第一服務(wù)器和第二服務(wù)器的主機請求信號，根據(jù)設(shè)定的仲裁機制確定主機，并向第一服務(wù)器和第二服務(wù)器發(fā)送主機控制信號，同時發(fā)送外部設(shè)備切換信號，將外部設(shè)備連接到當(dāng)前主機的外部設(shè)備接口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冗余熱切換系統(tǒng)，其特征在于，所述冗余熱切換卡包括現(xiàn)場可編程門陣列、電平轉(zhuǎn)換模塊、隔離模塊、繼電器組和外部設(shè)備接口，所述隔離模塊和繼電器組與現(xiàn)場可編程門陣列連接，電平轉(zhuǎn)換模塊與隔離模塊連接，電平轉(zhuǎn)換模塊連接至第一服務(wù)器的熱備心跳通信接口和第二服務(wù)器的熱備心跳通信接口，第一服務(wù)器的外部設(shè)備接口、第二服務(wù)器的外部設(shè)備接口及冗余熱切換卡的外部設(shè)備接口分別與繼電器組連接。
專利摘要本實用新型公開了一種冗余熱切換系統(tǒng)，包括第一服務(wù)器、第二服務(wù)器和冗余熱切換卡，第一服務(wù)器的熱備心跳信號通信接口與冗余熱切換卡通過串口連接，第一服務(wù)器的外部設(shè)備接口通過冗余熱切換卡與外部設(shè)備連接；第二服務(wù)器的熱備心跳信號通信接口與冗余熱切換卡通過串口連接，第二服務(wù)器的外部設(shè)備接口通過冗余熱切換卡與外部設(shè)備連接；冗余熱切換卡分別與第一服務(wù)器的熱備心跳信號通信接口和第二服務(wù)器的熱備心跳通信接口連接，并將外部設(shè)備連接到當(dāng)前主機的外部設(shè)備接口。本實用新型的冗余熱切換系統(tǒng)具有通信成本低，功耗低，可靠性高等優(yōu)點。
文檔編號H04L12/24GK202004776SQ201120003728
公開日2011年10月5日 申請日期2011年1月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月7日
發(fā)明者何溪, 喻甫忠, 石昕昕 申請人:北京捷世偉業(yè)電子科技有限公司