自律機(jī)雙機(jī)熱備倒機(jī)裝置的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

陳顯鋒 王忠衛(wèi)

(北京全路通信信號研究設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100073)

1 概述

在調(diào)度集中系統(tǒng)中，自律機(jī)是車站控制的核心設(shè)備，必須保證該設(shè)備的可靠、穩(wěn)定運(yùn)行。因此，在現(xiàn)有的調(diào)度集中系統(tǒng)中，自律機(jī)一般采用雙機(jī)熱備方式工作。自律機(jī)執(zhí)行車站進(jìn)路選排、進(jìn)路觸發(fā)等控制功能，在雙機(jī)方式下，必須保證同一時刻只有一臺自律機(jī)的輸出指令作用到被控對象，實(shí)現(xiàn)控制指令對于被控對象的唯一性。

現(xiàn)有的雙機(jī)熱備系統(tǒng)，一般采用純軟件倒機(jī)方式或者軟硬件結(jié)合的倒機(jī)方式實(shí)現(xiàn)主備機(jī)間的切換。

純軟件方式的倒機(jī)是通過雙機(jī)熱備軟件間的信息交互，根據(jù)雙機(jī)的工作狀態(tài)確定每套自律機(jī)的主備狀態(tài)。正常工作時，雙機(jī)熱備軟件將數(shù)據(jù)、必要的中間狀態(tài)和運(yùn)算結(jié)果從主機(jī)實(shí)時發(fā)布到備機(jī)上，使主備機(jī)的工作狀態(tài)保持一致；當(dāng)主機(jī)出現(xiàn)故障，雙機(jī)熱備軟件重新判定并設(shè)置雙機(jī)的主備狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)主備機(jī)間的切換。

軟硬件結(jié)合的倒機(jī)方式是在主備機(jī)間設(shè)置倒切硬件設(shè)備，主備機(jī)通過線纜與倒切硬件設(shè)備連接，主備機(jī)及倒切硬件設(shè)備間進(jìn)行信息交互，由雙機(jī)軟件判定主備狀態(tài)，并通過倒切硬件設(shè)備完成倒機(jī)操作，實(shí)現(xiàn)主備機(jī)切換功能。

2 軟硬件結(jié)合的倒機(jī)方式

純軟件方式的倒機(jī)過程依賴于雙機(jī)間的通信，當(dāng)主備機(jī)間的通信出現(xiàn)故障時，有可能使雙機(jī)均以主機(jī)方式進(jìn)行工作，導(dǎo)致被控對象同時受雙機(jī)控制，給控制結(jié)果帶來隱患；或者使雙機(jī)均以備機(jī)方式進(jìn)行工作，導(dǎo)致被控對象失去控制。

軟硬件結(jié)合的倒機(jī)方式，一般有手動和自動兩種工作模式。自動模式的倒機(jī)，系統(tǒng)根據(jù)自律機(jī)的當(dāng)前狀態(tài)自動生成倒機(jī)指令，驅(qū)動倒機(jī)裝置完成倒機(jī)過程；手動模式的倒機(jī)，系統(tǒng)根據(jù)人工指令驅(qū)動倒機(jī)裝置完成倒機(jī)過程。當(dāng)前軟硬件結(jié)合的倒機(jī)方式，在手動模式下的倒機(jī)過程，沒有考慮要置為主機(jī)自律機(jī)的當(dāng)前工作狀態(tài)，有可能會把不具備條件的自律機(jī)切換為主機(jī)，為系統(tǒng)的正常運(yùn)行帶來隱患，而對于調(diào)度集中系統(tǒng)中的自律機(jī)，將有可能造成嚴(yán)重的行車事故。

本文中所提出的基于倒機(jī)裝置的軟硬件結(jié)合倒機(jī)方式，具有手動/自動兩種工作模式。在自動模式下，自律機(jī)雙機(jī)軟件根據(jù)自律機(jī)的當(dāng)前狀態(tài)自動生成倒機(jī)指令，驅(qū)動倒機(jī)裝置完成倒機(jī)過程；在手動模式下，自律機(jī)雙機(jī)軟件根據(jù)人工倒切指令，并結(jié)合自律機(jī)雙機(jī)當(dāng)前工作狀態(tài)，產(chǎn)生倒機(jī)指令。也就是說在手動模式下，人工倒切指令只是進(jìn)行自律機(jī)倒機(jī)的一個因素，系統(tǒng)是否執(zhí)行倒機(jī)過程，還需要根據(jù)雙機(jī)軟件對于當(dāng)前雙機(jī)狀態(tài)的邏輯判斷結(jié)果來最終確定，這樣可以有效防止不具備條件的自律機(jī)被置為主機(jī)，因此是一種針對調(diào)度集中系統(tǒng)中自律機(jī)高可靠性、高穩(wěn)定性工作特點(diǎn)的倒機(jī)方法。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.1 雙機(jī)熱備的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)針對調(diào)度集中系統(tǒng)中自律機(jī)設(shè)備的高可靠性、高穩(wěn)定性要求，采用自律機(jī)雙機(jī)熱備方式工作，在自律機(jī)主備機(jī)（A/B機(jī)）間設(shè)置倒機(jī)裝置，通過倒機(jī)裝置和雙機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)主備機(jī)間的切換。結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3.2 倒機(jī)裝置

倒機(jī)裝置是主備自律機(jī)間進(jìn)行倒切的執(zhí)行設(shè)備，倒機(jī)裝置通過分別與自律機(jī)A/B機(jī)內(nèi)CPU卡上的I/O口連接，實(shí)時監(jiān)測A、B兩套設(shè)備的工作狀態(tài)，包括自律機(jī)CPU等系統(tǒng)狀態(tài)及應(yīng)用系統(tǒng)狀態(tài)，為設(shè)備工作狀態(tài)判斷及倒機(jī)邏輯關(guān)系的實(shí)現(xiàn)提供支持。

倒機(jī)裝置提供手動和自動兩種工作模式，倒機(jī)裝置通過繼電器邏輯關(guān)系，控制A/B機(jī)輸出信號的條件電源工作狀態(tài)，保證任一時刻系統(tǒng)只有一臺自律機(jī)作為主機(jī)執(zhí)行控制過程。倒機(jī)裝置手動/自動工作模式的切換通過手動/自動開關(guān)來實(shí)現(xiàn)。自律機(jī)雙機(jī)熱備倒機(jī)邏輯結(jié)構(gòu)如圖2所示。

3.3 雙機(jī)軟件的倒機(jī)邏輯

3.3.1 監(jiān)測狀態(tài)

自律機(jī)雙機(jī)軟件監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)、自律機(jī)進(jìn)程狀態(tài)、聯(lián)鎖連接狀態(tài)、列控連接狀態(tài)和采集板狀態(tài)，并根據(jù)調(diào)度集中系統(tǒng)自律機(jī)的工作特點(diǎn)，對狀態(tài)判斷的優(yōu)先級進(jìn)行排序，按優(yōu)先級從高到低排序如下。

1) 自律機(jī)進(jìn)程狀態(tài)和網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)；2) 聯(lián)鎖連接狀態(tài)；3) 列控連接狀態(tài)；4) 采集板狀態(tài)。

3.3.2 倒機(jī)原則

雙機(jī)軟件綜合A/B機(jī)狀態(tài)，設(shè)定倒機(jī)期望狀態(tài)作為手動/自動倒機(jī)的必要條件，期望狀態(tài)定義如表1所示。

表1 倒機(jī)期望狀態(tài)表

倒機(jī)期望狀態(tài)的判斷遵循以下原則：

1) 按照優(yōu)先級順序判斷，優(yōu)先級高的條件先判斷。

2) 如果同優(yōu)先級條件的狀態(tài)有一個判斷為“需要倒機(jī)”或者“不能倒機(jī)”，則比其優(yōu)先級低的條件不再進(jìn)行倒機(jī)的判斷。

3) 如果同優(yōu)先級條件的狀態(tài)都判斷為“與倒機(jī)判斷無關(guān)”，則開始判斷其次級優(yōu)先級的條件。

4) 同等優(yōu)先級的條件如果有一個狀態(tài)判斷為“需要倒機(jī)”，并且其他同等優(yōu)先級條件都為“需要倒機(jī)”或者“與倒機(jī)判斷無關(guān)”，則啟動自動倒機(jī)過程；其他狀態(tài)不啟動自動倒機(jī)過程。

3.3.3 對聯(lián)鎖連接狀態(tài)的特殊處理

當(dāng)自律機(jī)雙節(jié)點(diǎn)與聯(lián)鎖的連接狀態(tài)都不正常時，在5 s內(nèi)自動倒機(jī)邏輯判斷中，此條件判斷為不能倒機(jī)，以等待聯(lián)鎖倒機(jī)。在5 s延時結(jié)束后或者聯(lián)鎖與自律機(jī)連接狀態(tài)恢復(fù)后，此條件恢復(fù)正常的判斷邏輯。

3.4 倒機(jī)過程

倒機(jī)裝置在手動工作模式下，需要進(jìn)行倒機(jī)操作時，人工倒機(jī)指令、A/B機(jī)主備狀態(tài)、A/B機(jī)當(dāng)前工作狀態(tài)等信息同時被A/B機(jī)回采，A/B機(jī)中的雙機(jī)軟件根據(jù)回采的信息，進(jìn)行邏輯判斷，并輸出指令到倒機(jī)裝置中的雙機(jī)驅(qū)動模塊，雙機(jī)驅(qū)動模塊根據(jù)A/B機(jī)的輸出指令判斷是否進(jìn)行倒機(jī)操作，如果需要進(jìn)行倒機(jī)操作，則驅(qū)動倒機(jī)電路完成倒機(jī)工作，并回送當(dāng)前狀態(tài)至A/B機(jī)的雙機(jī)軟件中。

倒機(jī)裝置在自動工作模式下，倒機(jī)裝置根據(jù)當(dāng)前A/B機(jī)的主備狀態(tài)、工作狀態(tài)等信息，在自律機(jī)主機(jī)出現(xiàn)故障時，重新確定雙機(jī)的主備狀態(tài)，完成主備機(jī)的切換過程。

4 結(jié)束語

采用基于倒切裝置的雙機(jī)熱備切換方式，能夠確保切換的時效性、設(shè)備工作狀態(tài)的連續(xù)性和作用于被控對象控制指令的唯一性，倒機(jī)過程的執(zhí)行綜合考慮了倒機(jī)裝置的狀態(tài)及自律機(jī)雙機(jī)軟件的邏輯判斷結(jié)果等因素，可以有效防止不具備條件的自律機(jī)被置為主機(jī)，保證調(diào)度集中系統(tǒng)車站控制的可靠性和穩(wěn)定性。

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