RS4200主備機(jī)系統(tǒng)熱冗余切換原理及故障解決

于洪峰

摘 ? 要：在自動(dòng)化水平持續(xù)深化的大背景下，控制網(wǎng)絡(luò)也被廣泛應(yīng)用于航空行業(yè)之中，要求控制網(wǎng)絡(luò)具備高度的穩(wěn)定性，這是進(jìn)一步提升系統(tǒng)穩(wěn)定性的基本保障。對此，必須在最大程度上提升控制網(wǎng)絡(luò)可靠性，這也成為了系統(tǒng)得以正常運(yùn)行的基本前提。事實(shí)上，提升控制網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性一直是航空設(shè)備研發(fā)、保障較為棘手的問題，就當(dāng)前行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀而言，主要以冗余控制系統(tǒng)為主，它能夠滿足所提出的穩(wěn)定性要求，所以也被廣泛使用。

關(guān)鍵詞：RS4200 ?主備機(jī)系統(tǒng) ?熱冗余切換

中圖分類號：TP27 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）06（b）-0015-02

當(dāng)前經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)模大，人們的外出頻率也隨之增加，在航班量持續(xù)上升的同時(shí)確保飛行安全性變得尤為重要。參考相關(guān)行業(yè)規(guī)范，本場收發(fā)分體機(jī)SU4200＼EU4200，在此環(huán)境下設(shè)備主備熱冗余，如果出現(xiàn)故障，主、備機(jī)之間可以進(jìn)行高效的切換。在冗余備份的影響下，可以顯著提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性，如果需要使用到備用設(shè)備，此時(shí)可以通過手動(dòng)的方式完成切換操作，而這一轉(zhuǎn)換時(shí)間甚至可以控制在200ms以內(nèi)。工作人員能夠靈活的對備用電臺(tái)做以全面檢查，即便出現(xiàn)了異常狀況，運(yùn)轉(zhuǎn)過程依然可以保持在指定的頻率上。

1 ?本場系統(tǒng)介紹

RS4200系列甚高頻超高頻設(shè)備主要是由收發(fā)機(jī)、發(fā)射機(jī)、接收機(jī)等幾個(gè)形式。相關(guān)系列無線電甚高頻頻率范圍（112～144MHz）主要是用于民用。而相關(guān)系列無線電超高頻頻率范圍（225～400MHz）主要是用于軍用交通管制。從當(dāng)前所常用的甚高頻設(shè)備數(shù)字化處理來進(jìn)行分析，其信號處理過程已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了完全數(shù)字化處理。但由于射頻輸出所時(shí)的調(diào)制信號還是以模擬信號為主。所以，音頻信號輸入輸出同樣以模擬方式完成。在進(jìn)行電臺(tái)系統(tǒng)架設(shè)過程中，所需要考慮的影響因素非常多。想要真正完成甚高頻鏈路的架設(shè)，必須要通過臺(tái)站設(shè)備、傳輸設(shè)備、終端遙控單元、供配電、錄音、監(jiān)控等許多設(shè)備所組成。本場甚高頻采用的是RS4200收發(fā)分體機(jī)，發(fā)射機(jī)SU4200和接收機(jī)EU4200，收發(fā)信機(jī)各有4臺(tái)，天線部分為接收機(jī)共用一根天線，發(fā)射機(jī)共用一根天線，其具體組成為以下幾個(gè)部分。

（1）臺(tái)站設(shè)備。在此環(huán)節(jié)中主要是由天線、收信機(jī)、發(fā)信機(jī)、濾波器以及饋線等相關(guān)設(shè)備所組成。

（2）傳輸設(shè)備。本場建設(shè)中，由于設(shè)備與航管樓機(jī)房距離較近，可以利用網(wǎng)線到遙控盒、記錄儀等進(jìn)行各個(gè)設(shè)備端口的連接與傳輸。

（3）終端遙控單元。其中包含了內(nèi)話、遙控盒等相關(guān)設(shè)備。

（4）供電設(shè)備。本場系統(tǒng)架設(shè)時(shí)，選擇了UPS不間斷電源、直流供電、油機(jī)發(fā)電三種供電方式。

（5）在內(nèi)話系統(tǒng)的作用下進(jìn)行相關(guān)的通話控制。

（6）機(jī)柜內(nèi)設(shè)置了高精度的連接單元，由此實(shí)現(xiàn)與內(nèi)話與錄音系統(tǒng)、遙控盒三大部分的高效連接。

（7）任何一臺(tái)收發(fā)信機(jī)都配備了內(nèi)置測試單元，此時(shí)可以靈活的掌控系統(tǒng)各信道的實(shí)際情況，充分涉及到了狀態(tài)、參數(shù)等信息，一旦發(fā)生故障后還可以做出進(jìn)一步判斷，并將數(shù)據(jù)傳輸給監(jiān)控系統(tǒng)。

（8）任何一個(gè)監(jiān)控終端所具備的功能都一致，它可以獲得收、發(fā)信機(jī)的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，此外還可以實(shí)現(xiàn)主備機(jī)的高效切換，并通過遠(yuǎn)程的方式控制系統(tǒng)的啟停。

（9）關(guān)于VHF話音以及控制信號，必須為二者的傳輸適配一個(gè)話音接口，在此基礎(chǔ)上基于4線E&M-Ⅴ方式實(shí)現(xiàn)與內(nèi)化系統(tǒng)的高效連接。

（10）將系統(tǒng)預(yù)定為365d無中止運(yùn)行狀態(tài)，并且內(nèi)部各器件的運(yùn)行時(shí)長都需要超過15年。

（11）設(shè)備為交、直流相結(jié)合的方式，其中交流為主用供電，二者之間可以靈活進(jìn)行切換。本系統(tǒng)所涉及到的濾波器等裝置都被集中安裝于19英寸的機(jī)柜之中，因此內(nèi)部線路也具有高度的集成化特性。從整個(gè)系統(tǒng)的構(gòu)成上考慮，其設(shè)置有1個(gè)機(jī)柜，其中又可細(xì)分為4臺(tái)收發(fā)信機(jī)，并且采用的是1+1的主備配置形式。除此之外，機(jī)柜中設(shè)置了雙腔濾波器，其總量達(dá)到了4臺(tái)，共分為兩組，彼此對應(yīng)有2個(gè)信道。機(jī)柜中還設(shè)置了其它部分的內(nèi)容，諸如電臺(tái)安裝軌道以及控制線等。無論是電臺(tái)音頻線還是各類控制線，二者都可以直接連接到KRONE極限板結(jié)構(gòu)上，整體來說接線配置具有高度的靈活性。此外，接線板也具有高度的靈活性，諸如主備機(jī)信號兩路輸出的方式較為典型，此外兩路并聯(lián)輸出的方式也具有高度的可行性。無論是VHF話音還是控制信號，二者都可以借助于傳輸設(shè)備而實(shí)現(xiàn)與遙控單元等組件的高效連接，任何一個(gè)信道都為之適配了兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)科隆卡線單元，其均設(shè)置在機(jī)柜背板上，各個(gè)卡線單元之間均做以合理的阻抗匹配工作，加之音頻分配機(jī)制，因此可以良好的連接到錄音系統(tǒng)等相關(guān)系統(tǒng)之中。要想實(shí)現(xiàn)甚高頻系統(tǒng)與周邊系統(tǒng)的穩(wěn)定連接，要求單個(gè)信道均需要對應(yīng)四條線，除了兩對基本的音頻線外，還涉及到PPT線以及SQL線各一對。但無論是何種形式的界限，其采用的都是標(biāo)準(zhǔn)的E&M信令，在此基礎(chǔ)上可以與所有模擬音頻系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高度的兼容。從阻抗的角度考慮，遙控單元與內(nèi)話兩部分均對應(yīng)為600Ω，所以并不存在阻抗不匹配的問題。

2 ?電臺(tái)配置方法

SU4200＼EU4200電臺(tái)在進(jìn)行配置時(shí)，主要是以系統(tǒng)配置軟件為主。通過其軟件能夠使用筆記本電腦對電臺(tái)的各類參數(shù)、IP地址等進(jìn)行遙控配置。在具體配置過程中，需要將收信電臺(tái)與電腦進(jìn)行連接，然后按照配置軟件中的操作提示，點(diǎn)擊connect按鍵。軟件頭部會(huì)以綠色字體顯示電臺(tái)版本號，如果電臺(tái)版本號與軟件不相符，則需要通過Device，選擇“command set file”中“command set file path”選擇相應(yīng)的版本號。完成版號選擇之后，點(diǎn)擊“configuration”按鍵。通過軟件中的配置文件可以讀取相應(yīng)文件。再通過“read from file”選擇桌面上“ZS4200信道配置”中需要的配置信號，確定后點(diǎn)擊交互模式“interactive”。完成上述操作之后，進(jìn)入到寫入電臺(tái)環(huán)節(jié)。通過點(diǎn)擊“write to radio”按鍵，可以發(fā)現(xiàn)軟件界面右下角的紅色BUSY，首行為黃色，當(dāng)寫入結(jié)束后右下角變?yōu)閞eady綠色，首行綠色。再點(diǎn)擊“noactive”退出交互模式，并重啟電臺(tái)，調(diào)到對應(yīng)頻率。

3 ?案例分析

以實(shí)際案例為背景展開探討：在維護(hù)過程中，將主用機(jī)由I號機(jī)切換為II號機(jī)后發(fā)現(xiàn)，I號機(jī)LCD屏顯示“INACT”字樣，而II號機(jī)顯示屏在“ACT”和“INACT”間不斷變換。

對上述現(xiàn)象展開分析：I 號機(jī)顯示器所顯示出的內(nèi)容代表的是備用的狀態(tài);而對于II 號機(jī)而言，其顯示出的內(nèi)容則代表主備用切換狀態(tài)。

展開原理分析：RS 4200電臺(tái)上適配了一臺(tái)主備機(jī)切換控制信號，具體可分為TEST_OC 和*OFF兩大類，在此基礎(chǔ)上可以實(shí)現(xiàn)主備電臺(tái)的信號線交叉連接，前者為控制信號，當(dāng)電臺(tái)處于主用狀態(tài)時(shí)，基于TEST_OC 引腳便可以向備用機(jī)發(fā)送低電平，此時(shí)電臺(tái)將會(huì)處于備用狀態(tài);如果主用電臺(tái)發(fā)生切換時(shí)，或者系統(tǒng)處于故障狀態(tài)時(shí)，此時(shí)TEST_OC 引腳將會(huì)進(jìn)一步發(fā)出開路信號，當(dāng)備機(jī)接收到該信號后便會(huì)隨即轉(zhuǎn)變?yōu)橹饔脿顟B(tài)，而對于原備機(jī)而言，它會(huì)進(jìn)一步發(fā)出低電平，然后原主機(jī)將會(huì)接收到，因此會(huì)抑制其備用狀態(tài)。但需要認(rèn)識的是，如果TEST_OC 引腳發(fā)出了某一電壓，此時(shí)會(huì)在低電平以及開路電平間發(fā)生持續(xù)性切換，此時(shí)II 號機(jī)的 *OFF 口接收將會(huì)受到影響，致使信號在開路以及接地間發(fā)生高頻率跳變現(xiàn)象，此時(shí)II 號機(jī)的主備狀態(tài)也將發(fā)生波動(dòng)，因此顯示器字樣跳動(dòng)現(xiàn)象尤為普遍。

補(bǔ)充：在進(jìn)行故障排除工作中，通導(dǎo)人員曾對Z2板進(jìn)行了處理，此時(shí)7、8 號撥碼挑開，在此影響下I、II號機(jī)發(fā)模塊間的 TEST_OC 和 *OFF 交叉線斷開，由此發(fā)現(xiàn)主備機(jī)之間發(fā)生了極為頻繁的切換現(xiàn)象。之所以出現(xiàn)此現(xiàn)象，是因?yàn)樾诺缹?yīng)的收發(fā)模塊都對應(yīng)有一對交叉信號，具體為TEST_OC和 *OFF 信號;如果將故障模塊斷開，則可以順利進(jìn)行主備機(jī)切換。

結(jié)論：一旦發(fā)生故障且不具備完善的備件體系后，為了確保整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，則需要對收、發(fā)兩大模塊進(jìn)行處理，具體操作對象為Z2板7、8 號撥碼，由此確保主備機(jī)切換處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，降低對系統(tǒng)運(yùn)行的影響。電臺(tái)采用的是模塊化的組裝方式，加之其內(nèi)部電路較為復(fù)雜，因此難以實(shí)現(xiàn)故障元件的高效切換，當(dāng)出現(xiàn)故障后則需要對整個(gè)模塊做以修復(fù)處理。

4 ?結(jié)語

在RS4200主備機(jī)熱冗余系統(tǒng)中，主備電臺(tái)之間借助于Z2板實(shí)現(xiàn)高效的連接，一旦發(fā)生故障后也可以達(dá)到無縫切換的效果，系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性并不會(huì)受到影響。

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