浅析冗余技术在铁路信号设备中的应用

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1、浅析冗余技术在铁路信号设备中的应用摘要为提高铁路信号防灾系统的可靠性，本文利用CAN总线作为各个子系统之间的通信渠道，以便于安装、维护和扩展。在软件设计中，编写了CAN总线控制器的驱动程序，利用CA总线实现了双机热备冗余结构，有效的提高系统的可靠性。关键词：冗余技术，铁路信号，防灾，嵌入式，CAN总线。TN9191•绪论防灾系统需要对危机列车运行安全的自然灾害（风、雨、雪、地震等）和异物侵袭进行监测，掌握灾害的动态，提供及时准确的灾害报警和预警功能，将灾害引起的损失降到最低。因此，铁路防灾系统是铁路信息化总体规划的一个重要子系统，是保证铁路行车安全的重要设备。2•

2、铁路防灾系统的结构第一层：用户层用户层设备设在调度所，用户为调度人员。该层包括了防灾系统服务器和终端设备。调度所防灾服务器为整个调度所管辖范围内线路服务。每个调度台设置一个终端设备，报警信息同时提供本调度台信息和相邻调度台信息。一旦发生异物侵入，在调度台的终端处立刻弹出视频报警和侵入地点的图像信息。用户层的电源、防雷与接地等辅助设备应该与调度所其他系统统筹考虑。第二层：区域处理层区域处理层设置在维修段中，每个区域处理层都有其规定的管辖范围。该层的功能是实时接收其管辖范围内的监控处理层传送来的数据信息，并且对接收到的数据进行存储、分析、处理、显示和打印等，通过数据分

3、析之后，该层根据灾害程度的不同提供相应的报警和预警信息，将报警信息上传至调度所用户层，同时根据列车运行管制规则提供限速、停运等预案信息。第三层：监控处理层监控处理层：采集现场监测设备的实时数据，对数据进行处理和短期存储备份，再通过通信网络上传至综合维修段的区域处理层；对现场监测设备状态信息进行监测管理，实现故障报警、故障诊断；对异物侵限监控子系统还要通过继电接点条件与就近的列控中心接口，及时的发出停车信号。第四层：现场信息采集层该层直接面向轨旁设施。轨旁设施不但分散，而且内容多样。如风速风向计、公跨铁防护网监测、隧道口异物坠落监测等。3.基于冗余技术的双机热备系统

4、设计方案3.1铁路防灾系统监控处理层的结构铁路防灾系统监控处理层需要接收现场气象数据采集层上传的数据，并且进行数据处理，然后将数据上传给上级设备。该层设备主要由主控模块，气象数据输入模块，开关量输入模块，开关量输出模块组成，四个模块通过CAN总线进行通信：1主控模块：处理气象数据接收模块传过来的数据，判断是否存在安全隐患，若存在安全隐患，及时报警，同时将处理完成的数据发送给远程上位机进行备份。2气象数据输入模块：通过485总线接收气象数据，并通过CAN总线发送给主控模块。3开关量输入/输出模块：接收外来的开关量信号（8路输入），输出开关量信号（4路输出）□设计多路

5、输入和多路输出有利于提高系统的可扩展性。3.2铁路防灾系统监控处理层的双机热备结构为了提高系统的可靠性，本文在监控处理层使用基于冗余技术的双机热备系统。因此主控模块，气象数据输入模块,开关量输入模块，开关量输出模块都需要各自的备用模块。在主模块死机或者出现故障的时候，备用模块会切换到主模块的工作模式，并且发出报警，通知工作人员到现场进修维护。各个模块的之间通过CAN总线进行通信和工作协调。3.3具体芯片的选择1微处理器的选择铁路防灾系统需要接受气象采集模块上传的数据，并且进行分析处理，而且还需要管理控制总线的协议，同时运行系统的应用程序，本文在对系统性能进行分析之

6、后，还考虑到各个芯片的性价比，最后选择了ARM7核心的S3C44BOX作为微处理器。S3C44BOX是三星公司推出的一款微处理器，提供了丰富而且通用的片上外设，大大减少了系统电路中除处理器以外的元器件配置，以S3C44BOX为核心构建嵌入式系统十分适合本设计。并且S3C44BOX拥有成熟的软硬件开发资源，为系统设计提供了很大的便利，能有效的减短开发周期。2CAN总线控制器的选择现在经常使用的CAN总线控制器有飞利浦公司生产的SJA1000系列和Mieroehip公司生产的MCp2510、Mep2515系列芯片。MCP2510支持标准的CAN总线技术规范，利用其SP

7、I接口能方便的与多种微处理器进行通信，并且通信速率高，操作方便。其工作温度在一40°C到+125°C之间，满足系统环境的需求。所以，本文最终确定使用Microchip公司生产的MCP2510作为CAN总线控制器。4.CAN总线驱动程序的设计CAN总线驱动的作用是负责在物理链路上收发CAN总线的报文，本文是通过对MCP2510编写驱动，利用驱动编写成整个CAN设备驱动层程序，使系统具备CAN总线的数据收发能力。4.1MCP2510的SPI接口CAN总线控制器MCP2540—般是通过SPI口与处理器连接，标准的SPI通信接口使用了四条线：1SCK:时钟信号，由主设备产

8、生；2CS