CN110196622A - 一种基于cpci架构的冗余计算机背板 - Google Patents

一种基于cpci架构的冗余计算机背板 Download PDF

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Abstract

一种基于CPCI架构的冗余计算机背板，包括至少2个3U CPCI架构单元；每个3U CPCI架构单元是由计算机模块、光纤模块、热电偶输入模块、继电器输出模块、双冗余CAN模块、以太网交换模块、声音采集模块、图像采集模块、电源模块和CPCI架构冗余计算机背板构成；该背板结构简单，供电方式灵活多样，具有多种通讯方式，双电源多层***的结构互为备份，可以实现负载均衡以及持续供电。

Description

一种基于CPCI架构的冗余计算机背板
技术领域
本发明涉及信号采集和控制相关技术领域，尤其是一种基于CPCI（CompactPeripheral Component Interconnect，紧凑型PCI，Peripheral ComponentInterconnect，外设部件互连标准）架构的冗余计算机背板，它适用于信号采集和现场控制终端，特别涉及重要现场的信号采集和控制。
背景技术
冗余技术是计算机***可靠性设计中常用的一种技术，是提高计算机***可靠性的最有效方法。目前很多厂商设计的产品具有以下不足：计算机***只有主设备单元处于正常工作状态，完成信号采集和控制功能，而从设备单元处于等待备用状态。当主设备出现故障的时候，通过软件检测将从设备激活，实现***的正常恢复运行。采用这种切换方式，***恢复需要一定的时间，采集的数据会发生丢失；主从设备单元与服务器通过单一总线形式进行连接，如果该数据总线一旦发生故障，就会导致采集的数据大量丢失。为了解决现有技术的不足，本发明提供一种基于CPCI架构的冗余计算机背板，其特点在于从机跟随主机同步运行，当主机出现故障的时候，可以实现主从机的无缝切换，保证***能持续提供服务，提高了***工作的可靠性；主机和从机均通过多种不同总线形式与服务器同时进行通信互为备份，大大提高了传输数据的安全性和稳定性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于CPCI架构的冗余计算机背板，它可以弥补现有技术的不足，是一种具有接口功能丰富、维修拆装简便、冗余措施完善、结构简单、安装方便等特点的冗余计算机背板。
本发明的技术方案：一种基于CPCI架构的冗余计算机背板，其特征在于它包括至少2个3U CPCI架构单元；所述每个3U CPCI架构单元是由计算机模块、光纤模块、热电偶输入模块、继电器输出模块、双冗余CAN模块、以太网交换模块、声音采集模块、图像采集模块、电源模块和CPCI架构冗余计算机背板构成；所述计算机模块、光纤模块、热电偶输入模块、继电器输出模块、双冗余CAN模块、以太网交换模块、声音采集模块、图像采集模块和电源模块安装在CPCI架构冗余计算机背板上；所述3U CPCI架构单元之间依双冗余CAN模块实现连接；所述3U CPCI架构单元之间的双冗余CAN模块共同组成CAN总线通讯网，实现与计算机网络监控中心之间的通讯，完成对现场信号的采集和控制。
所述CPCI架构冗余计算机背板上有可拔插的矩形航空连接器，方便与外部设备之间连接。
所述CPCI架构冗余计算机背板上有用于固定计算机模块、光纤模块、热电偶输入模块、继电器输出模块、双冗余CAN模块、以太网交换模块、声音采集模块、图像采集模块和电源模块的插槽，包括3U CPCI插槽、CPCIE（CompactPCI Express）插槽和CPCI电源插槽。
所述3U CPCI插槽中包括用于连接计算机模块的计算机插槽、用于连接光纤模块的光纤模块插槽、用于连接热电偶输入模块的热电偶输入模块插槽、用于连接继电器输出模块的继电器输出模块插槽、用于连接双冗余CAN模块的CAN总线插槽、用于连接声音采集模块的声音采集模块插槽和用于连接图像采集模块的图像采集模块插槽；所述CPEX插槽是用于连接以太网交换模块的以太网插槽；所述CPCI电源插槽是用于连接电源模块的电源模块插槽。
所述CPCI电源插槽中可以插接2个电源模块，均为CPCI电源，为CPCI架构冗余计算机背板供电。
所述CPCI电源可以是220V供电或者直流24V电源供电，且2个CPCI电源互为冗余关系，即可以实现负载均衡，也可以互为备份
所述光纤模块、热电偶输入模块、继电器输出模块及双冗余CAN模块通过CPCI总线与计算机模块之间进行通信。
所述计算机模块、声音采集模块及图像采集模块与计算机网络监控中心之间依以太网交换模块进行通信。
所述计算机模块与计算机网络监控中心之间也可通过光纤模块实现数据连接，便于现场信号的采集和现场设备的具体操作。
所述计算机模块和电源模块分别布置在CPCI架构冗余计算机背板两端，用于降低各自热辐射的影响，且计算机***的机箱可以分别通过机箱两端贴壁导热，提高***的热设计。
本发明的优越性：该基于CPCI架构的计算机背板，供电方式灵活多样，可选择交流220V供电或者直流24V电源供电，且2个CPCI电源互为冗余关系，即可以实现负载均衡，也可以互为备份，保证了计算机背板的稳定工作，为计算机***的使用和产业化提供了一种很好的解决方案；以太网、CAN、光纤三种通讯方式互为备份，任一网络故障都不会影响现场终端的采集和控制，而且以太网和光纤可以实现大数据传输和远程传输；多层计算机***互为备份，任一计算机或功能模块故障均可切换到其它计算机***；2个3U CPCI冗余电源，互为备份，可以实现负载均衡，任一电源故障，都不影响计算机***的使用；且两个电源分别支持AC220V和DC24V两种供电方式，可以实现不断电切换，任一种电压掉电或者两种电压同时存在的情况下，都可以正常工作。
附图说明
图1是本发明所涉一种基于CPCI架构的冗余计算机背板的整体结构示意图。
图2是本发明第二种实施例的整体结构示意图。
其中，1为计算机模块，2为光纤模块，3为热电偶输入模块，4为继电器输出模块，5为双冗余CAN模块，6为以太网交换模块，7为声音采集模块，8为图像采集模块，9为电源模块，10为矩形航空连接器，11为CPCI架构冗余计算机背板。
具体实施方式
实施例1：一种基于CPCI架构的冗余计算机背板，见图1，其特征在于它是由2个3UCPC架构单元构成；所述3U CPCI架构单元是由计算机模块1、光纤模块2、热电偶输入模块3、继电器输出模块4、双冗余CAN模块5、以太网交换模块6、声音采集模块7、图像采集模块8、电源模块9和CPCI架构冗余计算机背板11构成；所述计算机模块1、光纤模块2、热电偶输入模块3、继电器输出模块4、双冗余CAN模块5、以太网交换模块6、声音采集模块7、图像采集模块8和电源模块9安装在CPCI架构冗余计算机背板11上；所述3U CPCI架构单元之间依双冗余CAN模块5实现连接；所述3U CPCI架构单元之间的双冗余CAN模块5共同组成CAN总线通讯网，实现与计算机网络监控中心之间的通讯，完成对现场信号的采集和控制。
所述CPCI架构冗余计算机背板11上有可拔插的矩形航空连接器10，见图1，方便与外部设备之间连接。
所述CPCI架构冗余计算机背板11上有用于固定计算机模块1、光纤模块2、热电偶输入模块3、继电器输出模块4、双冗余CAN模块5、以太网交换模块6、声音采集模块7、图像采集模块8和电源模块9的插槽，包括3U CPCI插槽、CPEX插槽和CPCI电源插槽，见图1。
所述3U CPCI插槽中包括用于连接计算机模块的计算机插槽1、用于连接光纤模块的光纤模块插槽2、用于连接热电偶输入模块的热电偶输入模块插槽3、用于连接继电器输出模块4的继电器输出模块插槽、用于连接双冗余CAN模块5的CAN总线插槽、用于连接声音采集模块7的声音采集模块插槽和用于连接图像采集模块8的图像采集模块插槽；所述CPEX插槽是用于连接以太网交换模块6的以太网插槽；所述CPCI电源插槽是用于连接电源模块9的电源模块插槽，见图1。
所述CPCI电源插槽中插有2个CPCI电源模块9，分别为220V供电电源和直流24V电源，且2个CPCI电源互为冗余关系，即可以实现负载均衡，也可以互为备份，为CPCI架构冗余计算机背板11供电。
所述光纤模块2、热电偶输入模块3、继电器输出模块4及双冗余CAN模块5通过CPCI总线与计算机模块1之间进行通信，见图1。
所述计算机模块1、声音采集模块7及图像采集模块8与计算机网络监控中心之间依以太网交换模块6进行通信，见图1。
所述计算机模块1与计算机网络监控中心之间也可通过光纤模块2实现数据连接，便于现场信号的采集和现场设备的具体操作。
所述计算机模块1和电源模块9分别布置在CPCI架构冗余计算机背板11两端，见图1，用于降低各自热辐射的影响，且计算机***的机箱可以分别通过机箱两端贴壁导热，提高***的热设计。
实施例2：一种基于CPCI架构的冗余计算机背板，如图2所示，其特征在于它包括4个3U CPCI架构单元；所述每个3U CPCI架构单元是由计算机模块1、光纤模块2、热电偶输入模块3、继电器输出模块4、双冗余CAN模块5、以太网交换模块6、声音采集模块7、图像采集模块8、电源模块9和CPCI架构冗余计算机背板11构成；所述计算机模块1、光纤模块2、热电偶输入模块3、继电器输出模块4、双冗余CAN模块5、以太网交换模块6、声音采集模块7、图像采集模块8和电源模块9安装在CPCI架构冗余计算机背板11上；所述3U CPCI架构单元之间依双冗余CAN模块5实现连接；所述3U CPCI架构单元之间的双冗余CAN模块5共同组成CAN总线通讯网，实现与计算机网络监控中心之间的通讯，完成对现场信号的采集和控制。
所述CPCI架构冗余计算机背板11上有可拔插的矩形航空连接器10，方便与外部设备之间连接，如图2所示。
所述CPCI架构冗余计算机背板11上有用于固定计算机模块1、光纤模块2、热电偶输入模块3、继电器输出模块4、双冗余CAN模块5、以太网交换模块6、声音采集模块7、图像采集模块8和电源模块9的插槽，包括3U CPCI插槽、CPEX插槽和CPCI电源插槽，如图2所示。
所述3U CPCI插槽中包括用于连接计算机模块的计算机插槽1、用于连接光纤模块的光纤模块插槽2、用于连接热电偶输入模块的热电偶输入模块插槽3、用于连接继电器输出模块4的继电器输出模块插槽、用于连接双冗余CAN模块5的CAN总线插槽、用于连接声音采集模块7的声音采集模块插槽和用于连接图像采集模块8的图像采集模块插槽；所述CPEX插槽是用于连接以太网交换模块6的以太网插槽；所述CPCI电源插槽是用于连接电源模块9的电源模块插槽，如图2所示。
所述CPCI电源插槽中插接有2个电源模块9，均为3U CPCI冗余电源，分别是220V供电电源和直流24V电源，为CPCI架构冗余计算机背板11供电；2个CPCI电源互为冗余关系，即可以实现负载均衡，也可以互为备份
所述光纤模块2、热电偶输入模块3、继电器输出模块4及双冗余CAN模块5通过CPCI总线与计算机模块1之间进行通信，如图2所示。
所述计算机模块1、声音采集模块7及图像采集模块8与计算机网络监控中心之间依以太网交换模块6进行通信，如图2所示。
所述计算机模块1与计算机网络监控中心之间也可通过光纤模块2实现数据连接，便于现场信号的采集和现场设备的具体操作。
所述计算机模块1和电源模块9分别布置在CPCI架构冗余计算机背板11两端，如图2所示，用于降低各自热辐射的影响，且计算机***的机箱可以分别通过机箱两端贴壁导热，提高***的热设计。
为了使本发明实现的技术手段、创新特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合图1，进一步阐述本发明。
本发明设计是一种基于CPCI架构的冗余计算机背板，可实现以太网、CAN、光纤三种通讯方式，且通过以太网交换模块和CAN网优化外部通信线缆。
每一层的光纤模块2、热电偶输入模块3、继电器输出模块4、双冗余CAN模块5通过CPCI总线与计算机模块通信。
声音采集模块7、图像采集模块8、计算机模块1通过以太网交换模块6与监控中心通信，减少外部网络的连线。
通过光纤模块2可以实现计算机模块1与监控中心的远程通信，实现信号采集和现场控制。
上下两层计算机通过双冗余CAN模块5组成CAN网与监控中心的CAN网通信，实现信号采集和现场控制。
计算机背板11的对外接口采用矩形航空连接器10，提高***的可靠性、维修性、安全性。
以太网、CAN、光纤三种通讯方式互为备份，任一网络故障都不会影响现场终端的采集和控制，而且以太网和光纤可以实现大数据传输和远程传输。
两层计算机***互为备份，任一计算机或功能模块故障均可切换到另一套计算机***。
以上仅是对本发明基于一种CPCI架构的冗余计算机背板的具体应用例子，并不、限制本申请权利要求。凡是在本申请权利要求技术方案上进行的修改和非本质改进的，均在本申请权利要求保护范围之内。
本发明未述及之处适用于现有技术。

Claims (10)

1.一种基于CPCI架构的冗余计算机背板，其特征在于它包括至少2个3U CPCI架构单元；所述每个3U CPCI架构单元是由计算机模块、光纤模块、热电偶输入模块、继电器输出模块、双冗余CAN模块、以太网交换模块、声音采集模块、图像采集模块、电源模块和CPCI架构冗余计算机背板构成；所述计算机模块、光纤模块、热电偶输入模块、继电器输出模块、双冗余CAN模块、以太网交换模块、声音采集模块、图像采集模块和电源模块安装在CPCI架构冗余计算机背板上；所述3U CPCI架构单元之间依双冗余CAN模块实现连接；所述3U CPCI架构单元之间的双冗余CAN模块共同组成CAN总线通讯网，实现与计算机网络监控中心之间的通讯，完成对现场信号的采集和控制。
2.根据权利要求1所述一种基于CPCI架构的冗余计算机背板，其特征在于所述CPCI架构冗余计算机背板上有可拔插的矩形航空连接器，方便与外部设备之间连接。
3.根据权利要求2所述一种基于CPCI架构的冗余计算机背板，其特征在于所述CPCI架构冗余计算机背板上有用于固定计算机模块、光纤模块、热电偶输入模块、继电器输出模块、双冗余CAN模块、以太网交换模块、声音采集模块、图像采集模块和电源模块的插槽，包括3U CPCI插槽、CPCIE插槽和CPCI电源插槽。
4.根据权利要求3所述一种基于CPCI架构的冗余计算机背板，其特征在于所述3U CPCI插槽中包括用于连接计算机模块的计算机插槽、用于连接光纤模块的光纤模块插槽、用于连接热电偶输入模块的热电偶输入模块插槽、用于连接继电器输出模块的继电器输出模块插槽、用于连接双冗余CAN模块的CAN总线插槽、用于连接声音采集模块的声音采集模块插槽和用于连接图像采集模块的图像采集模块插槽；所述CPEX插槽是用于连接以太网交换模块的以太网插槽；所述CPCI电源插槽是用于连接电源模块的电源模块插槽。
5.根据权利要求4所述一种基于CPCI架构的冗余计算机背板，其特征在于所述CPCI电源插槽中可以插接2个电源模块，均为CPCI电源，为CPCI架构冗余计算机背板供电。
6.根据权利要求5所述一种基于CPCI架构的冗余计算机背板，其特征在于所述CPCI电源可以是220V供电或者直流24V电源供电，且2个CPCI电源互为冗余关系，即可以实现负载均衡，也可以互为备份。
7.根据权利要求1所述一种基于CPCI架构的冗余计算机背板，其特征在于所述光纤模块、热电偶输入模块、继电器输出模块及双冗余CAN模块通过CPCI总线与计算机模块之间进行通信。
8.根据权利要求1所述一种基于CPCI架构的冗余计算机背板，其特征在于所述计算机模块、声音采集模块及图像采集模块与计算机网络监控中心之间依以太网交换模块进行通信。
9.根据权利要求8所述一种基于CPCI架构的冗余计算机背板，其特征在于所述计算机模块与计算机网络监控中心之间也可通过光纤模块实现数据连接，便于现场信号的采集和现场设备的具体操作。
10.根据权利要求1所述一种基于CPCI架构的冗余计算机背板，其特征在于所述计算机模块和电源模块分别布置在CPCI架构冗余计算机背板两端，用于降低各自热辐射的影响，且计算机***的机箱可以分别通过机箱两端贴壁导热，提高***的热设计。
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