一種同步冗餘的順序控制裝置及方法與流程
2023-07-13 20:03:41
本發明涉及自動控制技術領域，尤其涉及一種同步冗餘的順序控制裝置及方法。
背景技術：
順序控制技術是自動控制技術的一個重要分支，是與反饋控制技術相媲美的極其重要的控制技術。順序控制是指設備工作過程中按照邏輯、順序、定時或計數等規則，在輸入命令的作用下，按預先設定的順序或按一定邏輯設定的順序控制執行機構動作的自動控制。隨著電子技術日新月異的發展，大規模集成電路在順序控制領域得到廣泛的應用，順序控制的邏輯和時序依賴於軟體實現。對於一些關鍵控制過程的順序控制過程，一旦軟體崩潰或出現運行異常的情況，對整個控制過程可能造成災難性後果。常規的解決方法是雙機或多機熱備份，主要缺點是硬體成本高和軟體實現複雜。
技術實現要素：
鑑於上述的分析，本發明旨在提供一種同步冗餘的順序控制裝置及方法，用於實現關鍵控制過程的順序控制過程中軟體崩潰或軟體運行異常時的接續控制，解決常規的雙機或多機熱備份的硬體成本高和軟體實現複雜問題。本發明的目的主要是通過以下技術方案實現的：
一種同步冗餘的順序控制裝置，包括：主控制器1、存儲器2、時鐘電路3、協控制器4、驅動器件5和隔離器件6；所述主控制器1與所述驅動器件5相連接，輸出順序控制信息控制被控對象7；所述主控器1與所述隔離器件6相連接，接收被控對象7的反饋開關量信號；所述主控器1與所述存儲器2相連接，將關鍵控制過程的控制信息存儲至所述存儲器2；所述主控器1輸出心跳信號heartbeat到所述協控制器4，控制所述協控制器4從所述存儲器2讀取關鍵控制過程的控制信息；當主控制器1執行到關鍵控制過程時，所述主控制器1輸出啟動信號start到所述時鐘電路3和所述協控制器4，啟動時鐘電路3和啟動所述協控制器4開始準備接續控制；所述協控制器4與所述驅動器件5和所述隔離器件6相連接，當所述主控制器1在關鍵控制過程中出現崩潰或軟體運行異常時，所述協控制器4接替所述主控制器1實施接續控制。
進一步地，所述心跳信號heartbeat是周期性的連續脈衝信號，當所述主控制器1出現崩潰或軟體運行異常，所述主控制器1停止輸出心跳信號heartbeat；所述啟動信號start是一個觸發脈衝信號，所述時鐘電路3在所述啟動信號start作用下，輸出與所述主控制器1的控制動作時刻相匹配的時鐘信號到所述協控制器4，為所述協控制器4的周期工作提供驅動信號。
進一步地，所述主控制器1在執行關鍵控制過程中，如果所述協控制器4接收到的心跳信號heartbeat有效，所述協控制器4不輸出控制動作；如果所述協控制器4接收到心跳信號heartbeat無效，此時，所述協控制器4根據從所述存儲器2中讀出的控制信息，接替所述主控制器通過驅動器件5和隔離器件6對所述被控對象7實施接續控制。
進一步地，所述關鍵控制過程的控制信息包括動作時刻、控制通道以及動作內容。
一種採用權利要求1至4的順序控制裝置進行的同步冗餘順序控制方法，其特徵在於，包括如下步驟：
步驟s1、裝置上電後進行初始準備；
步驟s2、所述協控制器4讀取關鍵控制信息；
步驟s3、所述主控制器1進行順序控制；
步驟s4、所述主控制器1執行到關鍵控制過程，所述協控制器4準備進行接續控制；
步驟s5、在所述主控制器1在關鍵控制過程中出現崩潰或軟體運行異常時，所述協控制器4進行接續控制。
進一步地，所述步驟s1包括以下子步驟：
s101、所述主控制器1加電，生成控制過程的控制信息；
s102、所述存儲器2加電，在進入關鍵控制過程前的順序控制過程中，所述主控制器1將預製的關鍵控制過程的控制信息存儲至所述存儲器2；
s103、所述協控制器4加電，準備從所述存儲器2中讀取關鍵控制過程的控制信息。
進一步地，所述步驟s2包括以下子步驟：
s201、所述主控制器1向所述協控制器4發出心跳信號heartbeat；
s202、所述協控制器4從所述存儲器2中讀取關鍵控制過程的控制信息。
進一步地，所述主控制器1按照順序控制的時序將生成的控制信息，通過所述驅動器件5對所述被控對象7實施順序控制，所述被控對象7通過所述隔離器件6反饋的開關量信號到所述主控制器1。
進一步地，當所述主控制器1執行到關鍵控制過程，送出啟動信號start到所述時鐘電路3和所述協控制器4；所述時鐘電路3接收到啟動信號start後開始輸出時鐘信號；所述協控制器4接收到所述啟動信號start後，當判斷心跳信號heartbeat有效時，所述協控制器4繼續從所述存儲器2內讀取控制信息，而不輸出控制信息。
進一步地，在所述主控制器1在關鍵控制過程中出現崩潰或軟體運行異常時，所述主控制器1停止發送心跳信號heartbeat，此時所述協控制器4不能接收到有效的心跳信號heartbeat，即刻以所述心跳信號heartbeat消失的時刻為零點，所述協控制器4按照已從所述存儲器2中讀取的控制信息，在所述時鐘信號的驅動下，通過所述驅動器件5對所述被控對象7實施接續控制，所述被控對象7通過所述隔離器件6反饋的開關量信號到所述協控制器4。
本發明有益效果如下：
本發明在主控制器的基礎上，增加了協控制器、存儲器和時鐘電路，從而實現了關鍵控制過程中主控制器軟體崩潰或軟體運行異常時協控制器的接續控制，相對常規的雙機或多機熱備份，硬體成本顯著降低；並且在進入關鍵控制過程前，主控制器軟體僅需將控制時序信息存儲至存儲器，然後通過硬體信號通知時鐘和協控制器開始工作，相對於雙機或多機熱備份複雜的數據同步過程，控制軟體複雜度顯著降低。
附圖說明
附圖僅用於示出具體實施例的目的，而並不認為是對本發明的限制，在整個附圖中，相同的參考符號表示相同的部件。
圖1為同步冗餘控制裝置原理框圖
具體實施方式
下面結合附圖來具體描述本發明的優選實施例，其中，附圖構成本申請一部分，並與本發明的實施例一起用於闡釋本發明的原理。
如圖1所示，同步冗餘控制裝置包括主控制器1、存儲器2、時鐘電路3、協控制器4、驅動器件5和隔離器件6；
所述主控制器1，生成順序控制過程的控制信息，包括：動作時刻、控制通道以及動作內容，通過所述驅動器件5和隔離器件6分別完成對被控對象7的開關量讀入和開關量輸出；
所述主控制器1與所述存儲器2連接，在進入關鍵控制過程前的順序控制過程中，將所述主控制器1執行的需要所述協控制器4接續控制的控制信息，即關鍵控制過程的控制信息，存儲至所述存儲器2；所述關鍵控制過程是指由一系列關鍵控制過程任務串聯組成的控制過程，所述關鍵控制過程任務是指要求在規定的時間內完成處理的任務，否則會給系統帶來不可接受的破壞或者致命錯誤。
所述主控制器1工作正常時，輸出心跳信號heartbeat到所述協控制器4，所述協控制器4自動從所述存儲器2讀取接續控制的控制信息，所述主控制器1工作不正常時，停止輸出心跳信號heartbeat；
所述心跳信號heartbeat是由所述主控制器1周期給出的連續脈衝信號，其脈衝頻率與時鐘的頻率一致；
在進入關鍵控制過程前，所述主控制器1輸出啟動信號start到所述時鐘電路3和所述協控制器4，啟動時鐘電路3和啟動所述協控制器4開始準備接續控制；
所述啟動信號start為一個觸發脈衝信號，由主控制器1在進入關鍵時間的控制過程前給出，用於通知時鐘電路3和協控制器4開始工作；
所述心跳信號heartbeat與所述啟動信號start的作用關係如下：
●所述啟動信號start無效、所述心跳信號heartbeat有效，所述協控制器4從所述存儲器2中讀取控制信息；
●所述啟動信號start無效、所述心跳信號heartbeat無效，所述協控制器4清除已讀取的控制信息；
●所述啟動信號start有效、所述心跳信號heartbeat有效，所述協控制器4從所述存儲器2中讀取控制信息，不採取任何控制措施；
●所述啟動信號start有效、所述心跳信號heartbeat無效，所述協控制器4以啟動信號start有效的時刻為零點，按照已讀取的控制信息，對所述被控對象7的實時動作內容進行接續動作控制。
所述存儲器2，用於存儲所述主控制器1發送的所述接續控制的控制信息；並與所述協控制器4相連，輸出所述控制信息。
所述時鐘電路3，用於在所述主控制器1輸出的啟動信號start作用下，輸出時鐘信號為所述協控制器4的周期工作提供驅動信號，所述時鐘信號與驅動動作時刻相匹配。
所述協控制器4，可在關鍵的控制過程中，當所述主控制器1軟體進出現崩潰或軟體運行異常時，對被控對象7實施接續控制；
在所述主控制器1輸出的心跳信號heartbeat的控制下，所述協控制器4從所述存儲器2讀取關鍵控制過程的控制信息；
當軟體執行到關鍵控制過程，所述協控制器4接收到所述主控制器1發出的啟動信號start和時鐘電路3輸出的時鐘信號；如果所述主控制器1軟體工作正常，所述協控制器4不輸出控制動作，如果所述主控制器1軟體出現崩潰或軟體運行異常，所述協控制器4不能接收到心跳信號，此時根據從存儲器中讀出的控制信息對所述被控對象7實施接續控制。
所述驅動器件5的輸入端與所述主控制器1和所述協控制器4相連接，接收控制開關量信號，輸出端與被控對象7相連，驅動被控對象7。
所述隔離器件6的輸入端與所述被控對象7相連接，輸出端與所述主控制器1和所述協控制器4相連接，將所述被控對象7反饋的開關量信號傳遞到所述主控制器1或所述協控制器4中，並且在所述主控制器1和所述協控制器4與所述被控對象7之間形成電路隔離。
所述被控對象7為所述控制程序的執行部件。
一種同步冗餘的順序控制方法的具體實現步驟如下：
步驟s1、系統上電後進行初始準備
所述步驟s1包括以下子步驟：
s101、所述主控制器1加電，生成控制過程的控制信息，包括：動作時刻、控制通道以及動作內容；
s102、所述存儲器2加電，在進入關鍵控制過程前的順序控制過程中，所述主控制器1將預製的關鍵控制過程的控制信息存儲至所述存儲器2；
s103、所述協控制器4加電，準備從所述存儲器2中讀取關鍵控制過程的控制信息。
步驟s2、所述協控制器4讀取關鍵控制信息
所述步驟s2包括以下子步驟：
s201、所述主控制器1向所述協控制器4發出心跳信號heartbeat；
s202、所述協控制器4從所述存儲器2中讀取關鍵控制過程的控制信息。
步驟s3、所述主控制器1進行順序控制
所述主控制器1按照順序控制的時序將生成的控制信息，通過所述驅動器件5對所述被控對象7實施順序控制，所述被控對象7通過所述隔離器件6反饋的開關量信號到所述主控制器1；
步驟s4、所述協控制器4準備進行接續控制
所述主控制器1在進入關鍵控制過程前，送出啟動信號start到所述時鐘電路3和所述協控制器4；
所述啟動信號start為一觸發脈衝信號，時鐘電路3接收到啟動信號start後開始輸出時鐘信號，所述時鐘信號與所述主控制器1的控制動作時刻相匹配；所述協控制器4接收到所述啟動信號start後，當判斷心跳信號heartbeat有效時，所述協控制器4繼續從所述存儲器2內讀取控制信息，而不輸出控制信息。
步驟s5、所述協控制器4進行接續控制。
在所述主控制器1軟體在關鍵控制過程中出現崩潰或軟體運行異常時，所述主控制器1停止送出所述心跳信號heartbeat，所述協控制器4不能接收到有效的心跳信號heartbeat，即刻以所述心跳信號heartbeat消失的時刻為零點，所述協控制器4按照已從所述存儲器2中讀取的控制信息，在所述時鐘信號的驅動下，通過所述驅動器件5對所述被控對象7實施接續控制，所述被控對象7通過所述隔離器件6反饋的開關量信號到所述協控制器4。
綜上所述，本發明實施例提供了一種同步冗餘的順序控制裝置，本方案在主控制器的基礎上，增加了協控制器、存儲器和時鐘電路，從而實現了關鍵控制過程中主控制器軟體崩潰或軟體運行異常時協控制器的接續控制，相對常規的雙機或多機熱備份，硬體成本顯著降低；並且在進入關鍵控制過程前，主控制器軟體僅需將控制時序信息存儲至存儲器，然後通過硬體信號通知時鐘和協控制器開始工作，相對於雙機或多機熱備份複雜的數據同步過程，控制軟體複雜度顯著降低。
以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。