[發(fā)明專利]一種基于設(shè)備冗余和網(wǎng)絡(luò)冗余的混合冗余可編程控制系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310690025.4
• 申請日: 2013-12-13
• 公開（公告）號: CN103647781B
• 公開（公告）日: 2017-05-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 仲崇權(quán);李稚春;劉雪梅;孫濤;葛晶晶;龔中強(qiáng);劉雪喆;劉鑫
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工計算機(jī)控制工程有限公司
• 主分類號: H04L29/06
• 分類號: H04L29/06;H04L12/46;H04L12/707
• 代理公司: 大連星海專利事務(wù)所21208
• 代理人: 王樹本

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于工業(yè)自動化控制技術(shù)領(lǐng)域，涉及到該領(lǐng)域?qū)I(yè)生產(chǎn)過程的安全性和可靠性的要求，特別涉及到一種基于設(shè)備冗余和網(wǎng)絡(luò)冗余的混合冗余可編程控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)

冗余技術(shù)是提高計算機(jī)控制系統(tǒng)可靠性的最有效方法之一。為了達(dá)到控制系統(tǒng)的高可靠性和低失效率相統(tǒng)一的目的，我們通常會在控制系統(tǒng)的設(shè)計和應(yīng)用中采用冗余技術(shù)，但是同時也增加了系統(tǒng)的復(fù)雜度、設(shè)計的難度和成本，所以合理的冗余設(shè)計將大大提高系統(tǒng)的可靠性并降低項目輸出成本。

根據(jù)冗余的切換方式，冗余系統(tǒng)大致分為：①硬冗余方式，當(dāng)主設(shè)備故障時，通過特定硬件判別、備份方式無間隙地自動切換到備用設(shè)備上，保持系統(tǒng)正常運行。②軟冗余方式，主要通過編程方式來實現(xiàn)冗余。當(dāng)前市場上的冗余產(chǎn)品，多是采用硬件方式冗余、且需要專用的上位機(jī)軟件進(jìn)行配合使用，這種方式操作比較復(fù)雜、投入較大，且對于冗余技術(shù)不熟悉的工程師來說，增加了控制器網(wǎng)絡(luò)的配置和部署時間，也加大了控制器產(chǎn)品調(diào)試的難度。而對于軟冗余產(chǎn)品來說，軟冗余不需要特殊的冗余模塊或軟件支持，成本較低，但在冗余實現(xiàn)和系統(tǒng)維護(hù)方面比較繁瑣并且一般的軟冗余切換的速度稍慢，而且可靠性較差，如果通訊鏈路一旦出現(xiàn)異常，則容易使活動設(shè)備與備份設(shè)備之間的通訊故障，導(dǎo)致冗余過程失敗。同時，軟冗余切換的速度較慢，難以滿足某些工藝要求較高的場合。

綜上，目前尚未存在具備低成本、高可靠性、高速率，能夠?qū)⒕W(wǎng)絡(luò)冗余、設(shè)備冗余等諸多特性混合在一起的完善的冗余技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服已有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明目的是提供一種基于設(shè)備冗余和網(wǎng)絡(luò)冗余的混合冗余可編程控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)包括主控制器混合冗余系統(tǒng)和從控制器混合冗余系統(tǒng)，采用四線機(jī)制和四層冗余實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)冗余和設(shè)備冗余集一身的混合冗余，保證了系統(tǒng)運行的可靠性；采用編程方式實現(xiàn)冗余，降低了成本的投入；具備正常模式和快速模式兩種故障恢復(fù)模式，滿足不同場合下的切換速度和生產(chǎn)工藝的要求。

為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，解決已有技術(shù)中所存在的問題，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：一種基于設(shè)備冗余和網(wǎng)絡(luò)冗余的混合冗余可編程控制系統(tǒng)，包括主控制器混合冗余系統(tǒng)和從控制器混合冗余系統(tǒng)，所述主控制器混合冗余系統(tǒng)包括雙以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)冗余及以太網(wǎng)設(shè)備冗余并接入以太網(wǎng)，實現(xiàn)以大網(wǎng)通信；所述從控制器混合冗余系統(tǒng)，包括雙串口串行網(wǎng)絡(luò)冗余及串行設(shè)備冗余并接入串行總線，實現(xiàn)串行通信；整個系統(tǒng)采用四層冗余，用于提高系統(tǒng)運行的可靠性。

所述主控制器混合冗余系統(tǒng)，包括主控制器活動設(shè)備、主控制器備份設(shè)備、交換機(jī)（1）、交換機(jī)（2）及上位機(jī)，所述主控制器活動設(shè)備及主控制器備份設(shè)備，分別經(jīng)以太網(wǎng)網(wǎng)口1通過以太網(wǎng)與交換機(jī)（1）連接；所述主控制器活動設(shè)備及主控制器備份設(shè)備，分別經(jīng)以太網(wǎng)網(wǎng)口2通過以太網(wǎng)與交換機(jī)（2）連接；所述交換機(jī)（1）與交換機(jī)（2）之間通過以太網(wǎng)連接，所述交換機(jī)（1）及交換機(jī)（2）分別通過以太網(wǎng)與上位機(jī)連接；主控制器通過交換機(jī)與上級網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息交互，運行時，主控制器活動設(shè)備及主控制器備份設(shè)備中的一個網(wǎng)口處于上電運行狀態(tài)，另一個網(wǎng)口處于斷電狀態(tài)；正常模式下，主控制器活動設(shè)備及主控制器備份設(shè)備之間直接采用以太網(wǎng)方式進(jìn)行通信；快速模式下，需在主控制器活動設(shè)備I/O口與主控制器備份設(shè)備I/O口之間相連接，采用I/O口輔助以太網(wǎng)方式進(jìn)行通信。

所述從控制器混合冗余系統(tǒng)，包括主控制器設(shè)備、從控制器活動設(shè)備及從控制器備份設(shè)備，所述從控制器活動設(shè)備及從控制器備份設(shè)備具有串口1及串口2兩個串口資源，并且分別與主控制器設(shè)備上的串口一一對應(yīng)連接，實現(xiàn)串行通信鏈路冗余和設(shè)備冗余；所述主控制器設(shè)備通過串口發(fā)送掃描報文，用于確定從控制器活動設(shè)備串行通信鏈路及自身運行情況，一旦從控制器活動設(shè)備內(nèi)部出現(xiàn)故障，導(dǎo)致串口1和串口2不能與主控制器設(shè)備進(jìn)行通信，需切換到另一個從控制器備份設(shè)備上，實現(xiàn)正常I/O口輸出和信號采集。