[發(fā)明專利]輸入輸出模塊冗余切換方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410848941.0
• 申請(qǐng)日: 2014-12-31
• 公開（公告）號(hào): CN104714406A
• 公開（公告）日: 2015-06-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 裴文龍;程海栗;裘宏波;祁艷艷
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 重慶川儀自動(dòng)化股份有限公司
• 主分類號(hào): G05B9/03
• 分類號(hào): G05B9/03
• 代理公司: 北京海虹嘉誠(chéng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11129
• 代理人: 謝殿武

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及通信領(lǐng)域，尤其涉及一種冗余切換電路的方法。

背景技術(shù)

分散控制系統(tǒng)(Distributed?Control?System,簡(jiǎn)稱DCS)是以微處理器為基礎(chǔ)，采用控制功能分散、顯示操作集中、兼顧分而自治和綜合協(xié)調(diào)的設(shè)計(jì)原則的新一代儀表控制系統(tǒng),其中，可靠性是DCS系統(tǒng)的關(guān)鍵指標(biāo)，而冗余技術(shù)是系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)中常用的一種技術(shù)，可以有效地提高系統(tǒng)的可靠性。系統(tǒng)的冗余設(shè)計(jì)雖然可以極大地提高系統(tǒng)的可靠性，但是也會(huì)增加了系統(tǒng)的復(fù)雜度、設(shè)計(jì)的難度和系統(tǒng)成本。因此，如何合理并有效地實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)，是DCS系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。

DCS系統(tǒng)的冗余技術(shù)通過(guò)增加多余的設(shè)備，保證系統(tǒng)更加可靠、安全地工作。DCS系統(tǒng)的冗余，按照在系統(tǒng)中所處的位置可分為元件級(jí)、部件級(jí)和系統(tǒng)級(jí)；按照冗余的程度可分為1:1冗余、1:2冗余、1:n冗余等多種。在當(dāng)前元器件可靠性不斷提高的情況下,1:1的部件級(jí)熱冗余是一種有效而又相對(duì)簡(jiǎn)單、配置靈活的冗余技術(shù)實(shí)現(xiàn)方式。

輸入輸出模塊是系統(tǒng)輸入輸出層的核心部件，輸入輸出模塊冗余技術(shù)是提高系統(tǒng)可靠性和穩(wěn)定型的有效手段之一。引入輸入輸出模冗余技術(shù)后，當(dāng)某一模塊發(fā)生故障，不會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)，而且故障維護(hù)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)沒有影響，可以實(shí)現(xiàn)在線維護(hù)，使故障模塊得到及時(shí)的修復(fù)。輸入輸出模塊采用1：1冗余方式，即為運(yùn)行的輸入輸出模塊配置1臺(tái)相同的備用模塊。其中，處于運(yùn)行狀態(tài)的模塊稱之為主，處于備用狀態(tài)的模塊稱之為從。模塊的冗余切換即當(dāng)主模塊發(fā)生故障或失效時(shí)，備用模塊接管主模塊工作且原主模塊進(jìn)入備用狀態(tài)的過(guò)程。冗余控制器主從狀態(tài)的確定即基于特定控制器的硬件平臺(tái)通過(guò)一定的判定機(jī)制確定冗余控制器的主運(yùn)行或備用狀態(tài)，是控制器冗余的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。冗余控制器需要準(zhǔn)確、及時(shí)地確定主從狀態(tài)，以確保控制功能的正確、順暢的實(shí)現(xiàn)，既要避免無(wú)主狀態(tài)，又要避免多主狀態(tài)；既要保證出現(xiàn)故障時(shí)能快速切換，又不能因誤動(dòng)作而頻繁切換。

不同的模塊冗余的實(shí)現(xiàn)的級(jí)別不同，方法也不一樣，使用的技術(shù)也有所不同。有的模塊冗余采用器件冗余，有的采用通道冗余，但基于DCS系統(tǒng)特點(diǎn)，元器件冗余和通道冗余不光設(shè)計(jì)和應(yīng)用難度大，并且難以實(shí)現(xiàn)在線維護(hù)。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供的一種輸入輸出模塊冗余切換方法，輸入輸出模塊包括處于正常工作狀態(tài)的主模塊和處于非工作狀態(tài)并與主模塊互為冗余的備用模塊，互為冗余的兩個(gè)模塊間通過(guò)心跳信號(hào)進(jìn)行通信，當(dāng)主模塊工作異常時(shí)，將備用模塊切換為工作狀態(tài)；

所述心跳信號(hào)經(jīng)過(guò)輸出端口電路將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為電平信號(hào)發(fā)送給備用模塊。

進(jìn)一步，所述主模塊與備用模塊之間連接有心跳線，主模塊通過(guò)所述心跳線向備用模塊發(fā)送心跳信號(hào)，當(dāng)備用模塊在預(yù)設(shè)的時(shí)間閾值內(nèi)沒有收到主模塊發(fā)送的心跳信號(hào)，則觸發(fā)冗余切換。

進(jìn)一步，所述主模塊和備用模塊上分別設(shè)有輸入端和輸出端，所述主模塊的輸入端通過(guò)心跳線與備用模塊的輸出端連接，所述備用模塊的輸入端通過(guò)心跳線與主模塊的輸出端連接，所述輸入端信號(hào)觸發(fā)主模塊輸出端輸出信號(hào)的總時(shí)間滿足下式：

T＝T_W+T_PLH

其中，T_W是脈沖信號(hào)的高電平保持時(shí)間；T_PLH是經(jīng)過(guò)圖2所示電路，將脈沖信號(hào)高電平狀態(tài)延遲的時(shí)間。

進(jìn)一步，所述輸入端信號(hào)脈沖信號(hào)周期不大于T_W。

進(jìn)一步，實(shí)時(shí)監(jiān)控備用模塊的輸入端的電平信號(hào)，若主模塊正常工作，則所述輸入端一直保持高電平狀態(tài)，若主模塊故障，則所述輸入端變?yōu)榈碗娖綘顟B(tài)。

進(jìn)一步，若備用模塊的輸入端低電平狀態(tài)持續(xù)時(shí)間超過(guò)設(shè)定的閾值，則進(jìn)行冗余切換，將備用模塊切換為工作狀態(tài)，接替主模塊進(jìn)行工作。

進(jìn)一步，當(dāng)主模塊和備用模塊同時(shí)處于工作狀態(tài)時(shí)，

對(duì)于輸入模塊，控制器報(bào)警并選用低地址模塊的數(shù)據(jù)；

對(duì)于輸出模塊，控制器報(bào)警并關(guān)斷高地址模塊的輸出。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了冗余模塊的狀態(tài)快速、準(zhǔn)確和有效的判定；傳輸電路更為可靠和穩(wěn)定的；可設(shè)定的切換時(shí)間，提高了模塊冗余的適用性和靈活性；結(jié)合控制器進(jìn)一步提高了模塊冗余切換的準(zhǔn)確性和有效性。滿足了系統(tǒng)冗余應(yīng)用需求，具使用方便、可靠性好、通用性高等優(yōu)點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述：

圖1是本發(fā)明的原理示意圖。