[發明專利]一種多重冗余控制器的時鐘同步控制系統及方法

有效

• 申請號: 201510122316.2
• 申請日: 2015-03-19
• 公開（公告）號: CN104796213B
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發明（設計）人: 胡歙眉;杭哲;任秉乾;查汀;趙劍鋒;施海慶
• 申請（專利權）人: 南京科遠自動化集團股份有限公司
• 主分類號: H04J3/06
• 分類號: H04J3/06
• 代理公司: 南京匯盛專利商標事務所(普通合伙)32238
• 代理人: 陳揚

技術領域

本發明涉及一種時鐘同步控制系統及方法，特別涉及一種用于多重冗余系統的時鐘同步控制系統及方法。

背景技術

由于工業現場環境的不確定因素較多，所以對工業控制系統的可靠性和安全性都有著非常高的要求。在提高系統可靠性和安全性方面，避錯和容錯是兩種關鍵性技術。避錯即避免出錯，即采用正確的設計和質量控制方法盡量避免將錯誤引進系統，也即使用高可靠性器件等。但由于高可靠性器件的指標受工藝技術，成本等影響，且無論采用何種技術，如何控制制造工藝都不可能避免故障的發生，所以對系統可靠性提升潛力有限。容錯技術即容忍故障，通過增加適當的設計余量和替換工作方式等消除產品故障的影響，使產品在其組成部分發生有限的故障時，仍然能夠正常工作。而冗余是實現產品容錯的一種重要手段。冗余技術主要是通過在產品中針對規定任務增加更多的功能通道，以保證在有 限數量的通道失效的情況下，產品仍然能夠完成規定任務。常用的是雙重化冗余和三重化冗余。而在搭建多重化冗余平臺時，最重要的是兩個功能，一個是數據同步，一個是時鐘同步。

時鐘同步理論中，一般將時鐘同步分為兩類：緊耦合時鐘同步和松散耦合時鐘同步。緊耦合時鐘同步是指在同一個時鐘控制下，所有的CPU的執行時鐘完全同步，此種方法可以給各冗余模塊提供理想的同步時鐘，但極易產生共模故障；松散耦合時鐘同步，是指各系統采用各自的時鐘，通過系統間的互相反饋調節實現周期性的時鐘同步，這種方法能有效抑制共模故障，但實現復雜。

從實現手段上時鐘同步也可分為兩種：軟件實現和硬件實現。軟件實現比較靈活，適用性、兼容性較好，但是由于在各個系統間的通信上存在先天的、不可避免的較大延遲，同步效果不佳。硬件實現由于采用物理上的直接連接通信，通信上的誤差可幾乎忽略，同步速度快，同步效果好，抗干擾能力強。

發明內容

為了克服現有技術的缺陷，本發明的目的是提供一種多重冗余控制器的時鐘同步控制系統及方法，本發明糅合緊耦合時鐘同步和松散耦合時鐘同步的理論，以軟硬件結合的方式實現了一種應用于多重冗余系統的時鐘同步方法。

本發明的目的通過以下技術方案實現：

一種多重冗余控制器的時鐘同步控制系統，其特征在于：該系統包括控制器和與控制器的數目相同的時鐘同步系統組成，所述的時鐘同步系統均設置于各控制器內，各控制器通過同步信號線、時鐘信號線相互通信連接；所述時鐘同步系統包括：時鐘同步模塊、處理器、時鐘診斷模塊和系統監測模塊，其中：

所述的時鐘同步模塊輸出信號包括同步信號、時鐘信號，其輸出信號端連接所述的同步信號線、時鐘信號線，輸入信號端連接時鐘診斷模塊，同時，與所述的處理器和系統檢測模塊通信連接；

所述的時鐘診斷模塊輸出信號為狀態信號，其輸出信號端連接所述時鐘同步模塊，輸入信號端連接所述的時鐘信號線，同時，與所述的系統檢測模塊通信連接。

所述時鐘同步模塊包括：信號發生單元、信號捕捉單元、時鐘檢測單元和協處理器，其中：

所述信號發生單元，輸出本地控制器的同步信號和時鐘信號，輸出信號分別連接到所述的同步信號線、時間信號線；

所述信號捕捉單元，其連接所述的同步信號線，捕捉包括本地控制器在內的各控制器同步信號，連接所述時鐘診斷模塊，獲取該時鐘診斷模塊輸出的包括本地控制器在內的各控制器狀態信息；

所述時鐘檢測單元連接所述的同步信號線，獲取包括本地控制器在內的各控制器同步信號；

所述協處理器與所述的信號發生單元、信號捕捉單元、時鐘檢測單元通信連接。

所述時鐘診斷模塊包括：時鐘診斷單元和狀態信號發生單元，其中：

所述時鐘診斷單元，其輸入信號端連接所述的時鐘信號線獲取包括本地控制器在內的各控制器時鐘信號，輸出端與狀態信號發生單元連接；

所述狀態信號發生單元，輸出包括本地控制器在內的各控制器狀態信號，其輸出信號端連接所述的時鐘同步模塊的信號捕捉單元，所述的狀態信號標記各控制器時鐘為“正常”或“異常”。

所述系統監測模塊包括：輸出回檢單元和功能檢測單元，其中：

所述輸出回檢單元，其輸入信號端連接所述的時鐘診斷模塊和所述的時鐘同步模塊，獲取時鐘診斷模塊發出的狀態信號和時鐘同步模塊接收的狀態信號，輸出端連接所述時鐘同步模塊，輸出回檢結果為“一致”或“不一致”；

所述功能檢測單元，是針對所述時鐘診斷模塊的自動檢測單元，其控制連接所述的時鐘診斷模塊，控制信號為時鐘診斷模塊運行“正常”或“異常”。