[發明專利]一種新型故障容限工業自動化控制系統

在審

• 申請號: 201810703195.4
• 申請日: 2018-06-30
• 公開（公告）號: CN108958183A
• 公開（公告）日: 2018-12-07
• 發明（設計）人: 方義成
• 申請（專利權）人: 安徽合軟信息技術有限公司
• 主分類號: G05B19/418
• 分類號: G05B19/418
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明一種新型故障容限工業自動化控制系統涉及一種基于組件的自動化框架、基于軟件的冗余模式和分布式的可靠運行時間管理器的組合，并且能夠在運行時間時檢測主機故障以及觸發系統的重新配置。這種組合的解決方案通過使用備份應急預案，并且無需操作員干預或者立即硬件更換，在發生故障情況下保持系統運行，并且另外，自動恢復容錯。因此提供一種故障容限的容錯機制，其在故障已發生之后，自動并且立即恢復容錯的原始等級，即，無需必須等待故障實體的維修或更換。簡言之，本發明對于操作者或工程師通過自動適配新的環境來在降低的成本以及復雜性下實現增加可用性或正常運行時間。

技術領域

本發明涉及在一種工業自動化與控制系統IACS中配置和運行控制應用的 領域。特別是，其涉及在這類系統中的改進容錯。

背景技術

在工業系統或過程中，工廠停機的成本通常是相當高的。因而，不能接受 的停機成本提倡對應的工業自動化控制系統的增加可靠性和高可用性。后者通 常依賴于冗余，其中對控制系統的關鍵部分或關鍵的控制應用進行復制，并且 該控制系統的容錯產生于冗余和錯誤檢測機制，諸如監督、看門狗(watchdog) 或心跳(heartbeat)的組合。

現有的冗余模式，例如備用冗余(StandbyRedundancy)或者三重模塊化冗 余(TMR)，能夠為自動化控制系統提供容錯。但是，一旦故障已發生，這些容 錯機制失去或降低容錯。例如，TMR模式容許單個故障。如同大多數其他模式 一樣，直到故障實體被替換，原始容錯才會恢復。在該期間，在發生第二個故 障時，TMR通常啟動安全關機。也能夠使用更多副本(replica)來部署冗余以 容許多個故障。這造成更高的成本并且增加的復雜性，并且因此極少這樣做。

在專利申請EP12182884.2中，用于控制工業主系統或過程的工業自動化與 控制系統IACS中的控制應用或用于控制工業主系統或過程的工業自動化與控 制系統IACS的控制應用，以最佳方式配置和部署。該IACS包含多個運行主機， 例如單核或多核CPU的CPU核，并且該控制應用由多個組件或子應用組成。 這些組件可以相互關聯并且至少部分地并行運行。最后，組件可根據特定約束， 例如相關組件運行定時，按照預定運行順序個別地指派給運行主機用于運行。 所得到的基于組件的軟件架構提供了依靠靜態調度的循環實時系統框架，其在 運行時間時允許加載組件并且修改調度。

發明內容

本發明的目的是改進工業自動化控制系統IACS中的容錯。這個目的通過如 獨立權利要求所述的方法來實現。優選的實施例從從屬專利權利要求中是明顯 的。

根據本發明，暫時容錯降級在工業自動化與控制系統IACS中被阻止，該系 統包含多個主機或控制器，連接到通信總線用于向至少一些主機以并行的方式 提供輸入數據。每個主機以循環方式并且按照配置來運行作為控制應用的一部 分的多個組件。該配置包含數據結構，該數據結構包括靜態順序調度以及組件 間通信通道映射，其中組件在運行時間時可加載并且其中調度在運行時間時可 修改。對于故障的容限，例如對于影響至少一個關鍵組件的主機故障的容限， 通過運行下列步驟來提供：

在第一主機上運行關鍵組件的活動實例或副本，并且使在第二主機上實體 化的關鍵組件的冗余第一備用實例的狀態與該活動組件同步，

利用錯誤檢測機制，例如監督、看門狗(watchdog)或心跳(heartbeat)，在先 前組件運行循環中檢測第一主機的故障；

在下一個組件運行循環之前，激活第一備份配置，或第一應急預案，其包 含運行作為在第二主機上的關鍵組件的當前活動實例的第一備用實例，以及包 含使在第三主機上實體化或加載到第三主機的關鍵組件的冗余第二備用實例的 狀態與第一備用實例同步。