铁路机务段信号控制中两台独立PLC系统冗余切换方法技术方案

本发明专利技术是一种铁路机务段信号控制中两台独立PLC系统冗余切换方法。控制系统采用独立运行的主、备两台PLC和一台上位机，上位机安装WinCC监控软件，WinCC通过总线通讯方式分别与两台PLC进行数据交换；WinCC每10秒钟检查一次与两台PLC通讯的状态，连接上WINCC的主PLC将其“允许输出信号”置为1，备用PLC“输出禁止信号”置为0；当主PLC因任何故障导致CPU停止运行时，WinCC扫描到该停止信号，立刻启动备用PLC的输出。本发明专利技术实现了两个独立PLC控制系统的自动热备冗余。对PLC的要求不高，只要有通信口，就能实现。不需要增加硬件，成本低，实现容易。只对有用的数据进行更新，并且只在数据发生变化时才对备用PLC的数据进行更新，节省通信时间及数据库资源。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及PLC控制系统，尤其是涉及铁路机务段信号控制中两台独立PLC系统冗余切换方法。
技术介绍
目前运行在铁路机务段信号控制中的两台PLC(可编程逻辑控制器)是单独运行的，相互之间的切换，需要人工进行操作，切换包括:从先前运行的PLC中的读出车号，并写入到将要运行的PLC中；手动切换原先的PLC至“STOP”状态，切换将要运行的PLC至“RUN”状态；这样的操作方式，一旦运行的PLC出现故障，数据不能读出，造成很大的麻烦。现有技术的PLC控制系统中为了保证控制系统的可靠性，大多采用控制器冗余配置的方式，在冗余配置中，PLC系统的CPU模块冗余，10模块没有冗余，两台PLC通过冗余的DP (数据处理)网实现系统冗余。现有冗余方案中，若采用西门子300系列的PLC，CPU模块必须是315-DP，并配置冗余软件包，才能实现软冗余。使用其他型号的CPU模块没法实现。若采用400系列的PLC，CPU模块必须是414H，两台CPU通过光纤模块进行连接实现CPU的硬件冗余。上述采用控制器(CPU模块)冗余的的方式，有现成的方案，其运行方式是一用一备，备用CPU实时更新数据，与运行的PLC进行同步。若采用两套相同控制系统:CPU模块+10模块，一台输出进行控制，另一台运行但不输出，要实现其冗余，还没有现成的控制方案可供选择。现有技术的缺点: 1、只解决了CPU的冗余，解决不了两套独立运行的PLC系统的冗余问题； 2、对CPU模块有限制要求:硬件实现冗余要求CPU为414H，冗余软件包实现的冗余要求 CPU 为 315-DP ； 3、对冗余的数据要求必须是连续的。这样，不需要传送的数据也被传送，使通信量增加，增加了 CPU的通信负担。
技术实现思路
本专利技术的目的是在仅仅对有用的数据进行替换和不增加硬件成本的条件下，实现铁路机务段信号控制中的两台PLC控制系统的自动热备冗余。为了实现本专利技术的目的。提出以下技术方案: 一种铁路机务段信号控制中两台独立PLC系统冗余切换方法，所述冗余切换方法采用独立运行的主、备两台PLC和一台作为监控计算机的上位机监控系统WinCC，其中，WinCC通过MPI总线通讯方式分别与两台PLC进行数据交换。所述Wincc运行激活后，登录用户，把主PLC中的相关数据传到备用PLC中。相关数据包括车号、进路选通信号、信号机状态控制字和转辙机状态控制字。所述WinCC每10秒钟检查一次与两台PLC通讯的状态，连接上WINCC的主PLC将其“允许输出信号”置为“1”，备用PLC “输出禁止信号”置为“0”； 当主PLC因任何故障导致CPU停止运行时，WinCC扫描到该停止信号，立刻启动备用PLC的输出。所述冗余切换方法的具体步骤为: 1)首先通过MPI方式完成两台PLC的通信连接。2)PLC第一次上电，首先将本PLC “允许输出信号”置为“0”。PLC上电运行后，自动产生“心跳”信号，并通过通信了解另一台PLC运行状况，如果检测不到对方“心跳”信号，将本机“允许输出信号”置为“ 1 ”。3)若两台PLC都在运行状态，WINCC与两台PLC均通信正常，WINCC把“允许输出信号”为“ 1 ”的PLC视为主PLC，另一台视为备用PLC ；WINCC根据主PLC的相关数据变化更新备用PLC中数据，相关数据包括:信号机状态控制字、转辙机状态控制字、车号、进路选通信号。4)两台PLC中，若一台运行状态，一台停止状态，WINCC将判断停止的PLC是否有上电动作，一旦检测到该PLC上电信号，将所有要传送的数据都从运行的PLC传送到该PLC中。所述步骤2检测PLC “心跳”的方法具体为:采用固定周期变化的两个相反的位表示“心跳”的存在，对方没有“心跳”，延时后，置本机“允许输出信号”为“ 1 ”，实现两个独立PLC控制系统的自动热备冗余控制输出。所述通信方式还可以采用PROFIBUS、PROFINET、M0DBUS或CANBUS等。和现有技术相比，本专利技术的具有以下明显的优势: 现有技术中的两个独立PLC不能实现热备冗余，只能手动进行切换，切换中需要进行数据的导出和导入，过程比较长，本专利技术实现了两个独立PLC控制系统的自动热备冗余；现有技术中PLC冗余有硬件实现的冗余和软件实现的冗余两种，均为CPU冗余，而做不到10模块的冗余。硬件实现的冗余通讯采用专用通讯接口，并采用专用硬件模块连接，软件实现冗余也对CPU模块要求较高。本专利技术对PLC的要求不高，只要有通信口，就能实现。不需要增加硬件，成本低，实现容易。现有技术中的冗余是实时的数据区更新，占用资源及时间较多；本专利技术只对有用的数据进行更新，并且只在数据发生变化时才对备用PLC的数据进行更新，节省通信时间及数据库资源。【附图说明】图1是本专利技术的双机热备方案示意图。【具体实施方式】为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合附图和具体实施例，对本专利技术进一步详细说明。本专利技术采用上位监控计算机作为“协调调度”中心，实现冗余。图1是本专利技术的双机热备方案，如图所示，本专利技术采用两台独立运行的PLC和一台监控计算机，即，主、备两台PLC通过多点接口 MPI通讯方式与上位机WinCC软件分别进行数据同步，但只有一台PLC有输出。WinCC每10秒钟检查一次与两台PLC通讯的状态，连接上WINCC的PLC将其“允许输出信号”置为1，备用PLC “输出禁止信号”置为0。在WINCC运行激活画面时也触发这个动作。当一台PLC因任何故障导致CPU停止运行时，WinCC扫描到该停止信号，立刻启动另一台PLC的输出。Wincc运行激活后，登录用户，Wincc将把主PLC中的相关数据(车号、进路选通信号、信号机状态控制字、转辙机状态控制字)，传到备用PLC中。本专利技术的两台独立PLC系统冗余切换方法的具体步骤: 1、首先通过MPI方式完成两台PLC的通信连接。2、两台PLC都各自产生“心跳”信号，通过通信，了解对方运行状况，PLC第一次上电，首先将本PLC “允许输出信号”置为“0”，在运行中如果检测不到对方“心跳”信号，才将本机置“允许输出信号”置为“ 1 ”。3、若两台PLC都在运行，上位监控系统(WINCC)与两台PLC均通信正常，WINCC把“允许输出信号”为“1”的PLC作为主PLC，另一台为备用PLC ;WINCC根据主PLC的相关数据变化更新备用PLC中数据，相关数据包括:信号机状态控制字、转辙机状态控制字、车号、进路选通信号。4、PLC若一台运行一台停止，WINCC将判断停止的PLC是否有上电动作，一旦检测到PLC上电信号，将所有要传送的数据都从运行的PLC传送到此PLC中。通信方式检测PLC “心跳”的方法:采用固定周期变化的两个相反的位，表示“心跳”的存在，对方没有“心跳”，延时后，置本机“允许输出信号”为“ 1 ”，实现两个独立PLC控制系统的自动热备冗余控制输出。采用WINCC的数据传送方式实现数据的冗余，完成两台PLC系统的数据同步。此方法对PLC的要求不高，只要有通信口，就能实现。不需要增加硬件，成本低，实现容易。采用WINCC事件触发的方式，分散进行数据传送。只在数据发生变化时才进行更新，节省通信时间。本专利技术的系统的通信可以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铁路机务段信号控制中两台独立PLC系统冗余切换方法，其特征在于，所述冗余切换方法采用独立运行的主、备两台PLC和一台作为监控计算机的上位机监控系统WinCC， 其中，所述WinCC通过MPI总线通讯方式分别与两台PLC进行数据交换；所述Wincc运行激活后，登录用户，把主PLC中的，包括车号、进路选通信号、信号机状态控制字和转辙机状态控制字的相关数据传到备用PLC中；所述WinCC 每10秒钟检查一次与两台PLC通讯的状态，连接上WINCC的主PLC将其“允许输出信号”置为“1”，备用PLC“输出禁止信号”置为“0”；当主PLC因任何故障导致CPU停止运行时，WinCC扫描到该停止信号，立刻启动备用PLC的输出。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王先宏，
申请(专利权)人：王先宏，
类型：发明
国别省市：北京;11