支持冗余切换功能的控制系统及方法技术方案

本发明专利技术提出一种支持冗余切换功能的控制系统，包括：控制器主机；控制器从机；第一通信模块，用于将由控制器主机所发送的心跳信号和同步数据传送至控制器从机；第二通信模块，用于将由控制器主机发送的从机故障查询帧和主动切换信号发送至控制器从机，以及将由控制器从机发送的心跳信号异常确认信号和从机故障应答帧传送至控制器主机。根据本发明专利技术的系统，结构简单、可靠性高。本发明专利技术还提出一种支持冗余切换功能的控制方法。

【技术实现步骤摘要】
支持冗余切换功能的控制系统及方法
本专利技术涉及冗余控制器
，尤其涉及一种支持冗余切换功能的控制系统及方法。
技术介绍
控制器通常为仪控系统的核心部件，其可靠性的高低直接关系到仪控系统乃至整个被控对象能否保持安全状态和正常运行。控制器主控功能故障将导致设备或整个生产过程的停止而严重影响经济效益。对于安全性有较高要求的应用场合(如核反应堆仪控系统、飞机/航天器机载控制系统等)，控制器主控功能故障可造成灾难性的后果。通过冗余的手段来提高控制器的可靠性受到广泛的关注，迄今主要有如下几个方面的思路：(1)附加诊断专用硬件电路的冗余切换方案此种方案在控制器主机和控制器从机间需额外添加专门用于诊断的硬件电路，该部分电路主要执行两大功能：监测控制器主机的心跳信号并对控制器主机是否故障进行判断。当判定控制器主机故障时控制完成切换操作。该方案实现切换的软件逻辑相对简单，但是需要额外附加硬件模块，而且该附加的硬件模块将成为整个控制器的单一故障点。(2)基于单一心跳线的冗余切换方案此类方案不添加专用于诊断的硬件电路，控制器主机是否故障的判定需要控制器从机进行判定。其基本原理可概述为：控制器主机和控制器从机间周期性地将关键数据进行同步。同时，控制器主机上依靠软件操控通信接口或I/O口向控制器从机发送心跳信号，控制器从机运行相应的心跳信号接收逻辑对主机的心跳信号进行监测和判定。当控制器从机检测到主机的心跳信号异常(一般表现为超时)时，控制器从机将自身切换为“主机”状态。此方法无需添加额外的专用硬件电路，但是此种方法在心跳信号通信链路故障时，容易造成控制器主机故障的误判，进而导致两个控制器均运行在“主机”状态，如此将造成对I/O操作的冲突。(3)借用控制器外的网络和设备提供另一心跳信号的冗余切换方案。大多数应用中控制器主机和控制器从机都将通过网络与上位机、工程师站等相连，控制器主机和控制器从机实际也通过这个网络连接在一起。此类方案利用这个通信链路新增一路心跳信号，并将两路心跳信号结合在一起判定控制器主控功能是否故障。基于此以尽可能避免对控制器主机是否丧失主控功能的误判。较之于(2)，此方案的优点很明显：能够更有效地避免错误判定为控制器主机主控功能故障。但是，此方案将过分依赖于主、从控制器以外的通信网络，如此将使得冗余控制器的冗余切换功能与外部网络、交换机的连接和运行状态耦合在一起，并且适用于无外部网络的场合。另外，所增添的心跳信号也将增加外部网络的通信负荷，并且外部网络的转发时延不方便控制，可能导致完成判定的操作滞后，不利于保障冗余切换的实时性。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的第一个目的在于提出一种结构简单、可靠性高的支持冗余切换功能的控制系统。为了实现上述目的，本专利技术实施例的支持冗余切换功能的控制系统，包括：控制器主机；控制器从机；第一通信模块，用于将由所述控制器主机所发送的心跳信号和同步数据传送至所述控制器从机；第二通信模块，用于将由所述控制器主机发送的从机故障查询帧和主动切换信号发送至所述控制器从机，以及将由所述控制器从机发送的心跳信号异常确认信号和从机故障应答帧传送至所述控制器主机。根据本专利技术的支持冗余切换功能的控制系统，利用第一通信模块向控制器从机发送心跳信号和同步数据，并应用第二通信模块实现心跳信号的二次确认，以及支持控制器主机对控制器从机的从机故障查询和主动切换功能，便于控制器主机在部分故障的情形下进行主动切换，结构简单、可靠性高。在一些示例中，所述控制器主机包括：心跳信号发送模块，用于向所述控制器从机发送所述心跳信号；数据同步模块，用于向所述控制器从机发送所述同步数据；心跳信号确认模块，用于向所述控制器从机发送应答帧，以确认所述控制器主机工作正常；从机状态查询模块，用于向所述控制器从机发送查询帧，以确认所述控制器从机是否故障；自检及故障诊断模块，用于对所述控制器主机的故障状态进行检测与诊断，以获取所述控制器主机的自检及故障诊断结果；主动切换模块，与所述自检及故障诊断模块相连，用于接收所述控制器主机的自检及故障诊断结果并向所述控制器从机发送主动切换指令，以及将所述控制器主机切换为从机状态。在一些示例中，所述控制器从机包括：心跳信号接收及超时判定模块，用于接收并分析所述心跳信号；数据同步模块，用于对所述同步数据进行接收、解析和存储；心跳信号确认模块，用于向所述控制器主机发送询问帧，以判断所述第一通信模块是否正常；自检及故障诊断模块，用于对所述控制器从机的故障状态进行检测与诊断，以获取所述控制器从机的自检及故障诊断结果；从机状态查询模块，与所述自检及故障诊断模块相连，用于接收所述控制器从机的自检及故障诊断结果，以及响应所述控制器主机的查询并向所述控制器主机发送所述控制器从机的自检及故障诊断结果；主动切换模块，用于确认所述控制器主机功能故障，并将所述控制器从机的运行状态切换为主机状态。在一些示例中，所述控制器主机发送主动切换指令是基于所述控制器主机的自检及故障诊断结果和所述控制器从机的自检及故障诊断结果综合判定的。本专利技术的第二个目的在于提出一种支持冗余切换功能的控制方法，包括以下步骤：控制器主机通过第一通信模块向控制器从机发送心跳信号以及同步数据；所述控制器从机接收并处理所述心跳信号以及同步数据；当所述心跳信号异常时，所述控制器从机向所述控制器主机发送心跳信号询问帧，以区分所述第一通信模块工作异常和所述控制器主机异常，若为所述第一通信模块工作异常，则所述控制器从机设置相应的故障标志位；若为所述控制器主机异常则所述控制器从机切换为主机状态；所述控制器主机向所述控制器从机发送查询帧，以确认所述控制器从机是否故障；所述控制器从机响应所述控制器主机的查询，并向所述控制器主机发送所述控制器从机的状态信息；所述控制器主机根据自身状态信息和所述控制器从机的状态信息确定是否发送主动切换指令。根据本专利技术实施例的支持冗余切换功能的控制方法，采用心跳信号二次确认的方式，更加可靠地实现冗余切换的功能。本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明图1是根据本专利技术一个实施例支持冗余切换功能的控制系统结构框图；图2是本专利技术一个实施例的控制器主机的结构框图；图3是本专利技术一个实施例的控制器从机的结构框图；图4是本专利技术一个实施例的支持冗余切换功能的控制系统的硬件结构图；图5是本专利技术一个实施例的支持冗余切换功能的控制系统的工作过程图；和图6是根据本专利技术一个实施例支持冗余切换功能的控制方法的流程图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。本专利技术第一方面实施例的支持冗余切换功能的控制系统，如图1所示，包括控制器主机100、控制器从机200、第一通信模块300和第二通信模块400。其中，第一通信模块300，用于将由控制器主机100所发送的心跳信号和同步数据传送至控制器从机200。第二通信模块400，用于将由控制器主机100发送的从机故障查询帧本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种支持冗余切换功能的控制系统，其特征在于，包括：控制器主机；控制器从机；第一通信模块，用于将由所述控制器主机所发送的心跳信号和同步数据传送至所述控制器从机；第二通信模块，用于将由所述控制器主机发送的从机故障查询帧和主动切换信号发送至所述控制器从机，以及将由所述控制器从机发送的心跳信号异常确认信号和从机故障应答帧传送至所述控制器主机。

【技术特征摘要】
1.一种支持冗余切换功能的控制系统，其特征在于，包括：控制器主机，所述控制主机包括：心跳信号发送模块，用于向所述控制器从机发送所述心跳信号；数据同步模块，用于向所述控制器从机发送所述同步数据；心跳信号确认模块，用于向所述控制器从机发送应答帧，以确认所述控制器主机工作正常；自检及故障诊断模块，用于对所述控制器主机的故障状态进行检测与诊断，以获取所述控制器主机的自检及故障诊断结果；从机状态查询模块，用于向所述控制器从机发送查询帧，以确认所述控制器从机是否故障；主动切换模块，与所述自检及故障诊断模块相连，用于接收所述控制器主机的自检及故障诊断结果并向所述控制器从机发送主动切换指令，以及将所述控制器主机切换为从机状态；控制器从机，所述控制器从机包括：心跳信号接收及超时判定模块，用于接收并分析所述心跳信号；数据同步模块，用于对所述同步数据进行接收、解析和存储；心跳信号确认模块，用于向所述控制器主机发送询问帧，以区分第一通信模块异常和所述控制器主机异常；自检及故障诊断模块，用于对所述控制器从机的故障状态进行检测与诊断，以获取所述控制器从机的自检及故障诊断结果；从机状态查询模块，与所述自检及故障诊断模块相连，用于接收所述控制器从机的自检及故障诊断结果，以及响应所述控制器主机的查询并向所述控制器主机发送所述控制器从机的自检及故障诊断结果；主动切换模块，用于确认所述控制器主机功能故障，并将所述控制器从机的运行状态切换为主机状态；第一通信模块，用于将由所述控制器主机所发送的心跳信号和同...

【专利技术属性】
技术研发人员：周树桥，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11