一种主从冗余控制系统及控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种主从冗余控制系统，包括两个可根据工作状态进行主从切换的控制器；一个控制器工作在主状态，另一个控制器作为冗余备份工作在从状态，并根据工作状态进行主从切换。各控制器包括：处理器，实现主从控制器的控制逻辑；通信接口，作为控制器的同步状态报文的传输接口；以太网接口，作为控制器的同步数据报文的传输接口；逻辑器件，实现主从切换和主从同步逻辑的收发控制。本发明专利技术采用逻辑器件传输冗余切换报文，处理器不参与报文的收发，一方面逻辑器件在检查到状态改变后向处理器发送中断，降低了处理器的负荷，提高主从切换速度，另一方面逻辑器件发送报文的周期固定，降低了冗余控制器的切换抖动。降低了冗余控制器的切换抖动。降低了冗余控制器的切换抖动。

【技术实现步骤摘要】
一种主从冗余控制系统及控制方法


[0001]本专利技术涉及一种应用于主从冗余控制系统的冗余通信以及主从切换的方法。

技术介绍

[0002]高可靠性要求的工业自动化的领域会采用控制器热备冗余的方式提高整个系统的可靠性。目前控制系统采用控制器冗余，模件冗余，通信链路冗余，电源冗余，网络设备冗余等方式提高系统的可靠性。
[0003]其中控制器冗余，冗余的两个或者更多个控制器需要控制数据的同步和主从控制的切换，主控制器在发生故障的情况下要及时切换为从控制器，同时作为冗余备份的从控制器要及时切换为主控制器。
[0004]目前主要采用的方式有：1、硬件电路构成的冗余切换电路，该方式的优点主要是电路简单可靠，缺点是可扩展性差，对控制器主从切换的信息简单，不能根据系统的扩展增加冗余切换的判断逻辑；2、采用专用的通信链路进行冗余切换通信，该方式的优点，电路简单，通信信息可扩展，缺点是实时性较差，特别是随着控制器的负荷增加，冗余通信的周期不确定，存在切换周期抖动，也很难达到微秒级的主从切换；3、采用专用的逻辑器件构建通信链路，该方式结合上述方案的优点，具备可扩展性，电路简化，通信数据可校验，实时性高，达到微秒级通信周期，切换抖动小，降低控制器符合，不随着控制器的负荷增加冗余切换周期增加等特点，适合用在一些快速无扰切换的应用场合。

技术实现思路

[0005]本专利技术是为了减小热备冗余的控制器的主从切换周期，降低切换周期的抖动，使冗余切换的过程与控制器的负荷解耦，增加通信数据的校验，从而提高增加冗余控制系统的可靠性。冗余切换的周期达到微秒级精度是控制系统对不同的工业应用场合具有更高的适用性。
[0006]本专利技术所采用的技术方案如下：
[0007]一种主从冗余控制系统，包括两个可根据工作状态进行主从切换的控制器；一个控制器工作在主状态，另一个控制器作为冗余备份工作在从状态，并根据工作状态进行主从切换。各控制器包括：
[0008]处理器，实现主从控制器的控制逻辑；
[0009]通信接口，作为控制器的同步状态报文的传输接口；
[0010]以太网接口，作为控制器的同步数据报文的传输接口；
[0011]逻辑器件，实现主从切换和主从同步逻辑的收发控制。
[0012]逻辑器件采用可编程逻辑器件，以其构建冗余切换链路，主要目的是解决由控制器直接参与构建通信链路进行冗余切换的问题。控制器直接通信链路的方式，不论是采用周期查询方式或者中断的方式，都会增加控制器负荷，同时控制器随着外围控制逻辑的增加，会导致冗余切换的周期也会跟随增加，冗余切换的抖动也会增加。可编程逻辑器件可以
在不需要控制器参与的情况下，实现在主从控制器的高效通信，并且不会随着控制器负荷的增加而增加冗余切换周期，切换抖动小，同时通信扩展性高，增加通信数据校验后，通信可靠性增加，并且冗余切换的周期可以达到微秒级。
[0013]本专利技术冗余热备控制器之间通过通信接口和以太网接口分布传输冗余切换报文和冗余数据报文，保证冗余切换的实时性。
[0014]其中，处理器提供一个SPI接口与逻辑器件进行通信。处理器提供的SPI接口实现双向数据的收发，包括向逻辑器件写入状态信息和读取状态信息，处理器提供的SPI接口只实现主从切换逻辑的写入和读取。处理器在控制周期内写入本机的状态，处理器对冗余状态的读取是通过中断的方式，通过中断的方式可以降低处理器的负荷，另外可以提高处理器获取冗余状态的速度。处理器获取冗余状态并不仅仅支持中断模式，SPI的全双工的通信方式同时支持在处理器在下发本机状态的同时获取冗余状态。
[0015]进一步的，上述逻辑器件包括：
[0016]SPI接口，与处理器相连，接收处理器下发的本机状态信息并更新到本机状态中，同时响应处理器的读取冗余状态的命令，向处理器发送冗余状态；
[0017]串行收发模块，包含串行发送和串行接收构成串行收发模块的全双工通信，该模块在发送本机状态的同时接收冗余状态；
[0018]冗余状态改变模块，在检测到冗余状态改变的情况下向处理器发出中断。
[0019]本专利技术通过冗余状态改变模块降低处理器的负荷并提高处理器获取冗余状态的速度。在冗余状态未改变的情况下，不产生中断，处理器不会读取冗余状态；在冗余状态改变的情况下，产生中断，处理器读取冗余状态。并采用串行收到模块进行数据收发，不占用处理器的处理时间，以可以计算的时间和周期将本机状态发送给冗余控制器，同时获取冗余控制器的状态到本机。串行收发模块构造通信报文，串行发送模块的发送报文包含本机状态和校验信息；同时串行接收模块接收报文，需要校验接收报文，报文没有错误情况下更新冗余状态，在报文检验错误情况下发送错误标记为给处理器。
[0020]本专利技术还提供了一种主从冗余控制方法，采用以下冗余切换逻辑：处理器根据本控制器的状态向逻辑器件发送本机状态，逻辑器件获取本机状态，添加校验信息，固定周期内发送报文；逻辑器件同时接收报文，对接收的报文数据进行校验，校验报文没有错误的情况下更新冗余状态，并在检测到冗余状态发生改变的情况下，向处理器发送中断，处理器读取冗余状态；逻辑器件在校验报文错误情况下发送错误标记给处理器。
[0021]本专利技术冗余切换的逻辑控制报文在通信接口中传输，该接口只传输冗余切换的报文，提高冗余切换的实时性。处理器并不直接参与数据的收发，因此处理器负荷的高低并不能影响数据的收发周期，该方式解决了由于处理器负荷的不同导致的冗余切换周期的抖动。
[0022]更为具体的，所述主从冗余控制方法包括以下步骤：
[0023]处理器根据本控制器的状态周期向逻辑器件的SPI接口发送本机状态；
[0024]SPI接口接收到本机状态后，进入下一个等待周期；
[0025]串行发送模块获取本机状态后，添加CRC8校验信息，发送报文；
[0026]通信接口，接收冗余控制器发送的状态报文；
[0027]冗余状态改变模块，根据冗余控制器的状态报文的接收情况，更新冗余状态；在冗
余状态发生改变的情况下，向处理器发出中断；
[0028]处理器以中断的方式读取冗余状态，读取完成后，冗余状态改变模块清除该中断，进行下一个监控冗余状态周期。
[0029]进一步的，主从冗余控制方法还采用以太网接口进行主从控制器的控制数据报文收发。该以太网接口主要作为冗余切换的数据报文的通信接口，主要作用是主控制器和从控制器的控制数据同步。
[0030]进一步的，当通信接口在一个通信周期内未收到冗余控制器发送过来的状态报文，判断冗余控制器不存在，将冗余状态清零，通知处理器，本机控制器进入单机运行状态，在此状态下，持续等待通信接口接收的报文数据，当收到数据即退出单机模式；当通信接口收到冗余控制器发送过来的状态报文，进行数据校验后没有错误，更新冗余状态，控制系统进入双机冗余控制状态。
[0031]本专利技术相比现有技术具有以下优点：
[0032]1)本专利技术控制系统中冗余热备控制本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种主从冗余控制系统，包括两个可根据工作状态进行主从切换的控制器；其特征在于，各控制器包括：处理器，实现主从控制器的控制逻辑；通信接口，作为控制器的同步状态报文的传输接口；以太网接口，作为控制器的同步数据报文的传输接口；逻辑器件，实现主从切换和主从同步逻辑的收发控制。2.根据权利要求1所述的主从冗余控制系统，其特征在于，所述逻辑器件包括：SPI接口，与处理器相连，接收处理器下发的本机状态信息并更新到本机状态中，同时响应处理器的读取冗余状态的命令，向处理器发送冗余状态；串行收发模块，包含串行发送和串行接收构成串行收发模块的全双工通信，该模块在发送本机状态的同时接收冗余状态；冗余状态改变模块，在检测到冗余状态改变的情况下向处理器发出中断。3.一种主从冗余控制方法，其特征在于，采用以下冗余切换逻辑：处理器根据本控制器的状态向逻辑器件发送本机状态，逻辑器件获取本机状态，添加校验信息，固定周期内发送报文；逻辑器件同时接收报文，对接收的报文数据进行校验，校验报文没有错误的情况下更新冗余状态，并在检测到冗余状态发生改变的情况下，向处理器发送中断，处理器读取冗余状态；逻辑器件在校验报文错误情况下发送错误标记给处理器。4....

【专利技术属性】
技术研发人员：辛克廷，刘铭皓，祖利辉，陈闯，
申请(专利权)人：南京科远智慧科技集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：