一种小型PLCCPU软冗余系统构造方法技术方案

一种小型PLC CPU软冗余系统构造方法,基于如下结构：包括：主控机、冗余机和监控机，所述主控机、冗余机和监控机通过工业以太网连接，被控设备通过网络同时与主控机、冗余机信号连接，所述主控机和冗余机为同型号小型PLC。构造方法包括如下步骤：S1、设备启动，S2、主控机的程序运行与监控，S3、主控机

【技术实现步骤摘要】
一种小型PLC CPU软冗余系统构造方法


[0001]本专利技术涉及一种小型PLC CPU软冗余系统构造方法，具体适用于小型PLC的冗余处理。

技术介绍

[0002]在PLC控制系统中，为确保重要控制场所的控制系统可靠运行，通常要求PLC控制系统的控制器（CPU）处于双机热备状态，即热冗余工作状态。PLC CPU冗余分有硬冗余与软冗余两种方式。PLC硬冗余采用特有硬件模块，通过对系统运行信号的判断与分析，实现CPU的切换，而PLC软冗余则采用系统特有软件模块，通过专门软件模块对系统运行信号判断与分析，实现CPU的切换工作。
[0003]冷备份和热备份：在控制系统中，为保证系统可靠运行，对系统中的控制器（或称主控机），采用双机备份。双机备份有冷备份和热备份两种形式。冷备份形式：工作主控机出现故障，工作主控机停止运行（停止供电），备用主控机替换原工作主控机，备用主控机上电起动运行，实现备用主控机替换原有主控机运行；热备份为工作主控机与备用主控机均为上电在线工作，工作主控机在线执行任务，而备用主控机在线接收工作主控机的工作参数和工作状态，一旦工作主控机出现问题，备用主控机替代工作主控机投入运行，继续完成工作任务，原有工作主控机退出运行，从而实现硬件设备的无扰切换和无缝衔接。
[0004]热备份冗余形式：热备份有硬冗余和软冗余两种形式。大、中型PLC CPU提供硬冗余方式，即生产厂家提供专用冗余CPU硬件模块，如西门子CPU417H、CPU414H等，通过CPU硬件信号之间的连接，系统自动判断工作CPU设备运行状态，若工作CPU设备出现异常，系统自动切除当前工作CPU设备，使备用CPU设备快速投入运行；此外，大中型PLC CPU也提供软冗余方式，即生产厂家提供专用冗余软件模块，如西门子SWR软件包，通过专用软件包将运行CPU和备用CPU配置为容错工作方式，由SWR软件判断工作CPU设备是否正常运行，若工作CPU设备出现异常，则系统自动将备用CPU设备投入运行模式。
[0005]大、中、小型PLC功能与区别：按I/O点处理能力分：大型PLC可处理2048以上的I/O点，具有CPU硬冗余功能；中型PLC可处理256―2048的I/O点，具有CPU软冗余功能；小型PLC处理I/O点一般在256点以下，无CPU冗余功能。
[0006]通常大、中型PLC编程开发软件提供软冗余的相应软件模块，而小型PLC编程开发软件，不提供软冗余软件模块，更不支持PLC硬冗余工作模式。而小型PLC由于其体积小，价格低，功耗低等优点，在满足应用的情况下，也可应用于一些重要场合。由于小型PLC不具有硬（软）冗余功能，给小型PLC在重要场合的应用带来很大的困扰。
[0007]对于小型PLC，由于其价格低廉，通过适当的IO扩展，其应用范围得以大大增强。与大、中型PLC相比，由于小型PLC本身不具有（硬/软）冗余功能，故在一些重要的控制场合，即使小型PLC可以满足执行控制任务的需求，人们仍然不得不将其放弃，而选用具有冗余控制功能的大、中型PLC。这一方面限制了小型PLC的使用范围，同时还增加了系统设备成本。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是克服现有技术中存在的小型PLC CPU无冗余功能的缺憾，提供了一种稳定、可靠运行的小型PLC CPU软冗余系统构造方法。
[0009]为实现以上目的，本专利技术的技术解决方案是：一种小型PLC CPU软冗余系统构造方法,所述构造方法基于如下结构：包括：主控机、冗余机和监控机，所述主控机、冗余机和监控机通过工业以太网连接，被控设备通过网络同时与主控机、冗余机信号连接，所述主控机和冗余机为同型号小型PLC；所述小型PLC CPU软冗余系统构造方法，包括如下步骤：S1、设备启动：在设备启动运行后，主控机、冗余机和监控机均处于初始启动状态，此时监控机对主控机、冗余机进行工作标志的初始化，主控机工作状态、冗余机非工作状态；监控机将工作标志的初始值分别传输给主控机、冗余机；主控机启动后收到工作标志信号为工作状态，主控机开始正常运行工作程序，并将系统运行数据同步传输给冗余机；冗余机启动后收到工作标志信号为非工作状态，冗余机开始运行热备待机程序，同步备份主控机的实时运行数据，此时冗余机处于热备状态；进入S2；S2、主控机的程序运行与监控：主控机正常运行工作程序， 监控机读取主控机的实时I/O运行数据，并对其进行处理，得出相应控制参数作为给定送往主控机，主控机根据收到的控制参数继续运行其控制程序；在上述工作过程中，主控机将系统运行数据同步传输给冗余机，冗余机运行热备待机程序，同步备份主控机的实时运行数据，此时冗余机处于热备状态；同时监控机以一定的周期读取主控机的CPU 状态以及程序状态，分析主控机的CPU运行状态以及用户程序运行状态：当发现CPU运行状态和用户程序运行状态均处于正常时，则监控机保持当前工作标志信号不变，继续执行S2的工作流程；当发现CPU运行状态或用户程序运行状态出现错误时，则进入S3；S3、主控机
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冗余机的切换：当发现主控机的CPU运行状态或用户程序运行状态出现错误时，监控机修改工作标志信号为：主控机非工作状态、冗余机工作状态；此时主控机退出，运行处于离线状态，冗余机根据其接收到系统同步数据相关参数对指定单元进行数据刷新，此时冗余机接续主控机的工作进程继续工作，实现系统的无扰切换，进入S4；S4、冗余机的程序运行与监控：冗余机正常运行工作程序，监控机读取冗余机的实时I/O运行数据，并对其进行处理，得出相应控制参数作为给定送往冗余机，冗余机根据收到的控制参数继续运行其工作程序；在上述工作过程中，冗余机将系统运行数据同步传输给监控机；同时监控机以一定的周期读取主控机的CPU 程序状态，即监听主控机的CPU运行状态以及用户程序运行状态：若主控机未恢复正常时，则监控机保持当前工作标志信号不变，继续执行S4的工
作流程；当监控机发现主控机 CPU运行状态和用户程序运行状态均恢复正常时，监控机屏幕出现提示，经操作人员在HMI确认后，则进入S5；S5、冗余机的切换复位：监控机将接收到的冗余机的系统运行数据同步传输给主控机，主控机运行系统同步程序同步备份冗余机的实时运行数据，此时主控机处于热备状态；监控机以一定的周期读取主控机的CPU 程序状态，当判定主控机处于热备状态后，监控机修改工作标志信号为：主控机工作状态、冗余机非工作状态；此时冗余机退出工作状态，转为运行热备待机程序；主控机根据其接收到系统同步数据相关参数对指定单元进行数据刷新，此时主控机接续冗余机的工作进程继续工作，实现系统的无扰切换，进入S2。
[0010]所述S4中，监控机以一定的周期读取冗余机的CPU 状态以及程序状态，分析冗余机的CPU运行状态以及用户程序运行状态；同时，监控机以一定的周期读取主控机的CPU 程序状态，监听主控机的CPU运行状态以及用户程序运行状态：若主控机未恢复正常，当发现冗余机的CPU运行状态和用户程序运行状态均处于正常时，则监控机保持当前工作标志信号不变，继续执行S4的工作流程；若主控本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种小型PLC CPU软冗余系统构造方法,其特征在于：所述构造方法基于如下结构：包括：主控机（1）、冗余机（2）和监控机（3），所述主控机（1）、冗余机（2）和监控机（3）通过工业以太网连接，被控设备通过网络同时与主控机（1）、冗余机（2）信号连接，所述主控机（1）和冗余机（2）为同型号小型PLC；所述小型PLC CPU软冗余系统构造方法，包括如下步骤：S1、设备启动：在设备启动运行后，主控机（1）、冗余机（2）和监控机（3）均处于初始启动状态，此时监控机（3）对主控机（1）、冗余机（2）进行工作标志的初始化，主控机（1）工作状态、冗余机（2）非工作状态；监控机（3）将工作标志的初始值分别传输给主控机（1）、冗余机（2）；主控机（1）启动后收到工作标志信号为工作状态，主控机（1）开始正常运行工作程序，并将系统运行数据同步传输给冗余机（2）；冗余机（2）启动后收到工作标志信号为非工作状态，冗余机（2）开始运行热备待机程序，同步备份主控机（1）的实时运行数据，此时冗余机（2）处于热备状态；进入S2；S2、主控机的程序运行与监控：主控机（1）正常运行工作程序， 监控机（3）读取主控机（1）的实时I/O运行数据，并对其进行处理，得出相应控制参数作为给定送往主控机（1），主控机（1）根据收到的控制参数继续运行其控制程序；在上述工作过程中，主控机（1）将系统运行数据同步传输给冗余机（2），冗余机（2）运行热备待机程序，同步备份主控机（1）的实时运行数据，此时冗余机（2）处于热备状态；同时监控机（3）以一定的周期读取主控机（1）的CPU 状态以及程序状态，分析主控机（1）的CPU运行状态以及用户程序运行状态：当发现CPU运行状态和用户程序运行状态均处于正常时，则监控机（3）保持当前工作标志信号不变，继续执行S2的工作流程；当发现CPU运行状态或用户程序运行状态出现错误时，则进入S3；S3、主控机
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冗余机的切换：当发现主控机（1）的CPU运行状态或用户程序运行状态出现错误时，监控机（3）修改工作标志信号为：主控机（1）非工作状态、冗余机（2）工作状态；此时主控机（1）退出，运行处于离线状态，冗余机（2）根据其接收到系统同步数据相关参数对指定单元进行数据刷新，此时冗余机（2）接续主控机（1）的工作进程继续工作，实现系统的无扰切换，进入S4；S4、冗余机的程序运行与监控：冗余机（2）正常运行工作程序，监控机（3）...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈津，吴雨川，王希晨，乔小瑞，马双宝，付正，李雯楠，
申请(专利权)人：中国人民解放军海军工程大学，
类型：发明
国别省市：