CN100472371C - 工业控制计算机冗余保护装置 - Google Patents

Abstract

本发明的工业控制计算机冗余保护装置属工业控制技术领域，它是计算机系统自身的冗余自动电子保护装置，由组成冗余的计算机间设置的相互实时在线监控自动切换的电子保护电路构成，包括工作异常实时在线监测电路、自动切换保护电路及其启动、冗余、恢复等系列自动切换开关电路，该装置研制成功，建立起计算机在用/备用自动冗余保护体系，解决了计算机死机长期困扰工业控制稳定运行的大难题，实现了工业控制稳定、可靠运行，大大提升了我国的计算机工业自动控制水平，对工业以及各行业生产都具有重要的现实意义，该装置结构简单，设计合理，技术可靠，运行稳定，带来了很好的生产效果和经济效益，具有较强的实用性和应用前景。

Description

工业控制计算机冗余保护装置

一.技术领域

本发明公开的工业控制计算机冗余保护装置，属工业控制技术领域，具体涉及一种工业控制的计算机系统出现工作异常或故障--如死机时自动切换、死机恢复正常等的自动冗余保护装置。

二.背景技术

在计算机自动控制系统中，无论其系统多么可靠，计算机死机一直是一个无法回避的现象和问题，该问题也是困扰系统稳定运行的严重问题，还是工业自动控制领域中常见的问题，更是工业自动控制领域中难于解决和应对的问题。比如在轧钢生产中，从加热炉自动控温系统，轧钢压下控制系统，以及轧制后的淬火自动控制系统等等，各系统的计算机死机问题都会随机发生，死机时至少要等数秒或几十秒，在此期间设备失控，这对运行中的设备来说极有可能造成生产和设备事故，轻者造成停产、废钢等，重则造成设备等损坏，酿成重大事故，造成巨大损失。为此，计算机控制系统的冗余保护问题十分必要，也非常迫切。针对这一课题我们进行了研究，发现计算机死机的原因很多，但最简单的常见办法就是给它进行复位。我们设置和采用两套(也可多套如三套)计算机一用一备用，形成一机工作和另一待机的自动冗余保护体系，当工作机死机时，自动控制待机立即启动工作变为工作机，同时自动控制死机复位成为待机。这一自动冗余保护体系采用电子电路实现自动化控制，这就是我们研究成功的‘工业控制计算机冗余保护装置’，该装置已应用于轧钢生产的计算机压下控制系统，克服了计算机自动控制系统死机问题以及由此造成的种种难题，自使用以来该装置运行稳定，技术控制安全、可靠，带来了很好的生产效果和经济效益，该工业控制计算机冗余保护装置可以用在各种工业控制计算机系统中。

三.发明内容

本发明的目的是：向社会提供这种工业控制计算机冗余保护装置，为改进与提高工业控制计算机系统的技术水平及其能性做些工作。

本发明的技术方案内容如下：这种工业控制计算机冗余保护装置，是工业控制计算机系统自身的冗余自动电子保护装置，技术特点在于：所述的该工业控制计算机冗余保护装置是设置在工业控制计算机系统的实时在线监控自动切换的电子保护装置，该装置由组成冗余的计算机间相互实时在线监控自动切换的电子保护电路为主构成，当然它可以有壳体等。组成冗余的计算机间，如是两台或是三台等多台组成冗余的计算机，相互间须实时在线监控并能自动切换保护，实现或完成这些功能就需要有实时在线监控的和自动切换保护的电子电路。所述的组成冗余的计算机间相互实时在线监控自动切换保护的电子电路是组成冗余计算机的双套或多套结构相同的冗余保护自动控制电子电路。组成冗余的计算机间是双方(如甲、乙)或多方(如甲、乙、丙三方)的，这样施行监控的冗余保护自动控制电子电路应该是双套或多套的。所述的结构相同的冗余保护自动控制电子电路均包括有：工作异常或故障的实时在线监测电路，自动切换电子保护电路，启动切换的控制电路，冗余切换的控制电路，恢复正常状态或复位的控制电路。

根据以上所述的工业控制计算机冗余保护装置，技术特点还有：所述的结构相同的冗余保护自动控制电子电路均包括的工作异常或故障的实时在线监测电路，该监测电路的输入端与工作异常或故障信息的输出端联接。所述的工作异常或故障信息(如死机信息)自然出自死机的计算机。该实时在线监测工作异常或故障的监测电路均包括有：工作异常或故障信息的放大电路，该放大电路是由前级监测电路控制的工作异常或故障信息大或/和小信息(包括正负号的信息)的放大电路组成。这样的放大电路至少应该有两个，它们可以是信息之大或/和小的(包括信息的电压或电流符号为正、或零、或负的信息)的放大电路。

根据以上所述的工业控制计算机冗余保护装置，技术特点还有：所述的结构相同的冗余保护自动控制电子电路均包括的自动切换电子保护电路，该电路是工作异常或故障信息的放大电路控制的自动开关电路，该自动开关电路是自动开关驱动电路，它们由功率开关三极管为主构成。

根据以上所述的工业控制计算机冗余保护装置，详细技术特点还有：所述的自动开关电路由一级开关驱动电路及二级执行与动作的开关电路组成，二级开关电路由一系列执行与动作的继电器组件构成系列自动切换的开关电路，其中的继电器主件即是一级开关驱动电路功率开关三极管的负载。

根据以上所述的工业控制计算机冗余保护装置，技术特点还有：所述的结构相同的冗余保护自动控制电子电路均包括的启动切换的控制电路，该启动切换的控制电路是系列自动切换的开关电路之启动切换的执行与动作的系列开关电路，这些电路由一系列执行与动作的启动切换继电器组件构成，是系列自动切换的开关电路的一部分。

根据以上所述的工业控制计算机冗余保护装置，技术特点还有：所述的结构相同的冗余保护自动控制电子电路均包括的冗余切换的控制电路，该冗余切换的控制电路是系列自动切换的开关电路之冗余切换的执行与动作的系列开关电路，这些电路由一系列执行与动作的冗余切换继电器组件构成，是系列自动切换的开关电路的另一部分。

根据以上所述的工业控制计算机冗余保护装置，技术特点还有：所述的结构相同的冗余保护的自动电子控制电路均包括的恢复正常状态或复位的控制电路，该恢复正常状态或复位的控制电路是由系列自动切换的开关电路控制的恢复正常状态或复位的开关电路，该开关电路主要设置在恢复正常状态或复位机上。所述的恢复正常状态或复位的开关电路是由开关触发电路控制的充放电开关电路构成的自动复位电路，开关触发电路是二级执行与动作的开关电路之一，充放电开关电路由充放电容与控制的继电器组件和泄放电阻组成。

本发明的的工业控制计算机冗余保护装置优点很多：1.该工业控制计算机冗余保护装置，解决了随机出现的计算机死机长期困扰工业控制计算机系统稳定运行的大难题，对工业生产以及各行业生产都具有重要的现实意义；2.该工业控制计算机冗余保护装置的研制成功，实现了工业控制计算机系统的自动冗余保护，建立起计算机用/备用体系，形成一机工作和另一待机的稳定、可靠工业控制计算机系统，大大提升了我国的计算机工业自动控制水平；3.该工业控制计算机冗余保护装置，结构简单，设计合理，技术可靠，运行稳定，带来了很好的生产效果和经济效益，还将继续带来很好的生产效果和经济效益，具有较强的实用性和应用前景。该工业控制计算机冗余保护装置可以用在各种工业控制计算机系统中。

四.附图说明

本发明的说明书附图共有6幅：

图1、图2、图3是组成冗余的计算机间双套结构相同之一的电路原理图，其中：图1是实时在线监控的电路原理图，图2、图3是自动切换执行与动作的开关电路原理图；

图4、图5、图6是组成冗余的计算机间双套结构相同之另一个电路原理图，其中：图4是实时在线监控的电路原理图，图5、图6是自动切换执行与动作的开关电路原理图。

在各图中：1.地端；V⁺.供电端；V₁、V₂.组成冗余的两计算机甲、乙间实时在线监测工作异常或故障的监测输入端；R₁～R₂₆.均为电阻；P₁～P₄.均为可调电阻；C₁～C₆.均是电容；IC₁～IC₆.均为运算放大器；D₁～D₈.均是二极管；T₁～T₄.均为开关三极管；J₁₁.开关三极管T₁的驱动负载--继电器主件，J_11-1、J_11-2等是该继电器的系列组件；J₁₂.开关三极管T₂的驱动负载--继电器主件，J_12-1、J_12-2等是该继电器的系列组件；J₂₁.开关三极管T₃的驱动负载--继电器主件，J_21-1、J_21-2等是该继电器的系列组件；J₂₂.开关三极管T₄的驱动负载--继电器主件，J_22-1、J_22-2等是该继电器的系列组件；J_k-1.为计算机的一套自动切换的继电器主件，J_k-1-1～J_k-1-10等是该继电器的系列组件；J_k-2.为计算机另一套自动切换的继电器主件，J_k-2-1～J_k-2-10等是该继电器的系列组件；JF₁.为甲计算机恢复正常状态的继电器主件，JF_1-1等是该继电器的系列组件；JF₂.为乙计算机恢复正常状态的继电器主件，JF_2-1等是该继电器的系列组件。

五.具体实施方案

本发明的非限定实施例如下：

实施例一.工业控制计算机冗余保护装置

本实施例的工业控制计算机冗余保护装置的具体结构由图1～图6联合示出。它的作用是工业控制计算机系统随机发生死机问题时，系统的备份计算机自动启动替补，并帮助死机复位作备份，是工业控制计算机系统自身的冗余电子保护装置，该装置可以有壳体等，它设置在组成冗余的两台、或三台、或多台组成冗余的计算机间，相互间实时在线监控并能自动切换保护的电子保护装置。图1～图3是组成冗余的两计算机间施行监控的全套电子电路原理图之一部分，图4～图6是组成冗余的两计算机间施行控监的全套电子电路原理图另一部分，图1～图6的两套结构相同，设置在组成冗余施行相互监控的两计算机间。其中：图1、图4是实时在线监控的电路原理图，图2、图3及图5、图6是自动切换执行与动作的开关电路原理图。所述的组成冗余的计算机间相互实时在线监控自动切换电子保护电路，是组成冗余的计算机间的结构相同的冗余保护自动控制电子电路。每套自动控制电子电路均包括有：工作异常或故障的实时在线监测电路，该监测电路是监测信号采集或输入电路，它们是图1的运算放大器IC₁，电阻R₁、R₂、R₄，电容C₁、C₂；图4的运算放大器IC₄，电阻R₁₄、R₁₅、R₁₇，电容C₄、C₅。V₁、V₂均为监控(监测)输入端，分别与工作异常或故障信息的输出端联接，V₁是实时在线监测甲机工作异常或故障的监测输入端，V₂是实时在线监测乙机工作异常或故障的监测输入端。每套自动控制电子电路还均包括有：工作异常或故障信息的放大电路，该放大电路由前级监测电路之工作异常或故障正号信息(如正脉冲)、或零号信息(如零脉冲)、或负号信息(如负脉冲)异常或故障信息的放大电路组成，这样的放大电路至少应该有两个，它们分别是图1的运算放大器IC₂，电阻R₅、R₆、R₇、R₈组成的负号信息(如零或负脉冲)放大电路，运算放大器IC₃，电阻R₉、R₁₀、R₁₁、R₁₂组成的正号信息(如正脉冲)放大电路；图4的运算放大器IC₅，电阻R₁₈、R₁₉、R₂₀、R₂₁组成的负号信息(如零或负脉冲)放大电路，运算放大器IC₆，电阻R₂₂、R₂₃、R₂₄、R₂₅组成的正号信息(如正脉冲)放大电路。通过调整这四个放大电路的可调电阻P₁～P₄电阻值，使得运算放大器IC₂、IC₃、IC₅、IC₆的输出不翻转。每套自动控制电子电路还均包括有：自动切换电子保护电路，该电路是工作异常或故障信息的四个放大电路控制的自动开关电路。每个自动开关电路由一级开关驱动电路及二级执行与动作的开关电路组成。图1和图4中的开关三极管T₁～T₄分别为主构成一级开关驱动电路，分别受运算放大器IC₂、IC₃、IC₅、IC₆控制，二级开关电路由一系列执行与动作的继电器组件构成系列自动切换的开关电路。J₁₁是开关三极管T₁的驱动负载--继电器主件，以它为主构成工作异常或故障负号信息输给计算机的一路系列自动切换的主开关电路，J_11-1、J_11-2等是该继电器J₁₁的系列组件。J₁₂是开关三极管T₂的驱动负载--继电器主件，以它为主构成工作异常或故障正号信息输给计算机的另一路系列自动切换的主开关电路，J_12-1、J_12-2等是该继电器的系列组件。J₂₁是开关三极管T₃的驱动负载--继电器主件，以它为主构成工作异常或故障负号信息输给计算机的一路系列自动切换的主开关电路，J_21-1、J_21-2等是该继电器的系列组件。J₂₂是开关三极管T₄的驱动负载--继电器主件，以它为主构成工作异常或故障正号信息输给计算机的另一路系列自动切换的主开关电路，J_22-1、J_22-2等是该继电器的系列组件。这些电路分别列在图2和图5中。每套自动控制电子电路还均包括有：启动切换的控制电路，该启动切换的控制电路是系列自动切换的开关电路之启动切换的执行与动作的系列开关电路，是系列自动切换的开关电路的一部分，这些电路由一系列执行与动作的启动切换继电器组件构成。这些电路列在图2、图3和图5、图6中，它们分别是二级执行与动作的开关电路J_21-1、J_22-1以及J_k-1-2控制的继电器J_k-2的系列组件J_k-2-3～J_k-2-10系列开关电路。这一系列的开关电路使原来处于热备份的计算机及其控制的各个设备启动运行(例如包括两路伺服阀控制、两路快卸阀控制、两路保护放大、两路其它控制等)。每个自动电子控制电路还均包括有：冗余切换的控制电路，该冗余切换的控制电路是系列自动切换的开关电路之冗余切换的执行与动作的系列开关电路，是系列自动切换的开关电路的另一部分，这些电路由一系列执行与动作的冗余切换继电器组件构成。这些电路也列在图2、图3和图5、图6中，它们分别是二级执行与动作的开关电路J_11-1、J_12-1以及J_k-2-2控制的继电器J_k-1的系列组件J_k-1-3～J_k-1-10系列开关电路。这一系列的开关电路使原来处于工作(因死机)的计算机变为冗余的，并解脱了它对各个控制设备的控制。每个自动电子控制电路还均包括有：恢复正常状态或复位的控制电路，该恢复正常状态或复位的控制电路是由系列自动切换的开关电路控制的恢复正常状态或复位的开关电路，该开关电路主要设置在恢复正常状态或复位机上。这些开关电路也列在图2、图3和图5、图6中，恢复正常状态或复位的开关电路是由开关触发电路控制的充放电开关电路构成的自动复位电路，开关触发电路是二级执行与动作的开关电路之一，它们的具体结构是：二级执行与动作的开关电路J_11-2、J_12-2构成的开关触发电路，该电路控制充放电开关电路，充放电开关电路由充放电容C₃与控制的继电器组件JF₁及JF_1-1等和泄放电阻R₁₃组成；另一个是二级执行与动作的开关电路J_21-2、J_22-2构成的开关触发电路，该电路控制充放电开关电路，充放电开关电路由充放电容C₆与控制的继电器组件JF₂及JF_2-1等和泄放电阻R₂₆组成。全套工业控制计算机冗余保护装置(如图1～图6结构的)工作过程如下：组成冗余的计算机间，甲(1机)、乙(2机)相互间实时在线监控并自动切换保护的过程：1.如原甲(1机)工作，乙(2机)热备份；2.随机出现甲(1机)死机；3.死机故障(正、零、负号)信息从甲(1机)输给V₁端；4.故障(正、零、负号)信息经开关三极管T₁或T₂驱动负载继电器组件J₁₁或J₁₂动作；5.继电器组件J₁₁或J₁₂通过继电器组件J_11-1或J_12-1控制继电器组件J_k-1断，使J_k-1的系列继电器组件J_k-1-3～J_k-1-10等断，完成冗余切换；与此同时，J_k-1控制继电器组件J_k-1-2通，使J_k-2的系列继电器组件J_k-2-3～J_k-2-10等通，完成启动切换，即乙(2机)由热备份机转为工作机，并通过系列继电器组件J_k-2-3～J_k-2-10等通，替代甲(1机)控制原来的各设备运行；6.继电器组件J₁₁或J₁₂通过继电器组件J_11-2或J_12-2通，开关触发控制充放电容C₃与继电器组件JF₁及JF_1-1等和泄放电阻R₁₃工作，使甲(1机)自动复位，从工作机-死机转为热备份机。如此，组成冗余的计算机间，甲(1机)、乙(2机)相互间实时在线监控并自动切换保护的过程完。反之也然，不再重述。

实施例二.工业控制计算机冗余保护装置

本实施例的工业控制计算机冗余保护装置的大体结构可参用图1～图6联合示出。与实施例一不同的是：1.组成冗余的计算机有三台，如是甲(1机)、乙(2机)和丙(3机)，是三台计算机相互间实时在线监控并自动切换保护的冗余保护装置。当然冗余保护电子电路也须有三套。2.所用的电子电路可采用与图1～图6所示结构不相同的电路，或不相同的电子元器件，只要能完成或实现图1～图6所示的功能的均可采用。其余未述的，全同于实施例一中所述的，不再重述。

Claims (2)

1.一种工业控制计算机冗余保护装置，是工业控制计算机系统自身的冗余自动电子保护装置，特征在于：所述的该工业控制计算机冗余保护装置是设置在工业控制计算机系统的实时在线监控自动切换的电子保护装置，该装置由组成冗余的计算机间相互实时在线监控自动切换的电子保护电路为主构成；所述的组成冗余的计算机间相互实时在线监控自动切换电子保护电路是组成冗余计算机的双套或多套结构相同的冗余保护自动控制电子电路；所述的结构相同的冗余保护自动控制电子电路均包括有：工作异常或故障的实时在线监测电路，自动切换电子保护电路，启动切换的控制电路，冗余切换的控制电路，恢复正常状态或复位的控制电路；

a.所述的工作异常或故障的实时在线监测电路，该监测电路均包括有：工作异常或故障信息的放大电路，该放大电路是由前级监测电路控制的工作异常或故障信息大或/和小信息的放大电路组成，该监测电路的输入端与工作异常或故障信息的输出端联接；

b.所述的自动切换电子保护电路，该电路是工作异常或故障信息的放大电路控制的自动开关电路，该自动开关电路是自动开关驱动电路，它们由功率开关三极管为主构成；

c.所述的启动切换的控制电路，该启动切换的控制电路是系列自动切换的开关电路之启动切换的执行与动作的系列开关电路，这些电路由一系列执行与动作的启动切换继电器组件构成，是系列自动切换的开关电路的一部分；

d.所述的冗余切换的控制电路，该冗余切换的控制电路是系列自动切换的开关电路之冗余切换的执行与动作的系列开关电路，这些电路由一系列执行与动作的冗余切换继电器组件构成，是系列自动切换的开关电路的一部分；

e.所述的恢复正常状态或复位的控制电路，该恢复正常状态或复位的控制电路是由系列自动切换的开关电路控制的恢复正常状态或复位的开关电路；所述的恢复正常状态或复位的开关电路是由开关触发电路控制的充放电开关电路构成的自动复位电路。

2.根据权利要求1所述的工业控制计算机冗余保护装置，特征在于：所述的工作异常或故障信息的放大电路控制的自动开关电路，该自动开关电路由一级开关驱动电路及二级执行与动作的开关电路组成，二级开关电路由一系列执行与动作的继电器组件构成系列自动切换的开关电路，其中的继电器主件即是一级开关驱动电路功率开关三极管的负载。

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