CN102566477A - 冗余信息处理方法、处理装置及工程机械 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种冗余信息处理方法，用于对测量同一对象的同一参数的至少两个传感器输出的测量值处理，包括以下步骤：分别判断所述至少两个传感器输出的测量值是否有效；分别对所述至少两个传感器输出的无效测量值计数，根据计数结果识别正常传感器和故障传感器；用所述正常传感器输出的测量值计算本次测量结果；当所述故障传感器占所述至少两个传感器的比例达到第一设定值时输出报警信息；和/或当所述故障传感器占所述至少两个传感器的比例达到第二设定值时输出停机控制信号，所述第二设定值大于所述第一设定值。本发明还涉及冗余信息处理装置及采用上述处理装置的工程机械。本发明方法和装置能够提高系统的容错性。
Description
技术领域
本发明涉及冗余信息处理方法，特别涉及用于对测量同一对象的同一参数的多个传感器(以下一些地方将它们简称为冗余传感器)输出的测量值的处理方法和处理装置，还涉及采用这种处理装置的工程机械。
背景技术
在某些控制系统中，当系统的是否正常运行会影响到人身安全或者牵涉较大的经济效益时，一般会设计冗余的系统。例如，用两个或多个传感器来测量同一个对象的同一个参数，以确定被检测对象的状态。在这种冗余的系统中，对多个传感器输出的测量值的处理方法各有不同。通常的做法是通过比较不同传感器输出的测量值，如果相同或接近就认为信号有效，不同或差别很大则认为无效将其抛弃。采用这种冗余信息处理方法，一旦有某一个传感器出错就会停止工作，虽然安全性较高，但是容错性不高，在某些执行特殊任务的场合并不太适用，例如，对于控制精确度要求较高且反应速度较快的场合，可能会对控制效果产生一定的影响。因为某些设备，特别是执行特殊任务的设备，往往停止设备运行会造成巨大损失，此时应给用户留有可以让系统“带病工作”的选择。
发明内容
本发明旨在提供一种冗余信息处理方法，以提高系统的容错性。
本发明冗余信息处理方法，用于对测量同一对象的同一参数的至少两个传感器输出的测量值处理，该方法包括以下步骤：
分别判断所述至少两个传感器输出的测量值是否有效；
分别对所述至少两个传感器输出的无效测量值计数，根据计数结果识别正常传感器和故障传感器；
用所述正常传感器输出的测量值计算本次测量结果；
当所述故障传感器占所述至少两个传感器的比例达到第一设定值时输出报警信息，和/或当所述故障传感器占所述至少两个传感器的比例达到第二设定值时输出停机控制信号的步骤，所述第二设定值大于所述第一设定值。
本发明还提供了一种冗余信息处理装置，用于对测量同一对象的同一参数的至少两个传感器输出的测量值处理，该处理装置包括：
测量值判断模块，用于分别判断所述至少两个传感器输出的测量值是否有效；
识别模块，用于分别对所述至少两个传感器输出的无效测量值计数，根据计数结果识别正常传感器和故障传感器；
结果计算模块，用所述正常传感器输出的测量值计算本次测量结果；以及
报警模块，用于当所述故障传感器占所述至少两个传感器的比例达到第一设定值时输出报警信息；和/或安全控制模块，用于当所述故障传感器占所述至少两个传感器的比例达到第二设定值时输出停机控制信号，所述第二设定值大于所述第一设定值。
本发明还提供了一种工程机械，包括由至少两个传感器组成的冗余传感器，还包括上述冗余信息处理装置；
本发明冗余信息处理方法通过引入一种判断机制，当冗余传感器中的个别传感器出现问题后，能够使系统继续工作，从而能够提高系统的容错性。
附图说明
图1为本发明冗余信息处理方法的一种应用示意图。
具体实施方式
为使本领域技术人员更清楚地理解本发明，下面通过实施例做更详细的说明。
本发明冗余信息处理方法，用于对测量同一对象的同一参数的两个或多个传感器输出的测量值处理。例如图1示出了本发明冗余信息处理方法的一种应用。图中，1表示第一位置传感器，2表示第二位置传感器，3表示液压油缸，4表示活塞。第一位置传感器1和第二位置传感器2组成冗余传感器，来实时测量活塞4的位置。在这种应用中，本发明处理方法能够对第一位置传感器1输出的测量值为X1和第二位置传感器2输出的测量值为X2处理，输出表征活塞4当前位置的测量结果X，并且能够使控制系统带病工作，提高系统的容错性。为了便于叙述，以下将组成冗余传感器的所有传感器简称为所有传感器。可以理解地，在一些实施例中，也可以选定其中的部分传感器组成冗余传感器。
在一些实施例中，本冗余信息处理方法包括以下步骤：
分别判断所有传感器输出的测量值是否有效；
分别对所有传感器输出的无效测量值计数，根据计数结果识别正常传感器和故障传感器；
用正常传感器输出的测量值计算本次测量结果；
当故障传感器占所有传感器的比例达到第一设定值时输出报警信息。操作人员看到报警信息后可以根据实际需要选择停机或让机器继续带病工作。
为了能够在提高容错性能的同时，保障安全。在一些实施例中，该冗余信息处理方法进一步还包括：当故障传感器占所有传感器的比例达到第二设定值时输出停机控制信号的步骤，其中，第二设定值大于第一设定值。更具体地，可以设计为：当全部传感器均故障时控制自动停机，或者故障率超过设定值时(如70％的传感器出现故障时)控制自动停机。可以理解地，在一些实施例中，冗余信息处理方法也可以仅在当故障传感器占所有传感器的比例达到第一设定值时输出报警信息；或仅在当故障传感器占所有传感器的比例达到第二设定值时输出停机控制信号。
在一些实施例中，判断传感器输出的测量值是否有效的方法包括下述三个子步骤中的至少一个：
将待判定的测量值与对应传感器在本测量应用中的正常测量范围比较，当超出该测量范围时判定该待判定的测量值无效的子步骤；
计算待判定的测量值相对于对应传感器在上一测量周期输出的测量值的变化率，当变化率超过预置的最大允许变化率时判定该待判定的测量值无效的子步骤；
分别计算待判定的测量值相对于其它正常传感器输出的测量值的差值的绝对值，当该绝对值超过预置的最大允许差值时判定该待判定的测量值无效的子步骤。
最大允许变化率可以是根据被测量对象的工况计算得到的传感器输出测量值的最大变化率，例如，在图1所示应用中，因为液压油缸的活塞4(即被测量对象)一般是有速度上限的，最大运动速度与控制油路上流量最小的节流装置相关，通过使活塞4工作在工况允许的最大速度，可以计算出第一位置传感器1和第二位置传感器2输出测量值的最大变化率，将该最大变化率作为最大允许变化率，因为组成冗余传感器的各个传感器为相同规格的传感器，所以可以只计算其中的一个传感器输出测量值的最大变化率，将其作为最大允许变化率，也可以分别计算出每个传感器输出测量值的最大变化率，然后取平均值或最小值作为最大允许变化率。此外也可以通过理论计算得到最大允许变化率。
最大允许差值可以根据传感器的测量量程来确定。例如，在图1所示应用中，假设第一位置传感器1和第二位置传感器2的测量量程为X0，可以将X0*a％作为最大允许差值，其中a为一个正实数，其具体数值可以根据具体应用灵活选择。可以理解地，最大允许差值也可以根据系统的安全要求来设定。
在一些实施例中，分别对所有传感器输出的无效测量值计数，根据计数结果识别正常传感器和故障传感器的方法包括：分别对每个传感器在每连续m个测量周期内输出的无效测量值计数获得对应的第一计数值，当对应的第一计数值与m的比值大于第三设定值时，判定对应的传感器为故障传感器的子步骤。例如：在图1所示应用中，可以设计为：如果第一位置传感器1在连续十个测量周期输出的十个测量值有七个被判定为无效，则判定第一位置传感器1发生了故障，否则判定第一位置传感器1正常。同样，第二位置传感器2是否故障的判断方法也如此。
在一些实施例中，分别对所有传感器输出的无效测量值计数，根据计数结果识别正常传感器和故障传感器的方法包括：分别对每个传感器连续输出的无效测量值计数获得对应的第二计数值，当对应的第二计数值大于第四设定值时，判定对应的传感器为故障传感器的子步骤。例如：在图1所示应用中，可以设计为：如果第一位置传感器1连续五个测量周期输出的测量值都被判定为无效，则判定第一位置传感器1发生了故障，否则判定第一位置传感器1正常。同样，第二位置传感器2是否故障的判断方法也如此。
可以理解地，上述两种判断传感器是否故障的方法可以同时使用，当对应的第一计数值与m的比值大于第三设定值时和/或，当对应的第二计数值大于第四设定值时，则判定对应的传感器为故障传感器。
在一些实施例中，用正常传感器输出的测量值计算本次测量结果的方法包括：计算正常传感器输出的测量值的算术平均值，以该平均值作为本次测量结果的子步骤。可以理解地，并不限于用取算术平均值的方法计算冗余传感器的本次测量结果。
为了方便计算和管理，如：计算上述的变化率时，能够快速地得到对应传感器在上一测量周期输出的测量值，在一些实施例中，给正常传感器输出的测量值赋予了时间戳，并存储。可以理解地，也可以给所有传感器输出的测量值均赋予时间戳，并存储，同时为测量值赋予有效或无效的标识。可以理解地，除了给测量值赋予时间戳的方式外，还有其它的方式可以在计算上述的变化率时，能够快速地得到对应传感器在上一测量周期输出的测量值，例如，通过对测量值分类顺序存储，或者采用FIFO(先进先出)数组来存储测量值也可以实现，等等还有其它的方式也可以实现。
本发明还提供了一种冗余信息处理装置，用于对测量同一对象的同一参数的所有传感器输出的测量值处理。在一些实施例中，冗余信息处理装置包括测量值判断模块、识别模块、结果计算模块和报警模块，测量值判断模块用于分别判断所有传感器输出的测量值是否有效；识别模块用于分别对所有传感器输出的无效测量值计数，根据计数结果识别正常传感器和故障传感器；结果计算模块用正常传感器输出的测量值计算本次测量结果；报警模块用于当故障传感器占所有传感器的比例达到第一设定值时输出报警信息。
为了能够在提高容错性能的同时，保障安全。在一些实施例中，冗余信息处理装置进一步还包括安全控制模块，用于当故障传感器占所有传感器的比例达到第二设定值时输出停机控制信号，其中，第二设定值大于第一设定值。
在一些实施例中，测量值判断模块进一步包括第一比较子模块、第二比较子模块和第三比较子模块中的至少一个，第一比较子模块用于将待判定的测量值与对应传感器在本测量应用中的正常测量范围比较，当超出该测量范围时判定该待判定的测量值无效；第二比较子模块用于计算待判定的测量值相对于对应传感器在上一测量周期输出的测量值的变化率，当变化率超过预置的最大允许变化率时判定该待判定的测量值无效；第三比较子模块用于分别计算待判定的测量值相对于其它正常传感器输出的测量值的差值的绝对值，当该绝对值超过预置的最大允许差值时判定该待判定的测量值无效。
在一些实施例中，识别模块进一步包括第一识别子模块，用于分别对每个传感器在每连续m个测量周期内输出的无效测量值计数获得对应的第一计数值，当对应的第一计数值与m的比值大于第三设定值时，判定对应的传感器为故障传感器。
在一些实施例中，识别模块进一步包括第二识别子模块，用于分别对每个传感器连续输出的无效测量值计数获得对应的第二计数值，当对应的第二计数值大于第四设定值时，判定对应的传感器为故障传感器。
在一些实施例中，识别模块可以同时包括上述第一识别子模块和第二识别子模块。
在一些实施例中，结果计算模块进一步包括平均值计算子模块，用于计算正常传感器输出的测量值的算术平均值，以该平均值作为本次测量结果。
在一些实施例中，冗余信息处理装置进一步还包括时间戳赋予模块，用于给正常传感器输出的测量值赋予时间戳。
可以理解地，在一些控制系统中，可能采用两个、三个或更多的传感器组成冗余传感器来测量某一对象的某一参数，这些应用中，均可以采用上述冗余信息处理装置或冗余信息处理方法进行处理，达到提高容错性的目的。本领域技术人员也可以理解，本发明冗余信息处理装置和冗余信息处理方法并不受传感器的种类限制，可以适用于所有被测量对象的实测信号变化有一定缓冲阶段(或者说测量值变化率的坡度较小，非瞬间变化)的系统。
可以理解地，可以将上述任意实施例的冗余信息处理装置和冗余信息处理方法应用于工程机械，对工程机械中使用的冗余传感器输出的测量值进行处理。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (13)
1.一种冗余信息处理方法，用于对测量同一对象的同一参数的至少两个传感器输出的测量值处理，该方法包括以下步骤：
分别判断所述至少两个传感器输出的测量值是否有效；
分别对所述至少两个传感器输出的无效测量值计数，根据计数结果识别正常传感器和故障传感器；
用所述正常传感器输出的测量值计算本次测量结果；
当所述故障传感器占所述至少两个传感器的比例达到第一设定值时输出报警信息，和/或当所述故障传感器占所述至少两个传感器的比例达到第二设定值时输出停机控制信号，所述第二设定值大于所述第一设定值。
2.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，判断传感器输出的测量值是否有效的方法包括下述三个子步骤中的至少一个：
将待判定的测量值与对应传感器在本测量应用中的正常测量范围比较，当超出该测量范围时判定该待判定的测量值无效的子步骤；
计算待判定的测量值相对于对应传感器在上一测量周期输出的测量值的变化率，当变化率超过预置的最大允许变化率时判定该待判定的测量值无效的子步骤；
分别计算待判定的测量值相对于其它正常传感器输出的测量值的差值的绝对值，当该绝对值超过预置的最大允许差值时判定该待判定的测量值无效的子步骤。
3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，分别对所述至少两个传感器输出的无效测量值计数，根据计数结果识别正常传感器和故障传感器的方法包括：分别对每个传感器在每连续m个测量周期内输出的无效测量值计数获得对应的第一计数值，当对应的第一计数值与m的比值大于第三设定值时，判定对应的传感器为故障传感器的子步骤。
4.根据权利要求1或3所述的控制方法，其特征在于，分别对所述至少两个传感器输出的无效测量值计数，根据计数结果识别正常传感器和故障传感器的方法包括：分别对每个传感器连续输出的无效测量值计数获得对应的第二计数值，当对应的第二计数值大于第四设定值时，判定对应的传感器为故障传感器的子步骤。
5.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，用所述正常传感器输出的测量值计算本次测量结果的方法包括：计算所述正常传感器输出的测量值的算术平均值，以该平均值作为本次测量结果的子步骤。
6.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，还包括：给所述正常传感器输出的测量值赋予时间戳的步骤。
7.一种冗余信息处理装置，用于对测量同一对象的同一参数的至少两个传感器输出的测量值处理，该处理装置包括：
测量值判断模块，用于分别判断所述至少两个传感器输出的测量值是否有效；
识别模块，用于分别对所述至少两个传感器输出的无效测量值计数，根据计数结果识别正常传感器和故障传感器；
结果计算模块，用所述正常传感器输出的测量值计算本次测量结果；以及
报警模块，用于当所述故障传感器占所述至少两个传感器的比例达到第一设定值时输出报警信息；和/或安全控制模块，用于当所述故障传感器占所述至少两个传感器的比例达到第二设定值时输出停机控制信号，所述第二设定值大于所述第一设定值。
8.根据权利要求7所述的处理装置，其特征在于，所述测量值判断模块进一步包括下述三个子模块中的至少一个：
第一比较子模块，用于将待判定的测量值与对应传感器在本测量应用中的正常测量范围比较，当超出该测量范围时判定该待判定的测量值无效；
第二比较子模块，用于计算待判定的测量值相对于对应传感器在上一测量周期输出的测量值的变化率，当变化率超过预置的最大允许变化率时判定该待判定的测量值无效；以及
第三比较子模块，用于分别计算待判定的测量值相对于其它正常传感器输出的测量值的差值的绝对值，当该绝对值超过预置的最大允许差值时判定该待判定的测量值无效。
9.根据权利要求7所述的处理装置，其特征在于：所述识别模块进一步包括第一识别子模块，用于分别对每个传感器在每连续m个测量周期内输出的无效测量值计数获得对应的第一计数值，当对应的第一计数值与m的比值大于第三设定值时，判定对应的传感器为故障传感器。
10.根据权利要求7或9所述的处理装置，其特征在于：所述识别模块进一步包括第二识别子模块，用于分别对每个传感器连续输出的无效测量值计数获得对应的第二计数值，当对应的第二计数值大于第四设定值时，判定对应的传感器为故障传感器。
11.根据权利要求7所述的处理装置，其特征在于：结果计算模块进一步包括平均值计算子模块，用于计算所述正常传感器输出的测量值的算术平均值，以该平均值作为本次测量结果。
12.根据权利要求7所述的处理装置，其特征在于：进一步还包括时间戳赋予模块，用于给所述正常传感器输出的测量值赋予时间戳。
13.一种工程机械，包括由至少两个传感器组成的冗余传感器，其特征在于：还包括权利要求7-12任意一项所述的处理装置。
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: 410200 No. 997, Section 2, Tengfei Road, Wangcheng District, Changsha City, Hunan Province Patentee after: Hunan Zoomlion emergency equipment Co., Ltd Address before: 410013 Zhonglian Science Park, No. 361 South Bank Road, Hunan, Changsha Patentee before: Changsha Zhonglian fire fighting Machinery Co., Ltd |
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| CP03 | Change of name, title or address |