CN103048920A - 一种用于集装箱冷水机组的双机热备冗余控制方法及系统 - Google Patents
一种用于集装箱冷水机组的双机热备冗余控制方法及系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种用于集装箱冷水机组的双机热备冗余控制方法及系统，包括用于对四台风冷冷水机组所对应的控制系统进行统一协调控制的主控制器和备用主控制器，所述主控制器和备用主控制器还分别需兼任第一风冷冷水机组和第二风冷冷水机组的控制功能；四套控制系统中第三控制器和第四控制器分别担任第三风冷冷水机组和第四风冷冷水机组控制功能，当主控制器离线或主控制器所连接的进水或出水温度传感器故障，则由备用主控制器接管主控制器的控制权。采用本发明可实现主控制器和备用主控制器的无扰切换，保证了整个系统的稳定运行，还保证整个网络系统的高可靠性，以克服现有技术中的高成本不足之处。
Description
技术领域
本发明涉及工业控制领域，尤其涉及的是一种用于集装箱冷水机组的双机热备冗余控制方法及系统，用于需使用双主机控制器实现高可靠性场所的网络无扰切换控制方法。
背景技术
目前对于网络通讯中实现高可靠性的常用方法为双机热备冗余，当前市面上对实现双机热备冗余的控制器要求相当高，就工业控制领域，仅等同于西门子S7300系列及以上的PLC方可实现双机热备冗余功能。由于这种双机热备冗余系统对控制器的要求高，并且整个网络中的控制设备也需与热备冗余控制系统相匹配，方可实现真正的整个网络系统的冗余。这无形中提高了网络中控制设备的档次要求，因此，造成整个控制系统网络成本相当高。另外，由于这类双机热备冗余系统一般采用2个相对独立的互为冗余的控制器专门来实现双机热备冗余功能，网络中设备的控制功能需由另外的独立控制器去实现，造成例如由4台设备组成的冗余网络中，可能出现需要6个主控制器的状况，导致整个控制网络成本更高。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于集装箱冷水机组的双机热备冗余控制方法及及系统，旨在解决现有技术在实现双机热备冗余时对控制器和整个网络设备的要求比较高导致成本高的问题。
本发明的技术方案如下：
一种用于集装箱冷水机组的双机热备冗余控制方法，其中，包括以下步骤：
步骤S1：主控制器和备用主控制器分别根据其当前主控制器对应的进水总管和出水总管温度传感器的值计算得出需开启的水泵台数及压缩机台数；
步骤S2：主控制器和备用主控制器将自己参与轮值和切换的重要参数实时发送给对方；
步骤S3：第三控制器和第四控制器向主控制器和备用主控制器发送自己的重要参数；
步骤S4：判断主控制器和备用主控制器是否有离线或各自的传感器是否有故障，若无继续步骤S1；若有则执行步骤S5；
步骤S5：若主控制器离线或传感器故障，当前主控制器切换到备用主控制器，在切换完成前，继续按切换前主控制器发送的需求来控制在线机组，切换完成后按照备用主控制器发送的需求来控制在线机组。
所述的用于集装箱冷水机组的双机热备冗余控制方法，其中，主控制器和备用主控制器由控制系统指定，两者可以互换。
所述的用于集装箱冷水机组的双机热备冗余控制方法，其中，若主控制器修复后回归控制系统，则现充当主控的备用主控制器将所有其它在线机组的信息给该回归的主控制器传送一次，其他控制器仍按正常的模式将自己的信息发送给该回归的主控制器，现充当主控的备用主控制器不将主控权转换给回归的主控制器,该现充当主控的备用主控制继续担任当前主控制器的任务和角色，回归的主控制器则充当和担任备用主控制器的任务和角色，直到现充当主控的备用主控器离线或传感器故障时,现充当主控的备用主控制器才将主控权转换给回归的主控制，有效地避免了主控制器和备用主控制器之间不必要的主权交换,提高了整个网络系统的可靠性。
所述的用于集装箱冷水机组的双机热备冗余控制方法，其中，若备用主控制器离线或故障，则主控制器、第三控制器和第四控制器不继续发送数据信息给备用主控制器。
所述的用于集装箱冷水机组的双机热备冗余控制方法，其中，若备用主控制器修复后回归控制系统，主控制器将所有其它在线机组的信息给该回归的备用主控制器传送一次，该回归的备用主控制器仍保持备用主控制器的身份在网络中运行，其他控制器仍按正常的模式将自己的信息发送给该回归的备用主控制器。
一种用于集装箱冷水机组的双机热备冗余控制系统，其中，包括四台风冷冷水机组、四套控制系统和一个环形通讯网络，四套控制系统中包括用于对四台风冷冷水机组所对应的控制系统进行统一协调控制的主控制器和备用主控制器，所述主控制器和备用主控制器还需分别兼任第一风冷冷水机组和第二风冷冷水机组的控制功能；四套控制系统中第三控制器和第四控制器分别担任第三风冷冷水机组和第四风冷冷水机组控制功能，所述主控制器、备用主控制器、第三控制器和第四控制器在网络上连接成环形网络，当主控制器离线或主控制器所连接的进水或出水温度传感器故障，则由备用主控制器接管主控制器的控制权。
所述的用于集装箱冷水机组的双机热备冗余控制系统，其中，所述主控制器和备用主控制器可以互换。
所述的用于集装箱冷水机组的双机热备冗余控制系统，其中，所述主控制器和备用主控制器均分别设置有进水温度传感器和出水温度传感器；主控制器和备用主控制器的进水和出水温度传感器均安装在四台风冷冷水机组的总管进水管和总管出水管上。
所述的用于集装箱冷水机组的双机热备冗余控制系统，其中，所述主控制器和备用主控制器在正常运行情况下进行实时数据同步。
本发明的有益效果：本发明通过提供一种用于集装箱冷水机组的双机热备冗余控制系统，设置了主控制器和备用主控制器，通过控制方法上实现主控制器和备用主控制器在正常情况下的实时数据同步，在主控制器或备用主控制器离线或传感器故障时，通过一定的控制策略实现主控制器和备用主控制器在进行主权交接时的无扰切换，顺利地保证了整个系统的稳定运行，在有效降低这种热备冗余系统成本的同时，还可以保证整个网络系统的高可靠性和无扰切换，以克服现有技术中的高成本不足之处。
附图说明
图1为本发明实施例提供的控制系统网络示意图。
图2是发明实施例提供的控制系统控制策略和方法流程图。
图中：1为主控制器，2备用主控制器，3为第三控制器，4为第四控制器，5为第一风冷冷水机组，6为第二风冷冷水机组，7为第三风冷冷水机组，8为第四风冷冷水机组，9为第一风冷冷水机组对应的水泵，10为第二风冷冷水机组对应的水泵，11为第三风冷冷水机组对应的水泵，12为第四风冷冷水机组对应的水泵，13为主控制器对应的总管进水温度传感器，14为备用主控制器对应的进水总管温度传感器，15为主控制器对应的出水总管温度传感器，16为备用主控制器对应的出水总管温度传感器，实线箭头代表网络通讯线，虚线代表各传感器连接线和控制线。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。
参见图1，本发明的目的在于设计的一种用于集装箱冷水机组的双机热备冗余控制系统，其包括四台风冷冷水机组、四套控制系统和一个环形通讯网络。其中，四套控制系统中，固定有两套设为主控制器和备用主控制器，所述主控制器1和备用主控制器2还需兼任第一风冷冷水机组5和第二风冷冷水机组6的控制功能；第三控制器3和第四控制器4分别担任第三风冷冷水机组7和第四风冷冷水机组8的控制功能。所述主控制器1、备用主控制器2、第三控制器3和第四控制器4在网络上连接成环形网络。
所述主控制器1和备用主控制器2均分别设置有进水温度传感器和出水温度传感器；主控制器和备用主控制器的进水和出水温度传感器均安装在四台风冷冷水机组的总管进水管和总管出水管上。
所述第三风冷冷水机组7和第四风冷冷水机组8对应的第三控制器3和第四控制器4均不设置进水和出水温度传感器。
正常情况下，作为整个控制系统的主控制器，对四台风冷冷水机组所对应的控制系统进行统一协调控制。当主控制器离线（指离开网络）或主控制器所连接的进水或出水温度传感器故障，则由备用主控制器接管主控制器的控制权，对四台风冷冷水机组所对应的控制系统进行统一协调控制。（主控制器和备用主控制器可互换，并不限定哪一台一直作为主控制器），
本发明由于设置了主控制器和备用主控制器，通过控制方法上实现主控制器和备用主控制器在正常情况下的实时数据同步，在主控制器或备用主控制器离线或传感器故障时，通过一定的控制策略实现主控制器和备用主控制器在进行主权交接时的无扰切换，顺利地保证了整个系统的稳定运行，即在主控制器和备用主控制器进行主权交接时，通过控制方法实现了整个系统的平稳运行，保持了原来处于开机状态的机组仍保持开机状态，同时根据负荷的需求开启需要开启的机组，确保整个空调系统的冷量。避免了主控制器和备用主控制器切换时可能造成的部分机组先停止运行然后再根据需要重新开启的情况。
本发明中的主控制器和备用主控制器的无扰切换纯粹通过控制手段和控制策略实现，无需增加额外的硬件设备。
本发明中的主控制器和备用主控制器除了担任主控制器功能的角色外，还需担任分别控制第一风冷冷水机组和第二风冷冷水机组的控制功能。
参见图2，本发明通过以下控制策略和方法实现了主控制器和备用主控制器之间数据的实时同步，实现了主控制器和备用主控制器主权交接时的无扰切换和平稳过渡。
当主机或传感器正常时的同步控制策略为：
首先，主控制器和备用主控制器根据其当前主控制器对应的进水总管或出水总管温度传感器的值计算得出需开启的水泵台数及压缩机台数，由于统一使用了当前主控制器对应的进水总管或出水总管温度传感器来进行需求计算，即在计算水泵需求及压缩机需求做到了统一；由于水温是在实时变化的，这意味着水泵和压缩机的需求也在实时变化，主控制器和备用主控制器均按当前主控制器对应的进水总管或出水总管温度传感器进行水泵需求和压缩机需求计算的好处在于：（1）确保了主控制器和备用主控制器在计算水泵需求和压缩机需求时做到了实时统一；（2）避免了备用主控制器不按这个原则来计算的弊端，由于水温实时变化会导致水泵和压缩机的需求实时变化，如果备用主控制器不按上述原则来计算，为了达到主控制器和备用主控制器在水泵和压缩机需求上的实时同步，只能靠当前的主控制器将其自己计算得出的水泵和压缩机需求信息以通讯的方式发送给备用主控制器，由于需求实时变化，所以需求的发送也得实时进行，这样会间接影响整个网络的速度，用上述的方法则既解决了需求实时同步的问题，也保证了整个网络的速度，取得了一举两得的良好效果。
然后，主控制器和备用主控制器会将自己的重要参数实时发送给对方和第三，第四号控制器，同时第三控制器和第四控制器也会向主控制器和备用主控制器发送自己的重要参数，这样就使得主控制器和备用主控制器里均集中了四台机组的实时重要数据，这些重要数据主要包括各台机组需开启的水泵和压缩机需求参数，各台机组水泵和压缩机的实际运行状态，各台机组的各种故障状态信息。这些数据信息是用来确保主控制器和备用主控制器实时同步以及用来判断主控制器和备用主控制器是否需切换，四台机组是否满足故障轮值和时间轮值等条件的重要依据。在正常情况下，实现了这些数据在主控制器和备用主控制器里的完全一致和实时同步。
当主机离线或传感器故障时的数据同步控制策略为：
首先是进行传感器的同步处理；在主控制器所对应的进水或出水温度传感器故障时，主控制器会交出主权给备用主控制器，由于数据交换需要一定的时间去完成，为了避免在备用主控制器还没完全接管主权的这个空档时间里，因为传感器故障导致整个网络中的进水或出水温度异常导致整机停机或故障的情况发生，在控制上，通过程序处理，在两个主机交接空档的时间，采取仍沿用主控制器进水或出水温度传感器故障前的进水或出水温度来控制整个网络中设备的运行，直到备用主机完全按管主权后，控制系统再根据备用主机所对应的进水或出水温度来控制网络中的各台设备；实现了传感器故障时的同步处理；
其次是开启顺序的同步处理；由于正常时的同步措施已保证了主控制器和备用主控制器的数据完全一致，所以，在当前主机离线或传感器故障无法实现主机功能时，其它机组在备用主机里的信息与刚离线的主机的信息完全一致，此时当前主机离线后，控制系统通过：仅认为离线主机的离线故障作为一个机组故障来处理的控制策略，来保证原来运行的机组继续运行，原来没有运行的机组根据机组故障原则视负荷需求来决定开启还是关闭；确保了主机离线后备用主机接管主权工作时，保证原来机组的运行状态不变，实现了主机和备用主机切换的平稳过渡。
然后是当前主控制器切换到备用主控制器时的空档问题处理：在当前主控制器切换到备用主控制器时，会出现短时间整个控制系统无主控制器的情况，即主控制器离线无法行驶主机功能，备用主控制器还没有完全接管主权，使得主权交换时的空档出现，如不处理，会出现所有机组全部停止然后再按一定要求开启的情况发生；控制策略上通过在每台在线机组的程序内部，采取以下措施实现主控制器和备用主控制器切换时空档期的平稳过渡；具体为，在每台在线机组程序内部，通过例如：按主控制器发送的需求来控制在线机组，当出现空档问题时，在线机组通过程序处理保持原来主机的需求信号，直到空档时间结束，再按新的主机的需求信号来进行控制；这样便实现了主机和备用主机切换过程中空档问题可能导致的所有在线机组停止运行再开启的情况，实现了主从切换时的平稳过渡；
最后是主控制器或备用主控制器长时间离线后再回到网络的同步处理：主控制器或备用主控制器长时间离线后，导致现有主控制器与离线主控制器内部的数据区别很大，为了使离线主控制器再回网络后，获得最新的数据信息，控制上通过现任主控制器在检测到离线主控制器回到网络的信号后，将所有其它在线机组的信息给离线再回网络的主控制器传送一次，实现主控制器和备用主控制器的信息同步；在其它从机控制器检测到离线主机回到网络的信号后，仍按以前正常的模式将自己的信息发送给现任主机的同时，也发送给离线后再回到网络的备用主控制器；从而实现两台主机信息的完全同步；离线的备用主控制器在重回网络后仍保持备用主控制器的身份在网络中运行，直到当前的主控制器出现离线故障或传感器故障时，备用主控制器才接管主权成为当前的主控制器。
本发明通过提供一种用于集装箱冷水机组的双机热备冗余控制系统，设置了主控制器和备用主控制器，通过控制方法上实现主控制器和备用主控制器在正常情况下的实时数据同步，在主控制器或备用主控制器离线或传感器故障时，通过一定的控制策略实现主控制器和备用主控制器在进行主权交接时的无扰切换，顺利地保证了整个系统的稳定运行，在有效降低这种热备冗余系统成本的同时，还可以保证整个网络系统的高可靠性和无扰切换，以克服现有技术中的高成本不足之处。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (9)
1.一种用于集装箱冷水机组的双机热备冗余控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：主控制器和备用主控制器分别根据其当前主控制器对应的进水总管或出水总管温度传感器的值计算得出需开启的水泵台数及压缩机台数；
步骤S2：主控制器和备用主控制器将自己的重要参数实时发送给对方和第三及第四控制器；
步骤S3：第三控制器和第四控制器向主控制器和备用主控制器发送自己的重要参数；
步骤S4：判断主控制器和备用主控制器是否有离线或各自的传感器是否有故障，若无继续步骤S1；若有则执行步骤S5；
步骤S5：若主控制器离线或传感器故障，当前主控制器切换到备用主控制器，在切换完成前，继续按切换前主控制器发送的需求来控制在线机组，切换完成后按照备用主控制器发送的需求来控制在线机组。
2.根据权利要求1所述的用于集装箱冷水机组的双机热备冗余控制方法，其特征在于，主控制器和备用主控制器由控制系统指定，两者可以互换。
3.根据权利要求1所述的用于集装箱冷水机组的双机热备冗余控制方法，其特征在于，若主控制器修复后回归控制系统，则现充当主控的备用主控制器将所有其它在线机组的信息给该回归的主控制器传送一次，其他控制器仍按正常的模式将自己的信息发送给该回归的主控制器，现充当主控的备用主控制器不将主控权转换给回归的主控制器，直到现充当主控的备用主控制器出现离线或传感器故障。
4.根据权利要求1所述的用于集装箱冷水机组的双机热备冗余控制方法，其特征在于，若备用主控制器离线或故障，则主控制器、第三控制器和第四控制器不继续发送数据信息给备用主控制器。
5.根据权利要求1所述的用于集装箱冷水机组的双机热备冗余控制方法，其特征在于，若备用主控制器修复后回归控制系统，主控制器将所有其它在线机组的信息给该回归的备用主控制器传送一次，该回归的备用主控制器仍保持备用主控制器的身份在网络中运行，其他控制器仍按正常的模式将自己的信息发送给该回归的备用主控制器。
6.一种用于集装箱冷水机组的双机热备冗余控制系统，其特征在于，包括四台风冷冷水机组、四套控制系统和一个环形通讯网络，四套控制系统中包括用于对四台风冷冷水机组所对应的控制系统进行统一协调控制的主控制器和备用主控制器，所述主控制器和备用主控制器还分别需兼任第一风冷冷水机组和第二风冷冷水机组的控制功能；四套控制系统中第三控制器和第四控制器分别担任第三风冷冷水机组和第四风冷冷水机组控制功能，所述主控制器、备用主控制器、第三控制器和第四控制器在网络上连接成环形网络，当主控制器离线或主控制器所连接的进水或出水温度传感器故障，则由备用主控制器接管主控制器的控制权。
7.根据权利要求6所述的用于集装箱冷水机组的双机热备冗余控制系统，其特征在于，所述主控制器和备用主控制器可以互换。
8.根据权利要求6所述的用于集装箱冷水机组的双机热备冗余控制系统，其特征在于，所述主控制器和备用主控制器均分别设置有进水温度传感器和出水温度传感器；主控制器和备用主控制器的进水和出水温度传感器均安装在四台风冷冷水机组的总管进水管和总管出水管上。
9.根据权利要求6所述的用于集装箱冷水机组的双机热备冗余控制系统，其特征在于，所述主控制器和备用主控制器在正常运行情况下进行实时数据同步。
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