CN104597814B - 一种高稳定性的控制系统冗余的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高稳定性的控制系统冗余的系统和方法，其中高稳定性的控制系统冗余的系统包括主控制站、从控制站、与主控制站相连的主通信卡、与从控制站相连的从通信卡、与主通信卡和从通信卡相连的主IO模块和从IO模块；主IO模块和从IO模块用以记录输入输出的IO数据，主通信卡和从通信卡用以读取并写入IO数据，主控制站从主通信卡实时接收IO数据，从控制站从从通信卡实时接收IO数据，从控制站把接收到的IO数据发送给主控制站。本发明解决现有技术中控制系统稳定性差的问题，本发明在主控制站、从控制站、主通信卡或者主IO模块发生故障时，控制系统可以正常工作，提高了控制系统的稳定性，节约时间，提高了数据传输效率。

Description

一种高稳定性的控制系统冗余的系统和方法
技术领域
本发明涉及通信领域，尤其涉及一种高稳定性的控制系统冗余的系统和方法。
背景技术
当前对控制系统的稳定性要求非常高，特别是在工业中的应用。现有技术中控制系统冗余技术存在的缺点是当IO模块或者通信卡损坏后，该IO模块或者该通信卡因不能够工作而不能输入输出IO数据，影响控制系统的正常工作，待故障解除，需要耗费大量的时间。
发明内容
本发明所要解决的技术问题，提供一种高稳定性的控制系统冗余的系统和方法。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种高稳定性的控制系统冗余的系统,包括主控制站、从控制站、与主控制站相连的主通信卡、与从控制站相连的从通信卡、与主通信卡和从通信卡相连的主IO模块和从IO模块；
所述主IO模块和从IO模块用以记录输入输出的IO数据，所述主通信卡和所述从通信卡用以读取并写入IO数据，所述主控制站从所述主通信卡实时接收IO数据，所述从控制站从所述从通信卡实时接收IO数据，所述从控制站把接收到的IO数据发送给所述主控制站。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步地，所述主控制站与所述从控制站进行数据同步，数据同步的内容包括：所述主控制站的状态、所述主控制站保存到所有IO数据、任务以及全局变量。
进一步地，所述主通信卡从所述主IO模块或所述从IO模块直接获取IO数据。
进一步地，所述从通信卡从所述主通信卡获取IO数据，或者从所述主IO模块或所述从IO模块直接获取IO数据。
进一步地，所述主IO模块正常时，所述从IO模块只记录IO数据但不输出IO数据；所述主IO模块故障时，所述从IO模块记录IO数据并将IO数据输出给所述主通信卡或所述从通信卡。
进一步地，所述主通信卡和所述从通信卡通过总线与所述主IO模块和所述从IO模块连接。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种高稳定性的控制系统冗余的方法,根据下列四种情形进行判断和执行,
情形1，当主控制站故障时，从控制站代替主控制站；
情形2，当从控制站故障时，主控制站报警提示从控制站发生故障；
情形3，当主通信卡故障时，主控制站读取并写入从控制站从从通信卡获取的IO数据；
情形4，当主IO模块故障时，从IO模块替代主IO模块向主通信卡或从通信卡输出IO数据。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步地，情形1中，从控制站从从通信卡获取IO数据并直接与上位机HMI通信。
进一步地，情形1中，从控制站报警提示主控制站发生故障。
进一步地，情形4中，从IO模块的IO数据传递给主通信卡。
本发明的有益效果是：在主控制站、从控制站、主通信卡或者主IO模块发生故障时，控制系统可以正常工作，提高了控制系统的稳定性，节约时间，提高了传输效率。
附图说明
图1为本发明所述高稳定性的控制系统冗余的系统结构图；
图2为本发明所述高稳定性的控制系统冗余的方法情形1示意图；
图3为本发明所述高稳定性的控制系统冗余的方法情形2示意图；
图4为本发明所述高稳定性的控制系统冗余的方法情形3示意图；
图5为本发明所述高稳定性的控制系统冗余的方法情形4示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示，一种高稳定性的控制系统冗余的系统,包括主控制站、从控制站、与主控制站相连的主通信卡、与从控制站相连的从通信卡、与主通信卡和从通信卡相连的主IO模块和从IO模块；
主IO模块和从IO模块用以记录输入输出的IO数据，主通信卡和从通信卡用以读取并写入IO数据，主控制站从主通信卡实时接收IO数据，从控制站从从通信卡实时接收IO数据，从控制站把接收到的IO数据发送给主控制站；其中主通信卡和从通信卡通过总线与主IO模块和从IO模块连接。
主控制站主要用于获取并保存IO数据、任务计算、对上位机HMI通信、数据同步。
主控制站获取IO数据(IO数据来源：控制站主与主通信卡通信成功时来自主通信卡，主控制站与主通信卡通信不成功时来源于从控制站获取的从通信卡的IO数据)后，将每个IO的通道值转换成工程量值，并将工程量值与IO模块的原始值保存起来。
主控制站根据每个IO通道的值和对应的局部变量，在固定周期进行计算输出到缓冲区中。
主控制站获取IO数据并通过HMI通信接口与上位机通信，HMI通信接口为控制站提供标准modbus TCP/IP以太网接口，HMI可以以标准的modbus TCP/IP协议访问并修改IO数据。
主控制站需要将所需数据实时传输给从控制站，以便于当控制站需要主从切换时能整个系统能无干扰继续运行。数据同步的内容包括：主控制站的状态、主控制站保存的IO数据、任务、全局变量。
从控制站在主控制站工作正常时，保存主控制站传输的各类数据，并在主控制站停止工作后执行主控制站除了数据同步的所有任务和功能。在主控制站跟从通信卡通讯失败的时候，从控制站需要通过从通信卡读取IO数据，并同时将得到的IO数据传输给主控制站。
当有控制站跟主通信卡通讯时，主通信卡读取IO模块的IO数据并可将主控制站写入的IO模块的数据写入IO模块。如果有从通信卡的存在，则实时将主通信卡中保存的IO数据和IO状态信息传输给从通信卡。当无控制站对其通讯时，主通信卡本身状态为“待机”，不对IO模块和其他通信卡通信。
当主通信卡存在时，则将主通信卡传输过来并保存的IO数据传输给从控制站。当主通信卡故障或者不存在时，则从通信卡可直接获取IO模块的IO数据，传输给从控制站，然后传输给主控制站。
主IO模块正常时，可以记录IO数据并将IO数据输出给主通信卡或者从通信卡，此时从IO模块只记录同样的IO数据，但是不输出IO数据；当主IO模块故障时，从IO模块记录IO数据并将IO数据输出给主通信卡或从通信卡。
如图2所示，一种高稳定性的控制系统冗余的方法,根据下列四种情形进行判断和执行,
情形1，当主控制站故障时，从控制站代替主控制站从控制站主控制站的控制权力(包括读取写入IO数据、任务计算、跟上位机HMI通信)，从控制站报警提示主控制站故障，主控制站停止工作等待维修；此时控制系统的工作流程为：主通信卡获取主IO模块或者从IO模块的IO数据并将IO数据备份给从通信卡，从通信卡将接收到的IO数据传送给从控制站。
情形2，当从控制站故障时，主控制站报警提示从控制站发生故障，从控制站停止跟主控制站的IO数据传输并且停止与从通信卡的通讯；此时控制系统的工作流程为：主通信卡获取主IO模块或者从IO模块的IO数据并传送给主控制站。
情形3，当主通信卡故障时，此时从控制站可以直接从主IO模块或者从IO模块获取IO数据，主控制站读取并写入从控制站从从通信卡获取的IO数据；
情形4，当主IO模块故障时，从IO模块替代主IO模块向主通信卡或者从通信卡输出IO数据。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种高稳定性的控制系统冗余的系统,其特征在于,包括主控制站、从控制站、与主控制站相连的主通信卡、与从控制站相连的从通信卡、与主通信卡和从通信卡相连的主IO模块和从IO模块；
所述主IO模块和所述从IO模块用以记录输入输出的IO数据，所述主通信卡和所述从通信卡用以读取并写入IO数据，所述主控制站从所述主通信卡实时接收IO数据，所述从控制站从所述从通信卡实时接收IO数据，所述从控制站把接收到的IO数据发送给所述主控制站；
所述主IO模块正常时，所述从IO模块只记录IO数据但不输出IO数据；所述主IO模块故障时，所述从IO模块记录IO数据并将IO数据输出给所述主通信卡或所述从通信卡；
当有控制站跟主通信卡通讯时，主通信卡读取IO模块的IO数据并可将主控制站写入的IO模块的数据写入IO模块,如果有从通信卡的存在，则实时将主通信卡中保存的IO数据和IO状态信息传输给从通信卡,当无控制站对其通讯时，主通信卡本身状态为“待机”，不对IO模块和其他通信卡通信。
2.根据权利要求1所述的高稳定性的控制系统冗余的系统,其特征在于,所述主控制站与所述从控制站进行数据同步，数据同步的内容包括：所述主控制站的状态、所述主控制站保存到所有IO数据、任务以及全局变量。
3.根据权利要求1所述的高稳定性的控制系统冗余的系统,其特征在于,所述主通信卡从所述主IO模块或所述从IO模块直接获取IO数据。
4.根据权利要求1所述的高稳定性的控制系统冗余的系统,其特征在于,所述从通信卡从所述主通信卡获取IO数据，或者从所述主IO模块或所述从IO模块直接获取IO数据。
5.根据权利要求1所述的高稳定性的控制系统冗余的系统,其特征在于,所述主通信卡和所述从通信卡通过总线与所述主IO模块和所述从IO模块连接。
6.一种高稳定性的控制系统冗余的方法,其特征在于,根据下列四种情形进行判断和执行,
情形1，当主控制站故障时，从控制站代替主控制站；
具体为：从控制站代替主控制站的控制权力，包括读取写入IO数据、任务计算、跟上位机HMI通信，从控制站报警提示主控制站故障，主控制站停止工作等待维修；此时控制系统的工作流程为：主通信卡获取主IO模块或者从IO模块的IO数据并将IO数据备份给从通信卡，从通信卡将接收到的IO数据传送给从控制站；
情形2，当从控制站故障时，主控制站报警提示从控制站发生故障；
情形3，当主通信卡故障时，主控制站读取并写入从控制站从从通信卡获取的IO数据；
情形4，当主IO模块故障时，从IO模块替代主IO模块向主通信卡或从通信卡输出IO数据。
7.根据权利要求6所述的高稳定性的控制系统冗余的方法,其特征在于,情形1中，从控制站从从通信卡获取IO数据并直接与上位机HMI通信。
8.根据权利要求6所述的高稳定性的控制系统冗余的方法,其特征在于,情形1中，从控制站报警提示主控制站发生故障。
9.根据权利要求6所述的高稳定性的控制系统冗余的方法,其特征在于,情形4中，从IO模块的IO数据传递给主通信卡。
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