CN104793601A - 一种dcs控制器冗余装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种DCS控制器冗余装置和方法。所述装置包括：第一控制器和第二控制器，所述第一控制器包括控制器初始类别转换单元，信息确认收发单元，固件收发单元，参数收发单元以及切换指令收发单元。本申请实施例提供的一种DCS控制器冗余装置和方法，通过设置完全相同的两个控制器，并且经过初始化，固件同步，参数同步这些过程，可以保证两个控制器中的系统数据完全一致，当一个控制器发生故障时，另一个控制器能够继续进行数据收发工作，提高了冗余系统的稳定性。

Description

一种DCS控制器冗余装置和方法
技术领域
本申请涉及信号传输领域，特别涉及一种DCS控制器冗余装置和方法。
背景技术
DCS是分散控制系统(Distributed Control System)的简称，国内一般习惯称为集散控制系统。它是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统，综合了计算机(Computer)、通讯(Communication)、显示(CRT)和控制(Control)等4C技术，其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活、组态方便。
集散控制系统主要由三大部分组成：分散过程控制装置、操作管理装置及通讯系统。通讯系统用来提供分散过程控制装置与操作管理装置之间的数据传递和交换。在分散过程控制装置中，是将生产过程的各种过程变量通过分散过程控制装置转化为操作监视的数据，而操作的各种信息也通过分散过程控制装置送到执行机构。在分散过程控制装置内，进行模拟量与数字量的相互转换，完成控制算法的各种运算，对输入与输出量进行有关的软件滤波和一些运算。分散过程控制装置的工作原理为：现场检测设备从现场采集来的信号经I/O单元的A/D转换，通过I/O总线把数据传到过程接口控制器(PIC)，在过程站(PCS)需要时，PIC沿现场总线把数据发送到PCS的现场总线控制器(FBC)，FBC对接收到的信号进行滤波和线性化，然后发送到PCS的CPU。PCS的CPU依照系统组态对数据进行处理和运算，并发送所需的数据到网络连接单元(NCU)。
稳定可靠是工业控制系统的必备的特点，但是由于各种复杂的工业环境，对控制系统的干扰也是多变的，外部干扰对系统部件的寿命造成了不可预测的影响，为了系统的更加稳定性，控制器的冗余是非常有必要的，控制器出现意外时，备份机及时地接管系统的控制，避免对工业现场造成灾难性后果。
现有冗余技术，主机正常收发数据，备机只收不发，主机备机同时运行，主机故障时，备机开始发送。这样主机、备机中的数据可能因为时序问题导致数据不一致。其次，如果受到通信线路上的干扰导致主机不能正常工作，那么备机也会受到干扰不能正常工作，这样不能起到冗余备份的效果。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种DCS控制器冗余装置和方法，以提高冗余系统的稳定性。
本申请实施例提供的一种DCS控制器冗余装置和方法是这样实现的：
一种DCS控制器冗余装置，所述装置包括第一控制器和第二控制器，所述第一控制器包括控制器初始类别转换单元，信息确认收发单元，固件收发单元，参数收发单元以及切换指令收发单元，其中：
所述控制器初始类别转换单元，用来根据预设规则转换第一控制器的初始类别，所述初始类别包括主控制器和从控制器；
所述信息确认收发单元，用来向第二控制器发送固件版本确认信息或者接收第二控制器发来的固件版本确认信息，所述固件版本确认信息中包括发送方的固件版本号；
所述固件收发单元，用来向第二控制器发送固件或者接收第二控制器发来的固件；
所述参数收发单元，用来向第二控制器发送参数包或者接收第二控制器发来的参数包；
所述切换指令收发单元，用来向第二控制器发送切换指令或者接收第二控制器发来的切换指令；
所述第二控制器与第一控制器的结构相同，并通过用于信息交互的通道相连接。
优选地，所述控制器初始类别转换单元具体包括：
控制器初始类别判定模块，用来判定第一控制器的初始类别；
信息监测模块，用来通过所述冗余通道检测第二控制器的运行状态；
第一设定模块，用来当所述判定的第一控制器的初始类别为主控制器，并且所述检测的第二控制器没有运行时，设定第一控制器为主控制器；
第二设定模块，用来当所述判定的第一控制器的初始类别为主控制器，并且所述检测的第二控制器正在运行时，设定第一控制器为从控制器；
第三设定模块，用来当所述判定的第一控制器的初始类别为从控制器，并且所述检测的第二控制器在预设时间段内没有运行时，设定第一控制器为主控制器；
第四设定模块，用来当所述判定的第一控制器的初始类别为从控制器，并且所述检测的第二控制器在预设时间段内开始运行或者正在运行时，设定第一控制器为从控制器。
优选地，所述第一控制器和第二控制器中还包括接口隔离单元，用来当主控制器线路出现故障时，隔离主控制器的接口。
一种DCS控制器冗余方法，包括：
根据预设规则分别确认第一控制器与第二控制器的控制器类别，所述控制器类别包括主控制器和从控制器；
主控制器向从控制器发送固件版本确认信息，所述固件版本确认信息中包括主控制器的固件版本号；
从控制器接收到所述固件版本确认信息后，比较主控制器的固件版本号与自身的固件版本号；
当主控制器与从控制器的固件版本号相同时，主控制器向从控制器发送变量参数信息；
从控制器将自身的变量参数信息替换为主控制器发来的变量参数信息；
主控制器检测到线路故障时，向从控制器发送切换指令。
优选地，所述根据预设规则分别确认第一控制器与第二控制器的控制器类别具体包括：
检测第一控制器与第二控制器的初始类别，所述初始类别包括主控制器和从控制器；
当第一控制器的初始类别为主控制器，并且第二控制器没有运行时，设定第一控制器为主控制器，设定第二控制器为从控制器；
当第一控制器的初始类别为主控制器，并且第二控制器正在运行时，设定第一控制器为从控制器，设定第二控制器为主控制器；
当第一控制器的初始类别为从控制器，并且第二控制器在预设时间段内没有运行时，设定第一控制器为主控制器，设定第二控制器为从控制器；
当第一控制器的初始类别为从控制器，并且第二控制器在预设时间段内开始运行或者正在运行时，设定第一控制器为从控制器，设定第二控制器为主控制器。
优选地，所述方法还包括：
当主控制器线路出现故障时，从控制器隔离主控制器的接口。
本申请提供的一种DCS控制器冗余装置和方法，通过设置完全相同的两个控制器，并且经过初始化，固件同步，参数同步这些过程，可以保证两个控制器中的系统数据完全一致，当一个控制器发生故障时，另一个控制器能够继续进行数据收发工作，提高了冗余系统的稳定性。
附图说明
图1为本申请提供的一种DCS控制器冗余装置的原理示意图；
图2为本申请实施例提供的一种DCS控制器冗余装置示意图；
图3为本申请实施例提供的一种DCS控制器冗余装置中控制器初始类别转换单元的功能模块图；
图4为本申请提供的一种DCS控制器冗余方法流程图。
具体实施方式
本申请实施例提供一种DCS控制器冗余装置和方法。为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都应当属于本申请保护的范围。
图1为本申请提供的一种DCS控制器冗余装置的原理示意图。如图1所示，所述DCS控制器冗余装置包括主机和备机。其中，主机的工作模式为：周期性地对程序进行扫描，第N个周期的系统数据经过程序P1的处理，可以生成第(N+1)个周期的系统数据。也就是说，主机的第(N+1)个周期的系统程序可以由第N个周期的系统数据和程序P1决定。备机的工作模式与主机相同。备机中第(M+1)个周期的系统数据可以由第M个周期的系统数据和程序P2决定，其中P1和P2是相同的程序。那么，如果主机第N个周期的系统数据与备机第M个周期的系统数据相同，那么他们下一个周期的数据也会相同。因此，本申请实施例提供的一种DCS控制器冗余装置只需要保证主机和备机中每个周期的数据相同即可。
图2为本申请实施例提供的一种DCS控制器冗余装置示意图。如图2所示，所述装置包括第一控制器100和第二控制器200。其中，第一控制器和第二控制器均具备一个初始类别，例如，第一控制器的初始类别可以为主控制器，而第二控制器的初始类别可以为从控制器。在第一控制器和第二控制器启动时，可以根据自身的初始类别以及对方的工作状态，重新确定自身的类别。所述第一控制器与第二控制器的结构完全相同，并且通过用于信息交互的通道相连接。如图2所示，第一控制器可以包括控制器初始类别转换单元101，信息确认收发单元102，固件收发单元103，参数收发单元104以及切换指令收发单元105，其中：
所述控制器初始类别转换单元101，可以用来根据预设规则转换第一控制器的初始类别，所述初始类别包括主控制器和从控制器。具体地，图3为本申请实施例提供的一种DCS控制器冗余装置中控制器初始类别转换单元的功能模块图。如图3所示，所述控制器初始类别转换单元可以包括：
控制器初始类别判定模块1011，用来判定第一控制器的初始类别；
信息监测模块1012，用来通过所述冗余通道监测第二控制器的运行状态；
第一设定模块1013，用来当所述判定的第一控制器的初始类别为主控制器，并且所述检测的第二控制器没有运行时，设定第一控制器为主控制器；
第二设定模块1014，用来当所述判定的第一控制器的初始类别为主控制器，并且所述检测的第二控制器正在运行时，设定第一控制器为从控制器；
第三设定模块1015，用来当所述判定的第一控制器的初始类别为从控制器，并且所述检测的第二控制器在预设时间段内没有运行时，设定第一控制器为主控制器；
第四设定模块1016，用来当所述判定的第一控制器的初始类别为从控制器，并且所述检测的第二控制器在预设时间段内开始运行或者正在运行时，设定第一控制器为从控制器。
本申请实施例提供的一种DCS控制器冗余装置首先需要进行初始化的工作。具体地，第一控制器在启动时，控制器初始类别转换单元可以首先需要通过控制器初始类别判定模块1011来判定自身的初始类别。如果判定第一控制器的初始类别是主控制器，那么此时第一控制器需要通过信息监测模块1012来监测第二控制器的运行状态。如果此时第二控制器正在运行，则说明第二控制器此时是真正的主控制器，正在对外部设备进行信息通讯和管理，那么此时第一控制器则通过第二设定模块1014将自身设置为从控制器。
如果第一控制器通过信息监测模块1012监测到第二控制器此时并没有在工作，则说明第二控制器此时也刚刚启动或者正在等待第一控制器进入运行状态，那么此时第一控制器则可以通过第一设定模块1013将自身设置为主控制器。
如果第一控制器通过控制器初始类别判定模块1011判定自身的初始类别为从控制器，那么当第一控制器启动时，同样可以通过信息监测模块1012监测第二控制器的工作状态。只不过由于第一控制器的初始类别为从控制器，此时需要预先设置一个时间段，并在该预设时间段内监测第二控制器的工作状态。
如果此时第二控制器没有运行，那么第一控制器会在预设时间段内继续监测第二控制器的状态，如果在该预设时间段内第二控制器一直没有进入运行状态，则说明第二控制器目前可能发生故障，无法进行正常的工作，那么第一控制器则可以通过第三设定模块1015将自身设置为主控制器，并开始进入运行状态。
如果监测到第二控制器没有运行，那么第一控制器会在预设时间段内继续监测第二控制器的状态，如果在该预设时间段内第二控制器开始运行了，则说明第二控制器也是刚刚启动，正在进入工作状态，那么第一控制器则可以通过第四设定模块1016将自身设置为从控制器。
如果第一控制器一开始通过信息监测模块1012就监测到第二控制器正在运行，那么则说明此时第二控制器为主控制器，正在与外部设备进行通讯和管理，那么第一控制器则可以通过第四设定模块1016将自身设置为从控制器。
第二控制器刚开始启动的初始化工作与上述第一控制器的工作过程相同，首先可以确定自身的初始类别，然后通过监测第一控制器的工作状态来重新设置自身的类别。
上述第一控制器的初始状态为从控制器时，本申请实施例需要预先设置一时间段，这样做可以避免出现以下争抢主控制器的情况：当第一控制器和第二控制器均刚刚启动时，第一控制器的初始类别为从控制器，第二控制器的初始类别为主控制器。那么两个控制器在监测对方的工作状态时，会发现对方都没有在运行，此时初始状态为主控制器的第二控制器必然会直接将自身设置为主控制器，准备进入运行状态。如果初始状态为从控制器的第一控制器不预先设置一时间段继续监测的话，同样也会直接将自身设置为主控制器，那么就会出现两个控制器同时争抢主控制器的情况，这样会让整个系统变得不稳定，数据也会因为重复而出错。
在初始化完成后，主控制器便可以与从控制器进行固件同步。具体地，如果第一控制器为主控制器，那么第一控制器可以通过信息确认收发单元102向第二控制器发送固件版本确认信息。当然，如果第一控制器为从控制器，那么第一控制器就可以通过信息确认收发单元102来接收固件版本确认信息。所述固件版本确认信息中可以包括第一控制器的固件版本号，该版本号可以表明主控制器目前正在使用的固件版本。主控制器将固件版本号发送至从控制器处后，从控制器可以将该固件版本号与自身的固件版本进行对比，如果版本号一致，则说明固件原本就是同步的。如果版本号不一致，那么从控制器则需要通过信息确认收发单元向主控制器发送请求固件同步的指令。
假设第一控制器为主控制器，那么第一控制器收到第二控制器的请求固件同步的指令后，可以通过固件收发单元103向第二控制器发送固件，那么第二控制器也可以通过固件收发单元接收第一控制器发来的固件，从而可以实现固件同步的过程。当然，如果第一控制器为从控制器，那么也可以通过固件收发单元103接收第二控制器发来的固件，从而实现固件同步的过程。
固件同步完成后，主控制器则可以将自身的参数包发送至从控制器。从控制器通过将参数包中的数据赋值到自身的控制器系统中，便可以保证每个周期的系统数据均与主控制器相同。具体地，假设第一控制器为主控制器，那么第一控制器可以通过参数收发单元104向第二控制器单元发送参数包。如果第一控制器为从控制器，那么也可以通过参数收发单元104接收第二控制器发来的参数包。
完成参数赋值后，第一控制器与第二控制器便具有完全相同的系统数据，那么便可以互相成为对方的备份系统。当正在运行的主控制器发生故障时，则可以向从控制器发送切换指令，由从控制器来负责正常的数据收发。具体地，假设第一控制器为主控制器，那么第一控制器可以通过切换指令收发单元105向第二控制器单元发送切换指令。如果第一控制器为从控制器，那么也可以通过切换指令收发单元104接收第二控制器发来的切换指令。
在本申请一优选实施例中，所述第一控制器和第二控制器中还可以包括接口隔离单元，用来当主控制器线路出现故障时，将主控制器的接口隔离。这样可以避免主控制器发生故障后仍然收发数据，造成数据重复的情况。
本申请还提供一种DCS控制器冗余方法。图4为本申请提供的一种DCS控制器冗余方法流程图。如图4所示，所述方法包括：
S100：根据预设规则分别确认第一控制器与第二控制器的控制器类别，所述控制器类别包括主控制器和从控制器；
S200：主控制器向从控制器发送固件版本确认信息，所述固件版本确认信息中包括主控制器的固件版本号；
S300：从控制器接收到所述固件版本确认信息后，比较主控制器的固件版本号与自身的固件版本号；
S400：当主控制器与从控制器的固件版本号相同时，主控制器向从控制器发送变量参数信息；
S500：从控制器将自身的变量参数信息替换为主控制器发来的变量参数信息；
S600：主控制器检测到线路故障时，向从控制器发送切换指令。
在本申请一优选实施例中，所述方法还包括：
S700：当主控制器线路出现故障时，从控制器隔离主控制器的接口。
本申请提供的一种DCS控制器冗余装置和方法，通过设置完全相同的两个控制器，并且经过初始化，固件同步，参数同步这些过程，可以保证两个控制器中的系统数据完全一致，当一个控制器发生故障时，另一个控制器能够继续进行数据收发工作，提高了冗余系统的稳定性。
通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来。该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

Claims (6)

1.一种DCS控制器冗余装置，其特征在于，所述装置包括第一控制器和第二控制器，所述第一控制器包括控制器初始类别转换单元，信息确认收发单元，固件收发单元，参数收发单元以及切换指令收发单元，其中：
所述控制器初始类别转换单元，用来根据预设规则转换第一控制器的初始类别，所述初始类别包括主控制器和从控制器；
所述信息确认收发单元，用来向第二控制器发送固件版本确认信息或者接收第二控制器发来的固件版本确认信息，所述固件版本确认信息中包括发送方的固件版本号；
所述固件收发单元，用来向第二控制器发送固件或者接收第二控制器发来的固件；
所述参数收发单元，用来向第二控制器发送参数包或者接收第二控制器发来的参数包；
所述切换指令收发单元，用来向第二控制器发送切换指令或者接收第二控制器发来的切换指令；
所述第二控制器与第一控制器的结构相同，并通过用于信息交互的通道相连接。
2.如权利要求1所述的一种DCS控制器冗余装置，其特征在于，所述控制器初始类别转换单元具体包括：
控制器初始类别判定模块，用来判定第一控制器的初始类别；
信息监测模块，用来通过所述冗余通道检测第二控制器的运行状态；
第一设定模块，用来当所述判定的第一控制器的初始类别为主控制器，并且所述检测的第二控制器没有运行时，设定第一控制器为主控制器；
第二设定模块，用来当所述判定的第一控制器的初始类别为主控制器，并且所述检测的第二控制器正在运行时，设定第一控制器为从控制器；
第三设定模块，用来当所述判定的第一控制器的初始类别为从控制器，并且所述检测的第二控制器在预设时间段内没有运行时，设定第一控制器为主控制器；
第四设定模块，用来当所述判定的第一控制器的初始类别为从控制器，并且所述检测的第二控制器在预设时间段内开始运行或者正在运行时，设定第一控制器为从控制器。
3.如权利要求1所述的一种DCS控制器冗余装置，其特征在于，所述第一控制器和第二控制器中还包括接口隔离单元，用来当主控制器线路出现故障时，隔离主控制器的接口。
4.一种DCS控制器冗余方法，其特征在于，包括：
根据预设规则分别确认第一控制器与第二控制器的控制器类别，所述控制器类别包括主控制器和从控制器；
主控制器向从控制器发送固件版本确认信息，所述固件版本确认信息中包括主控制器的固件版本号；
从控制器接收到所述固件版本确认信息后，比较主控制器的固件版本号与自身的固件版本号；
当主控制器与从控制器的固件版本号相同时，主控制器向从控制器发送变量参数信息；
从控制器将自身的变量参数信息替换为主控制器发来的变量参数信息；
主控制器检测到线路故障时，向从控制器发送切换指令。
5.如权利要求4所述的一种DCS控制器冗余方法，其特征在于，所述根据预设规则分别确认第一控制器与第二控制器的控制器类别具体包括：
检测第一控制器与第二控制器的初始类别，所述初始类别包括主控制器和从控制器；
当第一控制器的初始类别为主控制器，并且第二控制器没有运行时，设定第一控制器为主控制器，设定第二控制器为从控制器；
当第一控制器的初始类别为主控制器，并且第二控制器正在运行时，设定第一控制器为从控制器，设定第二控制器为主控制器；
当第一控制器的初始类别为从控制器，并且第二控制器在预设时间段内没有运行时，设定第一控制器为主控制器，设定第二控制器为从控制器；
当第一控制器的初始类别为从控制器，并且第二控制器在预设时间段内开始运行或者正在运行时，设定第一控制器为从控制器，设定第二控制器为主控制器。
6.如权利要求4所述的一种DCS控制器冗余方法，其特征在于，所述方法还包括：
当主控制器线路出现故障时，从控制器隔离主控制器的接口。
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