CN105068597B - 一种脉冲信号的冗余传输方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种脉冲信号的冗余传输方法及系统。所述方法包括：时钟分配器获取授时服务器的秒脉冲信号；侦听所述秒脉冲信号；确定所述秒脉冲信号出现故障；确定所述秒脉冲信号出现故障之后，将所述时钟分配器上的第一收发器由发送状态切换至接收状态；工作控制器通过被设置为接收状态的第二收发器接收第一收发器发送的秒脉冲信号；确定第一收发器发送的秒脉冲信号出现故障后，将第二收发器由接收状态切换至发送状态；通过发送状态的第二收发器将工作控制器的备用秒脉冲信号发送至备用控制器。采用本发明的方法或系统，可以实现脉冲信号的冗余传输，提高DCS系统中对于脉冲信号传输的稳定性。

Description

一种脉冲信号的冗余传输方法及系统

技术领域

本发明涉及通信控制领域，特别是涉及一种脉冲信号的冗余传输方法及系统。

背景技术

时钟同步是分布式控制系统中进行数据和任务调度的核心技术之一。时钟同步技术可以提供一种确定事件发生时间的先后顺序的机制，以保证控制节点在执行发送和接受消息、控制、事故记录等动作时在时间逻辑上的准确性。此外，当生产过程中发生停车或其他事故时，基于同步时钟信号的事故记录可以在事故分析过程起到重要作用。

但是，现有技术中，通常采用秒脉冲作为分布式控制系统(Distributed ControlSystem，DCS)的时钟信号。但是，现有技术中，主要采用授时服务器的秒脉冲信号作为时钟信号。当授时服务器的秒脉冲信号在传输过程中出现故障，或者授时服务器出现故障时，将导致DCS中的控制器立即失去时钟信号。

发明内容

本发明的目的是提供一种脉冲信号的冗余传输方法及系统，可以在授时服务器的秒脉冲信号出现故障时启用备用秒脉冲信号，从而实现脉冲信号的冗余传输，提高DCS系统中对于脉冲信号传输的稳定性。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种脉冲信号的冗余传输方法，包括：

时钟分配器获取授时服务器的秒脉冲信号；

所述时钟分配器侦听所述秒脉冲信号；

所述时钟分配器确定所述秒脉冲信号出现故障；

所述时钟分配器确定所述秒脉冲信号出现故障之后，将所述时钟分配器上的第一收发器由发送状态切换至接收状态；

工作控制器通过被设置为接收状态的第二收发器接收所述第一收发器发送的秒脉冲信号；

所述工作控制器确定所述第一收发器发送的秒脉冲信号出现故障后，将所述第二收发器由接收状态切换至发送状态；

所述工作控制器通过发送状态的所述第二收发器将所述工作控制器的备用秒脉冲信号发送至备用控制器。

可选的，所述时钟分配器获取授时服务器的秒脉冲信号之后，还包括：

对所述授时服务器的秒脉冲信号进行锁存和取反，得到反相后的秒脉冲信号。

可选的，所述时钟分配器侦听所述秒脉冲信号，具体包括：

采用计数器对所述秒脉冲信号进行计数；

识别到所述秒脉冲信号的上升沿后，对所述计数器进行清零并重新开始计时；

所述时钟分配器确定所述秒脉冲信号出现故障，具体包括：

当所述计数器的数值大于预设数值时，确定所述计数器对应的秒脉冲信号出现故障。

可选的，所述确定所述秒脉冲信号出现故障之后，将所述时钟分配器上的第一收发器由发送状态切换至接收状态，具体包括：

将出现故障的秒脉冲信号在所述时钟分配器上对应的第一RS485收发器的方向控制引脚DE/RE的控制信号置为低电平；所述RS485收发器为采用RS485接口的收发器。

可选的，所述将所述第二收发器由接收状态切换至发送状态，具体包括：

将第二RS485收发器的方向控制引脚DE/RE的控制信号置为高电平；所述RS485收发器为采用RS485接口的收发器。

一种脉冲信号的冗余传输系统，包括：时钟分配器、工作控制器和备用控制器；

所述时钟分配器具体包括：

第一秒脉冲信号获取单元，用于获取授时服务器的秒脉冲信号；

信号侦听单元，用于侦听所述秒脉冲信号；

故障确定单元，用于确定所述秒脉冲信号出现故障；

第一状态切换单元，用于确定所述秒脉冲信号出现故障之后，将所述时钟分配器上的第一收发器由发送状态切换至接收状态；

所述工作控制器具体包括：

第二秒脉冲信号获取单元，用于通过被设置为接收状态的第二收发器接收所述第一收发器发送的秒脉冲信号；

第二状态切换单元，用于确定所述第一收发器发送的秒脉冲信号出现故障后，将所述第二收发器由接收状态切换至发送状态；

信号发送单元，用于通过发送状态的所述第二收发器将所述工作控制器的备用秒脉冲信号发送至备用控制器。

可选的，所述时钟分配器还包括：

反相单元，用于在获取授时服务器的秒脉冲信号之后，对所述授时服务器的秒脉冲信号进行锁存和取反，得到反相后的秒脉冲信号。

可选的，所述信号侦听单元，具体包括：

计数子单元，用于对于每一路秒脉冲信号，分别采用计数器进行计数；

识别子单元，用于识别到所述秒脉冲信号的上升沿后，对所述计数器进行清零并重新开始计时；

所述故障确定单元，具体包括：

故障确定子单元，用于当所述计数器的数值大于预设数值时，确定所述计数器对应的秒脉冲信号出现故障。

可选的，所述第一状态切换单元，具体包括：

低电平设置子单元，用于将出现故障的秒脉冲信号在所述时钟分配器上对应的第一RS485收发器的方向控制引脚DE/RE的控制信号置为低电平；所述RS485收发器为采用RS485接口的收发器。

可选的，所述第二状态切换单元，具体包括：

高电平设置子单元，用于将第二RS485收发器的方向控制引脚DE/RE的控制信号置为高电平；所述RS485收发器为采用RS485接口的收发器。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明实施例中的脉冲信号的冗余传输方法及系统，通过时钟分配器确定所述秒脉冲信号出现故障；确定所述秒脉冲信号出现故障之后，将所述时钟分配器上的第一收发器由发送状态切换至接收状态；工作控制器确定所述第一收发器发送的秒脉冲信号出现故障后，将所述第二收发器由接收状态切换至发送状态；通过发送状态的所述第二收发器将所述工作控制器的备用秒脉冲信号发送至备用控制器；可以在授时服务器的秒脉冲信号出现故障时启用备用秒脉冲信号，从而实现脉冲信号的冗余传输，提高DCS系统中对于脉冲信号传输的稳定性。

此外，由于确定所述秒脉冲信号出现故障之后，将所述时钟分配器上的第一收发器由发送状态切换至接收状态；还可以避免发生故障的脉冲信号再次发送至传输线路中，与本发明实施例中启用的备用秒脉冲信号发生抢权。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的脉冲信号的冗余传输方法实施例的流程图；

图2为本发明的脉冲信号的冗余传输系统实施例的结构图；

图3为本发明实施例的时钟分配器的结构图；

图4为本发明实施例的工作控制器的结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明的脉冲信号的冗余传输方法实施例的流程图。如图1所示，该方法可以包括：

步骤101：时钟分配器获取授时服务器的秒脉冲信号；

所述授时服务器可以是GPS(Global Positioning System，全球定位系统)授时服务器。

所述授时服务器发送的秒脉冲信号，低电平的持续时间较长，高电平的持续时间较短。

步骤102：所述时钟分配器侦听所述秒脉冲信号；

步骤103：所述时钟分配器确定所述秒脉冲信号出现故障；

如果在预设时间内接收不到所述秒脉冲信号，则可以确定所述秒脉冲信号出现故障。

步骤104：所述时钟分配器确定所述秒脉冲信号出现故障之后，将所述时钟分配器上的第一收发器由发送状态切换至接收状态；

可以采用复杂可编程逻辑器件(Complex Programmable Logic Device，CPLD)进行编程，通过所述复杂可编程逻辑器件将所述秒脉冲信号分转成多路脉冲信号。所述每一路秒脉冲信号，均可以具有一个收发器，用于将秒脉冲信号发送至需要接收所述秒脉冲信号的工作控制器。所述收发器可以被设置为发送状态，也可被设置为接收状态。

当某一路的秒脉冲信号出现故障时，可以将原本用于发送该秒脉冲信号的收发器由发送状态切换至接收状态。切换至接收状态的作用主要是可以避免发生故障的脉冲信号再次发送至传输线路中，与本发明实施例中启用的备用秒脉冲信号发生抢权。

步骤105：工作控制器通过被设置为接收状态的第二收发器接收所述第一收发器发送的秒脉冲信号；

本发明实施例中的工作控制器也可以接收并侦听所述第一收发器发送的秒脉冲信号。

步骤106：所述工作控制器确定所述第一收发器发送的秒脉冲信号出现故障后，将所述第二收发器由接收状态切换至发送状态；

所述工作控制器中具有备用秒脉冲信号发送单元。当所述工作控制器确定所述第一收发器发送的秒脉冲信号出现故障后，可以启用所述备用秒脉冲信号发送单元。

所述第二收发器也可以被设置为发送状态，或者被设置为接收状态。当第一收发器发送的秒脉冲信号正常时，所述第二收发器被设置为接收状态。当第一收发器发送的秒脉冲信号出现故障后，可以将原本用于接收该秒脉冲信号的第二收发器由接收状态切换至发送状态。

由于所述第二收发器还与备用秒脉冲信号发送单元相连，因此，当第二收发器由接收状态被切换至发送状态时，可以发送备用秒脉冲信号。

步骤107：所述工作控制器通过发送状态的所述第二收发器将所述工作控制器的备用秒脉冲信号发送至备用控制器。

所述备用控制器可以与各种机器设备相连，从而控制各个机器设备。

综上所述，本实施例中，通过时钟分配器确定所述秒脉冲信号出现故障；确定所述秒脉冲信号出现故障之后，将所述时钟分配器上的第一收发器由发送状态切换至接收状态；工作控制器确定所述第一收发器发送的秒脉冲信号出现故障后，将所述第二收发器由接收状态切换至发送状态；通过发送状态的所述第二收发器将所述工作控制器的备用秒脉冲信号发送至备用控制器；可以在授时服务器的秒脉冲信号出现故障时启用备用秒脉冲信号，从而实现脉冲信号的冗余传输，提高DCS系统中对于脉冲信号传输的稳定性。

此外，由于确定所述秒脉冲信号出现故障之后，将所述时钟分配器上的第一收发器由发送状态切换至接收状态；还可以避免发生故障的脉冲信号再次发送至传输线路中，与本发明实施例中启用的备用秒脉冲信号发生抢权。

实际应用中，由于所述授时服务器发送的秒脉冲信号，低电平的持续时间较长，高电平的持续时间较短，所以容易受到外界信号的干扰。为了提高秒脉冲信号的抗干扰能力，所述时钟分配器获取授时服务器的秒脉冲信号之后，还可以对所述授时服务器的秒脉冲信号进行锁存和取反，得到反相后的秒脉冲信号。后续对于秒脉冲信号的侦听，可以基于所述反相后的秒脉冲信号进行。

实际应用中，对于所述秒脉冲信号的侦听过程，可以采用以下方式：采用计数器对所述秒脉冲信号进行计数；

识别到所述秒脉冲信号的上升沿后，对所述计数器进行清零并重新开始计时。

采用上述方式时，当所述计数器的数值大于预设数值时，则可以确定所述计数器对应的秒脉冲信号出现故障。

实际应用中，所述第一收发器与所述第二收发器均可以采用RS485收发器。所述RS485收发器为采用RS485接口的收发器。

对于RS485收发器而言，可以通过方向控制引脚DE/RE的控制信号，对RS485收发器的工作状态进行控制。具体的，将方向控制引脚DE/RE的控制信号置为低电平，可以将RS485收发器的工作状态设置为接收状态；将方向控制引脚DE/RE的控制信号置为高电平，可以将RS485收发器的工作状态设置为发送状态。

还需要说明的是，所述工作控制器确定所述第一收发器发送的秒脉冲信号出现故障后，还可以将故障信息上报给上位机，以便上位机或上位机的操作人员获知该故障并进行相应处理。

本发明还公开了一种脉冲信号的冗余传输系统。

图2为本发明的脉冲信号的冗余传输系统实施例的结构图。如图2所示，该系统可以包括：时钟分配器201、工作控制器202和备用控制器203。

图3为本发明实施例的时钟分配器的结构图。如图3所示，所述时钟分配器201具体可以包括：

第一秒脉冲信号获取单元2011，用于获取授时服务器的秒脉冲信号；

所述授时服务器可以是GPS(Global Positioning System，全球定位系统)授时服务器。

所述授时服务器发送的秒脉冲信号，低电平的持续时间较长，高电平的持续时间较短。

信号侦听单元2012，用于侦听所述秒脉冲信号；

故障确定单元2013，用于确定所述秒脉冲信号出现故障；

如果在预设时间内接收不到所述秒脉冲信号，则可以确定所述秒脉冲信号出现故障。

第一状态切换单元2014，用于确定所述秒脉冲信号出现故障之后，将所述时钟分配器上的第一收发器由发送状态切换至接收状态。

可以采用复杂可编程逻辑器件(Complex Programmable Logic Device，CPLD)进行编程，通过所述复杂可编程逻辑器件将所述秒脉冲信号分转成多路脉冲信号。所述每一路秒脉冲信号，均可以具有一个收发器，用于将秒脉冲信号发送至需要接收所述秒脉冲信号的工作控制器。所述收发器可以被设置为发送状态，也可被设置为接收状态。

当某一路的秒脉冲信号出现故障时，可以将原本用于发送该秒脉冲信号的收发器由发送状态切换至接收状态。切换至接收状态的作用主要是可以避免发生故障的脉冲信号再次发送至传输线路中，与本发明实施例中启用的备用秒脉冲信号发生抢权。

图4为本发明实施例的工作控制器的结构图。如图4所示，所述工作控制器202具体可以包括：

第二秒脉冲信号获取单元2021，用于通过被设置为接收状态的第二收发器接收所述第一收发器发送的秒脉冲信号；

本发明实施例中的工作控制器也可以接收并侦听所述第一收发器发送的秒脉冲信号。

第二状态切换单元2022，用于确定所述第一收发器发送的秒脉冲信号出现故障后，将所述第二收发器由接收状态切换至发送状态；

所述工作控制器中具有备用秒脉冲信号发送单元。当所述工作控制器确定所述第一收发器发送的秒脉冲信号出现故障后，可以启用所述备用秒脉冲信号发送单元。

所述第二收发器也可以被设置为发送状态，或者被设置为接收状态。当第一收发器发送的秒脉冲信号正常时，所述第二收发器被设置为接收状态。当第一收发器发送的秒脉冲信号出现故障后，可以将原本用于接收该秒脉冲信号的第二收发器由接收状态切换至发送状态。

由于所述第二收发器还与备用秒脉冲信号发送单元相连，因此，当第二收发器由接收状态被切换至发送状态时，可以发送备用秒脉冲信号。

信号发送单元2023，用于通过发送状态的所述第二收发器将所述工作控制器的备用秒脉冲信号发送至备用控制器。

所述备用控制器可以与各种机器设备相连，从而控制各个机器设备。

综上所述，本实施例中，通过时钟分配器确定所述秒脉冲信号出现故障；确定所述秒脉冲信号出现故障之后，将所述时钟分配器上的第一收发器由发送状态切换至接收状态；工作控制器确定所述第一收发器发送的秒脉冲信号出现故障后，将所述第二收发器由接收状态切换至发送状态；通过发送状态的所述第二收发器将所述工作控制器的备用秒脉冲信号发送至备用控制器；可以在授时服务器的秒脉冲信号出现故障时启用备用秒脉冲信号，从而实现脉冲信号的冗余传输，提高DCS系统中对于脉冲信号传输的稳定性。

此外，由于确定所述秒脉冲信号出现故障之后，将所述时钟分配器上的第一收发器由发送状态切换至接收状态；还可以避免发生故障的脉冲信号再次发送至传输线路中，与本发明实施例中启用的备用秒脉冲信号发生抢权。

实际应用中，所述时钟分配器201还可以包括：

反相单元，用于在获取授时服务器的秒脉冲信号之后，对所述授时服务器的秒脉冲信号进行锁存和取反，得到反相后的秒脉冲信号。

实际应用中，由于所述授时服务器发送的秒脉冲信号，低电平的持续时间较长，高电平的持续时间较短，所以容易受到外界信号的干扰。为了提高秒脉冲信号的抗干扰能力，所述时钟分配器获取授时服务器的秒脉冲信号之后，还可以对所述授时服务器的秒脉冲信号进行锁存和取反，得到反相后的秒脉冲信号。后续对于秒脉冲信号的侦听，可以基于所述反相后的秒脉冲信号进行。

实际应用中，所述信号侦听单元2012，具体可以包括：

计数子单元，用于采用计数器对所述秒脉冲信号进行计数；

识别子单元，用于识别到所述秒脉冲信号的上升沿后，对所述计数器进行清零并重新开始计时；

所述故障确定单元2013，具体可以包括：

故障确定子单元，用于当所述计数器的数值大于预设数值时，确定所述计数器对应的秒脉冲信号出现故障。

实际应用中，所述第一状态切换单元2014，具体可以包括：

低电平设置子单元，用于将出现故障的秒脉冲信号在所述时钟分配器上对应的第一RS485收发器的方向控制引脚DE/RE的控制信号置为低电平；所述RS485收发器为采用RS485接口的收发器。

实际应用中，所述第二状态切换单元2022，具体可以包括：

高电平设置子单元，用于将第二RS485收发器的方向控制引脚DE/RE的控制信号置为高电平；所述RS485收发器为采用RS485接口的收发器。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种脉冲信号的冗余传输方法，其特征在于，包括：

时钟分配器获取授时服务器的秒脉冲信号；

所述时钟分配器侦听所述秒脉冲信号；

所述时钟分配器确定所述秒脉冲信号出现故障；

所述时钟分配器确定所述秒脉冲信号出现故障之后，将所述时钟分配器上的第一收发器由发送状态切换至接收状态；

工作控制器通过被设置为接收状态的第二收发器接收所述第一收发器发送的由所述时钟分配器产生的秒脉冲信号；

所述工作控制器确定所述第一收发器发送的由所述时钟分配器产生的秒脉冲信号出现故障后，将所述第二收发器由接收状态切换至发送状态；

所述工作控制器通过发送状态的所述第二收发器将所述工作控制器的备用秒脉冲信号发送至备用控制器。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述时钟分配器获取授时服务器的秒脉冲信号之后，还包括：

对所述授时服务器的秒脉冲信号进行锁存和取反，得到反相后的秒脉冲信号。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述时钟分配器侦听所述秒脉冲信号，具体包括：

采用计数器对所述秒脉冲信号进行计数；

识别到所述秒脉冲信号的上升沿后，对所述计数器进行清零并重新开始计数；

所述时钟分配器确定所述秒脉冲信号出现故障，具体包括：

当所述计数器的数值大于预设数值时，确定所述计数器对应的秒脉冲信号出现故障。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定所述秒脉冲信号出现故障之后，将所述时钟分配器上的第一收发器由发送状态切换至接收状态，具体包括：

将出现故障的秒脉冲信号在所述时钟分配器上对应的第一RS485收发器的方向控制引脚DE/RE的控制信号置为低电平；所述RS485收发器为采用RS485接口的收发器。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述第二收发器由接收状态切换至发送状态，具体包括：

将第二RS485收发器的方向控制引脚DE/RE的控制信号置为高电平；所述RS485收发器为采用RS485接口的收发器。

6.一种脉冲信号的冗余传输系统，其特征在于，包括：时钟分配器、工作控制器和备用控制器；

所述时钟分配器具体包括：

第一秒脉冲信号获取单元，用于获取授时服务器的秒脉冲信号；

信号侦听单元，用于侦听所述秒脉冲信号；

故障确定单元，用于确定所述秒脉冲信号出现故障；

第一状态切换单元，用于确定所述秒脉冲信号出现故障之后，将所述时钟分配器上的第一收发器由发送状态切换至接收状态；

所述工作控制器具体包括：

第二秒脉冲信号获取单元，用于通过被设置为接收状态的第二收发器接收所述第一收发器发送的由所述时钟分配器产生的秒脉冲信号；

第二状态切换单元，用于确定所述第一收发器发送的由所述时钟分配器产生的秒脉冲信号出现故障后，将所述第二收发器由接收状态切换至发送状态；

信号发送单元，用于通过发送状态的所述第二收发器将所述工作控制器的备用秒脉冲信号发送至备用控制器。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述时钟分配器还包括：

反相单元，用于在获取授时服务器的秒脉冲信号之后，对所述授时服务器的秒脉冲信号进行锁存和取反，得到反相后的秒脉冲信号。

8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述信号侦听单元，具体包括：

计数子单元，用于对于每一路秒脉冲信号，分别采用计数器进行计数；

识别子单元，用于识别到所述秒脉冲信号的上升沿后，对所述计数器进行清零并重新开始计数；

所述故障确定单元，具体包括：

故障确定子单元，用于当所述计数器的数值大于预设数值时，确定所述计数器对应的秒脉冲信号出现故障。

9.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述第一状态切换单元，具体包括：

低电平设置子单元，用于将出现故障的秒脉冲信号在所述时钟分配器上对应的第一RS485收发器的方向控制引脚DE/RE的控制信号置为低电平；所述RS485收发器为采用RS485接口的收发器。

10.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述第二状态切换单元，具体包括：

高电平设置子单元，用于将第二RS485收发器的方向控制引脚DE/RE的控制信号置为高电平；所述RS485收发器为采用RS485接口的收发器。