CN105359110A - 故障监测方法、控制和数据传输设备以及控制装置 - Google Patents

故障监测方法、控制和数据传输设备以及控制装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种故障监测方法，该方法简化和/或改善了在用于冗余过程控制的控制和数据传输设备(10)中的故障监测，其中第一控制装置(100)识别的故障不仅本地保存，而且传输到至少一个冗余的、远程设置的第二控制装置(200)并在该装置中保存，从而为了诊断总的冗余系统(10)而分别在本地提供了两个控制装置(100和200)的故障记录。本发明还涉及一种实施该方法的控制和数据传输设备(10)以及用于其中的控制装置。

Description

故障监测方法、控制和数据传输设备以及控制装置
技术领域
本发明总体涉及一种自动化技术，并且特别涉及在具有至少两个冗余控制装置的控制和数据传输设备中的故障监测，这两个冗余控制装置通过通信网络与至少一个成型为输入和/或输出设备的过程装置连接，其中控制装置之间存在通信连接。
背景技术
自动化技术中的高可用性的应用中(例如隧道监测)使用到所谓的冗余控制。就此通常也称为控制器的其中一个控制装置对过程进行控制，而另一个控制装置则在待机模式中运行，以便于在发生特定的事件时能够接管过程控制。在控制装置之间通过同步连接来对程序运行进行校准，这样能够在切换后以相同的方式继续控制程序。除了这种应用程序的同步外，其他信息也可在控制装置之间的交换，这样保证一致地运行。每个控制装置必须获知另一控制装置的状态和功能，这样使自身的运行与之协调。
DE10030329C1中已知例如一种具有控制计算机和外设单元的冗余控制系统，其中控制计算机发出周期性交替的运转信号，其中外设单元在运转信号消失时，切换到另一控制计算机。
DE102006047026B4中还阐述了一种具有至少两个控制装置和至少一个从属装置的控制和数据传输设备，这些装置通过通信网络互相连接，其中从属装置包含多个用于接收输出数据和状态数据的可定址的输出接口并且每个控制装置具有用于产生状态数据和输出数据和将其传输到从属装置的单独的输出接口的装置，并且其中从属装置具有分析装置，该装置响应于从控制装置接收到的状态信号对接收的输出数据的为了其他用途的转发进行控制。
冗余控制系统通常包括两个互相同步的控制装置，以及通过相应的通信网络连接到这两个控制器的下级的输入/输出站。通常两个控制装置之一承担主要控制的作用，而另一个则承担备用控制的作用。在主要控制发生故障时，控制装置调换其作用，也即，切换到备用控制上，备用控制于是成为主要控制。
为了监测故障，控制装置常常设计为具有LED或者包含少量标识的显示装置，通过它们能以信号表明各个控制装置的实时运行状态或故障状态。
发明内容
本发明的目的在于提出一种能够在用于冗余过程控制的控制和数据传输设备中简化的和/或改善的故障监测的方法。
本发明的核心思想在于，在冗余的控制装置之间交换故障信息，从而特别在控制装置互相分离设置的情况下，在两个控制装置上，既可以使用在本地的控制装置的故障信息也可以使用远程的控制装置的故障信息，并且因此为了总的冗余系统的诊断而分别在本地提供了两个控制装置的故障记录。
上述技术问题通过权利要求1的特征来解决。
相应提出一种在用于冗余过程控制的控制和数据传输设备中监测故障的方法，该设备具有至少一个第一控制装置和一个第二控制装置，第二控制装置冗余于第一控制装置并分离于第一控制装置而设置，其中控制装置通过通信网络与至少一个成型为输入和/或输出设备的过程装置相连，并且其中第一控制装置和第二控制装置之间存在通信连接。
值得注意的是，控制和数据传输设备可以是自动化设备而过程装置可以是现场设备。第一控制装置和第二控制装置之间存在能通过通信网络或者通过单独的点对点连接形成的通信连接。也可冗余地使用到这两种通信连接。
通过通信连接，第一控制装置和第二控制装置交换数据，该数据特别是用于同步在控制装置分别运行的控制程序的数据，以及用于协调各个控制装置的运行状态的状态数据，其中第一控制装置和第二控制装置之一具有主要控制的运行状态而另一个控制装置具有备用控制的运行状态。这些控制装置有利地通过之间存在的通信连接分别自动地协调自身的相应运行状态。
第二控制装置与第一控制装置分离设置。值得注意的是，分离设置理解为控制装置的空间上的分开，也即，冗余的控制装置不设置在共同的外壳中并且例如不通过既定安装的背板总线连接，而是设置为分开的装置。互相分离设置因此也可以理解为，将第一控制装置和第二控制装置设置为直接相邻的单独的装置。然而，第一控制装置和第二控制装置之间的通信连接也可以这样涉及，即，第一控制装置和第二控制装置可以经远距离互相通信因而控制装置可以设置为进一步互相远离，例如大于10米，大于100米或者大于1000米，甚至直到80千米。
值得注意的是，两个控制装置将输出数据连同状态数据一起传输到过程装置上，并且过程装置取决于接受的状态数据而对所接收的输出数据用于其他应用的转发进行控制。替代性地还可以设想，控制装置仅在其为主要控制的运行状态下控制至少一个过程装置，其中为了这个目的，例如只有在主要控制的运行状态下的控制装置将输出数据传输到过程装置上。
该方法在于，通过第一控制装置识别故障，其中优选通过处理由控制装置上运行的程序所生成的故障信息来识别故障。该故障信息例如由在控制装置上运行的、用于过程控制(即控制成型为输入/输出设备的过程装置)的控制程序生成，或者也可以由其他程序例如运行系统系统或者后台程序生成。故障信息可以例如是程序故障(如运行时间故障)、程序指令执行时的故障或者通信连接故障。可以例如在程序函数的返回值的基础上识别出在执行程序指令时。故障信息也可以由过程装置传输到各个控制装置并涉及到在过程进程中或者过程装置中的故障。
所述方法还在于，将已识别故障的故障信息保存在第一控制装置中，其中故障信息优选包括故障类型信息(特别是故障代码)，故障时间点信息和/或第一控制装置的运行状态信息。为了这个目的，控制装置包括相应的存储装置，例如可以成型为可覆盖写入的存储器，例如以RAM，闪存或EEPROM的形式。第一控制装置运行状态特别说明出，当前是否以主要控制的或者以备用控制的作用而运行。
除了在第一控制装置中本地保存故障信息以外本方法还设置为，将故障信息从第一控制装置传输到第二控制装置并且保存在第二控制装置中。故障信息在第二控制装置中的保存是特别持久的，即，超出处理故障信息所需的时间。作为持久的保存，例如考虑的是在非易失性存储器中的保存或者针对于控制装置运行时间而在易失性存储器中的保存。
也通过第一控制装置和第二控制装置的职能互换而有利地实施该方法，从而使这两个控制装置具有同样类型的功能。
在本方法的特别优选的实施方式中设置，将第一控制装置和第二控制装置中的故障信息保存在至少一个故障列表中，其中在故障列表中，特别使已识别的故障按照故障时间点分类地保存，或者将识别的故障类型按照发生的频率分类地保存。在故障列表中的故障的保存包括对列表记录项的保存，该记录项包括该故障的故障信息。
在根据故障时间点分类的故障列表中，有利地保存由相应控制装置识别的所有故障。为了减少存储需求，将故障列表限制为预设数目的记录项，例如五个或十个，从而在故障列表中仅保存最后识别的几项故障。然而因为在特定的故障经常出现的情况下，可能导致其他识别的故障在较短的时间后就从故障列表中删除，就此可以有利地设置为，保存一种故障列表，在其中分列出识别的故障类型。这种故障列表也能够有利地限制为预设数目个记录项。特别优选以对一种故障类型或故障代码的已识别的故障进行计算并且将各个故障类型的故障发生的频率保存在该故障类型的相应列表记录项目中。
特别有利的是，在每个控制装置中为了每个控制装置保存上述两种类型的故障列表。
保存在第一控制装置和第二控制装置中的对应的故障列表有利地在规定的时间段内校准。对应的故障列表因而是同类的故障列表，其中分别保存由相同控制装置识别的故障的故障信息。可选择或者额外地，保存在第一控制装置和第二控制装置中的故障列表可以有利地在每次识别出故障时更新，其中为了这个目的取决于识别的故障的故障信息，不仅更新本地控制装置中保存的故障列表，而且将该故障信息传输到分离设置的控制装置中并在该分离设置的控制装置上更新对应的故障列表。
为了诊断目的，每个控制装置优选具有用于显示故障信息或者故障列表的显示器。相应地，该方法特别有利地设置为，使得由其中一个控制装置所识别的故障的故障信息或者在该故障信息基础上产生的故障列表显示在各个其他的控制装置的显示器上。
这样特别有利的是，例如为了维护目的，在彼此远距离分离设置的控制装置情况下，能够在两个控制装置之一的安装位置上，本地视觉显示出本地的控制装置的故障信息和远程的控制装置的故障信息。此外当这两个控制装置之一失灵时，失灵的控制装置的故障记录能够有利地本地显示在另一个控制装置上。这当控制装置例如直接相邻设置时也是有利的。
上述技术问题通过权利要求7的特征来解决。
相应设置用于冗余控制的控制和数据传输设备，该设备具有至少一个第一控制装置和一个第二控制装置，该第二控制装置相对于第一控制装置是冗余的并且远离于第一控制装置地设置，这两个装置通过通信网络与至少一个成型为输入和/或输出设备的过程装置连接，其中第一控制装置和第二控制装置之间存在通信连接，每个控制装置设计用于识别故障和保存识别故障的故障信息，每个控制装置还设计为通过通信连接将由该控制装置识别的故障的故障信息传输到相应的其他控制装置，并且相应的其他控制装置将接收的故障信息持久保存。
在有利的实施方式中，控制和数据传输设备分别成型为，用于实施本方法上述有利的实施方式。
此外，本发明还包含在上述控制和数据传输设备中所使用的控制装置，控制装置成型为，通过通信连接从另一个、同类的控制装置接收由所述另一个控制装置识别的故障的故障信息并持久保存该信息。
本发明的上述实施方式可以有利地以任意方式结合。
附图说明
接下来借助优选的实施方式和附图示例性地详细阐述本发明。附图中相同的附图标记表示相同的或者相似的部件。其中：
附图1以示意图示出了控制和数据传输设备的优选的实施方式，并且
附图2以示意图示出了用于显示故障列表的控制装置的显示器显示内容。
具体实施方式
附图1中示例性地示出了例如用于自动化技术或隧道监测中的控制和数据传输装置10。所示的实施例中，控制和数据传输装置10包括两个通过通信网络500与过程装置300和400连接的冗余的控制装置100和200。通信网络500还可包括其他部件例如所示的交换机510，并在所示的实施中成型为PROFINET通信网络。PROFINET(ProcessFieldNetwork)是在自动化领域中使用的公开的工业以太网标准。还可以使用其他任一种合适的通信网络，例如现场总线。
控制装置100和200分别包括一个各自保存了控制程序的存储器120或220，控制程序可以通过处理器100或200运行。控制装置100和200分别通过以太网接口141或241接入到PROFINET网络500。此外，控制装置100和200借助于额外的接口142和242通过直接连接510互相连接。直接连接510例如成型为基于以太网的光波导体(LWL)连接并且接口142和242相应地成型为LWL接口。本发明还可以包括其他适合类型的直接连接。通过连接510对于由控制装置100和200运行的控制程序进行同步。此外，通过连接510交换状态数据，从而使控制装置分别得知相应的另一个控制装置的运行状态并且能够识别出相应的另一个控制装置的停止运转。
控制装置100和200还分别另外包括用于以故障列表形式保存故障信息的故障存储器130或230。存储器120和220，以及故障存储器130和230可以成型为可覆盖写入的存储器，例如RAM，闪存或EEPROM。
因为在所示实施例中，控制装置100和200成型为可编程存储的控制器(SPS)，下面也将其称为控制器或者冗余控制器。
两个控制装置100和200可以这样设置，即，一个为FIRST型并且一个为SECOND型，因此这些控制器可区别为第一(FIRST)控制器和第二(SECOND)控制器。该设置在运行时间内保持稳定，而这些控制器的职能可以变换为主要控制和备用控制。可以优选设置，在常规运行中FIRST型的控制器承担主要控制的职能而SECOND型的控制器承担备用控制的职能。
如果存在同步连接，在控制装置100和200之间可以直接对其相应职能进行协调。冗余控制器成型为分开的、空间上互相分隔的装置，其中这些控制器可以例如直接相邻地设置。然而根据使用目的冗余控制器之间的间距也可以非常大，例如大于10米，大于100米或者大于1000米，甚至直到80千米。与下级的E/A站(输入/输出站)300和400的通信通过基于以太网的PROFINET协议进行。两个控制装置100和200其中的每一个在常规运行中与规定的每个E/A站300和400建立通信连接。
为了显示故障信息，控制装置100和200分别包含设计用于显示至少一个故障列表的显示器150或250。故障列表的能够同时显示的列表记录项目的最多数目取决于显示器150或250的大小。为了实现一目了然的显示效果，显示器150或250分别优选成型为，能够同时显示至少两个列表记录项目，优选至少五个或者至少十个列表记录项目，而不必在多个显示页之间翻阅。在所示实施例中，显示器150和250成型为高分辨率的显示器。为了用户输入，在显示器150和250中还可以有利地设置触屏功能。
为了诊断故障，控制装置100或200之一中产生的故障信息既可以以故障代码形式也可以以明码文本形式显示在相应的显示器150或250上。产生的故障信息有利地保存在历史记录中并在列表中显示，一方面例如显示最后10个故障并且另一方面例如显示最频繁出现的10个故障，因而直接在设备上提供关于设备机能的概览。
如果只分别显示本地产生的故障信息，则不能实现对于冗余系统的整体上的诊断。这在高可用性的系统中如用于冗余过程控制的控制和数据传输设备中是不利的。特别是在主要控制切换到备用控制的职能后，所产生的故障信息只存在于不再对过程进行控制的控制器上。因而生成不必须互相关联的两个不同的故障列表。
为了可以整体上的冗余诊断冗余系统10，控制装置100和200因而成型为，将待处理的故障信息传输到各个合作控制器，因此使该故障信息能够在双方，即，在各个本地的控制装置的一方和与之分离的控制装置一方提供并以合适的方式呈现。
整理故障列表并且使其设有额外的信息，从而可以实现概览整个系统。最新故障记录项目的列表中，这样保存故障信息，即，存在有怎样的故障代码、故障发生时的时间标记和在发生故障的时间点时控制器的职能(主要控制或备用控制)。在最频繁的故障的列表中保存了故障代码和故障发生的次数并且按照频率将其分类。
有利地通过对用于自动同步的记录的扩展自动校准故障信息。在两个控制器之间传输最新的待处理的故障。另外，两个控制器的两个故障列表周期地在控制装置100和200之间校准并且可以用于在同步连接的双方上显示。列表可以显示为故障代码也可以显示为明码文本。为了这个目的，各个控制器100和200具有相应的分配可能性，特别是以保存的分配表格的形式，其中各个允许的故障代码对应分配有一种故障简要描述。
为了校准故障信息，除了额外信息(如时间点，职能和频率)以外，有利地只传输故障代码而不是明码文本，以使得用于控制装置100和200之间校准的列表的数据量最小化。
借助该方法，在两个控制装置100和200上总是存在本地控制器的和远程的控制器的实时的故障列表，从而在这两个控制器上可以提供完全的历史记录并且可以通过故障类型或者故障代码、时间点和故障发生时控制器的职能这些信息，以及通过在这两个控制器100和200上的故障频率这一信息来诊断总的冗余系统10的性能。
可以优选设置为，通过删除列表来设定信息记录的限定起算点。
此外有利地设置，通过诊断工具读取主要控制器的故障列表并且由此整个系统的完整的诊断信息既可以在工程计算器600上又可以嵌入地在可视化管理中得以使用。为了这个目的，控制装置100和200，分别通过接口143或243，与工程计算器600连接。
一种变体为，只有当新的故障发生时才校准列表，并且因此改变列表内容。由此在这两个冗余控制器100和200之间的通信中用于校准而所需的带宽能够最小化。
附图2中示例性地示出了控制器100的显示器150上的显示内容。
如上所述，每个控制器100和200也都载有另一控制器的至少一个故障列表。在所示例子中，控制器100载有两种故障列表，最新故障的列表和最频繁故障的列表，其中控制器100针对于各个故障列表类型而载有自有的故障列表和远程的控制器200的故障列表。
在显示器150上，可选择性地显示自有的故障列表或者其他控制器的故障列表。为了这个目的，按钮151用于选择故障列表类型：“最新故障”或“最频繁故障”，按钮152用于选择本地的控制器(即，在所示实施例中的控制器100)的故障列表或者远程的控制器(即，在所示实施例中的控制器200)的故障列表。“最新故障”这一故障列表类型的列表记录项目优选按时间顺序地根据发生各个故障的时间点而分类，从最后发生的故障开始显示，“最频繁故障”这一故障列表类型的列表记录项目优选根据各故障类型发生的频率而分类，从最频繁的故障开始显示。
所示实施例中选择了远程控制器的“最频繁故障”这一故障列表类型。这种故障列表153因此显示在显示器153上。在附图2中示出的实施例中，可以同时显示最多五个列表记录项目。如果各个列表包括更多数量的记录项目，那么在所示实施例中可以在多个页面之间翻阅，其中借助按钮154和155进行控制。
还可以考虑，在足够大的显示器的条件下同时显示更多个或者所有的故障列表。
在彼此远距离分离的控制器上，使用者能够在其所处之处使本地的控制器上不仅显示该控制器的一个或多个故障列表，而且还显示远程分离的控制器的故障。此外，使用者可以在其中一个控制器停止运转时，使得在相应的其他控制器上显示出停止运转的控制器的一个或多个故障列表。

Claims (8)

1.一种在控制和数据传输设备(10)中的故障监测的方法，所述设备用于冗余过程控制并包括至少一个第一控制装置(100)和第二控制装置(200)，所述第二控制装置相对于所述第一控制装置冗余并且相对于所述第一控制装置远程地设置，所述第一控制装置和所述第二控制装置通过通信网络(500)与至少一个成型为输入和/或输出设备的过程装置(300，400)相连，其中在所述第一控制装置和所述第二控制装置(100，200)之间存在通信连接，所述方法具有步骤：
-通过所述第一控制装置(100)识别故障，
-在所述第一控制装置(100)中保存关于所识别故障的故障信息，
-将故障信息从所述第一控制装置传输到所述第二控制装置，
-将由所述第一控制装置(100)接收到的故障信息保存到所述第二控制装置(200)中。
2.根据权利要求1所述的方法，其中故障信息包括：故障类型的信息，特别是以故障代码形式的信息、故障时间点的信息和/或所述第一控制装置(100)的运行状态的信息。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中在所述第一控制装置和所述第二控制装置中，故障信息保存在至少一个故障列表中，其中所述故障列表特别包括根据故障时间点而归类的已识别的故障或者根据相应故障类型的发生频率而归类的已识别的故障类型。
4.根据权利要求3所述的方法，其中在所述第一控制装置和所述第二控制装置中保存的故障列表在规定的时间段内校准。
5.根据权利要求3所述的方法，其中在所述第一控制装置和所述第二控制装置中保存的故障列表在每次识别到故障时更新。
6.根据上述权利要求中的任意一项所述的方法，其中故障信息或者至少一个故障列表显示在所述第二控制装置的显示器上。
7.一种用于冗余过程控制的控制和数据传输设备(10)，所述设备具有至少一个第一控制装置(100)和第二控制装置(200)，所述第二控制装置相对于所述第一控制装置冗余并且与所述第一控制装置分离设置，所述第一控制装置和所述第二控制装置通过通信网络(500)与至少一个成型为输入和/或输出设备的过程装置(300，400)相连，其中
-在所述第一控制装置和所述第二控制装置(100，200)之间存在通信连接，
-每个控制装置(100，200)成型为用于识别故障和用于保存关于所识别的故障的故障信息，
-每个控制装置(100，200)成型为通过通信连接将由该控制装置识别的故障的故障信息传输到相应的另一个控制装置，
-每个控制装置(100，200)成型为持久地保存从相应的另一个控制装置(100，200)所接收的故障信息。
8.一种在根据权利要求7所述的控制和数据传输设备中所使用控制装置，所述控制装置成型为，通过通信连接从同类的另一个控制装置接收并且持久地保存由所述另一个控制装置所识别的故障的故障信息。
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