CN105759679B - 掉电保护控制器及其掉电保持方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种掉电保护控制器及其掉电保护方法，包括中央处理器、供电电源、用于中央处理器传输信息的通信模块和用于掉电保持的非易失性SRAM，非易失性SRAM与中央处理器电连接，中央处理器设有掉电保持模块，所述掉电保持模块用于将掉电保持数据实时备份到掉电保持的非易失性SRAM中，当控制器上电启动时，控制器读取在非易失性SRAM中存储的掉电保持数据，将掉电保持数据重裁在执行程序中，执行完工程组态程序后，将掉电保持数据与上一次执行写入非易失性SRAM的掉电保持数据进行对比，若掉电保持数据不同则将此次的掉电保持数据写入非易失性SRAM。本发明能够快速读取和刷新掉电保持数据，保证了掉电保持数据的完整性。
Description
技术领域
本发明涉及自动化控制领域，具体涉及一种掉电保护控制器及其掉电保持方法。
背景技术
在工业控制系统的实际应用中，许多场合都需要掉电保持功能，即当运行到某步动作时，突然电源掉电，当恢复电源后，通过工业控制中控制器记忆一些变量，再次上电后通过记忆的这些变量能继续运行，仍以掉电以前的动作步骤继续工作，保证了工作的连续性。现有掉电保持已经有很多不同的实现方法。但是存在掉电数据存储时间长，不同的时间点掉电，数据可能没有完全修改完，这样的数据是没有意义的，从而导致影响整个控制系统的实时性、可靠性、安全性等问题。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种掉电保护控制器的掉电保持方法，提高控制系统的实时性、可靠性和安全性。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种掉电保护控制器的掉电保持方法，其特征在于：掉电保护控制器包括中央处理器、供电电源和用于中央处理器传输信息的通信模块，还包括用于掉电保持的非易失性SRAM，所述非易失性SRAM具有独立的锂电池和控制电路，所述锂电池和控制电路采用DIP封装在非易失性SRAM中，所述控制电路用于不断监控供电情况，当供电低于设定值时，锂电池自动切换为非易失性SRAM供电，防止数据损坏，所述非易失性SRAM与中央处理器电连接，所述中央处理器采用AMD Geode LX Processor嵌入式专用处理器，所述中央处理器设有掉电保持模块、DMA控制模块、中断控制模块、定时模块、实时时钟模块、DDR内存模块，所述中央处理器上设有用于连接非易失性SRAM的PCI扩展总线，所述掉电保持模块用于将掉电保持数据实时备份到掉电保持的非易失性SRAM中，当控制器上电启动时，控制器读取在非易失性SRAM中存储的掉电保持数据，将掉电保持数据重载在执行程序中；所述供电电源为非易失性SRAM和中央处理器供电；掉电保持方法步骤如下：
1）当掉电保护控制器上电启动加载工程组态程序，在加载工程组态程序过程中，掉电保护控制器根据加载工程组态程序中声明的保持变量在程序数据段为其分配一个掉电保存标识的存储区，
2）在加载完工程组态程序后，掉电保护控制器读取非易失性SRAM中存储的掉电保持数据；
3）根据掉电保持数据是否读取成功，分为如下两种情况：
3.1）如果非易失性SRAM中存储的掉电保持数据与加载的工程组态程序属于同一个版本的工程组态程序,掉电保持数据读取成功，将读取的非易失性SRAM中存储的掉电保持数据重载至掉电保护控制器的程序数据段中存储区，进入步骤4；
3.2）如果如果非易失性SRAM中存储的掉电保持数据与加载的工程组态程序不属于同一个版本的工程组态程序，掉电保持数据读取不成功，则执行加载的工程组态程序，直接进入步骤4）；
4）控制器执行工程组态程序，直至工程组态程序执行结束；执行工程组态程序时，在掉电保护控制器执行工程组态程序的每个控制周期都将实时监测的掉电保持数据与上一次执行写入非易失性SRAM的掉电保持数据对比，若掉电保持数据不同则将此次的掉电保持数据写入非易失性SRAM，若掉电保持数据相同，则不修改非易失性SRAM中掉电保持数据，即在掉电保护控制器执行工程组态程序的每个控制周期中只要掉电数据变化就将数据写入非易失性SRAM。
在掉电保护控制器加载工程组态程序之前，在工程组态程序中将需要掉电保持的变量用关键字声明为保持变量，并将掉电保持数据实时备份到非易失性SRAM中。
在工程组态程序中将需要掉电保持的变量用RETAIN作为关键字的修改量声明需要掉电保持的所有变量为保持变量。
所述掉电保护控制器上电启动包括热启动或温启动。
本发明的有益效果：本发明包括中央处理器、供电电源、用于中央处理器传输信息的通信模块和用于掉电保持的非易失性SRAM，所述非易失性SRAM与中央处理器电连接，所述中央处理器设有掉电保持模块，所述掉电保持模块用于将掉电保持数据实时备份到掉电保持的非易失性SRAM中，当掉电保护控制器上电启动时，掉电保护控制器读取在非易失性SRAM中存储的掉电保持数据，将掉电保持数据重载在执行程序中；所述供电电源为非易失性SRAM和中央处理器供电。所述非易失性SRAM采用DS1230Y 256k非易失性SRAM，全静态。该非易失性SRAM具有独立的锂电池和控制电路，用于不断监控非易失性SRAM的供电（VCC）情况，以防超出容许条件时，即供电低于设定值，锂电池自动切换和无条件地启用写保护，以防止数据损坏。DIP封装DS1230Y器件可用于现有的32K×8静态存储器，直接符合流行的字节宽度28引脚DIP标准。具有很好的抗震性和防静电功能。DIP封装DS1230Y器件也符合28256 EEPROM的引脚，可直接替换，同时提高性能。执行的写周期数没有限制并不需要额外的支持电路提供微处理器接口，读写访问速度快达70纳秒。因此本发明的读写操作简单、速度快至纳秒级，掉电后数据不丢失，当掉电保护控制器再次上电启动后，掉电保护控制器能够自动恢复掉电前的工作状态继续作业。
所述中央处理器采用AMD Geode LX Processor嵌入式专用处理器。该嵌入式专用处理器高性能、低功耗。
本发明掉电保持方法，
1）当掉电保护控制器上电启动加载工程组态程序，在加载工程组态程序过程中，掉电保护控制器根据加载工程组态程序中声明的保持变量在程序数据段为其分配一个掉电保存标识的存储区；
2）在加载完工程组态程序后，掉电保护控制器读取非易失性SRAM中存储的掉电保持数据；
3）根据掉电保持数据是否读取成功，分为如下两种情况：
3.1）如果掉电保持数据读取成功，将读取的非易失性SRAM中存储的掉电保持数据重载至掉电保护控制器的程序数据段中存储区，进入步骤4）；该步骤将非易失性SRAM中存储的掉电保持数据加入到重新启动的工程组态程序中，以掉电以前的动作步骤继续工作，保证了工作的连续性。
3.2）如果掉电保持数据读取不成功，则执行加载的工程组态程序，直接进入步骤4）；不影响组态程序的执行。
4）控制器执行工程组态程序，直至工程组态程序执行结束；执行工程组态程序时，在掉电保护控制器执行工程组态程序的每个控制周期都将实时监测的掉电保持数据与上一次执行写入非易失性SRAM的掉电保持数据对比，若掉电保持数据不同则将此次的掉电保持数据写入非易失性SRAM，若掉电保持数据相同，则不修改非易失性SRAM中掉电保持数据，即在掉电保护控制器执行工程组态程序的每个控制周期中只要掉电数据变化就将数据写入非易失性SRAM。
在掉电保护控制器加载工程组态程序之前，工程组态程序中将需要掉电保持的变量用关键字声明为保持变量，并将掉电保持数据实时备份到非易失性SRAM中；可以根据控制程序的实际需要设置保持变量，掉电保持数据实时备份到非易失性SRAM中，保证了数据的完整性，能保留或记忆原来状态。
附图说明
图1是本发明掉电保护控制器的原理框图；
图2是本发明中央处理器的原理框图；
图3是本发明非易失性SRAM的电路图；
图4是本发明掉电保持方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步地说明。
参见图1、图2和图3所示，一种掉电保护控制器，包括中央处理器、供电电源、用于中央处理器传输信息的通信模块、用于掉电保持的非易失性SRAM和底座，供电电源、中央处理器、通信模块、非易失性SRAM通过接插件固定于底座上，所述非易失性SRAM与中央处理器电连接，所述中央处理器设有掉电保持模块，所述掉电保持模块用于将掉电保持数据实时备份到掉电保持的非易失性SRAM中，当掉电保护控制器上电启动时，掉电保护控制器读取在非易失性SRAM中存储的掉电保持数据，将掉电保持数据重载在执行程序中；所述供电电源为非易失性SRAM和中央处理器供电。
所述中央处理器采用AMD Geode LX Processor高性能、低功耗嵌入式专用处理器，主频500MHz。中央处理器中设有DMA控制模块、中断控制模块、定时模块、实时时钟模块、DDR内存模块和掉电保持模块，所述中央处理器上设有两个RS232串口、两个10/100自适应网络接口、两个USB2.0接口、一个CRT接口及一个PCI扩展总线。
所述中央处理器通过三组GPIO分别扩展了开关、指示灯、地址拨号，通过PCI总线扩展非易失性SRAM，中央处理器通过两路UART扩展通信模块上的两路隔离的RS485总线接口，中央处理器连接有动态随机存取内存, 所述动态随机存取内存采用SDRAM（256 Mbyte）DDR，中央处理器连接有闪存，所述闪存采用Nand-flash 256 Mbyte，中央处理器通过两个10/100M自适应网口连接有2个MAC Ethernet CMII,RGMII,RMII,MII10/100/1000PHYAR8035，该以太网接口与监控层的PLC相连。
所述通信模块上设有两路隔离的RS485通信总线接口，掉电保护控制器通过两路RS485通信总线与IO 模块连接,实现通信总线的冗余配置，其中一路RS485通信总线出现问题不影响另一路的RS485通信总线，保证了掉电保护控制器与IO模块的正常运行。
所述供电电源采用24V电源（DC）,采用电源卡，所述供电电源通过电源处理电路（EMC、EMI）将其24V电源转为为5V电源，向掉电保护控制器供电。
所述非易失性SRAM具有独立的锂电池和控制电路，所述锂电池和控制电路采用DIP封装在非易失性SRAM中，所述控制电路用于不断监控供电情况，当供电低于设定值时，锂电池自动切换为非易失性SRAM供电，防止数据损坏。所述非易失性SRAM采用DS1230Y256k非易失性SRAM。DIP封装DS1230器件可用于现有的32K×8静态存储器，直接符合流行的字节宽度28引脚DIP标准。DIP器件也符合28256 EEPROM的引脚，可直接替换，同时提高性能。执行的写周期数没有限制并不需要额外的支持电路提供微处理器接口，读写访问速度快达70纳秒。掉电保持SRAM的功耗低、存取时间短、保存数据时间长达10年。
参见图4所示，一种掉电保护控制器的掉电保持方法，所述掉电保护控制器以存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和运算等操作的指令，并通过数字输入和输出操作，来控制各类机械或生产过程。用户编制的控制程序表达了生产过程的工艺要求，并事先存入控制器的用户程序存储器中。
在掉电保护控制器加载工程组态程序之前，在监控层的上位机上编制工程组态程序，编制工程组态程序时首先将需要掉电保持的变量用RETAIN作为关键字的修改量声明这个部分的所有变量为保持变量，也就是说这些保持变量在热启动或温启动中不被重新初始化；然后控制器的掉电保持模块将RETAIN声明的掉电保持数据实时备份到非易失性SRAM中，掉电数据保存采用掉电保持非易失性SRAM作为数据备份的存储器，在掉电情况下,可以保持变量的值；
下面是关于掉电保护控制器的掉电保持方法：
1）当掉电保护控制器上电启动加载工程组态程序，在加载工程组态程序过程中，掉电保护控制器根据加载工程组态程序中声明的保持变量在程序数据段为其分配一个掉电保存标识的存储区；所述掉电保护控制器上电启动包括热启动或温启动，即电源断电后恢复供电启动或者正常开关机启动。
2）在加载完工程组态程序后，控制器读取在非易失性SRAM中存储的掉电保持数据；
3）根据掉电保持数据是否读取成功，每一个工程组态程序都有不同的版本标识，如果更新了工程组态程序，则上电加载的工程组态程序的掉电保持数据标识与非易失性SRAM中存储的版本标识不一样。控制器上电启动加载工程组态程序，控制器根据工程组态程序中声明的保持变量在程序数据段为其分配存储区所依据的工程组态程序是否和非易失性SRAM中存储的掉电保持数据是同一个版本的工程组态程序。如果为同一个工程组态程序则读取成功，否则读取失败。
分为如下两种情况：
3.1）如果非易失性SRAM中存储的掉电保持数据与加载的工程组态程序属于同一个版本的工程组态程序,掉电保持数据读取成功，将读取的非易失性SRAM中存储的掉电保持数据重载至掉电保护控制器的程序数据段中存储区，进入步骤4；
3.2）如果如果非易失性SRAM中存储的掉电保持数据与加载的工程组态程序不属于同一个版本的工程组态程序，掉电保持数据读取不成功，则执行加载的工程组态程序，直接进入步骤4）；
4）控制器执行工程组态程序，直至工程组态程序执行结束；执行工程组态程序时，在掉电保护控制器执行工程组态程序的每个控制周期都将实时监测的掉电保持数据与上一次执行写入非易失性SRAM的掉电保持数据对比，若掉电保持数据不同则将此次的掉电保持数据写入非易失性SRAM，若掉电保持数据相同，则不修改非易失性SRAM中掉电保持数据，即在掉电保护控制器执行工程组态程序的每个控制周期中只要掉电数据变化就将数据写入非易失性SRAM。
本发明掉电保持方法跟随用户编制的控制程序运行周期，将RETAIN声明的实时数据备份到掉电保持SRAM中，在掉电保护控制器上电启动加载工程组态程序，掉电保持数据重载到程序数据段中已经分配好的存储区，使掉电保护控制器自动恢复掉电前的工作状态继续作业。提高了数据存取的可靠性、安全性。
Claims (4)
1.一种掉电保护控制器的掉电保持方法，其特征在于：掉电保护控制器包括中央处理器、供电电源和用于中央处理器传输信息的通信模块，还包括用于掉电保持的非易失性SRAM，所述非易失性SRAM具有独立的锂电池和控制电路，所述锂电池和控制电路采用DIP封装在非易失性SRAM中，所述控制电路用于不断监控供电情况，当供电低于设定值时，锂电池自动切换为非易失性SRAM供电，防止数据损坏，所述非易失性SRAM与中央处理器电连接，所述中央处理器采用AMD Geode LX Processor嵌入式专用处理器，所述中央处理器设有掉电保持模块、DMA控制模块、中断控制模块、定时模块、实时时钟模块、DDR内存模块，所述中央处理器上设有用于连接非易失性SRAM的PCI扩展总线，所述掉电保持模块用于将掉电保持数据实时备份到掉电保持的非易失性SRAM中，当控制器上电启动时，控制器读取在非易失性SRAM中存储的掉电保持数据，将掉电保持数据重载在执行程序中；所述供电电源为非易失性SRAM和中央处理器供电；掉电保持方法步骤如下：
1）当掉电保护控制器上电启动加载工程组态程序，在加载工程组态程序过程中，掉电保护控制器根据加载工程组态程序中声明的保持变量在程序数据段为其分配一个掉电保存标识的存储区，
2）在加载完工程组态程序后，掉电保护控制器读取非易失性SRAM中存储的掉电保持数据；
3）根据掉电保持数据是否读取成功，分为如下两种情况：
3.1）如果非易失性SRAM中存储的掉电保持数据与加载的工程组态程序属于同一个版本的工程组态程序,掉电保持数据读取成功，将读取的非易失性SRAM中存储的掉电保持数据重载至掉电保护控制器的程序数据段中存储区，进入步骤4）；
3.2）如果非易失性SRAM中存储的掉电保持数据与加载的工程组态程序不属于同一个版本的工程组态程序，掉电保持数据读取不成功，则直接进入步骤4）；
4）控制器执行工程组态程序，直至工程组态程序执行结束；执行工程组态程序时，在掉电保护控制器执行工程组态程序的每个控制周期都将实时监测的掉电保持数据与上一次执行写入非易失性SRAM的掉电保持数据对比，若掉电保持数据不同则将此次的掉电保持数据写入非易失性SRAM，若掉电保持数据相同，则不修改非易失性SRAM中掉电保持数据，即在掉电保护控制器执行工程组态程序的每个控制周期中只要掉电保持数据变化就将数据写入非易失性SRAM。
2.根据权利要求1所述的一种掉电保护控制器的掉电保持方法，其特征在于：在掉电保护控制器加载工程组态程序之前，在工程组态程序中将需要掉电保持的变量用关键字声明为保持变量，并将掉电保持数据实时备份到非易失性SRAM中。
3.根据权利要求2所述的一种掉电保护控制器的掉电保持方法，其特征在于：在工程组态程序中将需要掉电保持的变量用RETAIN作为关键字的修改量声明需要掉电保持的所有变量为保持变量。
4.根据权利要求1所述的一种掉电保护控制器的掉电保持方法，其特征在于：所述掉电保护控制器上电启动包括热启动或温启动。
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| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |