CN107272400A - 一种同步冗余的顺序控制装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种同步冗余的顺序控制装置及方法。本发明在主控制器的基础上,增加了协控制器、存储器和时钟电路,从而实现了关键控制过程中主控制器软件崩溃或软件运行异常时协控制器的接续控制,相对常规的双机或多机热备份,硬件成本显著降低;并且在进入关键控制过程前,主控制器软件仅需将控制时序信息存储至存储器,然后通过硬件信号通知时钟和协控制器开始工作,相对于双机或多机热备份复杂的数据同步过程,控制软件复杂度显著降低。
Description
技术领域
本发明涉及自动控制技术领域,尤其涉及一种同步冗余的顺序控制装置及方法。
背景技术
顺序控制技术是自动控制技术的一个重要分支,是与反馈控制技术相媲美的极其重要的控制技术。顺序控制是指设备工作过程中按照逻辑、顺序、定时或计数等规则,在输入命令的作用下,按预先设定的顺序或按一定逻辑设定的顺序控制执行机构动作的自动控制。随着电子技术日新月异的发展,大规模集成电路在顺序控制领域得到广泛的应用,顺序控制的逻辑和时序依赖于软件实现。对于一些关键控制过程的顺序控制过程,一旦软件崩溃或出现运行异常的情况,对整个控制过程可能造成灾难性后果。常规的解决方法是双机或多机热备份,主要缺点是硬件成本高和软件实现复杂。
发明内容
鉴于上述的分析,本发明旨在提供一种同步冗余的顺序控制装置及方法,用于实现关键控制过程的顺序控制过程中软件崩溃或软件运行异常时的接续控制,解决常规的双机或多机热备份的硬件成本高和软件实现复杂问题。本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的:
一种同步冗余的顺序控制装置,包括:主控制器1、存储器2、时钟电路3、协控制器4、驱动器件5和隔离器件6;所述主控制器1与所述驱动器件5相连接,输出顺序控制信息控制被控对象7;所述主控器1与所述隔离器件6相连接,接收被控对象7的反馈开关量信号;所述主控器1与所述存储器2相连接,将关键控制过程的控制信息存储至所述存储器2;所述主控器1输出心跳信号HeartBeat到所述协控制器4,控制所述协控制器4从所述存储器2读取关键控制过程的控制信息;当主控制器1执行到关键控制过程时,所述主控制器1输出启动信号Start到所述时钟电路3和所述协控制器4,启动时钟电路3和启动所述协控制器4开始准备接续控制;所述协控制器4与所述驱动器件5和所述隔离器件6相连接,当所述主控制器1在关键控制过程中出现崩溃或软件运行异常时,所述协控制器4接替所述主控制器1实施接续控制。
进一步地,所述心跳信号HeartBeat是周期性的连续脉冲信号,当所述主控制器1出现崩溃或软件运行异常,所述主控制器1停止输出心跳信号HeartBeat;所述启动信号Start是一个触发脉冲信号,所述时钟电路3在所述启动信号Start作用下,输出与所述主控制器1的控制动作时刻相匹配的时钟信号到所述协控制器4,为所述协控制器4的周期工作提供驱动信号。
进一步地,所述主控制器1在执行关键控制过程中,如果所述协控制器4接收到的心跳信号HeartBeat有效,所述协控制器4不输出控制动作;如果所述协控制器4接收到心跳信号HeartBeat无效,此时,所述协控制器4根据从所述存储器2中读出的控制信息,接替所述主控制器通过驱动器件5和隔离器件6对所述被控对象7实施接续控制。
进一步地,所述关键控制过程的控制信息包括动作时刻、控制通道以及动作内容。
一种采用权利要求1至4的顺序控制装置进行的同步冗余顺序控制方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤S1、装置上电后进行初始准备;
步骤S2、所述协控制器4读取关键控制信息;
步骤S3、所述主控制器1进行顺序控制;
步骤S4、所述主控制器1执行到关键控制过程,所述协控制器4准备进行接续控制;
步骤S5、在所述主控制器1在关键控制过程中出现崩溃或软件运行异常时,所述协控制器4进行接续控制。
进一步地,所述步骤S1包括以下子步骤:
S101、所述主控制器1加电,生成控制过程的控制信息;
S102、所述存储器2加电,在进入关键控制过程前的顺序控制过程中,所述主控制器1将预制的关键控制过程的控制信息存储至所述存储器2;
S103、所述协控制器4加电,准备从所述存储器2中读取关键控制过程的控制信息。
进一步地,所述步骤S2包括以下子步骤:
S201、所述主控制器1向所述协控制器4发出心跳信号HeartBeat;
S202、所述协控制器4从所述存储器2中读取关键控制过程的控制信息。
进一步地,所述主控制器1按照顺序控制的时序将生成的控制信息,通过所述驱动器件5对所述被控对象7实施顺序控制,所述被控对象7通过所述隔离器件6反馈的开关量信号到所述主控制器1。
进一步地,当所述主控制器1执行到关键控制过程,送出启动信号Start到所述时钟电路3和所述协控制器4;所述时钟电路3接收到启动信号Start后开始输出时钟信号;所述协控制器4接收到所述启动信号Start后,当判断心跳信号HeartBeat有效时,所述协控制器4继续从所述存储器2内读取控制信息,而不输出控制信息。
进一步地,在所述主控制器1在关键控制过程中出现崩溃或软件运行异常时,所述主控制器1停止发送心跳信号HeartBeat,此时所述协控制器4不能接收到有效的心跳信号HeartBeat,即刻以所述心跳信号HeartBeat消失的时刻为零点,所述协控制器4按照已从所述存储器2中读取的控制信息,在所述时钟信号的驱动下,通过所述驱动器件5对所述被控对象7实施接续控制,所述被控对象7通过所述隔离器件6反馈的开关量信号到所述协控制器4。
本发明有益效果如下:
本发明在主控制器的基础上,增加了协控制器、存储器和时钟电路,从而实现了关键控制过程中主控制器软件崩溃或软件运行异常时协控制器的接续控制,相对常规的双机或多机热备份,硬件成本显著降低;并且在进入关键控制过程前,主控制器软件仅需将控制时序信息存储至存储器,然后通过硬件信号通知时钟和协控制器开始工作,相对于双机或多机热备份复杂的数据同步过程,控制软件复杂度显著降低。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的,而并不认为是对本发明的限制,在整个附图中,相同的参考符号表示相同的部件。
图1为同步冗余控制装置原理框图
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例,其中,附图构成本申请一部分,并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。
如图1所示,同步冗余控制装置包括主控制器1、存储器2、时钟电路3、协控制器4、驱动器件5和隔离器件6;
所述主控制器1,生成顺序控制过程的控制信息,包括:动作时刻、控制通道以及动作内容,通过所述驱动器件5和隔离器件6分别完成对被控对象7的开关量读入和开关量输出;
所述主控制器1与所述存储器2连接,在进入关键控制过程前的顺序控制过程中,将所述主控制器1执行的需要所述协控制器4接续控制的控制信息,即关键控制过程的控制信息,存储至所述存储器2;所述关键控制过程是指由一系列关键控制过程任务串联组成的控制过程,所述关键控制过程任务是指要求在规定的时间内完成处理的任务,否则会给系统带来不可接受的破坏或者致命错误。
所述主控制器1工作正常时,输出心跳信号HeartBeat到所述协控制器4,所述协控制器4自动从所述存储器2读取接续控制的控制信息,所述主控制器1工作不正常时,停止输出心跳信号HeartBeat;
所述心跳信号HeartBeat是由所述主控制器1周期给出的连续脉冲信号,其脉冲频率与时钟的频率一致;
在进入关键控制过程前,所述主控制器1输出启动信号Start到所述时钟电路3和所述协控制器4,启动时钟电路3和启动所述协控制器4开始准备接续控制;
所述启动信号Start为一个触发脉冲信号,由主控制器1在进入关键时间的控制过程前给出,用于通知时钟电路3和协控制器4开始工作;
所述心跳信号HeartBeat与所述启动信号Start的作用关系如下:
●所述启动信号Start无效、所述心跳信号HeartBeat有效,所述协控制器4从所述存储器2中读取控制信息;
●所述启动信号Start无效、所述心跳信号HeartBeat无效,所述协控制器4清除已读取的控制信息;
●所述启动信号Start有效、所述心跳信号HeartBeat有效,所述协控制器4从所述存储器2中读取控制信息,不采取任何控制措施;
●所述启动信号Start有效、所述心跳信号HeartBeat无效,所述协控制器4以启动信号Start有效的时刻为零点,按照已读取的控制信息,对所述被控对象7的实时动作内容进行接续动作控制。
所述存储器2,用于存储所述主控制器1发送的所述接续控制的控制信息;并与所述协控制器4相连,输出所述控制信息。
所述时钟电路3,用于在所述主控制器1输出的启动信号Start作用下,输出时钟信号为所述协控制器4的周期工作提供驱动信号,所述时钟信号与驱动动作时刻相匹配。
所述协控制器4,可在关键的控制过程中,当所述主控制器1软件进出现崩溃或软件运行异常时,对被控对象7实施接续控制;
在所述主控制器1输出的心跳信号HeartBeat的控制下,所述协控制器4从所述存储器2读取关键控制过程的控制信息;
当软件执行到关键控制过程,所述协控制器4接收到所述主控制器1发出的启动信号Start和时钟电路3输出的时钟信号;如果所述主控制器1软件工作正常,所述协控制器4不输出控制动作,如果所述主控制器1软件出现崩溃或软件运行异常,所述协控制器4不能接收到心跳信号,此时根据从存储器中读出的控制信息对所述被控对象7实施接续控制。
所述驱动器件5的输入端与所述主控制器1和所述协控制器4相连接,接收控制开关量信号,输出端与被控对象7相连,驱动被控对象7。
所述隔离器件6的输入端与所述被控对象7相连接,输出端与所述主控制器1和所述协控制器4相连接,将所述被控对象7反馈的开关量信号传递到所述主控制器1或所述协控制器4中,并且在所述主控制器1和所述协控制器4与所述被控对象7之间形成电路隔离。
所述被控对象7为所述控制程序的执行部件。
一种同步冗余的顺序控制方法的具体实现步骤如下:
步骤S1、系统上电后进行初始准备
所述步骤S1包括以下子步骤:
S101、所述主控制器1加电,生成控制过程的控制信息,包括:动作时刻、控制通道以及动作内容;
S102、所述存储器2加电,在进入关键控制过程前的顺序控制过程中,所述主控制器1将预制的关键控制过程的控制信息存储至所述存储器2;
S103、所述协控制器4加电,准备从所述存储器2中读取关键控制过程的控制信息。
步骤S2、所述协控制器4读取关键控制信息
所述步骤S2包括以下子步骤:
S201、所述主控制器1向所述协控制器4发出心跳信号HeartBeat;
S202、所述协控制器4从所述存储器2中读取关键控制过程的控制信息。
步骤S3、所述主控制器1进行顺序控制
所述主控制器1按照顺序控制的时序将生成的控制信息,通过所述驱动器件5对所述被控对象7实施顺序控制,所述被控对象7通过所述隔离器件6反馈的开关量信号到所述主控制器1;
步骤S4、所述协控制器4准备进行接续控制
所述主控制器1在进入关键控制过程前,送出启动信号Start到所述时钟电路3和所述协控制器4;
所述启动信号Start为一触发脉冲信号,时钟电路3接收到启动信号Start后开始输出时钟信号,所述时钟信号与所述主控制器1的控制动作时刻相匹配;所述协控制器4接收到所述启动信号Start后,当判断心跳信号HeartBeat有效时,所述协控制器4继续从所述存储器2内读取控制信息,而不输出控制信息。
步骤S5、所述协控制器4进行接续控制。
在所述主控制器1软件在关键控制过程中出现崩溃或软件运行异常时,所述主控制器1停止送出所述心跳信号HeartBeat,所述协控制器4不能接收到有效的心跳信号HeartBeat,即刻以所述心跳信号HeartBeat消失的时刻为零点,所述协控制器4按照已从所述存储器2中读取的控制信息,在所述时钟信号的驱动下,通过所述驱动器件5对所述被控对象7实施接续控制,所述被控对象7通过所述隔离器件6反馈的开关量信号到所述协控制器4。
综上所述,本发明实施例提供了一种同步冗余的顺序控制装置,本方案在主控制器的基础上,增加了协控制器、存储器和时钟电路,从而实现了关键控制过程中主控制器软件崩溃或软件运行异常时协控制器的接续控制,相对常规的双机或多机热备份,硬件成本显著降低;并且在进入关键控制过程前,主控制器软件仅需将控制时序信息存储至存储器,然后通过硬件信号通知时钟和协控制器开始工作,相对于双机或多机热备份复杂的数据同步过程,控制软件复杂度显著降低。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种同步冗余的顺序控制装置,其特征在于,包括:主控制器(1)、存储器(2)、时钟电路(3)、协控制器(4)、驱动器件(5)和隔离器件(6);所述主控制器(1)与所述驱动器件(5)相连接,输出顺序控制信息控制被控对象(7);所述主控器(1)与所述隔离器件(6)相连接,接收被控对象(7)的反馈开关量信号;所述主控器(1)与所述存储器(2)相连接,将关键控制过程的控制信息存储至所述存储器(2);所述主控器(1)输出心跳信号HeartBeat到所述协控制器(4),控制所述协控制器(4)从所述存储器(2)读取关键控制过程的控制信息;当主控制器(1)执行到关键控制过程时,所述主控制器(1)输出启动信号Start到所述时钟电路(3)和所述协控制器(4),启动时钟电路(3)和启动所述协控制器(4)开始准备接续控制;所述协控制器(4)与所述驱动器件(5)和所述隔离器件(6)相连接,当所述主控制器(1)在关键控制过程中出现崩溃或软件运行异常时,所述协控制器(4)接替所述主控制器(1)实施接续控制。
2.根据权利要求1所述的顺序控制装置,其特征在于,所述心跳信号HeartBeat是周期性的连续脉冲信号,当所述主控制器(1)出现崩溃或软件运行异常,所述主控制器(1)停止输出心跳信号HeartBeat;所述启动信号Start是一个触发脉冲信号,所述时钟电路(3)在所述启动信号Start作用下,输出与所述主控制器(1)的控制动作时刻相匹配的时钟信号到所述协控制器(4),为所述协控制器(4)的周期工作提供驱动信号。
3.根据权利要求1所述的顺序控制装置,其特征在于,所述主控制器(1)在执行关键控制过程中,如果所述协控制器(4)接收到的心跳信号HeartBeat有效,所述协控制器(4)不输出控制动作;如果所述协控制器(4)接收到心跳信号HeartBeat无效,此时,所述协控制器(4)根据从所述存储器(2)中读出的控制信息,接替所述主控制器通过所述驱动器件(5)和所述隔离器件(6)对所述被控对象(7)实施接续控制。
4.根据权利要求1至3所述的任一种顺序控制装置,其特征在于,所述关键控制过程的控制信息包括动作时刻、控制通道以及动作内容。
5.一种采用权利要求1至4的顺序控制装置进行的同步冗余顺序控制方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤S1、装置上电后进行初始准备;
步骤S2、所述协控制器(4)读取关键控制信息;
步骤S3、所述主控制器(1)进行顺序控制;
步骤S4、所述主控制器(1)执行到关键控制过程,所述协控制器(4)准备进行接续控制;
步骤S5、在所述主控制器(1)在关键控制过程中出现崩溃或软件运行异常时,所述协控制器(4)进行接续控制。
6.根据权利要求5所述的同步冗余顺序控制方法,其特征在于,所述步骤S1包括以下子步骤:
S101、所述主控制器(1)加电,生成控制过程的控制信息;
S102、所述存储器(2)加电,在进入关键控制过程前的顺序控制过程中,所述主控制器(1)将预制的关键控制过程的控制信息存储至所述存储器(2);
S103、所述协控制器(4)加电,准备从所述存储器(2)中读取关键控制过程的控制信息。
7.根据权利要求5所述的同步冗余顺序控制方法,其特征在于,所述步骤S2包括以下子步骤:
S201、所述主控制器(1)向所述协控制器(4)发出心跳信号HeartBeat;
S202、所述协控制器(4)从所述存储器(2)中读取关键控制过程的控制信息。
8.根据权利要求5所述的同步冗余顺序控制方法,其特征在于,所述主控制器(1)按照顺序控制的时序将生成的控制信息,通过所述驱动器件(5)对所述被控对象(7)实施顺序控制,所述被控对象(7)通过所述隔离器件(6)反馈的开关量信号到所述主控制器(1)。
9.根据权利要求5所述的同步冗余顺序控制方法,其特征在于,当所述主控制器(1)执行到关键控制过程,送出启动信号Start到所述时钟电路(3)和所述协控制器(4);所述时钟电路(3)接收到启动信号Start后开始输出时钟信号;所述协控制器(4)接收到所述启动信号Start后,当判断心跳信号HeartBeat有效时,所述协控制器(4)继续从所述存储器(2)内读取控制信息,而不输出控制信息。
10.根据权利要求5所述的同步冗余顺序控制方法,其特征在于,在所述主控制器(1)在关键控制过程中出现崩溃或软件运行异常时,所述主控制器(1)停止发送心跳信号HeartBeat,此时所述协控制器(4)不能接收到有效的心跳信号HeartBeat,即刻以所述心跳信号HeartBeat消失的时刻为零点,所述协控制器(4)按照已从所述存储器(2)中读取的控制信息,在所述时钟信号的驱动下,通过所述驱动器件(5)对所述被控对象(7)实施接续控制,所述被控对象(7)通过所述隔离器件(6)反馈的开关量信号到所述协控制器(4)。
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PB01 | Publication | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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