CN107544366A - 一种自动控制系统中冗余传感器信号采集及处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自动控制系统中冗余传感器信号采集及处理方法，步骤包括：步骤1)冗余传感器初始位的标定和校验，步骤2)冗余传感器终止位的标定和校验，步骤3)冗余传感器数据正确性分析及识别。本发明方法，在关键设备上配套有传感器一、传感器二、执行机构，通过信号处理电路把信号转换为标准信号送至MCU单元，换算了实际的采集值(如位移、角度等)送操控台人机界面显示，通过带安全程序保护的执行命令送达执行机构，实现关键设备的自动闭环控制，提高了系统的容错能力。
Description
技术领域
本发明属于自动控制技术领域，涉及一种自动控制系统中冗余传感器信号采集及处理方法。
背景技术
在自动控制系统中，为了实现设备的精确定位，需要为执行机构配备智能传感器，实时监测设备当前状态并反馈给中央控制系统，实现符合作业工况的闭环控制。但是往往传感器是自动控制系统中的薄弱环节，一旦传感器故障，系统无法正确获知设备当前状态，控制程序无法执行，造成系统瘫痪。这对于一些流水线作业上的设备以及停机将造成重大财产损失的设备，一旦停机会造成生产中断或产品报废。
因此，急需设计用于核心关键设备配套冗余传感器的方案，提高系统的容错能力，提高系统的稳定性和可靠性，确保冗余传感器中只要有一个完好就可确保控制系统正常运行。
发明内容
本发明的目的是提供一种自动控制系统中冗余传感器信号采集及处理方法，解决了现有技术执行机构没有配套冗余的监测传感器单元，当一个传感器故障时难以保证系统稳定可靠运行；同时针对冗余传感器采集的数据如何判断真伪，难以取舍的问题。
本发明采用的技术方案是，一种自动控制系统中冗余传感器信号采集及处理方法，按照以下步骤实施：
步骤1)冗余传感器初始位的标定和校验，
步骤2)冗余传感器终止位的标定和校验，
步骤3)冗余传感器数据正确性分析及识别。
本发明的有益效果是，通过为设备执行机构配套冗余的监测传感器单元，确保其中一个传感器故障仍能保障设备正常运行，提高了系统的容错能力，设备运行的稳定性和可靠性也大幅提高。同时针对冗余传感器采集的数据，提出了一整套冗余传感器标定和校验，数据正确性的分析和识别方法，为自动控制系统提供了一种新的信号采集及处理方法解决方案。
附图说明
图1是本发明的原理框图；
图2为本发明方法中冗余传感器初始位标定和校验的流程图；
图3为本发明方法中冗余传感器终止位标定和校验的流程图；
图4为本发明方法中冗余传感器数据正确性分析及识别方法的流程图。
图中，1.传感器一，2.传感器二，3.信号处理电路，4.MCU单元，5.操控台，6.执行机构，
A表示传感器一1的实时数据值；B表示传感器二2的实时数据值；
A0表示执行机构回到初始位时传感器一1的实际数据值；
B0表示执行机构回到初始位时传感器二2的实际数据值；
Ad表示执行机构至终止位时传感器一1的实际数据值；
Bd表示执行机构至终止位时传感器二2的实际数据值；
At1表示执行机构上一时刻传感器一1的实时数据值；
Bt1表示执行机构上一时刻传感器二2的实时数据值；
At2表示执行机构当前时刻传感器一1的实时数据值；
Bt2表示执行机构当前时刻传感器二2的实时数据值；
A△t表示执行机构从上一时刻至当前时刻传感器一1的最大变化量的绝对值；
B△t表示执行机构从上一时刻至当前时刻传感器二2的最大变化量的绝对值。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明的阐述以位移传感器、角度传感器一类的传感器为例进行阐述，对于基于压力、温度、流量等检测量的传感器判断方法与本方法一致，只是文字表述上有所区别，但均属于本发明专利保护的范畴。
参照图1，本发明方法采用的辅助装置结构是，在需要控制的关键设备上配置传感器一1、传感器二2及执行机构6，传感器一1、传感器二2的输出信号分别接入各自的一个信号处理电路3中，两个信号处理电路3输出端分别接入MCU单元4(中央控制单元)，MCU单元4与操控台5互联。
两个信号处理电路3、MCU单元4中均预置有各自的数据处理程序。
在需要控制的关键设备上配套有传感器一1、传感器二2及执行机构6，传感器一1和传感器二2实时采集执行机构6的当前状态，通过信号处理电路3把信号转换为标准信号送至MCU单元4，通过MCU单元4将换算为实际的采集值(如位移、角度等)送操控台人机界面进行显示；操控台5发送控制指令至MCU单元4，MCU单元4再通过带安全程序保护的执行命令送达执行机构6，实现对关键设备的自动闭环控制。
本发明自动控制系统中冗余传感器信号采集及处理方法，利用上述的结构设置，按照以下步骤实施：
步骤1)参照图2，冗余传感器初始位的标定和校验，
系统上电，接收到启动命令后，开始进行初始化操作，初始化完成后开始对传感器的数据采集，依次读取传感器一1的数据A、传感器二2的数据B，此时控制执行机构6回到初始位，
首先读取初始位传感器一1的实际参数值A0，判断传感器一1的数据A是否在A0-0.5≤A≤A0+0.5范围内，如果条件满足，程序继续向下执行，给上位机发出传感器一1初始位正常指示信号；如果条件不满足，并且判断传感器一1的数据A是否在A＞A0+0.5或者A＜A0-0.5范围内，此时给上位机发出传感器一1初始位故障报警信号，维护人员检查系统进行维修和维护；
传感器一1的数据A读取完毕后，再读取初始位传感器二2的实际参数值B0，判断传感器二2的数据B是否在B0-0.5≤B≤B0+0.5范围内，如果条件满足，程序继续向下执行，给上位机发出传感器二2初始位正常指示信号；如果条件不满足，并且判断传感器二2的数据B是否在B＞B0+0.5或者B＜B0-0.5范围内，此时给上位机发出传感器二2初始位故障报警信号，维护人员检查系统进行维修和维护，至此本周期的初始位校验结束。
步骤2)参照图3，冗余传感器终止位的标定和校验，
系统上电，接收到启动命令后，开始进行初始化操作，初始化完成后开始对传感器的数据采集，依次读取传感器一1的数据A、传感器二2的数据B，此时控制执行机构6回到终止位，
首先读取终止位传感器一1的实际参数值Ad，判断传感器一1的数据A是否在Ad-0.5≤A≤Ad+0.5范围内，如果条件满足，程序继续向下执行，给上位机发出传感器一1终止位正常指示信号；如果条件不满足，并且判断传感器一1的数据A是否在A＞Ad+0.5或者A＜Ad-0.5范围内，此时给上位机发出传感器一1终止位故障报警信号，维护人员检查系统进行维修和维护；
传感器一1数据读取完毕后，再读取终止位传感器二2的实际参数值Bd，判断传感器二2的数据B是否在Bd-0.5≤B≤Bd+0.5范围内，如果条件满足，程序继续向下执行，给上位机发出传感器二2终止位正常指示信号；如果条件不满足，并且判断传感器二2的数据B是否在B＞Bd+0.5或者B＜Bd-0.5范围内，此时给上位机发出传感器二2终止位故障报警信号，维护人员检查系统进行维修和维护，至此本周期的初始位校验结束。
步骤3)参照图4，冗余传感器数据正确性分析及识别，
系统上电，传感器一1和传感器二2的初始位和终止位标定均完成且系统正常的情况下，接收到启动命令后，开始进行初始化操作；
初始化完成后开始对两个传感器的数据采集，依次读取传感器一1的数据A、传感器二2的数据B，并存储到MCU单元4中，此时控制执行机构6进行连续动作，
在本次采集周期内，首先读取当前时刻传感器一1的实际参数值At2，并与上一时刻传感器一1的实际参数值At1比较，判断在两个监测周期内变化量的绝对值与两个监测周期内最大变化量的绝对值A△t的关系，是否满足|At1-At2|≤A△t；接下来读取当前时刻传感器二2的实际参数值Bt2，并与上一时刻传感器二2的实际参数值Bt1比较，判断在两个监测周期内变化量的绝对值与两个监测周期内最大变化量的绝对值B△t的关系，是否满足|Bt1-Bt2|≤B△t，按照几种情况分别实施：
3.1)如果|At1-At2|≤A△t和|Bt1-Bt2|≤B△t条件均满足，证明两个传感器完好，程序继续向下执行，数据输出(At2+Bt2)/2，MCU单元4采集当前数值并存储，至此本次采集结束；
3.2)如果|At1-At2|≤A△t条件不满足，读取的数据在|At1-At2|＞A△t范围内，但是|Bt1-Bt2|≤B△t条件满足，证明传感器一1故障，传感器二2完好，程序继续向下执行，数据输出Bt2，MCU单元4采集当前数值并存储，给上位机发出传感器一1故障报警信号，维护人员检查系统进行维修和维护，至此本次采集结束；
3.3)如果|At1-At2|≤A△t条件满足，但是|Bt1-Bt2|≤B△t条件不满足，读取的数据在|Bt1-Bt2|＞B△t范围内，证明传感器一1完好，传感器二2故障，程序继续向下执行，数据输出At2，MCU单元4采集当前数值并存储，给上位机发出传感器二2故障报警信号，维护人员检查系统进行维修和维护，至此本次采集结束；
3.4)如果|At1-At2|≤A△t条件不满足，同时|Bt1-Bt2|≤B△t条件也不满足，证明传感器一1故障，传感器二2也故障，程序继续向下执行，MCU单元4不采集当前数值，给上位机发出传感器一1、传感器二2故障报警信号，维护人员检查系统进行维修和维护，至此本次采集结束。
Claims (6)
1.一种自动控制系统中冗余传感器信号采集及处理方法，其特征在于，按照以下步骤实施：
步骤1)冗余传感器初始位的标定和校验，
步骤2)冗余传感器终止位的标定和校验，
步骤3)冗余传感器数据正确性分析及识别。
2.根据权利要求1所述的自动控制系统中冗余传感器信号采集及处理方法，其特征在于，所述的步骤1的具体过程是：
系统上电，接收到启动命令后，开始进行初始化操作，初始化完成后开始对传感器的数据采集，依次读取传感器一(1)的数据A、传感器二(2)的数据B，此时控制执行机构(6)回到初始位，
首先读取初始位传感器一(1)的实际参数值A0，判断传感器一(1)的数据A是否在A0-0.5≤A≤A0+0.5范围内，如果条件满足，程序继续向下执行，给上位机发出传感器一(1)初始位正常指示信号；如果条件不满足，并且判断传感器一(1)的数据A是否在A＞A0+0.5或者A＜A0-0.5范围内，此时给上位机发出传感器一(1)初始位故障报警信号，维护人员检查系统进行维修和维护；
传感器一(1)的数据A读取完毕后，再读取初始位传感器二(2)的实际参数值B0，判断传感器二(2)的数据B是否在B0-0.5≤B≤B0+0.5范围内，如果条件满足，程序继续向下执行，给上位机发出传感器二(2)初始位正常指示信号；如果条件不满足，并且判断传感器二(2)的数据B是否在B＞B0+0.5或者B＜B0-0.5范围内，此时给上位机发出传感器二(2)初始位故障报警信号，维护人员检查系统进行维修和维护，至此本周期的初始位校验结束。
3.根据权利要求1所述的自动控制系统中冗余传感器信号采集及处理方法，其特征在于，所述的步骤2的具体过程是：
系统上电，接收到启动命令后，开始进行初始化操作，初始化完成后开始对传感器的数据采集，依次读取传感器一(1)的数据A、传感器二(2)的数据B，此时控制执行机构(6)回到终止位，
首先读取终止位传感器一(1)的实际参数值Ad，判断传感器一(1)的数据A是否在Ad-0.5≤A≤Ad+0.5范围内，如果条件满足，程序继续向下执行，给上位机发出传感器一(1)终止位正常指示信号；如果条件不满足，并且判断传感器一(1)的数据A是否在A＞Ad+0.5或者A＜Ad-0.5范围内，此时给上位机发出传感器一(1)终止位故障报警信号，维护人员检查系统进行维修和维护；
传感器一(1)数据读取完毕后，再读取终止位传感器二(2)的实际参数值Bd，判断传感器二(2)的数据B是否在Bd-0.5≤B≤Bd+0.5范围内，如果条件满足，程序继续向下执行，给上位机发出传感器二(2)终止位正常指示信号；如果条件不满足，并且判断传感器二(2)的数据B是否在B＞Bd+0.5或者B＜Bd-0.5范围内，此时给上位机发出传感器二(2)终止位故障报警信号，维护人员检查系统进行维修和维护，至此本周期的初始位校验结束。
4.根据权利要求1所述的自动控制系统中冗余传感器信号采集及处理方法，其特征在于，所述的步骤3的具体过程是：
系统上电，传感器一(1)和传感器二(2)的初始位和终止位标定均完成且系统正常的情况下，接收到启动命令后，开始进行初始化操作；
初始化完成后开始对两个传感器的数据采集，依次读取传感器一(1)的数据A、传感器二(2)的数据B，并存储到MCU单元(4)中，此时控制执行机构(6)进行连续动作，
在本次采集周期内，首先读取当前时刻传感器一(1)的实际参数值At2，并与上一时刻传感器一(1)的实际参数值At1比较，判断在两个监测周期内变化量的绝对值与两个监测周期内最大变化量的绝对值A△t的关系，是否满足|At1-At2|≤A△t；接下来读取当前时刻传感器二(2)的实际参数值Bt2，并与上一时刻传感器二(2)的实际参数值Bt1比较，判断在两个监测周期内变化量的绝对值与两个监测周期内最大变化量的绝对值B△t的关系，是否满足|Bt1-Bt2|≤B△t，按照几种情况分别实施：
3.1)如果|At1-At2|≤A△t和|Bt1-Bt2|≤B△t条件均满足，证明两个传感器完好，程序继续向下执行，数据输出(At2+Bt2)/2，MCU单元(4)采集当前数值并存储，至此本次采集结束；
3.2)如果|At1-At2|≤A△t条件不满足，读取的数据在|At1-At2|＞A△t范围内，但是|Bt1-Bt2|≤B△t条件满足，证明传感器一(1)故障，传感器二(2)完好，程序继续向下执行，数据输出Bt2，MCU单元(4)采集当前数值并存储，给上位机发出传感器一(1)故障报警信号，维护人员检查系统进行维修和维护，至此本次采集结束；
3.3)如果|At1-At2|≤A△t条件满足，但是|Bt1-Bt2|≤B△t条件不满足，读取的数据在|Bt1-Bt2|＞B△t范围内，证明传感器一(1)完好，传感器二(2)故障，程序继续向下执行，数据输出At2，MCU单元(4)采集当前数值并存储，给上位机发出传感器二(2)故障报警信号，维护人员检查系统进行维修和维护，至此本次采集结束；
3.4)如果|At1-At2|≤A△t条件不满足，同时|Bt1-Bt2|≤B△t条件也不满足，证明传感器一(1)故障，传感器二(2)也故障，程序继续向下执行，MCU单元(4)不采集当前数值，给上位机发出传感器一(1)、传感器二(2)故障报警信号，维护人员检查系统进行维修和维护，至此本次采集结束。
5.根据权利要求1所述的自动控制系统中冗余传感器信号采集及处理方法，其特征在于：该方法采用的辅助装置是，所述的在需要控制的关键设备上配置传感器一(1)、传感器二(2)及执行机构(6)，传感器一(1)、传感器二(2)的输出信号分别接入各自的一个信号处理电路(3)中，两个信号处理电路(3)输出端分别接入MCU单元(4)，MCU单元(4)与操控台(5)互联。
6.根据权利要求5所述的自动控制系统中冗余传感器信号采集及处理方法，其特征在于：所述的两个信号处理电路(3)、MCU单元(4)中均预置有各自的数据处理程序。
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