CN108153144A - 一种dcs冗余控制器无扰切换方法 - Google Patents

一种dcs冗余控制器无扰切换方法 Download PDF

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黎兴民
韩冥生
王硕
胡义武
赵哲
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    • G05B9/02—Safety arrangements electric
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Abstract

本发明涉及工业控制中应用的分布式控制系统领域，具体涉及一种DCS冗余控制器无扰切换方法。本发明提出一种冗余控制器无扰动切换方法，DCS控制站中的控制器模块冗余配置，冗余控制器模块之间通过心跳线收发同步脉冲，当备机连续四个心跳周期未收到主机发送的脉冲，则切换为主机，原主机硬件自检复位后切换为备机，从而实现冗余切换。主备控制器模块运行相同的组态逻辑，同时接收来自总线上的从站数据，主控制器模块将组态运算的结果通过RGMII接口写入千兆以太网MAC，经过机箱母板上的千兆以太网通信线路与备控制器实现数据同步。

Description

一种DCS冗余控制器无扰切换方法
技术领域
本发明涉及工业控制中应用的分布式控制系统领域，具体涉及一种DCS冗余控制器无扰切换方法。
背景技术
DCS(Distributed Control System)分布式控制系统，由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统，综合了计算机、通信、显示和控制等技术，系统设计的基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活及组态方便。
从结构上划分，DCS包括过程级、操作级和管理级三个层次；过程级主要由控制器、I/O模块和现场仪表组成，是系统控制功能的主要实施部分，一个过程控制站由几个机柜组成，每个机柜可以组装一定数量的模块，含有主控模块和I/O模块，每个I/O模块上设计有一个或多个I/O通道，用于连接传感器或执行器。
主控模块是一个完整的计算机系统，主要由电源、CPU(核心处理器)、以太网接口和总线接口组成。
DCS单个控制站中的主控模块通常配置为主备冗余结构，在主机故障时切换到备机输出，保证控制站具有较高的可靠性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种单站控制器模块冗余切换且保证输出无扰动的方法。
实现本发明目的的技术方案：
本发明的效果在于：采用本发明提出的冗余控制器无扰动切换方法，可实现DCS主控模块的冗余配置，并在主机故障时迅速切换，使得控制站避免单模块故障引发的功能丧失，冗余控制器模块主机与备机间通过高速并行数据网络进行逻辑运算中间数据的同步，确保输出结果的一致性，从而实现主备状态切换时，从站I/O模块输出无扰动。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明所述的DCS冗余控制器无扰切换方法作进一步描述。
本发明一种DCS冗余控制器无扰切换方法，处在DCS主机和备机位置的控制器单元无扰动切换；
该具体方法包括如下步骤：
第一步：系统上电之初，主机槽位上的控制器模块启动，作为主机；备机槽位上的控制器模块启动，作为备机；
第二步：主机与备机同时接收从站I/O模块发送到现场总线上的数据；
第三步：主机与备机同时接收工程师站组态下装的逻辑工程；
第四步：仅主机模块输出组态逻辑运算结果，经现场总线输出给从站I/O模块；
第五步：主机与备机间通过心跳线互发脉冲信号进行对方的状态监测；
第六步：当主机发生故障时，停止向备机发送心跳脉冲；
第七步：备机在系统设定的连续N个心跳周期收不到主机发送的心跳脉冲，则切换为主机，将逻辑运算结果发送到总线上；
第八步：当原主机故障恢复后，切换为备机，实现冗余切换；
第九步：主机与备机间通过高速并行数据网络对内部逻辑运算产生的中间变量进行比对和同步，保证每一时刻主机与备机拥有相同的逻辑运算结果；
第十步：发生主备切换后，总线上I/O模块的输出无扰动。
该方法所适用的系统为分布式控制系统，系统正常工作时，控制器模块通过前面板上的ACT指示灯指示本机的主备状态，主机ACT指示灯点亮，备机ACT指示灯熄灭。
具体实施例如下：
系统上电时，默认A控制器为主机，B控制器为备机，A/B控制器均接受现场总线上来自I/O模块上送的数据，同时接收和运行工程师站下装的组态工程，仅主控制器模块将逻辑运算结果经现场总线发送给I/O模块。A/B控制器之间通过同步心跳线进行通信，互发心跳脉冲信号，相互监听对方的心跳状态，同时通过高速并行网络对内部逻辑运算产生的中间变量进行比对和同步，以保持每一时刻A/B控制器拥有相同的逻辑运算结果。当A机故障时，心跳脉冲信号停止发出，B机接收不到A机的心跳脉冲信号，则切换为主机，将内部逻辑运算结果输出，A机故障恢复后，自动降为备机，停止发送功能，由于A/B控制器模块进行周期性的逻辑运算中间变量同步，使得二者保持共同的步调，所以在切换主备地位之后，总线从站I/O模块接收到的控制数据没有差异，从而保证系统输出无扰动，最终实现主备控制器无扰切换。
结合上述实施例可见，针对当前DCS中主控模块切换后造成的I/O模块输出扰动问题，本发明提出一种冗余控制器无扰动切换方法，DCS控制站中的控制器模块冗余配置，冗余控制器模块之间通过心跳线收发同步脉冲，当备机连续四个心跳周期未收到主机发送的脉冲，则切换为主机，原主机硬件自检复位后切换为备机，从而实现冗余切换。主备控制器模块运行相同的组态逻辑，同时接收来自总线上的从站数据，主控制器模块将组态运算的结果通过RGMII接口写入千兆以太网MAC，经过机箱母板上的千兆以太网通信线路与备控制器实现数据同步。
系统正常工作时，控制器模块通过前面板上的ACT指示灯指示本机的主备状态，主机ACT指示灯点亮，而备控制器ACT指示灯熄灭。
主备控制器均向I/O模块发送数据请求，并同时运行相同的组态算法，但只有主控制器将组态运算的结果下发给I/O模块。

Claims (3)

1.一种DCS冗余控制器无扰切换方法，其特征在于：处在DCS主机和备机位置的控制器单元无扰动切换；
该具体方法包括如下步骤：
第一步：系统上电之初，主机槽位上的控制器模块启动，作为主机；备机槽位上的控制器模块启动，作为备机；
第二步：主机与备机同时接收从站I/O模块发送到现场总线上的数据；
第三步：主机与备机同时接收工程师站组态下装的逻辑工程；
第四步：仅主机模块输出组态逻辑运算结果，经现场总线输出给从站I/O模块；
第五步：主机与备机间通过心跳线互发脉冲信号进行对方的状态监测；
第六步：当主机发生故障时，停止向备机发送心跳脉冲；
第七步：备机在系统设定的连续N个心跳周期收不到主机发送的心跳脉冲，则切换为主机，将逻辑运算结果发送到总线上；
第八步：当原主机故障恢复后，切换为备机，实现冗余切换；
第九步：主机与备机间通过高速并行数据网络对内部逻辑运算产生的中间变量进行比对和同步，保证每一时刻主机与备机拥有相同的逻辑运算结果；
第十步：发生主备切换后，总线上I/O模块的输出无扰动。
2.根据权利要求1所述的一种DCS冗余控制器无扰切换方法，其特征在于：该方法所适用的系统为分布式控制系统。
3.根据权利要求1所述的一种DCS冗余控制器无扰切换方法，其特征在于：系统正常工作时，控制器模块通过前面板上的ACT指示灯指示本机的主备状态，主机ACT指示灯点亮，备机ACT指示灯熄灭。
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