CN109306875B - 一种汽轮机deh双控制器同步热备冗余切换装置及方法 - Google Patents
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Abstract
一种汽轮机DEH双控制器同步热备冗余切换装置及方法，涉及工业过程控制领域，为了解决现有的冗余切换方式切换工作不稳定、切换不及时，可靠性及数据同步性差的问题。本发明包括1个FPGA芯片和2个控制器；FPGA芯片，用于采集外部硬件信号，并发送给2个控制器，还用于对2个控制器的主备关系进行判断，并将主机的运算结果向外部发送，用于驱动外部硬件电路；2个控制器中的1个控制器作为主机，另一个作为备机，在每个逻辑运算周期主机数据同步到备机；2个控制器均对输入的外部硬件信号进行运算，并将运算结果发送给FPGA芯片。本发明适用于双控制器同步热备冗余切换。
Description
技术领域
本发明涉及工业过程控制领域。
背景技术
随着计算机技术的发展及其在自动化领域中的应用，20世纪80年代，出现了以数字计算机为基础的数字式电气液压控制系统(Digital Electric Hydraulic ControlSystem，简称DEH)。DEH通过DEH的控制器接收负荷、转速、压力等信号及操作人员的指令，经过控制器的逻辑判断和运算后，发出指令输出给电液执行机构。通过对高压、中压调节阀开度的控制，改变汽轮机的进汽量，从而实现对汽轮机转速、负荷、压力的控制。因此DEH控制器的高可靠性是保障汽轮机能够稳定运行的关键。
控制器冗余技术就是利用硬件冗余法或软件冗余法来处理故障，在故障发生时能够自动地进行检测与诊断，并采取相应的措施，保证设备维持其规定的功能，提高系统的可靠性。
目前硬件冗余技术主要有以下几种方式：单机线路冗余、双机冷备、双机热备和三重冗余。现有的冗余切换方式，在晶振等敏感元件故障或模块热插拔等边界条件出现时，冗余切换工作不稳定，经常出现切换不及时，控制器出现“双主”或“双从”的情况；另外，有些切换方式数据同步性不好、实时性不高，也会造成数据的丢失。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的冗余切换方式切换工作不稳定、切换不及时，可靠性及数据同步性差的问题，从而提供一种汽轮机DEH双控制器同步热备冗余切换装置及方法。
本发明所述的一种汽轮机DEH双控制器同步热备冗余切换装置，该装置包括1个FPGA芯片和2个控制器；
FPGA芯片，用于采集外部硬件信号，并发送给2个控制器，还用于对2个控制器的主备关系进行判断，并将主机的运算结果向外部发送，用于驱动外部硬件电路；
2个控制器中的1个控制器作为主机，另一个作为备机，在每个逻辑运算周期主机数据同步到备机；2个控制器均对输入的外部硬件信号进行运算，并将运算结果发送给FPGA芯片。
一种汽轮机DEH双控制器同步热备冗余切换方法，该方法包括冗余切换装置的启动方法，该启动方法包括：
步骤A1、硬件初始化；
步骤A2、工程文件初始化；
步骤A3、对2个控制器的主备关系进行判断；
步骤A4、判断2个控制器的状态标志位是否异常，如果2个控制器的状态标志位均异常，则使2个控制器均处于空闲状态，如果2个控制器的状态标志位均没有异常则执行步骤A5，如果只有1个控制器的状态标志位有异常，则使该控制器处于空闲状态，另一个控制器单独运行，上报异常并完成启动；
步骤A5、判断控制器中是否有工程文件，如果有工程文件则执行步骤A6，否则进行异常处理并返回步骤A1；
步骤A6、判断2个控制器是否冗余运行，如果判断结果为是，则执行步骤A7，否则完成启动；
步骤A7、判断2个控制器的工程文件是否同步，如果判断结果为是，则工程文件初始化后再执行步骤A8，否则直接执行步骤A8；
步骤A8、对2个控制器的工程文件进行同步，完成启动；
该方法基于所述一种汽轮机DEH双控制器同步热备冗余切换装置实现。
优选的是，运行过程中，当控制器接收到工程文件时，该方法还包括以下步骤：
步骤B1、控制器接收工程文件更新请求；
步骤B2、判断是否应答工程文件更新请求，如果判断结果为是，则执行步骤B3，否则返回步骤B1；
步骤B3、同步2个控制器的工程文件；
步骤B4、判断2个控制器的工程文件是否同步，如果判断结果为是，则以设定的控制器为主机，完成工程文件的更新，否则返回步骤B3。
优选的是，步骤A3中根据初始化状态、工程文件完整性、工程文件新旧程度及控制器状态的优先级顺序对2个控制器的主备关系进行判断。
本发明的基于FPGA芯片实现的汽轮机DEH双控制器同步热备冗余切换装置及方法，使得控制器在发生故障或者工程组态异常时可以自动且快速地切换，有效解决了数据同步和切换仲裁的问题，保证了控制器主备切换时，系统无扰动运行，提高了可用率。
附图说明
图1是一种汽轮机DEH双控制器同步热备冗余切换装置的结构框图；
图2是冗余切换装置的启动方法的流程图；
图3是一种汽轮机DEH双控制器同步热备冗余切换方法在运行过程中的流程图；
图4是采集及运算外部硬件信号的流程图；
图5是控制器运算及输出运算结果的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
如图1所示，一种汽轮机DEH双控制器同步热备冗余切换装置，采用“单输入、双采集、表决、同步运算、单输出”模式，该装置包括1个FPGA芯片和2个控制器；
FPGA芯片用于采集外部硬件信号，并发送给2个控制器，2个控制器中的1个控制器作为主机，另一个作为备机，在每个逻辑运算IEC周期主机数据同步到备机，以保证两个控制器数据的一致性；2个控制器均对输入的外部硬件信号进行运算，并将运算结果发送给FPGA芯片，FPGA芯片对2个控制器的主备关系进行判断，只有主机的运算结果通过FPGA芯片向外部发送，用于驱动外部硬件电路，如图5所示；一旦主机发生故障或异常则进行主备切换，主机自动降为备机状态，上报故障信息等待处理，原来的备机升为主机，继续进行运算，并驱动FPGA芯片控制外部输出，以保证系统的稳定性。FPGA芯片采集外部硬件信号、2个控制器对外部硬件信号进行运算的流程如图4所示。
如图2所示，一种汽轮机DEH双控制器同步热备冗余切换方法，该方法包括冗余切换装置的启动方法，该启动方法包括：
步骤A1、硬件初始化；
步骤A2、工程文件初始化；
步骤A3、对2个控制器的主备关系进行判断；
步骤A4、判断2个控制器的状态标志位是否异常，如果2个控制器的状态标志位均异常，则使2个控制器均处于空闲状态，如果2个控制器的状态标志位均没有异常则执行步骤A5，如果只有1个控制器的状态标志位有异常，则使该控制器处于空闲状态，另一个控制器单独运行，上报异常并完成启动；
步骤A5、判断控制器中是否有工程文件，如果有工程文件则执行步骤六，否则进行异常处理并返回步骤A1；
步骤A6、判断2个控制器是否冗余运行，如果判断结果为是，则执行步骤A7，否则完成启动；
步骤A7、判断2个控制器的工程文件是否同步，如果判断结果为是，则工程文件初始化后再执行步骤A8，否则直接执行步骤A8；
步骤A8、对2个控制器的工程文件进行同步，完成启动；
该方法基于所述一种汽轮机DEH双控制器同步热备冗余切换装置实现。
2个控制器的主备仲裁关系根据初始化状态、工程文件完整性、工程文件新旧程度及控制器状态的优先级顺序进行判断。如果发生主备切换，在切换后的主机故障或重新上电之前，将保持当前主备关系运行。
如图3所示，运行过程中，当控制器接收到工程文件时，该方法还包括以下步骤：
步骤B1、控制器接收工程文件更新请求；
步骤B2、判断是否应答工程文件更新请求，如果判断结果为是，则执行步骤B3，否则返回步骤B1；
步骤B3、同步2个控制器的工程文件；
步骤B4、判断2个控制器的工程文件是否同步，如果判断结果为是，则以设定的控制器为主机，完成工程文件的更新，否则返回步骤B3。控制器发生故障时，上报故障等待处理。
通信及服务数据是通过通信冗余通道及服务冗余通道由当前主机冗余到备机。工程文件数据、服务数据、以太网通讯数据、Modbus通讯数据由控制器控制双口RAM交互实现，双口RAM访问过程中引入互斥操作，防止引起操作错误。
与外部通讯主要包括Modbus TCP通讯以及Modbus RTU通讯。通讯及服务数据是通过通讯冗余通道及服务冗余通道由当前主机冗余到备机上的。由于Modbus TCP通讯的接收数据需要同时传递给主机、备机，只能发送主机的数据。如直接接收数据，则需要使用其中断模式，因此FPGA芯片中不能只进行总线转接，而需要先对Modbus TCP数据进行数据包解析，得到对应的Modbus字节数据，然后再传递到主机、备机对应的Modbus数据收发缓冲区，之后等待控制器查询方式读取Modbus接收数据并进行协议解析，然后给出回复数据到缓冲区，并置位发送标志，然后FPGA根据主控制器的Modbus发送上升沿标志，开始发送主机发送缓冲区数据，由此完成一次Modbus通讯工程。
需要同步的数据包括汽轮机控制器的输入数据及运算结果，且主机、备机的数据是在一个逻辑运算周期内实现同步，切换速度比现有模块冗余架构以及现有冗余切换技术有了大幅提升，达到了实时同步数据的要求；
主备关系仲裁机制充分考虑实际工程应用，在对初始化状态、控制器状态进行判断的基础上，还增加了以工程完整性及工程新旧程度为优先级的仲裁机制，有效解决了发生故障、主备切换后再重新上电时，组态工程不一致，控制器主备关系选择的问题。
Claims (3)
1.一种汽轮机DEH双控制器同步热备冗余切换方法，其特征在于，该方法包括冗余切换装置的启动方法，该启动方法包括：
步骤A1、硬件初始化；
步骤A2、工程文件初始化；
步骤A3、对2个控制器的主备关系进行判断；
步骤A4、判断2个控制器的状态标志位是否异常，如果2个控制器的状态标志位均异常，则使2个控制器均处于空闲状态，如果2个控制器的状态标志位均没有异常则执行步骤A5，如果只有1个控制器的状态标志位有异常，则使该控制器处于空闲状态，另一个控制器单独运行，上报异常并完成启动；
步骤A5、判断控制器中是否有工程文件，如果有工程文件则执行步骤A6，否则进行异常处理并返回步骤A1；
步骤A6、判断2个控制器是否冗余运行，如果判断结果为是，则执行步骤A7，否则完成启动；
步骤A7、判断2个控制器的工程文件是否同步，如果判断结果为是，则工程文件初始化后再执行步骤A8，否则直接执行步骤A8；
步骤A8、对2个控制器的工程文件进行同步，完成启动；
该方法基于一种汽轮机DEH双控制器同步热备冗余切换装置实现，该装置包括1个FPGA芯片和2个控制器；
FPGA芯片，用于采集外部硬件信号，并发送给2个控制器，还用于对2个控制器的主备关系进行判断，并将主机的运算结果向外部发送，用于驱动外部硬件电路；
2个控制器中的1个控制器作为主机，另一个作为备机，在每个逻辑运算周期主机数据同步到备机；2个控制器均对输入的外部硬件信号进行运算，并将运算结果发送给FPGA芯片。
2.根据权利要求1所述的一种汽轮机DEH双控制器同步热备冗余切换方法，其特征在于，运行过程中，当控制器接收到工程文件时，该方法还包括以下步骤：
步骤B1、控制器接收工程文件更新请求；
步骤B2、判断是否应答工程文件更新请求，如果判断结果为是，则执行步骤B3，否则返回步骤B1；
步骤B3、同步2个控制器的工程文件；
步骤B4、判断2个控制器的工程文件是否同步，如果判断结果为是，则以设定的控制器为主机，完成工程文件的更新，否则返回步骤B3。
3.根据权利要求1所述的一种汽轮机DEH双控制器同步热备冗余切换方法，其特征在于，步骤A3中根据初始化状态、工程文件完整性、工程文件新旧程度及控制器状态的优先级顺序对2个控制器的主备关系进行判断。
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Families Citing this family (3)
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|---|---|---|---|---|
| CN110789569B (zh) * | 2019-10-17 | 2022-04-22 | 北京全路通信信号研究设计院集团有限公司 | 一种列控dmi数据冗余控制方法和系统 |
| CN114355760A (zh) * | 2022-01-10 | 2022-04-15 | 北京广利核系统工程有限公司 | 一种主控制站及其热备冗余控制方法 |
| CN116500886B (zh) * | 2023-06-28 | 2023-09-08 | 中国船舶集团有限公司第七〇七研究所 | 一种多机热备控制方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012092319A1 (en) * | 2010-12-28 | 2012-07-05 | Inventus Holdings, Llc | Remote wind turbine reset system and method |
| KR20140008853A (ko) * | 2012-07-12 | 2014-01-22 | 한국원자력연구원 | Ｆｐｇａ에 기반한 이중화 제어장치 및 이중화 절체 방법 |
| GB2508704A (en) * | 2012-10-05 | 2014-06-11 | Fisher Rosemount Systems Inc | Safety Instrumented Process Control Apparatus |
| CN104018895A (zh) * | 2014-06-19 | 2014-09-03 | 南京科远自动化集团股份有限公司 | 一种ets保护单元及三重冗余的汽轮机危急保护系统 |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7519737B2 (en) * | 2000-07-07 | 2009-04-14 | Schneider Automation Inc. | Input/output (I/O) scanner for a control system with peer determination |
| EP2293159A1 (en) * | 2009-09-02 | 2011-03-09 | ABB Research Ltd. | Redundant control for a process control system |
| CN101814046A (zh) * | 2010-01-27 | 2010-08-25 | 清华大学 | 基于可编程器件的双冗余总线同步和表决电路 |
| CN103455005B (zh) * | 2013-09-06 | 2015-07-22 | 北京四方继保自动化股份有限公司 | 一种控制器冗余及切换方法 |
| CN103631178B (zh) * | 2013-11-04 | 2016-02-03 | 中国航天科技集团公司第九研究院第七七一研究所 | 一种双机备份冗余控制装置 |
| CN203640777U (zh) * | 2013-12-23 | 2014-06-11 | 上海新华控制技术集团科技有限公司 | 一种汽机控制器 |
| CN103809429B (zh) * | 2014-01-26 | 2016-09-14 | 武汉第二船舶设计研究所 | 硬件仲裁混合冗余智能控制器及冗余备份方法 |
| CN107643680A (zh) * | 2016-07-20 | 2018-01-30 | 全球能源互联网研究院 | 一种双冗余阀基控制系统的主从智能仲裁方法 |
| CN106341397A (zh) * | 2016-08-25 | 2017-01-18 | 柏盟（北京）科技发展有限公司 | 一种工业安全隔离网闸 |
| CN106527116A (zh) * | 2016-12-15 | 2017-03-22 | 重庆川仪自动化股份有限公司 | 冗余控制系统及其方法 |
| CN107390513A (zh) * | 2017-07-27 | 2017-11-24 | 湖南中车时代通信信号有限公司 | 一种冗余系统接入单路总线的方法和系统 |
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012092319A1 (en) * | 2010-12-28 | 2012-07-05 | Inventus Holdings, Llc | Remote wind turbine reset system and method |
| KR20140008853A (ko) * | 2012-07-12 | 2014-01-22 | 한국원자력연구원 | Ｆｐｇａ에 기반한 이중화 제어장치 및 이중화 절체 방법 |
| GB2508704A (en) * | 2012-10-05 | 2014-06-11 | Fisher Rosemount Systems Inc | Safety Instrumented Process Control Apparatus |
| CN104018895A (zh) * | 2014-06-19 | 2014-09-03 | 南京科远自动化集团股份有限公司 | 一种ets保护单元及三重冗余的汽轮机危急保护系统 |
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