CN110262215B - 一种基于非相似冗余技术的控制方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于非相似冗余技术的控制方法、装置及系统，其中方法包括：建立控制系统，控制中心通过控制链路连接被控设备，控制链路包括至少两种数据通信方式；控制中心根据数据通信方式设置不同工况下各个控制链路的优先级顺序表，选择工作模式，根据控制链路优先级顺序表选择可用控制链路并配置相应的工作环境，利用选择的可用控制链路控制被控设备，判断控制中心与被控设备之间的可用控制链路是否正常，如果正常则确定系统正常运行，如果不正常则判断控制中心与被控设备之间是否存在冗余控制链路，如果不存在则确定系统故障，执行报警操作，如果存在则返回根据控制链路优先级顺序表选择可用控制链路并配置相应的工作环境的操作。

Description

一种基于非相似冗余技术的控制方法、装置及系统

技术领域

本发明涉及系统控制技术领域，尤其涉及一种基于非相似冗余技术的控制方法、装置及系统。

背景技术

控制系统已被广泛应用于人类社会的各个领域。在工业方面，对于冶金、化工、机械制造等生产过程中遇到的各种物理量，包括温度、流量、压力、厚度、张力、速度、位置、频率、相位等，都有相应的控制系统。在农业方面的应用包括水位自动控制系统、农业机械的自动操作系统等。在军事技术方面，自动控制的应用实例有各种类型的伺服系统、火力控制系统、制导与控制系统等。在航天、航空和航海方面，除了各种形式的控制系统外，应用的领域还包括导航系统、遥控系统和各种仿真器。此外，在办公室自动化、图书管理、交通管理乃至日常家务方面，自动控制技术也都有着实际的应用。

控制系统是指由控制主体、控制客体和控制媒体组成的具有自身目标和功能的管理系统。控制系统意味着通过它可以按照所希望的方式保持和改变机器、机构或其他设备内任何感兴趣或可变化的量。控制系统同时是为了使被控制对象达到预定的理想状态而实施的。控制系统使被控制对象趋于某种需要的稳定状态。

对于控制系统而言，如何保证控制系统控制链路的高可靠性和高容错率对于控制系统的正常运行以保证整个系统正常运转至关重要。目前，对于大多数的控制系统而言，控制中心与被控设备基本上都是通过单一的控制链路进行连接，一般会根据适用环境选择现场总线方式、无线方式或者电源线方式等进行控制。对于可靠性和容错率要求较高的控制系统而言，一般会对控制链路进行冗余备份处理，然而对于单一的控制链路而言，在发生某些链路故障时，冗余备份处理无法使控制系统再次正常运行。

发明内容

本发明旨在提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的基于非相似冗余技术的控制方法、装置及系统。

为达到上述目的，本发明的技术方案具体是这样实现的：

本发明的一个方面提供了一种基于非相似冗余技术的控制方法，包括：S1，建立基于非相似冗余技术的控制系统，其中，基于非相似冗余技术的控制系统包括：控制中心以及被控设备，其中，控制中心通过控制链路连接被控设备，控制链路包括至少两种数据通信方式；S2，控制中心根据数据通信方式设置不同工况下各个控制链路的优先级顺序表；S3，控制中心选择工作模式；S4，控制中心根据控制链路优先级顺序表选择可用控制链路并配置相应的工作环境；S5，控制中心利用选择的可用控制链路控制被控设备；S6，控制中心判断控制中心与被控设备之间的可用控制链路是否正常，如果正常，则执行步骤S7；如果不正常，则执行步骤S8；S7，控制中心确定系统正常运行；S8，控制中心判断控制中心与被控设备之间是否存在冗余控制链路，如果不存在，则执行步骤S9，如果存在，则返回执行步骤S4；S9，控制中心确定系统故障，执行报警操作。

其中，判断控制中心与被控设备之间的可用控制链路是否正常包括：判断控制中心是否正确接收被控设备根据控制中心通过可用控制链路向被控设备发送的预设指令信号生成的反馈信号。

其中，控制链路优先级表包括：按照优先级排序的至少两种数据通信方式。

其中，数据通信方式包括：现场总线方式、无线传输方式和电力载波方式。

本发明另一方面提供了一种基于非相似冗余技术的控制装置，包括：设置模块，用于根据数据通信方式设置不同工况下各个控制链路的优先级顺序表；选择模块，用于选择工作模式；配置模块，用于根据控制链路优先级顺序表选择可用控制链路并配置相应的工作环境；控制模块，用于控制中心利用选择的可用控制链路控制被控设备；判断模块，用于判断控制中心与被控设备之间的可用控制链路是否正常，如果正常，则确定系统正常运行；如果不正常，则判断控制中心与被控设备之间是否存在冗余控制链路，如果不存在，则通知报警模块，如果存在，则通知配置模块；报警模块，用于确定系统故障，执行报警操作。

其中，判断模块通过如下方式判断控制中心与被控设备之间的可用控制链路是否正常：判断模块，具体用于判断控制中心是否正确接收被控设备根据控制中心通过可用控制链路向被控设备发送的预设指令信号生成的反馈信号。

其中，控制链路优先级表包括：按照优先级排序的至少两种数据通信方式。

其中，数据通信方式包括：现场总线方式、无线传输方式和电力载波方式。

其中，控制装置，还用于接收被控设备的反馈信息。

本发明又一方面提供了一种基于非相似冗余技术的控制系统，包括上述的基于非相似冗余技术的控制装置以及被控设备，基于非相似冗余技术的控制装置通过控制链路连接被控设备，控制链路包括至少两种数据通信方式。

由此可见，通过本发明提供的基于非相似冗余技术的控制方法、装置及系统，能够有效地提高控制系统的可靠性和容错率，使控制系统不会因为一种通信故障而导致整个控制系统故障；通过相应的控制链路调度机制，使控制系统在不同工作环境下都能够选择最优的数据通信方式，同时能够保障控制系统在发生某一通信故障时迅速切换到另一种通信方式中使得控制系统正常运行。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例提供的基于非相似冗余技术的控制系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的基于非相似冗余技术的控制装置的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的基于非相似冗余技术的控制方法的流程图；

图4为本发明实施例提供的基于非相似冗余技术的控制方法的一种具体实现方案的流程图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

图1示出了本发明实施例提供的基于非相似冗余技术的控制系统的结构示意图，参见图1，本发明实施例提供的基于非相似冗余技术的控制系统，包括：控制中心以及被控设备，其中，控制中心可以包含本发明实施例提供的基于非相似冗余技术的控制装置，基于非相似冗余技术的控制装置通过控制链路连接被控设备，控制链路包括至少两种数据通信方式。控制中心通过该基于非相似冗余技术的控制装置执行本发明所提及的操作。

具体地，控制中心主要功能是根据系统运行情况发送正确的控制命令信号、接收被控设备的反馈信息并进行处理和分析；控制链路主要包括至少两种数据通信方式，它的主要功能是将控制中心的控制命令信号传输给被控设备以及将被控设备的反馈信息传输给控制中心，保障控制链路的畅通；被控设备的主要功能是接收来自控制中心的控制命令信号并返回相应的反馈信息。

作为本发明实施例的一个可选实施方式，数据通信方式包括：现场总线方式、无线传输方式和电力载波方式。具体地，数据通信可以采用但不局限于现场总线技术、无线传输技术和电力载波技术等各种通信方式，由此可以通过多种不同的通信方式实现控制中心与被控设备之间的数据通信，以保证控制中心与被控设备之间数据通信的稳定性和可靠性。

由此可见，本发明提供的基于非相似冗余技术的控制系统包含三个层次，分别为控制中心、控制链路和被控设备。其中控制链路基于非相似冗余角度考虑选择了三种相互独立的技术手段，包括现场总线技术、无线传输技术和电力载波技术，有效地提高了控制链路的可靠性和容错率，保障系统正常运行。

以下，通过图2对本发明实施例提供的基于非相似冗余技术的控制装置进行说明，参见图2，本发明实施例提供的基于非相似冗余技术的控制装置，包括：

设置模块，用于根据数据通信方式设置不同工况下各个控制链路的优先级顺序表；

选择模块，用于选择工作模式；

配置模块，用于根据控制链路优先级顺序表选择可用控制链路并配置相应的工作环境；

控制模块，用于控制中心利用选择的可用控制链路控制被控设备；

判断模块，用于判断控制中心与被控设备之间的可用控制链路是否正常，如果正常，则确定系统正常运行；如果不正常，则判断控制中心与被控设备之间是否存在冗余控制链路，如果不存在，则通知报警模块，如果存在，则通知配置模块；

报警模块，用于确定系统故障，执行报警操作。

具体地，设置模块可以根据实际需要对各个不同工况下的控制链路中各个数据通信方式的优先级进行设置，例如某种工况下，设置现场总线方式为最高优先级、无线传输方式为第二高优先级、电力载波方式为第三优先级等，这均需要根据实际情况进行设置，在本发明中并不对何种通信方式的优先级进行限定。

作为本发明实施例的一个可选实施方式，控制链路优先级表包括：按照优先级排序的至少两种数据通信方式。由此可以通过不同的通信方式实现控制中心与被控设备之间的数据通信，以保证控制中心与被控设备之间数据通信的稳定性和可靠性。

通过本发明实施例提供的基于非相似冗余技术的控制装置，首先制定本发明提供的控制装置在不同工况下各控制链路的优先级顺序表，使得控制装置能在不同工作环境下都能优先使用可用控制链路；同时，在当前控制链路发生故障从而导致控制系统无法正常工作时，启动应急预案，选择次优先级控制链路使系统恢复正常工作，保障系统的有效运行。

由此可见，通过本发明实施例提供的基于非相似冗余技术的控制装置及系统，能够有效地提高控制系统的可靠性和容错率，使控制系统不会因为一种通信故障而导致整个控制系统故障；通过相应的控制链路调度机制，使控制系统在不同工作环境下都能够选择最优的数据通信方式，同时能够保障控制系统在发生某一通信故障时迅速切换到另一种通信方式中使得控制系统正常运行。

作为本发明实施例的一个可选实施方式，判断模块通过如下方式判断控制中心与被控设备之间的可用控制链路是否正常：判断模块，具体用于判断控制中心是否正确接收被控设备根据控制中心通过可用控制链路向被控设备发送的预设指令信号生成的反馈信号。由此可以保证在控制中心正确接收到反馈信号后，判断可用控制链路正常，如果控制中心不能正确接收到该反馈信号(包括接收到错误信号或者未接收到信号等情况)，控制中心可以根据控制链路优先级顺序表选择次优先级控制链路进行数据通信。

图3示出了本发明实施例提供的基于非相似冗余技术的控制方法的流程图，该基于非相似冗余技术的控制方法应用与上述基于非相似冗余技术的控制系统中的基于非相似冗余技术的控制装置，以下仅对基于非相似冗余技术的控制方法进行简要说明，其他未尽事宜，请参照上述基于非相似冗余技术的控制系统和基于非相似冗余技术的控制装置的相关说明，在此不再赘述，参见图3，本发明实施例提供的基于非相似冗余技术的控制方法，包括：

S1，建立基于非相似冗余技术的控制系统，其中，基于非相似冗余技术的控制系统包括：控制中心以及被控设备，其中，控制中心通过控制链路连接被控设备，控制链路包括至少两种数据通信方式；

S2，控制中心根据数据通信方式设置不同工况下各个控制链路的优先级顺序表；

S3，控制中心选择工作模式；

S4，控制中心根据控制链路优先级顺序表选择可用控制链路并配置相应的工作环境；

S5，控制中心利用选择的可用控制链路控制被控设备；

S6，控制中心判断控制中心与被控设备之间的可用控制链路是否正常，如果正常，则执行步骤S7；如果不正常，则执行步骤S8；

S7，控制中心确定系统正常运行；

S8，控制中心判断控制中心与被控设备之间是否存在冗余控制链路，如果不存在，则执行步骤S9，如果存在，则返回执行步骤S4；

S9，控制中心确定系统故障，执行报警操作。

作为本发明实施例的一个可选实施方式，判断控制中心与被控设备之间的可用控制链路是否正常包括：判断控制中心是否正确接收被控设备根据控制中心通过可用控制链路向被控设备发送的预设指令信号生成的反馈信号。

作为本发明实施例的一个可选实施方式，控制链路优先级表包括：按照优先级排序的至少两种数据通信方式。

作为本发明实施例的一个可选实施方式，数据通信方式包括：现场总线方式、无线传输方式和电力载波方式。

由此可见，通过本发明实施例提供的基于非相似冗余技术的控制方法能够有效地提高控制系统的可靠性和容错率，使控制系统不会因为一种通信故障而导致整个控制系统故障；通过相应的控制链路调度机制，使控制系统在不同工作环境下都能够选择最优的数据通信方式，同时能够保障控制系统在发生某一通信故障时迅速切换到另一种通信方式中使得控制系统正常运行。

以下结合图4，对本发明实施例提供的基于非相似冗余技术的控制方法的一种可行方案进行详细说明，但本发明并不局限于此，参见图4，本发明实施例提供的基于非相似冗余技术的控制方法可以包括：首先，正常启动控制系统，然后选择工作模式，根据预设的控制链路优先级表选择可用控制链路并配置相应的工作环境，然后通过控制中心与被控设备交互情况来判断控制链路是否能够正常工作，如果控制链路能够正常工作，那么控制系统正常运行，在系统运行过程中也会持续监测当前控制链路的工作情况，如果控制链路不能正常工作，那么控制系统就会判断是否存在冗余控制链路，如果存在冗余控制链路，那么系统就会选择并配置当前的可用控制链路，如果不存在冗余控制链路，那么说明整个控制系统发生了故障导致不能正常运行，相应的控制中心就会报警提示。

在本发明的一个实施例中，控制中心采用上位机的形式来实现；控制手段包括CAN总线技术、ZigBee无线传输技术和电力载波技术，其中，所使用的CAN通信设备型号为Kvaser立富L，所使用的ZigBee无线通信设备型号为Digi公司的XBee PRO S1,所使用的电力载波通信设备为上海云间半导体公司的CS7C00；被控设备主要是微型控制器，使用的英飞凌公司的XC2287型号的单片机。

具体实现时，控制人员操作上位机启动整个控制系统，然后根据当前控制系统所使用的环境选择工作模式，上位机根据选择的工作模式和预设的控制链路优先级表选择可用控制链路并配置相应的工作环境。在本实施例中，控制系统应用在车载系统中，优先选用CAN总线传输作为控制链路，然后上位机配置Kvaser立富L并通过它向XC2287发送特定的指令信号，在XC2287收到该指令信号时会做出响应，发出与之匹配的反馈信号，并通过Kvaser立富L传输给上位机，若上位机能正确接收到该反馈信号，则上位机判断CAN总线传输控制链路正常。若上位机不能正确接收到该反馈信号，上位机将会选择次优先级的无线传输控制链路，上位机配置XBee PRO S1并通过它向XC2287发送特定的指令信号，在XC2287收到该指令信号时会做出响应，发出与之匹配的反馈信号，并通过XBee PRO S1传输给上位机，若上位机能正确接收到该反馈信号，则上位机判断ZigBee无线传输控制链路正常。若上位机不能正确接收到该反馈信号，上位机将会选择次优先级的电力载波传输控制链路，上位机配置CS7C00并通过它向XC2287发送特定的指令信号，在XC2287收到该指令信号时会做出响应，发出与之匹配的反馈信号，并通过CS7C00传输给上位机，若上位机能正确接收到该反馈信号，则上位机判断电力载波传输控制链路正常。若上位机不能正确接收到该反馈信号，则此时系统没有能够正常工作的控制链路，上位机会判断系统发生故障并给出相应的警报信息。

以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种基于非相似冗余技术的控制方法，其特征在于，包括：

S1，建立基于非相似冗余技术的控制系统，其中，所述基于非相似冗余技术的控制系统包括：控制中心以及被控设备，其中，所述控制中心通过控制链路连接所述被控设备，所述控制链路包括至少两种数据通信方式；

S2，所述控制中心根据所述数据通信方式设置不同工况下各个控制链路的优先级顺序表；

S3，所述控制中心选择工作模式；

S4，所述控制中心根据所述控制链路优先级顺序表选择可用控制链路并配置相应的工作环境；

S5，所述控制中心利用选择的所述可用控制链路控制所述被控设备；

S6，所述控制中心判断所述控制中心与所述被控设备之间的所述可用控制链路是否正常，如果正常，则执行步骤S7；如果不正常，则执行步骤S8；

S7，所述控制中心确定系统正常运行；

S8，所述控制中心判断所述控制中心与所述被控设备之间是否存在冗余控制链路，如果不存在，则执行步骤S9，如果存在，则返回执行步骤S4；

S9，所述控制中心确定系统故障，执行报警操作。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述判断所述控制中心与所述被控设备之间的所述可用控制链路是否正常包括：

判断所述控制中心是否正确接收所述被控设备根据所述控制中心通过所述可用控制链路向所述被控设备发送的预设指令信号生成的反馈信号。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制链路优先级表包括：按照优先级排序的至少两种所述数据通信方式。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述数据通信方式包括：现场总线方式、无线传输方式和电力载波方式。

5.一种基于非相似冗余技术的控制装置，其特征在于，通过控制链路连接被控设备，所述控制链路包括至少两种数据通信方式；包括：

设置模块，用于根据所述数据通信方式设置不同工况下各个控制链路的优先级顺序表；

选择模块，用于选择工作模式；

配置模块，用于根据所述控制链路优先级顺序表选择可用控制链路并配置相应的工作环境；

控制模块，用于控制中心利用选择的所述可用控制链路控制所述被控设备；

判断模块，用于判断所述控制中心与所述被控设备之间的所述可用控制链路是否正常，如果正常，则确定系统正常运行；如果不正常，则判断所述控制中心与所述被控设备之间是否存在冗余控制链路，如果不存在，则通知报警模块，如果存在，则通知所述配置模块；

所述报警模块，用于确定系统故障，执行报警操作。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述判断模块通过如下方式判断所述控制中心与所述被控设备之间的所述可用控制链路是否正常：

所述判断模块，具体用于判断所述控制中心是否正确接收所述被控设备根据所述控制中心通过所述可用控制链路向所述被控设备发送的预设指令信号生成的反馈信号。

7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述控制链路优先级表包括：按照优先级排序的至少两种所述数据通信方式。

8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述数据通信方式包括：现场总线方式、无线传输方式和电力载波方式。

9.一种基于非相似冗余技术的控制系统，其特征在于，包括如权利要求5-8任一项所述的基于非相似冗余技术的控制装置以及被控设备，所述基于非相似冗余技术的控制装置通过控制链路连接被控设备，所述控制链路包括至少两种所述数据通信方式。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述控制装置，还用于接收所述被控设备的反馈信息。

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