CN110515295A - 一种动态可配置的冗余io模块的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种动态可配置的冗余IO模块的方法，包括如下步骤：步骤1，控制器对IO模块进行设置，设置为单模块运行或冗余模块运行，并将设置模式下发给IO模块；步骤2，IO模块初始化为“初始化”运行方式，当接收到控制器下发的是单模块运行方式时，就设置为单IO模块运行方式；当接收到控制器下发的是冗余运行方式时，IO模块进行状态决策过程，包含复位时决策和故障时决策，并把决策结果返回给控制器。此种方法在控制器配置IO模块是冗余运行时，使冗余IO模块按照故障等级进行主备切换。

Description

一种动态可配置的冗余IO模块的方法

技术领域

本发明属于自动化控制系统中冗余功能领域，特别涉及一种动态可配置的冗余IO模块的方法。

背景技术

在工业过程控制领域，一般会对重要的IO模块进行1:1冗余配置，以降低故障风险，增加系统的稳定性和可靠性。1:1冗余配置是指使用相同的IO模块，当一个模块发生故障、掉电时，另一个模块可以快速无扰冗余切换，实现控制任务的连续性。

目前已知的冗余切换控制方法中，当冗余的两个IO模块同时上电时，通过设定一个定时器的方式来确定IO模块的主备状态，用这种方法必须考虑IO模块的复位时间问题，一个典型的复位芯片的复位时间在30-400ms，这样定时器的时间需要设置大于400ms才能确定IO模块的主备状态，相关专利参考公开号为CN1275000A的中国专利申请。

总的来说，现有的冗余控制方法具有以下缺点：

(1)互为冗余的IO模块同时上电时，主备IO模块状态确定需要较长时间；

(2)没有按照故障等级进行冗余切换；

(3)没有对主IO模块掉电或复位情况的逻辑判断；

(4)无法对IO模块是否是冗余状态进行配置。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种动态可配置的冗余IO模块的方法，在控制器配置IO模块是冗余运行时，使冗余IO模块按照故障等级进行主备切换。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种动态可配置的冗余IO模块的方法，包括如下步骤：

步骤1，控制器对IO模块进行设置，设置为单模块运行或冗余模块运行，并将设置模式下发给IO模块；

步骤2，IO模块初始化为“初始化”运行方式，当接收到控制器下发的是单模块运行方式时，就设置为单IO模块运行方式；当接收到控制器下发的是冗余运行方式时，IO模块进行状态决策过程，包含复位时决策和故障时决策，并把决策结果返回给控制器。

上述步骤2中，状态决策过程包括如下步骤：

步骤S1，根据模块复位时的逻辑状态确定主备IO模块，然后进入定时中断；

步骤S2，主备IO模块各自进行故障检测及故障判断，若无故障，转步骤S4，若有故障，转步骤S3；

步骤S3，若有故障，按照故障状态下，主备IO模块进行主备状态决策；

S4，进行IO模块的运算和任务执行；

S5，重复步骤S2-S4。

上述步骤S1中，确定主备IO模块的具体过程是：

步骤S11，当某一IO模块接收到控制器下发冗余运行方式并且自身在“初始化”运行方式时，切换状态到备IO模块，然后发送请求报文给对侧IO模块；

步骤S12，当接收到对侧请求报文，并且对侧IO模块也在备IO模块时，通过默认决策生成主备IO模块；

当接收到对侧请求报文，并且自身在主IO模块时，响应备IO模块的请求报文，并附加自身状态信息。

上述步骤S12中，默认决策是指地址单号为主，双号为备。

上述步骤S12中，当自身在主IO模块时，进入复位状态；对侧IO模块进入定周期任务，组包发送查询报文，进入延迟等待接收报文，若该对侧IO模块超时判断主IO模块没有响应报文，连续3帧超时，就认为主IO模块丢失，则该对侧IO模块切换状态进入主IO模块状态，并发送一帧强切命令报文。

上述步骤S3中，主备IO模块进行主备状态决策的过程是：

备IO模块周期性监测主IO模块的运行状态，当监视到主IO模块丢失或故障状态高于本IO模块时，就发送切换状态命令，强制原主IO模块切换为备IO模块，备IO模块升级为主IO模块；

若备IO模块故障时，将故障状态通过报文形式发送给主IO模块。

上述备IO模块周期性监测主IO模块的运行状态的方法是：

步骤a，备IO模块延迟等待，待查询周期到来后，组包发送查询报文；

步骤b，备IO模块等待主IO模块的报文响应，正确获取响应报文后，进行报文解析，如果主IO模块的故障等级小于等于备IO模块，那么备IO模块维持状态不变，如果主IO模块的故障等级大于备IO模块，那么备IO模块发送主备切换命令，并升级到主IO模块状态；如果备IO模块在规定时间内没有收到主IO模块的响应报文，则重新发送查询报文，连续3次没有收到响应报文则认为主IO模块丢失，升级到主IO模块。

上述步骤2中，还包括控制器进行双主IO模块逻辑判断：

步骤A，IO模块响应控制器轮询报文，在报文中附加IO模块主备状态；

步骤B，控制器判断冗余模块是双主状态，下发IO模块指令，让IO模块改为“初始化”状态；

步骤C，IO模块修改状态至“初始化状态”，然后按照同时复位时的逻辑状态确定IO模块主备状态。

采用上述方案后，本发明可以提供IO模块的可靠性和稳定性，能够在单模块发生故障的情况下，为控制系统提供可靠数据。

附图说明

图1是本发明系统结构示意图；

图2是模块同时复位时的逻辑状态确定流程图；

图3是主模块复位时的逻辑状态确定流程图；

图4是备模块复位时的逻辑状态确定流程图；

图5是主模块故障时的逻辑状态确定流程图；

图6是备模块故障时的逻辑状态确定流程图；

图7是双主模块时的逻辑状态确定流程图；

图8是本发明的冗余切换整体流程图。

具体实施方式

为使本发明的上述内容、特征和优点能够更加清晰易懂，下面结合附图对本发明的详细实施步骤做具体的说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用来限定本发明。

本发明提供一种动态可配置的冗余IO模块的方法，首先配合图1所示，硬件上涉及控制器、IO底座、IO模块和冗余总线，IO模块可通过热插拔插入IO底座中，且冗余总线集成在IO底座上；通过组态工具对同一个底座上的IO模块进行配置，可配置成单模块运行或冗余模块运行，并把配置文件下发给控制器，控制器接收到配置文件后进行解析，通过报文形式把配置方式下发给运行的IO模块。

IO模块初始化为“初始化”状态，当接收到控制器下发的运行方式后，如果是单模块运行，那么IO模块状态改为单IO模块运行；如果接收到的是冗余模块运行，那么IO模块进入状态决策过程，并把决策结果返回给控制器。

如图8所示，冗余IO模块的切换过程包括如下步骤：

1)执行步骤S801，IO模块复位；

2)执行步骤S802，按照模块复位时的逻辑状态确定主备IO模块，然后进入定时中断；

3)执行步骤S803，主备IO模块各自进行故障检测；

4)执行步骤S804，主备IO模块进行故障判断；若无故障，转步骤6)，若有故障，转步骤5)；

5)若有故障，执行步骤S805，按照故障状态下，主备IO模块进行主备状态决策；

6)执行步骤S806，进行IO模块的运算和任务执行；

7)返回步骤S803，重复执行S803至S806。

IO模块的决策过程包括复位时决策和故障时决策：

一、复位时决策是指IO模块从断电到重新上电后的决策，由步骤S802确定，包括两个模块同时复位、主IO模块复位和备IO模块复位3种情况，下面分别叙述。

1、两个模块同时复位

主要步骤如下：

1)两个模块都处于复位状态；

2)一个模块复位结束，进入主备逻辑状态决策过程，先置自身为“备IO模块”状态，并组包附加自身故障信息向对侧请求报文；

3)另一模块复位结束，进入主备逻辑状态决策过程，先置自身为“备IO模块”状态，当接收到对侧请求报文时，确定两个IO模块都处于“备IO模块”状态；

4)根据默认决策流程(地址为单数的为主模块，双数的为备模块)，决策出主备IO模块状态。

流程过程请参阅图2。

2、主IO模块复位

主要步骤如下：

1)主IO模块进入复位状态；

2)备IO模块进入定周期任务，组包发送查询报文，进入延迟等待接收报文；

3)备IO模块超时判断主IO模块没有响应报文，连续3帧超时，就认为主IO模块丢失；

4)备IO模块切换状态进入主IO模块状态，并发送一帧强切命令报文。

流程过程请参阅图3。

3、备IO模块复位

备IO模块复位后，进入重启流程，无需做任何操作。

流程过程请参阅图4。

二、故障时决策包括主IO模块故障决策和备IO模块故障决策，由步骤S805确定，包括主IO模块故障决策和备IO模块故障决策，下面分别叙述。

1、主IO模块故障

主要步骤如下：

1)主备IO模块都会定周期进行自身故障状态检测；

2)备IO模块会在查询周期组包向主IO模块发送包含自身故障状态的查询报文，主IO模块也会响应报文，附带自身故障状态，然后备IO模块进行报文解析，获得主IO模块的故障状态；同时主IO模块根据备IO模块的通信报文检测备IO模块的故障状态；

3)如果主IO模块的故障状态大于备IO模块的故障状态，则进行主备IO模块切换，即主IO模块发送强切命令给备IO模块，让备IO模块升级为主IO模块，自身则降为备IO模块，或者备IO模块发送主备切换命令给主IO模块，自身升级到主IO模块；

4)如果主IO模块的故障状态小于等于备IO模块的故障状态，则把故障状态反馈给控制器。

流程过程请参阅图5。

2、备IO模块故障

备IO模块故障时，只需要把故障状态通过报文形式发送给主IO模块。

流程过程请参阅图6。

三、另外，由于使用通信报文的方式进行主备IO模块状态决策，因通信异常或其他原因，有可能导致双主IO模块的情况发生。为了避免双主情况，结合控制器判断，补充双主IO模块的逻辑判断过程：

1)IO模块响应控制器轮询报文，在报文中附加IO模块主备状态；

2)控制器判断冗余模块是双主状态，下发IO模块指令，让IO模块改为“初始化”状态；

3)IO模块修改状态至“初始化状态”，然后按照同时复位时的逻辑状态确定IO模块主备状态。

流程过程请参阅图7。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (8)

1.一种动态可配置的冗余IO模块的方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1，控制器对IO模块进行设置，设置为单模块运行或冗余模块运行，并将设置模式下发给IO模块；

步骤2，IO模块初始化为“初始化”运行方式，当接收到控制器下发的是单模块运行方式时，就设置为单IO模块运行方式；当接收到控制器下发的是冗余运行方式时，IO模块进行状态决策过程，包含复位时决策和故障时决策，并把决策结果返回给控制器。

2.如权利要求1所述的动态可配置的冗余IO模块的方法，其特征在于：所述步骤2中，状态决策过程包括如下步骤：

步骤S1，根据模块复位时的逻辑状态确定主备IO模块，然后进入定时中断；

步骤S2，主备IO模块各自进行故障检测及故障判断，若无故障，转步骤S4，若有故障，转步骤S3；

步骤S3，若有故障，按照故障状态下，主备IO模块进行主备状态决策；

S4，进行IO模块的运算和任务执行；

S5，重复步骤S2-S4。

3.如权利要求2所述的动态可配置的冗余IO模块的方法，其特征在于：所述步骤S1中，确定主备IO模块的具体过程是：

步骤S11，当某一IO模块接收到控制器下发冗余运行方式并且自身在“初始化”运行方式时，切换状态到备IO模块，然后发送请求报文给对侧IO模块；

步骤S12，当接收到对侧请求报文，并且对侧IO模块也在备IO模块时，通过默认决策生成主备IO模块；

当接收到对侧请求报文，并且自身在主IO模块时，响应备IO模块的请求报文，并附加自身状态信息。

4.如权利要求3所述的动态可配置的冗余IO模块的方法，其特征在于：所述步骤S12中，默认决策是指地址单号为主，双号为备。

5.如权利要求3所述的动态可配置的冗余IO模块的方法，其特征在于：所述步骤S12中，当自身在主IO模块时，进入复位状态；对侧IO模块进入定周期任务，组包发送查询报文，进入延迟等待接收报文，若该对侧IO模块超时判断主IO模块没有响应报文，连续3帧超时，就认为主IO模块丢失，则该对侧IO模块切换状态进入主IO模块状态，并发送一帧强切命令报文。

6.如权利要求2所述的动态可配置的冗余IO模块的方法，其特征在于：所述步骤S3中，主备IO模块进行主备状态决策的过程是：

备IO模块周期性监测主IO模块的运行状态，当监视到主IO模块丢失或故障状态高于本IO模块时，就发送切换状态命令，强制原主IO模块切换为备IO模块，备IO模块升级为主IO模块；

若备IO模块故障时，将故障状态通过报文形式发送给主IO模块。

7.如权利要求6所述的动态可配置的冗余IO模块的方法，其特征在于：所述备IO模块周期性监测主IO模块的运行状态的方法是：

步骤a，备IO模块延迟等待，待查询周期到来后，组包发送查询报文；

步骤b，备IO模块等待主IO模块的报文响应，正确获取响应报文后，进行报文解析，如果主IO模块的故障等级小于等于备IO模块，那么备IO模块维持状态不变，如果主IO模块的故障等级大于备IO模块，那么备IO模块发送主备切换命令，并升级到主IO模块状态；如果备IO模块在规定时间内没有收到主IO模块的响应报文，则重新发送查询报文，连续3次没有收到响应报文则认为主IO模块丢失，升级到主IO模块。

8.如权利要求1所述的动态可配置的冗余IO模块的方法，其特征在于：所述步骤2中，还包括控制器进行双主IO模块逻辑判断：

步骤A，IO模块响应控制器轮询报文，在报文中附加IO模块主备状态；

步骤B，控制器判断冗余模块是双主状态，下发IO模块指令，让IO模块改为“初始化”状态；

步骤C，IO模块修改状态至“初始化状态”，然后按照同时复位时的逻辑状态确定IO模块主备状态。