CN113448242A - 一种测量工业控制系统控制器切换时间的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种测量工业控制系统控制器切换时间的方法，它属于工业控制系统技术领域。本发明系统包括主控制器、辅控制器、用于记录数据的装置、用于测量电压的装置和用于测量电流的装置。该切换方法通过分别监测主、辅控制器的电压和电流精确定位主控制器离线的时间点和辅控制器上线接管运算的时间点，并以此时间点准确测量发生控制器切换时切换过程的持续时间。使用本发明测量工业控制系统控制器切换时间的方法能够从根本上解决相关技术中针对同一设备进行多次测量时得到差异性很大且无规律变化的测量结果的问题。

Description

一种测量工业控制系统控制器切换时间的方法
技术领域
本发明涉及一种方法，尤其是涉及一种测量工业控制系统控制器切换时间的方法，它属于工业控制系统技术领域，适用于各类工业控制系统控制器切换时间的测量。
背景技术
工业控制系统的控制器普遍采用主、辅控制器相互冗余的方式运行，当主控制器故障离线时辅控制器自动上线接管运算，从主控制器离线到辅控制器上线接管运算的时间即为控制器切换的时间。若该切换过程持续时间过长，则可能导致切换过程中出现控制器运算的中断或关键信号的丢失等后果，导致相关被控对象出现异常工况，降低控制质量。因此主、辅控制器之间的切换时间是衡量控制系统性能的重要指标之一。以火力发电厂分散控制系统为例，《火力发电厂热工自动化系统可靠性评估技术导则》(DL/T 261-2012)中第6.2.1.2条规定了冗余控制器切换时间不应大于4ms。
目前测量工业控制系统控制器切换时间的系统均通过监视控制器运算结果的异常情况来判断控制器切换的时间。
如公开日为2015年09月23日，公开号为CN204667177U的中国专利中，公开了一种名称为“一种主辅控制器切换时间的测量系统”的实用新型专利。该专利采用RS触发器的逻辑运算输出周期变化的方波开关量信号，通过引入第三个控制器监视方波开关量信号的波形，当控制器切换发生后，通过方波开关量信号被拉长的时间减去正常方波开关量信号的持续时间，以此作为主、辅控制器切换的持续时间。
但在实际应用中该系统存在很大的偶然性和不确定性，针对同一设备进行多次测量时，会得到差异性很大且无变化规律的测量结果。
本发明申请人经过研究发现，造成该现象的原因在于：
该方法通过开关量方波信号被拉长的时间来确定控制器切换的时间，但工业控制系统控制器的运算结果在一个运算周期内是唯一的，用来监视的开关量信号在一个周期内从波形上看只能均为高电平或只能均为低电平，即在一个运算周期内开关量信号的波形永远为一条平直线。而当控制器切换发生时，该周期的波形也仅是一条持续时间大于控制器运算周期的平直线。将该周期的起点时刻和终点时刻分别记为T0和T1，将控制器切换开始和结束的时刻分别记为Q0和Q1，则控制器切换的持续时间T应为:
T＝Q1-Q0
而从原理上仅能确定
Q0∈[T0，T1)
Q1∈(T0，T1]
无法确定Q0和Q1的具体数值。当进行多次测试时，由于控制器切换开始的时间点Q0是受人为操作影响的，而Q0的取值在区间[T0，T1)上有无穷多种可能，这使得每次测试都会得到不同的Q0；同理，由于Q1的值是受Q0具体取值的影响的，当Q0无法确定时Q1的取值在不同次测试中也会有不同的结果，因而针对同一设备进行多次测量时，会得到差异性很大且无变化规律的测量结果。
因此，本领域提供一种能准确测量控制器切换时间的方法，显得尤为必要。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种系统设计合理，减轻了测量人员的工作量，准确测量主控制器离线和辅控制器上线时间，投入设备成本低，操作方便的测量工业控制系统控制器切换时间的方法。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：该测量工业控制系统控制器切换时间的方法，其特征在于：所述系统包括主控制器、主控制器的供电装置、辅控制器、辅控制器的供电装置、用于记录数据的装置、用于测量电压的装置和用于测量电流的装置，所述主控制器与主控制器的供电装置匹配、辅控制器与辅控制器的供电装置匹配，主控制器的供电装置和用于测量电压的装置相连，该用于测量电压的装置和用于记录数据的装置相连，辅控制器的供电装置和用于测量电流的装置相连，该用于测量电流的装置和用于记录数据的装置相连，
测量工业控制系统控制器切换时间的方法，具体步骤如下：
S1：通过用于测量电压的装置实时监视主控制器的供电电压，并将主控制器的供电电压以模拟量信号的形式送至用于记录数据的装置；
S2：通过用于测量电流的装置实时监视辅控制器的供电电流，并将辅控制器的供电电流以模拟量信号的形式送至用于记录数据的装置；
S3：人为通过任意方式触发主控制器、辅控制器切换；
S4：确认辅控制器已经上线接管运算后，将用于记录数据的装置中的电压和电流曲线导出；
S5：通过电压和电流的变化曲线确定控制器切换开始的时间点Q0和控制器切换结束的时间点Q1，其中Q0为电压曲线中电压大幅降低的时间点，Q1为电流曲线中电流突然增大的时间点；
S6：利用已经确定的时间点Q0和Q1计算控制器切换过程的持续时间T＝Q1-Q0。
作为优选，本发明利用主控制器离线后，其供电电压必然大幅下降或降低至0的特点，将用于记录数据的装置所记录到的主控制器供电电压大幅降低的时间点作为主控制器离线的准确时间点。
作为优选，本发明利用辅控制器上线接管运算后，其负荷率必然大幅上升从而导致供电电流突然增大的特点，将用于记录数据的装置所记录到的辅控制器供电电流突然增大的时间点作为辅控制器上线接管运算的准确时间点。
作为优选，本发明通过将主控制器离线的准确时间点和辅控制器上线接管运算的准确时间点进行数学运算，精确测量发生控制器切换时切换过程的持续时间。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：(1)本发明申请无需在控制器中搭建相应的运算逻辑，减轻了测量人员的工作量；(2)本发明申请能够很好的解决现有技术中存在的问题，准确测量主控制器离线和辅控制器上线的时间，从根本上消除了进行多次测试时测量结果的偶然性和不确定性；(3)本发明申请中所用到的设备均为本领域内的一些常见设备，不必专门购买设备进行测试。
附图说明
图1为本发明实施例方法原理的流程图。
图2为本发明实施例具体设备连接示意图。
图中：主控制器1，主控制器的供电装置2，辅控制器3，辅控制器的供电装置4，用于记录数据的装置5，用于测量电压的装置6，用于测量电流的装置7。
具体实施方式
下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
实施例
参见图1-图2，本实施例测量工业控制系统控制器切换时间的系统包括主控制器1，主控制器的供电装置2，辅控制器3，辅控制器的供电装置4，用于记录数据的装置5，用于测量电压的装置6，用于测量电流的装置7；切换方法可以精确定位主控制器1离线的时间点和辅控制器3上线接管运算的时间点，并以此时间点准确测量发生控制器切换时切换过程的持续时间。
本实施例通过用于测量电压的装置6实时监视主控制器的供电装置2的供电电压，并将主控制器的供电装置2的供电电压以模拟量信号的形式送至用于记录数据的装置5。
本实施例通过用于测量电流的装置7实时监视辅控制器的供电装置4的供电电流，并将辅控制器的供电装置4的供电电流以模拟量信号的形式送至用于记录数据的装置5；
本实施例人为通过任意方式使主控制器1和辅控制器3发生切换；
本实施例确认辅控制器3已经上线接管运算后，将用于记录数据的装置5中的电压和电流曲线导出；
本实施例通过电压和电流的变化曲线确定控制器切换开始的时间点Q0和控制器切换结束的时间点Q1，其中Q0为电压曲线中电压大幅降低的时间点，Q1为电流曲线中电流突然增大的时间点；
本实施例利用已经确定的时间点Q0和Q1计算控制器切换过程的持续时间T＝Q1-Q0。
通过上述步骤，可以准确测得主控制器离线的具体时间和辅控制器上线接管运算的具体时间Q0和Q1，从根本上消除了进行多次测试时测量结果的偶然性和不确定性。
本实施例通过对主控制器1离线的具体时间和辅控制器3上线接管运算的具体时间的精确定位，准确测量工业控制系统控制器切换时间，解决了相关技术中针对同一设备进行多次测量时，会得到差异性很大且无变化规律测量结果的问题。且本使用中所用到的设备均为本领域内的一些常见设备，不必专门购买设备进行测试。
通过上述阐述，本领域的技术人员已能实施。
此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例说明。凡依据本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种测量工业控制系统控制器切换时间的方法，其特征在于：所述系统包括主控制器(1)、主控制器的供电装置(2)、辅控制器(3)、辅控制器的供电装置(4)、用于记录数据的装置(5)、用于测量电压的装置(6)和用于测量电流的装置(7)，所述主控制器(1)与主控制器的供电装置(2)匹配、辅控制器(3)与辅控制器的供电装置(4)匹配，主控制器的供电装置(2)和用于测量电压的装置(6)相连，该用于测量电压的装置(6)和用于记录数据的装置(5)相连，辅控制器的供电装置(4)和用于测量电流的装置(7)相连，该用于测量电流的装置(7)和用于记录数据的装置(5)相连，
测量工业控制系统控制器切换时间的方法，具体步骤如下：
S1：通过用于测量电压的装置(6)实时监视主控制器(1)的供电电压，并将主控制器(1)的供电电压以模拟量信号的形式送至用于记录数据的装置(5)；
S2：通过用于测量电流的装置(7)实时监视辅控制器(3)的供电电流，并将辅控制器(3)的供电电流以模拟量信号的形式送至用于记录数据的装置(5)；
S3：人为通过任意方式触发主控制器(1)、辅控制器(3)切换；
S4：确认辅控制器(3)已经上线接管运算后，将用于记录数据的装置(5)中的电压和电流曲线导出；
S5：通过电压和电流的变化曲线确定控制器切换开始的时间点Q0和控制器切换结束的时间点Q1，其中Q0为电压曲线中电压大幅降低的时间点，Q1为电流曲线中电流突然增大的时间点；
S6：利用已经确定的时间点Q0和Q1计算控制器切换过程的持续时间T＝Q1-Q0。
2.根据权利要求1所述的测量工业控制系统控制器切换时间的方法，其特征在于：利用主控制器(1)离线后，其供电电压必然大幅下降或降低至0的特点，将用于记录数据的装置(5)所记录到的主控制器(1)供电电压大幅降低的时间点作为主控制器(1)离线的准确时间点。
3.根据权利要求1所述的测量工业控制系统控制器切换时间的方法，其特征在于：利用辅控制器(3)上线接管运算后，其负荷率必然大幅上升从而导致供电电流突然增大的特点，将用于记录数据的装置(5)所记录到的辅控制器(3)供电电流突然增大的时间点作为辅控制器(3)上线接管运算的准确时间点。
4.根据权利要求1所述的测量工业控制系统控制器切换时间的方法，其特征在于：通过将主控制器(1)离线的准确时间点和辅控制器(3)上线接管运算的准确时间点进行数学运算，精确测量发生控制器切换时切换过程的持续时间。
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