CN114115091B - Plc基于时间同步及有限数据元交互的数据冗余方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及自动化控制技术领域，具体是一种PLC基于时间同步及有限数据元交互的数据冗余方法，包括将活动PLC与备用PLC对表，并校准所述备用PLC的时间；所述活动PLC采集模拟量数据，并将所述模拟量数据同步给所述备用PLC；所述活动PLC和所述备用PLC同时采集数字量信号，并根据所述数字量信息同步进行数据处理，得相同处理结果。本方法具有硬件要求低，数据同步时间不影响扫描周期的优点。

Description

PLC基于时间同步及有限数据元交互的数据冗余方法

技术领域

本发明涉及自动化控制技术领域，尤其涉及一种PLC基于时间同步及有限数据元交互的数据冗余方法。

背景技术

可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，简称PLC)是构成现代工业自动控制系统的最重要组成部分。PLC的可靠性和稳定性非常高，从而保证自动控制系统能有较高的可靠性和稳定性。但是，越来越多的重要工业控制需要自动化运行，这些自动控制系统不单要求PLC可靠和稳定，而是要求整个系统都要非常可靠和稳定，冗余系统应运而生。

冗余系统就是建立两套一样的自动控制系统，互为备用。一旦当前运行的自动控制系统出现故障，另一套自动控制系统将无缝替换当前系统，并继续运行下去。其中的关键就是无缝替换和继续运行。为了达到这个目的两套自动控制系统的数据必须完全一致，否则将无法实现无缝替换和继续运行的要求，导致系统震荡或者系统故障，无法起到提高系统可靠性和稳定性的作用。

所以数据的冗余是整个冗余系统的重中之重。如图1和2所示，目前市面上带冗余功能的PLC采用的方法都是每个扫描周期结束后直接将活动PLC中的数据完整地同步给备用PLC。这种方法的好处就是流程简单，缺点是完整的数据同步将占用大量的时间，特别是中大型PLC数据量非常大。并且每个扫描周期(数据处理流程)都需要同步数据，造成了大量的时间消耗在同步数据上导致PLC的处理能力下降。所以市面上带冗余功能的PLC都要使用高速的CPU，同时要么采取光纤同步数据，成本非常高；要么采取以太网同步数据，处理能力下降。

因此，急需一种新的技术方案来解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的问题，提供了一种PLC基于时间同步及有限数据元交互的数据冗余方法，在相互连接的活动PLC与备用PLC对表后，仅需传输了少量可能引起处理结果差异的数据，之后采取同样的数据处理流程，得到一致的数据结果。具有硬件要求低，数据同步时间不影响扫描周期的优点。

上述目的是通过以下技术方案来实现：

如图3所示，一种PLC基于时间同步及有限数据元交互的数据冗余方法，包括如下步骤：

活动PLC与备用PLC对表，并校准所述备用PLC的时间；

所述活动PLC采集模拟量数据，并将所述模拟量数据同步给所述备用PLC；

所述活动PLC和所述备用PLC同时采集数字量信号，并根据所述数字量信息同步进行数据处理，得相同处理结果。

进一步地，所述活动PLC与所述备用PLC对表，具体为：

所述活动PLC发送报文给所述备用PLC的时候记录下报文发送完成时间t0和接收到所述备用PLC的报文应答反馈时间t1；

所述备用PLC记录下自己的报文接收时间t2，和自己的报文应答时间t3；

所述活动PLC将所述报文发送完成时间t0和所述报文应答反馈时间t1发送给所述备用PLC；

所述备用PLC与所述活动PLC之间的时间差Δt，如下式：

Δt＝[(t2-t0)-(t1-t3)]/2；

所述校准所述备用PLC的时间，具体为：

T＝t-Δt：

其中，t为校准前所述备用PLC的时间；T为校准后所述备用PLC的时间，和当前所述活动PLC的时间一致。

进一步地，所述活动PLC采集模拟量数据，并将所述模拟量数据同步给所述备用PLC，具体为：

所述活动PLC发送采集指令给模拟量采集扩展模块；

所述模拟量采集模块接收所述采集指令并工作，将采集的压力、温度、转速、距离、电流、电压等物理量转换成电压信号；

所述模拟量采集模块启动模数转换器ADC将所述电压信号转换成模拟量数据；

所述模拟量采集模块将转换完成的所述模拟量数据发送给所述活动PLC，实现数据同步。

进一步地，所述模拟量数据为所述活动PLC与所述备用PLC的差异数据。

进一步地，所述活动PLC和所述备用PLC同时采集数字量信号，具体为：

所述活动PLC发送指令给所述备用PLC，约定T1时刻同时采集数字量；

所述备用PLC接收所述指令，并在T1时刻与所述活动PLC同时采集并检查各自的数字量输入信号的高低电平。

进一步地，所述活动PLC与所述备用PLC之间通过冗余网线连接。

进一步地，所述活动PLC上设置有活动PLC以太网接口，所述备用PLC上设置有备用PLC以太网接口，所述活动PLC以太网接口与所述备用PLC以太网接口通过冗余网线连接。

进一步地，所述活动PLC上连接有探头。

进一步地，所述活动PLC上还设置有活动PLC远程IO以太网接口，所述活动PLC远程IO以太网接口通过远程IO网线与带有远程IO模块以太网接口的远程IO模块连接，所述远程IO模块与至少一个外部IO触点连接。

有益效果

本发明所提供的一种PLC基于时间同步及有限数据元交互的数据冗余方法，在相互连接的活动PLC与备用PLC对表后，仅需传输了少量可能引起处理结果差异的数据，之后采取同样的数据处理流程，得到一致的数据结果。具有硬件要求低，数据同步时间不影响扫描周期的优点。

附图说明

图1为现有技术中的活动PLC与备用PLC连接示意图；

图2为现有技术中的活动PLC与备用PLC数据同步流程图；

图3为本发明所述一种PLC基于时间同步及有限数据元交互的数据冗余方法中第一种活动PLC与备用PLC连接示意图；

图4为本发明所述一种PLC基于时间同步及有限数据元交互的数据冗余方法中第二种活动PLC与备用PLC连接示意图；

图5为本发明所述一种PLC基于时间同步及有限数据元交互的数据冗余方法中第三种活动PLC与备用PLC连接示意图；

图6为本发明所述一种PLC基于时间同步及有限数据元交互的数据冗余方法的数据同步处理流程图。

附体标记

1-活动PLC、2-备用PLC、、3-活动PLC以太网接口、4-备用PLC、5-冗余网线、6-活动PLC远程IO以太网接口、7-远程IO模块、8-远程IO模块以太网接口、9-探头、10-外部IO触点、11-远程IO网线。

具体实施方式

下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

如图6所示，一种PLC基于时间同步及有限数据元交互的数据冗余方法，包括如下步骤：

活动PLC1与备用PLC2对表，并校准所述备用PLC2的时间；

所述活动PLC1采集模拟量数据，并将所述模拟量数据同步给所述备用PLC2；

所述活动PLC1和所述备用PLC2同时采集数字量信号，并根据所述数字量信息同步进行数据处理，得相同处理结果。

所述活动PLC1与所述备用PLC2之间通过冗余网线连接。

作为所述活动PLC1与所述备用PLC2对表的进一步说明，如下：

所述活动PLC1发送报文给所述备用PLC2的时候记录下报文发送完成时间t0和接收到所述备用PLC2的报文应答反馈时间t1；

所述备用PLC2记录下自己的报文接收时间t2，和自己的报文应答时间t3；

所述活动PLC1将所述报文发送完成时间t0和所述报文应答反馈时间t1发送给所述备用PLC2；

所述备用PLC2与所述活动PLC1之间的时间差Δt，如下式：

Δt＝[(t2-t0)-(t1-t3)]/2；

所述校准所述备用PLC2的时间，具体为：

T＝t-Δt；

其中，t为校准前所述备用PLC2的时间；T为校准后所述备用PLC2的时间，和当前所述活动PLC1的时间一致。

作为所述活动PLC1采集模拟量数据，并将所述模拟量数据同步给所述备用PLC2的进一步说明，包括如下步骤：

步骤(1)所述活动PLC发送采集指令给模拟量采集扩展模块；

步骤(2)所述模拟量采集模块接收所述采集指令并工作，将采集的压力、温度、转速、距离、电流、电压等物理量转换成电压信号；

步骤(3)所述模拟量采集模块启动模数转换器ADC将所述电压信号转换成模拟量数据；

步骤(4)所述模拟量采集模块将转换完成的所述模拟量数据发送给所述活动PLC，实现数据同步。

在本实施例中，所述模拟量数据为所述活动PLCl与所述备用PLC2的差异数据，之后采取同样的数据处理流程，得到一致的数据结果。

作为所述活动PLC1和所述备用PLC2同时采集数字量信号的进一步说明，如下：

所述活动PLCl发送指令给所述备用PLC2，并约定T1时刻同时采集数字量；

所述备用PLC2接收所述指令，并在T1时刻与所述活动PLC1同时采集并检查各自的数字量输入信号的高低电平，然后分别进行数据处理，得相同的处理结果。

目前一般中小型PLC所使用的数据空间基本都超过1MB(1百万字节)，经过实测通过百兆以太网同步这些数据需要400毫秒时间，而通常PLC的一个扫描周期不超过200毫秒，所以如果是采用整个运行数据同步的的方法来实现数据冗余，那么即便是利用多线程技术使扫描和数据同步同时进行，那么扫描周期结束后还得继续等待200毫秒的数据同步才能进行下一次扫描。而且活动PLC能同步给备用PLC的数据只能是上次扫描处理好的，所以备用PLC中的数据始终落后活动PLC一个扫描周期。而采用本发明的技术，需要传输的数据在1KB(1千字节)以下100微秒(0.1毫秒)就能完成传输，所占用的时间对整个扫描周期来说微乎其微。所以在以上测试条件下，采取传统方法进行一次数据冗余模式下的扫描，需要用时400毫秒(数据冗余影响了扫描时间)，而采取本发明技术，用时不超过200毫秒(数据冗余不影响扫描时间)。

如图3和4所示，所述活动PLC1上设置有活动PLC以太网接口3，所述备用PLC上设置有备用PLC以太网接口4，所述活动PLC以太网接口3与所述备用PLC以太网接口4通过冗余网线5连接，所述活动PLC1上连接有用于采集压力、温度、转速、距离、电流、电压等的探头9。这种场合只有模拟量数据可能引起扫描差异的数据，可以预先同步模拟量数据，再进行同时采样，同时扫描，使活动PLC和备用PLC内部数据保持一致(数据冗余)。

如图5所示，所述活动PLC1上还设置有活动PLC远程IO以太网接口6，所述活动PLC远程IO以太网接口6通过远程IO网线11与带有远程IO模块以太网接口8的远程IO模块7连接，所述远程IO模块7与至少一个外部IO触点10连接。这种使用场合既有模拟量又有远程IO模块7可能引起扫描差异的数据，可以在同步模拟量时将远程IO的数据一起同步给备用PLC2，再进行同时采样，同时扫描，使活动PLC1和备用PLC2内部数据保持一致(数据冗余).

以上所述仅为说明本发明的实施方式，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种PLC基于时间同步及有限数据元交互的数据冗余方法，其特征在于：

活动PLC与备用PLC对表，并校准所述备用PLC的时间；

所述活动PLC采集模拟量数据，并将所述模拟量数据同步给所述备用PLC；

所述活动PLC和所述备用PLC同时采集数字量信号，并根据所述数字量信息同步进行数据处理，得相同处理结果；

所述活动PLC与所述备用PLC之间通过冗余网线连接；

所述活动PLC上设置有活动PLC以太网接口，所述备用PLC上设置有备用PLC以太网接口，所述活动PLC以太网接口与所述备用PLC以太网接口通过所述冗余网线连接；所述活动PLC上连接有探头；所述探头用于采集压力、温度、转速、距离、电流和电压；这种场合只有模拟量数据能引起扫描差异的数据，可以预先同步模拟量数据，再进行同时采样，同时扫描，使所述活动PLC和所述备用PLC内部数据保持一致；

所述活动PLC上还设置有活动PLC远程IO以太网接口，所述活动PLC远程IO以太网接口通过远程IO网线与带有远程IO模块以太网接口的远程IO模块连接，所述远程IO模块与至少一个外部IO触点连接；这种使用场合既有模拟量又有远程IO模块能引起扫描差异的数据，在同步模拟量时将远程IO的数据一起同步给所述备用PLC2，再进行同时采样，同时扫描，使所述活动PLC1和所述备用PLC2内部数据保持一致。

2.根据权利要求1所述的一种PLC基于时间同步及有限数据元交互的数据冗余方法，其特征在于：所述活动PLC与所述备用PLC对表，具体为：

所述活动PLC发送报文给所述备用PLC的时候记录下报文发送完成时间t0和接收到所述备用PLC的报文应答反馈时间t1；

所述备用PLC记录下自己的报文接收时间t2，和自己的报文应答时间t3；

所述活动PLC将所述报文发送完成时间t0和所述报文应答反馈时间t1发送给所述备用PLC；

所述备用PLC与所述活动PLC之间的时间差Δt，如下式：

Δt＝[(t2-t0)-(t1-t3)]/2；

所述校准所述备用PLC的时间，具体为：

T＝t-Δt；

其中，t为校准前所述备用PLC的时间；T为校准后所述备用PLC的时间，和当前所述活动PLC的时间一致。

3.根据权利要求1所述的一种PLC基于时间同步及有限数据元交互的数据冗余方法，其特征在于：所述活动PLC采集模拟量数据，并将所述模拟量数据同步给所述备用PLC，具体为：

所述活动PLC发送采集指令给模拟量采集扩展模块；

所述模拟量采集模块接收所述采集指令并工作，将采集的压力、温度、转速、距离、电流、电压等物理量转换成电压信号；

所述模拟量采集模块启动模数转换器ADC将所述电压信号转换成模拟量数据；

所述模拟量采集模块将转换完成的所述模拟量数据发送给所述活动PLC，实现数据同步。

4.根据权利要求3所述的一种PLC基于时间同步及有限数据元交互的数据冗余方法，其特征在于：所述模拟量数据为所述活动PLC与所述备用PLC的差异数据。

5.根据权利要求1所述的一种PLC基于时间同步及有限数据元交互的数据冗余方法，其特征在于：所述活动PLC和所述备用PLC同时采集数字量信号，具体为：

所述活动PLC发送指令给所述备用PLC，约定T1时刻同时采集数字量；

所述备用PLC接收所述指令，并在T1时刻与所述活动PLC同时采集并检查各自的数字量输入信号的高低电平。