CN114143139A - 基于硬件冗余分组通信的胶带机保护系统及方法 - Google Patents

基于硬件冗余分组通信的胶带机保护系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于硬件冗余分组通信的胶带机保护系统及方法，该系统包括主机、从机、终端，所述主机通过查询线以手拉手方式连接所有从机到终端，同时还通过控制总线和所有从机、终端连接。本发明针对胶带机通过查询线手拉手逐台连接和控制总线连接其中的多功能从机与终端，采用分组冗余通信方法，实现查询线或者控制总线单边线路出现故障启动冗余通信功能机制，完成查询和控制功能一切正常的同时，定位出查询线或者控制总线多处故障位置并提醒检修。

Description

基于硬件冗余分组通信的胶带机保护系统及方法
技术领域
本发明属于数据分组传输技术领域，具体设计一种基于硬件冗余分组通信的胶带机保护系统及方法。
背景技术
对胶带机保护从硬件冗余和分组通信冗余技术两方面进行现状分析：
(1)硬件冗余现状：在满足正常工作的设备数量基础上，增加一定数量的备用设备实现硬件冗余，它又分为冷冗余和热冗余，正常工作的设备发生故障后，无需人工干预就自动切换到冗余设备继续工作，就实现了热冗余；反之，切换过程需要人工干预就是冷冗余，系统中的关键设备常采用一主一备的硬件冗余方式，或者N台设备采用(N+1)台设备的硬件冗余方式，这两种方式都需要额外增加硬件投入。
(2)分组通信冗余技术现状：通过传输基本数据以外的更多数据实现冗余，一种是简单重复基本数据，另外的是增加附加数据实现差错检查和纠错算法。前者可以提高在一次传输中无损坏的情况下被传递的可能性，但是会大大降低通信线路效率，并削弱线路不同消息的兼容性；后者可减小传输过程中误码造成的影响，提高数据传输的可靠性，在一定程度上降低了通信线路效率。从根本上说，这两种方法都不能解决线路或设备故障造成的通信问题。
针对现有胶带机保护装置出现线路故障后的3个痛点问题进行分析：
(1)无论是查询线还是控制线断线后，胶带机保护装置报出故障，无法继续工作，直接停机提醒检修；
(2)查询线多处断线时，胶带机保护装置只能报出距离主机最近一处故障，无法识别多处故障；
(3)控制总线多处断线时，胶带机保护装置只能报出距离主机最近一处故障，无法识别多处故障。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种基于硬件冗余分组通信的胶带机保护系统及方法。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
本发明实施例提供一种基于硬件冗余分组通信的胶带机保护系统，该系统包括主机、从机、终端，所述主机通过查询线以手拉手方式连接所有从机到终端，同时还通过控制总线和所有从机、终端连接。
上述方案中，所述主机还与作为多功能从机的从机通过控制总线连接。
上述方案中，根据所述主机向终端方向，依据(m-1)台多功能从机和1台终端的数量划分为m个从机分组，以0～(n-1)台从机和毗邻第1台多功能从机组成第一从机分组，之后，以0～(n-1)台从机和毗邻第2台多功能从机组成第二从机分组，如此重复，直至最后，以0～(n-1)台从机和终端组成第m从机分组。
上述方案中，该方法为：主机通过查询线发送查询命令到第一个从机，第一个从机回发后续所有从机和终端的实时状态信息；任意一个从机通过查询线送查询命令到毗邻的从机，毗邻的从机回发后续所有从机和终端的实时状态信息；如此重复，直至完成所有从机和终端的状态实时更新。
上述方案中，该方法还包括：所述主机根据所有从机和终端的状态，通过控制总线上向多功能从机和终端发送多功能从机分组情况作为心跳包，并且主机间隔时间周期呼叫一次，所有多功能从机和终端根据从主机到终端的顺序依次应答确认控制总线和设备状态良好。
上述方案中，该方法还包括：所述主机通过控制总线向多功能从机和终端下发控制信息，所有多功能从机和终端收到控制信息后完成控制输出，完成沿线设备控制。
上述方案中，该方法还包括：通过查询线确定控制总线完好并且查询线至少存在一处断线，并且确定断线位置，具体为：如果任意一台从机超过第一时间间隔没有收到靠近主机侧的上一台从机的查询信息，确定为查询线断线；之后，断线处靠近主机侧的从机之间保持正常通信不变，断线处靠近终端侧的从机之间变化为反向通信，并且从机依次将实时状态信息添加反向标志后传给该从机分组中的多功能从机或者终端，所述多功能从机或者终端通过控制总线传输给主机，所述主机完成所有在线设备的实时状态查询，同时根据反向标志信息确定查询线断线点位置，报告故障信息提醒检修。
上述方案中，该方法还包括：通过控制总线确定查询线完好并且控制总线至少存在一处断线，并且确定断线位置，具体为：所述主机通过控制总线间隔时间周期的心跳包监测沿线多功能从机的情况，如果某个从机分组中的多功能从机或者终端的无应答，则确定该从机分组与相邻的正常应答的从机分组之间控制总线断线，之后，控制总线断线的从机分组中多功能从机超过第二时间间隔没有收到主机的心跳包后，主动向后发送以该多功能从机开始的心跳包，并且接收终端的应答并且确定控制总线的故障现象，如果能够收到终端的应答确定后续的控制总线正常，如果不能收到终端的应答判断控制总线在该多功能从机和终端之间还有断线。
与现有技术相比，本发明针对胶带机通过查询线手拉手逐台连接和控制总线连接其中的多功能从机与终端，采用分组冗余通信方法，实现查询线或者控制总线单边线路出现故障启动冗余通信功能机制，完成查询和控制功能一切正常的同时，定位出查询线或者控制总线多处故障位置并提醒检修。
附图说明
此处所说明的附图用来公开对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例提供一种基于硬件冗余分组通信的胶带机保护系统的连接示意图；
图2为本发明实施例还提供一种基于硬件冗余分组通信的胶带机保护方法中查询线断线的连接示意图；
图3为本发明实施例还提供一种基于硬件冗余分组通信的胶带机保护方法中控制总线断线的连接示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
本发明实施例提供一种基于硬件冗余分组通信的胶带机保护系统，如图1所示，该系统包括主机、从机、终端，所述主机通过查询线以手拉手方式连接所有从机到终端，同时还通过控制总线和所有从机、终端连接。
所述主机还与作为多功能从机的从机通过控制总线连接.
根据所述主机向终端方向，依据(m-1)台多功能从机和1台终端的数量划分为m个从机分组，以多台从机(数量范围0～(n-1))和毗邻第1台多功能从机组成第一从机分组，之后，以多台从机(数量范围0～(n-1))和毗邻第2台多功能从机组成第二从机分组，如此重复，直至最后，以多台从机(数量范围0～(n-1))和终端组成第m从机分组。
主机E0通过查询线以手拉手方式连接从机E1到终端En，同时通过控制总线(如RS485、CAN等总线)和具有控制通信的多功能从机T1、Tj、……到终端Tm连接。
正常工作时，主机E0下发信息通过查询线后向传输，沿着从机E1逐一传输到终端En，从机的实时状态信息通过查询线前向传输，从终端En到从机E1逐一反馈回主机，
紧急状态时，主机E0通过控制总线直接下发控制信息到多功能从机T1、Tj、……实现快速同步控制。
从机分组方式采用从主机E0之后开始，主机E0向终端Tm方向，多台(数量取值范围0～(n-1))从机和毗邻第1台多功能从机为一组，依次向终端方向划分为n组，例如从机E1～E3和多功能从机T1为Z1组，从机Ei-2～Ei-1和多功能从机Tj为Zj组，从机En-2～En-1和终端Tm为Zm组。
主机E0通过查询线以手拉手方式连接从机E1到终端En共10台设备(不限于10台)，同时通过RS485控制总线和多功能从机T1、T2和终端T3连接(不限于1台)；分组方式：从机E1～E3和多功能从机E4共4台从机组成第一从机分组Z1，从机E5、E6和多功能从机E7共3台从机组成第二从机分组Z2，从机E8、E9和多功能从机E10共3台从机组成第三从机分组Z3。
正常工作时，主机下发信息通过查询线后向传输，沿着从机E1逐一传输到终端En，从机的实时状态信息通过查询线前向传输，从终端En到从机E1逐一反馈回主机；紧急状态时主机通过控制总线直接下发控制信息到多功能从机实现快速同步控制。
从机分组方式采用从主机之后开始，主机向终端方向，多台(数量取值范围0～(n-1))从机和毗邻第1台多功能从机为一组，依次向终端方向划分为n组，例如从机E1～E3和多功能从机T1为T1组，从机Ei-2～Ei-1和多功能从机Tj为Tj组，从机En-2～En-1和终端Tm为Tm组。
本发明实施例还提供一种基于硬件冗余分组通信的胶带机保护方法，该方法为：主机通过查询线发送查询命令到第一个从机，第一个从机回发后续所有从机和终端的实时状态信息；任意一个从机通过查询线送查询命令到毗邻的从机，毗邻的从机回发后续所有从机和终端的实时状态信息；如此重复，直至完成所有从机和终端的状态实时更新。
进一步地，该方法还包括：所述主机根据所有从机和终端的状态，通过控制总线上向多功能从机和终端发送多功能从机分组情况作为心跳包，并且主机间隔时间周期呼叫一次，所有多功能从机和终端根据从主机到终端的顺序依次应答确认控制总线和设备状态良好。
进一步地，该方法还包括：所述主机通过控制总线向多功能从机和终端下发控制信息，所有多功能从机和终端收到控制信息后完成控制输出，完成沿线设备控制。
进一步地，该方法还包括：通过查询线确定控制总线完好并且查询线至少存在一处断线，并且确定断线位置，具体为：如果任意一台从机超过第一时间间隔没有收到靠近主机侧的上一台从机的查询信息，确定为查询线断线；之后，断线处靠近主机侧的从机之间保持正常通信不变，断线处靠近终端侧的从机之间变化为反向通信，并且从机依次将实时状态信息添加反向标志后传给该从机分组中的多功能从机或者终端，所述多功能从机或者终端通过控制总线传输给主机，所述主机完成所有在线设备的实时状态查询，同时根据反向标志信息确定查询线断线点位置，报告故障信息提醒检修。
如图2所示，当控制总线完好，查询线出现一处或多处断线的情况如图2所示，查询线共3处断线，从机E1和E2之间断线X1，从机Ei-2和Ei-1之间断线X2，从机En-1和终端En之间断线X3。断线处靠近主机侧的从机(例如E1、Ei-2和En-2与En-1)保持正常通信不变；断线处靠近终端侧的从机(例如E2与E3、Ei-1)变化为反向通信，从机的实时状态信息通过查询线后向传输到分组内的多功能从机，主机下发信息通过多功能从机前向传输到相应从机。
进一步地，该方法还包括：通过控制总线确定查询线完好并且控制总线至少存在一处断线，并且确定断线位置，具体为：所述主机通过控制总线间隔时间周期的心跳包监测沿线多功能从机的情况，如果某个从机分组中的多功能从机或者终端的无应答，则确定该从机分组与相邻的正常应答的从机分组之间控制总线断线，之后，控制总线断线的从机分组中多功能从机超过第二时间间隔没有收到主机的心跳包后，主动向后发送以该多功能从机开始的心跳包，并且接收终端的应答并且确定控制总线的故障现象，如果能够收到终端的应答确定后续的控制总线正常，如果不能收到终端的应答判断控制总线在该多功能从机和终端之间还有断线。
如图3所示，当查询线完好，控制总线出现断线的情况如图3所示。控制总线通过心跳包监测沿线多功能从机的正常情况，发现异常后，一方面断线点后的多功能从机发出具有自身信息的心跳包继续监测后续设备心跳，另一方面控制信息不从控制总线下发，改为通过查询线后向传输，逐一传输到终端En后，终端En发出同步信号统一控制。
实施例
本发明实施例提供一种基于硬件冗余分组通信的胶带机保护系统，如图1所示，该实施例中包括主机E0通过查询线以手拉手方式连接从机E1到终端En共10台设备(不限于10台)，同时通过RS485控制总线和多功能从机T1、T2和终端T3连接(不限于1台)。分组方式：从机E1～E3和多功能从机E4共4台从机组成T1分组，从机E5、E6和多功能从机E7共3台从机组成T2分组，从机E8、E9和多功能从机E10共3台从机组成T3分组，正常工作过程如下：
(1)沿线查询工作流程：主机E0发送查询命令到从机E1，从机E1回发从机E1～E9和终端E10的实时状态信息；从机E1发送查询命令到从机E2，从机E2回发从机E2～E9和终端E10的实时状态信息；依次类推，从机E9发送查询命令到终端E10，终端E10回发自身的实时状态信息；周而复始完成所有从机和终端的状态实时更新。
(2)控制总线工作流程：根据查询线统计到的从机情况，控制总线上发出多功能从机分组情况作为心跳包，间隔一定时间(例如200ms)主机呼叫一次，所有多功能从机和终端根据T1、T2和T3顺序依次应答确认控制总线和设备状态良好；紧急情况时，主机通过控制总线下发控制信息，所有多功能从机和终端收到控制信息后完成控制输出，完成沿线设备控制。
(3)查询线断线时冗余分组通信机制：当控制总线完好，查询线出现3处断线的情况如图2所示，从机E1和E2之间断线X1，从机E5和E6之间断线X2，从机E9和终端E10之间断线X3。每台从机Ei超过一定时间间隔(例如200ms)没有收到上一台从机Ei-1(靠近主机侧)的查询信息时判断为查询线断线，断线处靠近主机侧的从机E1、E5、E8和E9保持正常通信不变；断线处靠近终端侧的从机E2、E3、E6变化为反向通信，从机E2、E3的实时状态信息添加反向标志后传给从机E4，从机E4同时作为多功能从机T1通过控制总线传输给主机E0；从机E6的实时状态信息添加反向标志后传给从机E7，从机E7同时作为多功能从机T2通过控制总线传输给主机E0；终端E10同时作为多功能从机T3通过控制总线传输给主机E0。主机E0完成所有在线设备的实时状态查询，同时根据反向标志信息确定查询线断线点位置，报告故障信息提醒检修。
(4)控制总线断线时冗余分组通信机制：当查询线完好，控制总线在多功能从机T1和T2之间断线的情况如图3所示，控制总线通过间隔200ms的心跳包监测沿线多功能从机的情况，能收到多功能从机T1正常应答，多功能从机T2和终端T3无应答，确定多功能从机T1和T2之间断线并提醒故障检修，同时多功能从机T2超过1s没有收到主机心跳包后主动向后发送以T2开始的心跳包，接收终端T3的应答进一步确定控制总线的故障现象，能收到终端T3的应答判断后续控制总线正常，不能收到应答判断控制总线在T1和T2之间还有断线。一方面确定控制总线的故障并提醒检修；另一方面系统紧急情况时控制信息不从控制总线下发，改为通过查询线后向传输，主机的查询命令改为控制命令在查询线优先传输，从机E1开始逐一传输到终端E10后，终端E10在闭锁线发出同步信号统一控制，实现沿线设备的同步控制。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于硬件冗余分组通信的胶带机保护系统，其特征在于，该系统包括主机、从机、终端，所述主机通过查询线以手拉手方式连接所有从机到终端，同时还通过控制总线和所有从机、终端连接。
2.根据权利要求1所述的基于硬件冗余分组通信的胶带机保护系统，其特征在于，所述主机还与作为多功能从机的从机通过控制总线连接。
3.根据权利要求2所述的基于硬件冗余分组通信的胶带机保护系统，其特征在于，根据所述主机向终端方向，依据(m-1)台多功能从机和1台终端的数量划分为m个从机分组，以0～(n-1)台从机和毗邻第1台多功能从机组成第一从机分组，之后，以0～(n-1)台从机和毗邻第2台多功能从机组成第二从机分组，如此重复，直至最后，以0～(n-1)台从机和终端组成第m从机分组。
4.一种基于硬件冗余分组通信的胶带机保护方法，该方法应用于如权利要求1或2或3所述的胶带机保护系统，其特征在于，该方法为：主机通过查询线发送查询命令到第一个从机，第一个从机回发后续所有从机和终端的实时状态信息；任意一个从机通过查询线送查询命令到毗邻的从机，毗邻的从机回发后续所有从机和终端的实时状态信息；如此重复，直至完成所有从机和终端的状态实时更新。
5.根据权利要求4所述的基于硬件冗余分组通信的胶带机保护方法，其特征在于，该方法还包括：所述主机根据所有从机和终端的状态，通过控制总线上向多功能从机和终端发送多功能从机分组情况作为心跳包，并且主机间隔时间周期呼叫一次，所有多功能从机和终端根据从主机到终端的顺序依次应答确认控制总线和设备状态良好。
6.根据权利要求4或5所述的基于硬件冗余分组通信的胶带机保护方法，其特征在于，该方法还包括：所述主机通过控制总线向多功能从机和终端下发控制信息，所有多功能从机和终端收到控制信息后完成控制输出，完成沿线设备控制。
7.根据权利要求8所述的基于硬件冗余分组通信的胶带机保护方法，其特征在于，该方法还包括：通过查询线确定控制总线完好并且查询线至少存在一处断线，并且确定断线位置，具体为：如果任意一台从机超过第一时间间隔没有收到靠近主机侧的上一台从机的查询信息，确定为查询线断线；之后，断线处靠近主机侧的从机之间保持正常通信不变，断线处靠近终端侧的从机之间变化为反向通信，并且从机依次将实时状态信息添加反向标志后传给该从机分组中的多功能从机或者终端，所述多功能从机或者终端通过控制总线传输给主机，所述主机完成所有在线设备的实时状态查询，同时根据反向标志信息确定查询线断线点位置，报告故障信息提醒检修。
8.根据权利要求7所述的基于硬件冗余分组通信的胶带机保护方法，其特征在于，该方法还包括：通过控制总线确定查询线完好并且控制总线至少存在一处断线，并且确定断线位置，具体为：所述主机通过控制总线间隔时间周期的心跳包监测沿线多功能从机的情况，如果某个从机分组中的多功能从机或者终端的无应答，则确定该从机分组与相邻的正常应答的从机分组之间控制总线断线，之后，控制总线断线的从机分组中多功能从机超过第二时间间隔没有收到主机的心跳包后，主动向后发送以该多功能从机开始的心跳包，并且接收终端的应答并且确定控制总线的故障现象，如果能够收到终端的应答确定后续的控制总线正常，如果不能收到终端的应答判断控制总线在该多功能从机和终端之间还有断线。
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Denomination of invention: A Protection System and Method for Belt Conveyor Based on Hardware Redundant Grouping Communication

Granted publication date: 20230704

Pledgee: Xi'an Chanba Financing Guarantee Co.,Ltd.

Pledgor: Shaanxi Zhongyuan Intelligent Control Technology Co.,Ltd.

Registration number: Y2024610000064

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