CN114253126B - 多控制器的冗余主备机的确认方法、控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多控制器的冗余主备机的确认方法、控制系统。其中多控制器的冗余主备机的确认方法，包括：多个控制器相互独立进行初始化，并建立对信息同步接口的消息监听；各控制器在建立消息监听后，向其他控制器广播识别帧；当任意一个控制器接收到识别帧之后，对该识别帧进行验证，如果验证一致，则向发出该识别帧的控制器反馈证实帧，并与发出该识别帧的控制器建立配对；建立配对的两个控制器根据识别帧和验证帧的内容进行处理，建立主备关系。本发明可以提高控制器对应的控制系统的启动时间，快速实现冗余控制系统的主备机的竞争上线。
Description
技术领域
本发明涉及自动化控制技术领域，尤其涉及一种多控制器的冗余主备机的确认方法，以及多组冗余主备机的控制系统。
背景技术
在自动化控制系统中，对于高可靠性和安全性的应用场景，通常采用控制器一备一用（即一备一主）来实现系统冗余控制，保证系统不间断运行。传统的冗余型控制器在部署到控制系统前要预设控制器的主备属性，在控制系统启动时，需要等待主控制器初始化完成后系统才进入正常运作状态，当控制器接入大量机电设备时，系统启动待机时间过长。
并且，当主控制器故障时，此时系统需要等待备用控制器确认主控制器异常后才接管控制系统，增加了系统启动待机时间。
发明内容
为了解决现有技术中的主备控制器的竞争流程复杂导致系统待机时间过长的技术问题，本发明提出了多控制器的冗余主备机的确认方法、控制系统。
本发明提出的多控制器的冗余主备机的确认方法，包括：
多个控制器相互独立进行初始化，并建立对信息同步接口的消息监听；
各控制器在建立消息监听后，向其他控制器广播识别帧；
当任意一个控制器接收到识别帧之后，对该识别帧进行验证，如果验证一致，则向发出该识别帧的控制器反馈证实帧，并与发出该识别帧的控制器建立配对；
建立配对的两个控制器根据识别帧和验证帧的内容进行处理，建立主备关系。
进一步，所述识别帧或证实帧包括发送方控制器的硬件标识、发送方控制器的当前状态和发送方控制器的工程文件校验码。
进一步，当建立配对的两个控制器中的任意一个控制器在接收到证实帧之后，解析发出所述证实帧的控制器的当前状态，若发出所述证实帧的控制器的当前状态为主机状态，则接收到证实帧的控制器切换至备机状态。
进一步，当建立配对的两个控制器中的任意一个控制器在接收到证实帧之后，解析发出所述证实帧的控制器的当前状态，若发出所述证实帧的控制器的当前状态为待竞争状态，则接收到证实帧的控制器检测是否存在发出所述证实帧的控制器发出的主机申请，若有，则接收到证实帧的控制器切换至备机状态；若没有，则接收到证实帧的控制器发出主机申请帧。
进一步，当建立配对的两个控制器中的任意一个控制器在接收到主机申请帧时，若自身的当前状态为主机状态，则发送失败证实帧，否则发送成功证实帧。
进一步，所述发出主机申请帧的控制器在接收到成功证实帧之后，切换至主机状态。
进一步，所述控制器初始化时，将其自身的当前状态置为待竞争状态。
进一步，当建立配对的两个控制器中的主机状态的控制器发生故障时，则备机状态的控制器切换至主机状态。
进一步，当任意一个控制器发送识别帧后在预设时间内未收到证实帧，则将自身的状态置为主机状态。
本发明提出的多组冗余主备机的控制系统，包括多个控制器，多个所述控制器采用上述技术方案所述的多控制器的冗余主备机的确认方法确认自身的状态。
进一步，还包括对控制器进行管理的管理平台，通过所述控制器进行控制的协议设备。
本发明提供了多控制器时冗余主备机快速竞争注册主机的机制，制定组合冗余主备机上线通信内容，对进行主备竞争的控制器内置的组态逻辑进行工程校验，保证系统控制安全，实现系统多组网络控制节点冗余，保证复杂控制系统的可靠性。本发明解决了控制器对应的控制系统启动时间长的问题，同时当一个控制器发生故障时，启动过程中可以快速发现，并且使得另一个控制器可以快速进入主机状态，这也提高了系统的启动时间。
附图说明
下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明，其中：
图1是本发明一实施例的多组冗余控制器的配对示意图。
图2是本发明一实施例的控制系统结构图。
图3是本发明一实施例的主备关系确认流程图。
图4是本发明一实施例的两个控制器的主备关系的切换示意图。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，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用以解释本发明，并不用于限定本发明。
由此，本说明书中所指出的一个特征将用于说明本发明的一个实施方式的其中一个特征，而不是暗示本发明的每个实施方式必须具有所说明的特征。此外，应当注意的是本说明书描述了许多特征。尽管某些特征可以组合在一起以示出可能的系统设计，但是这些特征也可用于其他的未明确说明的组合。由此，除非另有说明，所说明的组合并非旨在限制。
本发明的制冷机组的变频风机的频率自动寻优的控制方法，预先将制冷机组的运行过程划分为不同的阶段，并为每一个阶段制定不同的控制策略。当机组运行时，判断当前制冷机组所处的阶段，根据对应的控制策略对风机的频率进行控制。
如图1所示，本发明的多组冗余主备机的控制系统，包括多个控制器，每个控制器的信息同步接口接入同一个局域网中，每个控制器是局域网中的一个控制节点，通过对内置的工程文件进行校验，确定配对关系，每组冗余主备机集成不同的设备或控制子系统，如图2所示。
图2是本发明的多组冗余主备机的控制系统的一个具体实施例，分为“管理平台-控制器-协议设备”三层架构，管理平台对控制器进行管理，协议设备通过控制器来控制。该控制系统主要由监控终端/服务器、软冗余型可编程控制器、控制器专配扩展模块、底层协议设备组成一个完整的一备一用楼宇自控系统，根据通讯线路可分为管理平台通讯线、扩展总线、设备总线三大部分，管理平台通讯线指管理终端与控制器之间的通讯，扩展总线指控制器与扩展模块之间的通讯，设备总线泛指控制器与各类协议设备之间的通讯，如RS485、Modbus、BACnet、I/O、TCP/IP等协议设备。
该控制系统中至少有一组需要配对的控制器A和控制器B，也可以存在多组需要配对的控制器，尤其是配对的控制器大于1对时，可以明显提高多组主备机的确认速度，从而提高控制器对应的控制系统的启动时间。
可以在控制器部署到实际工程系统前，需将主备机同时接入组态编程软件，配置启动冗余功能，接着将相同的工程文件下载到控制器A和控制器B中，接着重启两个控制器即可。作为主备机需保证工程文件保存一致，作为判定为同一组冗余主备机的唯一条件。
下面介绍本发明的控制其的多个控制器具体采用的多控制器冗余主备机的确认方法来确认自身状态的过程。
如图3所示，控制系统启动后，多个控制器相互独立进行初始化，初始化时，各个控制器将自身状态置为待竞争状态，各控制器在初始化完成以后建立对信息同步接口的消息监听。各控制器在建立消息监听（具体为建立消息监听进程）后，向其他控制器广播识别帧。当任意一个控制器接收到识别帧之后，对该识别帧进行验证，如果验证一致，则向发出该识别帧的控制器反馈证实帧，并与发出该识别帧的控制器建立配对，建立配对的两个控制器根据识别帧和验证帧的内容进行处理，建立主备关系。
例如，各控制器向局域网广播一帧作为识别帧的i-am帧，i-am帧的内容包含但不限于发送方控制器的硬件标识、发送方控制器的当前状态和发送方控制器的工程文件校验码。当局域网中与帧中的工程文件校验一致的控制器接收到该消息时，需回复一帧i-am证实帧，证实帧内容包含但不限于响应方控制器的硬件标识、响应方控制器的当前状态、响应方控制器的工程文件校验等信息。这里所指的响应方控制器其实也是证实帧的发送方控制器。
当建立配对的两个控制器中的主机状态的控制器发生故障时，则备机状态的控制器切换至主机状态。当任意一个控制器发送识别帧后在预设时间内未收到证实帧，则将自身的状态置为主机状态。例如，如果当某个控制器在发出i-am帧后在预设时间内检测不到响应帧，则直接切换为主机状态，该控制器对应的控制系统启动完毕。
当建立配对的两个控制器中的任意一个控制器在接收到证实帧之后，解析发出证实帧的控制器的当前状态，若发出证实帧的控制器的当前状态为主机状态，则接收到证实帧的控制器切换至备机状态。
当建立配对的两个控制器中的任意一个控制器在接收到证实帧之后，解析发出证实帧的控制器的当前状态，若发出证实帧的控制器的当前状态为待竞争状态，则接收到证实帧的控制器检测是否存在发出证实帧的控制器发出的主机申请，若有，则接收到证实帧的控制器切当任意一个控制器发送识别帧后在预设时间内未收到证实帧，则将自身的状态置为主机状态。
当建立配对的两个控制器中的任意一个控制器在接收到主机申请帧时，若自身的当前状态为主机状态，则发送失败证实帧，否则发送成功证实帧。
当某个控制器接收到响应帧，解析出响应方的当前状态，存在两种可能：一是响应方处于主机状态时，则该控制器切换为备机状态，系统启动完毕。二是响应方处于待竞争态时，此时控制器要检测自身的信息库是否已有记录响应方的主机申请，若没有，则该控制器向响应方发起一个主机申请帧，响应方的控制其将主机申请存入自身的信息库中，该控制器的主机申请帧发出后不再接收响应方的主机申请。如果该控制器收到响应方的主机申请帧，则回复响应方一个主机申请证实为false的消息帧。
响应方接收到主机申请帧时，若自身的当前状态处于待竞争状态且未发出主机申请帧，则回复一个主机申请证实为true的响应帧，回复完后响应方的控制气切换为备机状态，而发出主机申请帧的控制器接收到主机申请证实为true的响应帧后，切换为主机模式，该对控制器的控制系统启动完毕。
本发明的上述i-am帧只是识别帧的一个具体举例，不限于其他类似的消息帧。控制器内置工程文件包括但不限于程序、配置文件、组态逻辑等。对工程文件的校验包括但不限于循环冗余校验CRC。在上述信息同步接口网络中，只有全部文件校验一致，才认定双方为主备竞争关系的控制器。本发明的控制器可以是可编程控制器，也可以是其他类型的控制器。
图4是控制器状态转移示意图。控制器开始工作时，均处于待竞争状态-a和-b，各控制器初始化完成后开始进行系统控制权的竞争，最后竞争结果有两种，一是控制器A获得控制权，则切换至主机状态A，而控制器B则切换至备机状态a。二是控制器B获得控制权，则切换至主机状态B，而控制器A则切换至备机状态a。当系统运行过程中，当情况①中控制器A出现故障时，控制器B接手系统的控制权，切换为主机状态，具体为[A]b变为B。当情况②中控制器B出现故障时，A接手系统的控制权，切换为主机状态，具体为[B]a变为A，这样就保证当主控制器出现异常时，系统不会宕机，保证系统不间断运行。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种多控制器的冗余主备机的确认方法，其特征在于，包括：
多组待配对的控制器的多个控制器相互独立进行初始化，初始化时，各个控制器将自身状态置为待竞争状态，并建立对信息同步接口的消息监听；
各控制器在建立消息监听后，向其他控制器广播识别帧；
当任意一个控制器接收到识别帧之后，对该识别帧进行验证，如果验证一致，则向发出该识别帧的控制器反馈证实帧，并与发出该识别帧的控制器建立配对；若未接收到识别帧，则继续监听接收识别帧；
建立配对的两个控制器根据识别帧和验证帧的内容进行处理，建立主备关系，包括：
当建立配对的两个控制器中的任意一个控制器在接收到证实帧之后，解析发出所述证实帧的控制器的当前状态，若发出所述证实帧的控制器的当前状态为待竞争状态，则接收到证实帧的控制器检测是否存在发出所述证实帧的控制器发出的主机申请，若有，则接收到证实帧的控制器切换至备机状态；若没有，则接收到证实帧的控制器发出主机申请帧；
当建立配对的两个控制器中的任意一个控制器在接收到主机申请帧时，若自身的当前状态为主机状态，则发送失败证实帧，否则发送成功证实帧；
所述发出主机申请帧的控制器在接收到成功证实帧之后，切换至主机状态。
2.如权利要求1所述的多控制器的冗余主备机的确认方法，其特征在于，所述识别帧或证实帧包括发送方控制器的硬件标识、发送方控制器的当前状态和发送方控制器的工程文件校验码。
3.如权利要求2所述的多控制器的冗余主备机的确认方法，其特征在于，当建立配对的两个控制器中的任意一个控制器在接收到证实帧之后，解析发出所述证实帧的控制器的当前状态，若发出所述证实帧的控制器的当前状态为主机状态，则接收到证实帧的控制器切换至备机状态。
4.如权利要求1所述的多控制器的冗余主备机的确认方法，其特征在于，所述控制器初始化时，将其自身的当前状态置为待竞争状态。
5.如权利要求1所述的多控制器的冗余主备机的确认方法，其特征在于，当建立配对的两个控制器中的主机状态的控制器发生故障时，则备机状态的控制器切换至主机状态。
6.如权利要求1所述的多控制器的冗余主备机的确认方法，其特征在于，当任意一个控制器发送识别帧后在预设时间内未收到证实帧，则将自身的状态置为主机状态。
7.一种多组冗余主备机的控制系统，包括多个控制器，其特征在于，所述多个控制器采用如权利要求1至6任意一项所述的多控制器的冗余主备机的确认方法确认自身的状态。
8.如权利要求7所述的多组冗余主备机的控制系统，其特征在于，还包括对控制器进行管理的管理平台，通过所述控制器进行控制的协议设备。
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