CN115407640A - 一种多控多机自动控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多控多机自动控制系统及其控制方法，属于计算机控制系统技术领域。包括N台监控计算机，N台监控计算机均通过网络交换机与N台生产线控制器网络连接；N台监控计算机分为控制机和监视机，控制机与监视机之间能进行转换。应用于上述系统的控制方法，包括步骤S1：测试自动控制系统的网络连接与通讯性能；S2：在N台监控计算机之间组建多控方式；S3：在N台监控计算机之中确定控制机和监视机；S4：控制机对生产线控制器执行控制功能，监视机对控制机执行监视功能；S4中，若监视机监视到控制机异常，会再次执行S3，重新确定控制机。本发明解决了单一控制方式下易失效、人力物力成本高的问题，适用于各行各业的生产线管理中。

Description

一种多控多机自动控制系统及其控制方法

技术领域

本发明属于计算机控制系统技术领域，具体为一种多控多机自动控制系统及其控制方法。

背景技术

现如今，各个行业的生产线管理中均已采用计算机控制，具体来说是通过以计算机为核心的控制系统来控制与监控各条生产线的工作。现有的控制系统中，绝大多数采用单一控制方式，即一条生产线由一台生产线控制器控制、一台监控计算机单机监控一台生产线控制器。

这种控制方式在实际使用中存在一个严重问题：一旦监控计算机出现问题，则这台监控计算机对应的生产线控制器就无法正常工作，进而导致该条生产线停产；更有甚者，若监控计算机故障较为严重，则该条生产线的生产数据很可能会随计算机故障一起丢失，进而导致不可估量的后果与损失。

另外，工厂的生产系统中一般开设至少两条生产线，那么在单一控制方式下，每条生产线上的监控计算机都需要对应安排一位操作人员，使得整个生产系统中需要多位操作人员同时工作，从而造成较高的人力成本和人力资源浪费。

再者，每条生产线分别由相应监控计算机各自控制，则生产系统的生产任务及生产配合比不能得到统一管理，比如生产序号、物料量、生产量、出货信息等，需要在此基础上整合各监控计算机信息或进行人工记录与干预，从而导致较高的物力或人力成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多控多机自动控制系统及其控制方法，多台监控计算机中的每一台均能够单独监控全部生产线，以解决如下问题：现有控制系统中采用的单一控制方式，使得控制系统整体容易失效，从而导致生产线停产和生产数据丢失；并且此种控制方式需要较高的人力与物力成本。

本发明是采用以下技术方案实现的：

一种多控多机自动控制系统，包括N台监控计算机，N台监控计算机均通过网络交换机与N台生产线控制器网络连接；其中N台监控计算机分为1台控制机和N-1台监视机，控制机与监视机之间能够进行转换；N≥2。

上述方案中，N台监控计算机同时监控N台生产线控制器工作，N台监控计算机之间能够实现生产信息和生产状态的同步、以及数据的热备。其中，每台监控计算机均可单独监控N台生产线控制器工作；在控制系统实际进行作用时，将N台监控计算机分为1台控制机和N-1台监视机；当控制机发生故障时，监视机可自动变为控制机。

进一步的，所述控制机用于控制生产线控制器工作，所述监视机用于监视控制机状态是否正常。

上述方案中，对于N台监控计算机中的1台控制机和N-1台监视机，仅允许控制机控制生产，监视机可监视控制机、并在控制机发生故障时接管生产控制工作，以保证控制系统中始终有控制机进行工作，因此能够有效避免控制系统整体发生失效，从而保证了生产线的正常运行。

进一步的，所述网络交换机包括交换机本体、备用交换机、防火墙和监控模块；其中交换机本体、备用交换机均与N台监控计算机和N台生产线控制器连接，防火墙与交换机本体连接，监控模块分别与交换机本体、备用交换机和外部网络连接。

上述方案中，网络交换机为系统化设计、包括交换机本体和备用交换机，能够在监控计算机与生产线控制器通过交换机进行网络交互的过程中，有效避免由于一个交换机发生故障而导致连接中断的情况发生，从而保证了控制系统的稳定性。另外，集成了防火墙的交换机本体可以简化网络结构、相应减少网络设备，进而能够降低网络投资、增强网络稳定性。

进一步的，所述监控模块包括控制单元、校验单元和连接单元。

上述方案中，控制单元用于对交换机本体和备用交换机在数据转发过程中的数据包进行监控；校验单元用于对监控到的数据信息进行对比分析处理，并完成验错；连接单元根据校验单元分析出的结果、自动化地选择是否停用交换机本体以及是否连接备用交换机。由此，通过监控模块，可在交换机本体出现故障时，自动、智能化的切换出备用交换机进行工作。

一种多控多机自动控制系统的控制方法，应用于以上所述的自动控制系统，包括如下步骤：

S1：测试自动控制系统的网络连接与通讯性能；

S2：在N台监控计算机之间组建起多控方式；

S3：在N台监控计算机之中确定出控制机和监视机；

S4：控制机对生产线控制器执行控制功能，监视机对控制机执行监视功能；

在步骤S4中，若监视机监视到控制机异常，则会再次执行步骤S3，重新确定控制机。

上述方案中，通过步骤S1至S4，即可实现控制系统中的N台监控计算机均同时监控全部生产线生产。具体来说，N台监控计算机之间、每台监控计算机与N台生产线控制器之间均可实现通讯，即每台监控计算机均能够同时控制N台生产线控制器工作；在此基础上，N台监控计算机之间组成多控，即N台监控计算机之间可以相互切换为控制机或监视机，以保证控制系统中始终有一台监控计算机作为控制机控制N台生产线控制器工作、并且有若干台监视机时刻监视控制机工作状态。因此，当控制机发生故障时，控制系统可通过监视机自动、及时地发现，并且有相应监视机立刻切换为控制机以接管生产，进而保证了控制系统的正常工作，从而保证了生产线控制器和生产线的正常运行；并且，控制系统数据和生产线控制器数据在N台监控计算机上统一管理，保证了数据的连续性和一致性，实现了数据的备份并确保了数据的安全；另外，在实际使用中，操作人员只需要操作当下的一台控制机即可对全部生产线控制器进行控制，因此不需要在每条产线上均安排一位操作人员，从而节省了人力成本。

进一步的，所述S1中，测试N台监控计算机和N台生产线控制器是否通过网络交换机连接在同一个网络中，并测试每台监控计算机是否均能与N台生产线控制器通讯、N台监控计算机之间是否能互相通讯。

上述方案中，控制系统的网络连接与通讯性能是实现多控的基础条件；通过前期测试，可以有效排除问题隐患，从而尽可能地保证控制系统在使用中的连接与通讯稳定性。

进一步的，所述S2中，在每台监控计算机上开辟服务端口，每台监控计算机通过服务端口发送与接收配对标志，当N台监控计算机之间的配对标志相适配时，N台监控计算机之间组成多控方式。

上述方案中，在N台监控计算机之间组建起多控方式是实现控制系统多控的前提；具体来说，对于组成多控方式的N台监控计算机，其中每台监控计算机的历史数据和新产生的数据均能够与其余监控计算机进行同步。

进一步的，所述S3包括如下子步骤：

S3-1：识别出初始控制机，则其余计算机为监视机，初始控制机与监视机分别执行步骤S4；

S3-2：若初始控制机异常，监视机中的一台变为第一控制机，第一控制机与监视机继续分别执行步骤S4；

S3-3：若第一控制机异常，监视机中的一台变为第二控制机，第二控制机与监视机继续分别执行步骤S4；

S3-4：按照步骤S3-2和S3-3的执行方法，进行循环。

上述方案中，若当下控制机状态异常、发生离线后，其会根据自身的性能状态进行待机或变为监视机；相应监视机取得控制权之后，成功转换为实际的控制机，从而接管对生产线控制器的控制。

进一步的，所述S4包括如下子步骤：

S4-1：控制机控制生产线控制器工作并产生随机因子，控制机向生产线控制器发送随机因子递增1的数值；

S4-2：监视机读取生产线控制器内存储的随机因子，以此来监视控制机状态是否正常。

上述方案中，控制机在向生产线控制器发送随机因子递增1的数值后，同样会读取生产线控制器内存储的随机因子，并进行判断；由此，可实现控制机与监视机之间的逻辑变换。

进一步的，所述S4-2中，若监视机读取到的生产线控制器内存储的随机因子在持续设定的时间后没有发生变化，则判断为控制机异常。

上述方案中，若监视机读取到的生产线控制器内存储的随机因子在持续设定的时间后没有发生变化，即代表监视机发现控制机与生产线控制器发生通讯中断且中断持续了设定的时间；此时监视机判断出控制机状态异常，控制系统重新执行步骤S3，相应监视机会主动变为控制机。

本发明实现的有益效果是：

本发明中，通过N台监控计算机之间、N台监控计算机与N台生产线控制器之间的网络连接，以及组建起多控方式、确定出控制机和监视机的方法，使得每台监控计算机均能够单独监控全部N台生产线控制器、N台监控计算机之间可实现信息同步、N台监控计算机可在控制机和监视机之间进行自动切换。

与现有技术中，一台监控计算机控制一台生产线控制器的单一控制方式相比，本发明的可靠性更高、能够实现自动多控，即在当下控制机发生故障时、系统能够自动识别故障并切换出新的控制机来进行工作，因此保证了生产线控制器的正常运行，从而避免了生产线停产造成损失；并且，保证了数据的连续性和一致性，实现了数据的备份并确保了数据的安全；另外，可更合理的安排操作人员的作息班次，从而节约人力资源。

附图说明

图1是本发明实施例中所述控制系统的结构示意图；

图2是本发明实施例中所述控制方法的步骤S3流程示意图。

具体实施方式

为清楚说明本发明中的方案，下面结合附图做进一步说明：

请参照图1至图2，本实施例提供一种多控多机自动控制系统，应用于设置两条生产线的混凝土搅拌站，其中每条生产线由一台拌和控制器控制。

本实施例中，控制系统具体为双控双机自动控制，包括2台监控计算机，2台监控计算机均通过网络交换机与2台拌和控制器网络连接；2台监控计算机分为1台控制机和1台监视机，控制机与监视机之间能够进行转换；控制机用于控制拌和控制器工作，监视机用于监视控制机状态是否正常。其中：

网络交换机包括交换机本体、备用交换机、防火墙和监控模块；交换机本体、备用交换机均通过配线装置与2台监控计算机和2台拌和控制器连接，防火墙与交换机本体连接，监控模块分别通过配线装置与交换机本体、备用交换机和外部网络连接；监控模块包括控制单元、校验单元和连接单元，控制单元用于对交换机本体和备用交换机在数据转发过程中的数据包进行监控，校验单元用于对监控到的数据信息进行对比分析处理、并完成验错，连接单元根据校验单元分析出的结果、自动化地选择是否停用交换机本体以及是否连接备用交换机。另外，上述配线装置包括三组与交换机本体和备用交换机数量相同的网络连接端口，第一组网络端口通过跳线与交换机本体的端口对应连接，第二组网络端口通过跳线与备用交换机的端口对应连接，第三组网路端口用于连接监控计算机和拌和控制器，所述的第三组网络端口分别与第二组网络端口和第一组网络端口之间设有切换开关，所述的切换开关与连接单元连接，用于实现第三组网络端口与第二组网络端口的连接、或实现第三组网络端口与第一组网络端口连接。

一种双控双机自动控制系统的控制方法，应用于以上所述的控制系统，包括如下步骤：

S1：测试自动控制系统的网络连接与通讯性能；具体地，测试2台监控计算机和2台拌和控制器是否通过网络交换机连接在同一个网络中，并测试每台监控计算机是否均能与2台拌和控制器通讯、2台监控计算机之间是否能互相通讯。

S2：在2台监控计算机之间组建起双控方式；具体地，包括如下子步骤：

S2-1：在每台监控计算机上开辟相同的服务端口，以接收另一台监控计算机发送的寻求组建双控方式的广播信息，该广播信息即为双控配对的标志；

S2-2：每台监控计算机验证收到的广播信息，当收到的信息与本机双控配对的标志相一致时，两台监控计算机之间即可组建起双控方式；

在双控方式下，每台监控计算机的历史数据和新产生的数据均能够与另一台监控计算机进行同步。

S3：在2台监控计算机之中确定出控制机和监视机；请参考图2，具体地，包括如下子步骤：

S3-11：第一台监控计算机使用端口A分别与2台拌和控制器（即下位机）通信，第二台监控计算机使用端口B分别与2台拌和控制器通信；

S3-12：针对每台监控计算机与每一个拌和控制器通讯，定义“主控线”标志，有主控线标志的第一台监控计算机为初始控制机，没有主控线标志的第二台监控计算机即为初始监视机；

S3-13：初始控制机在取得控制权后，会将端口A的端口号作为“控制权码”写入2台拌和控制器，而后初始控制机与初始监视机分别执行步骤S4；

S3-2：若初始控制机状态异常、发生离线后，初始监视机主动变为实际控制机，同时向拌和控制器写入“控制权码”，初始控制机变为实际监视机（在性能状态不允许的情况下，初始控制机待机），实际控制机与实际监视机继续分别执行步骤S4。

S4：控制机对拌和控制器执行控制功能，监视机对控制机执行监视功能；具体地，包括如下子步骤：

S4-1：控制系统初始启动时，作为初始控制机的第一台监控计算机会使用端口A产生随机因子A（第二台监控计算机产生随机因子B），初始控制机在控制周期内向2台拌和控制器发送随机因子A递增1的数值；

S4-2：初始监视机会一直读取2台拌和控制器内存储的随机因子，以监视初始控制机是否正常；此处初始控制机同样会读取生产线控制器内存储的随机因子，以进行自我评判；

S4-3：若初始监视机监视到初始控制机异常，则控制系统会再次执行步骤S3，以重新确定控制机，若确定初始监视机变为实际控制机，则初始控制机和初始监视机进行逻辑变换；具体包括如下三种子情况：

S4-3A：初始控制机在每一个控制周期内检测并读取拌和控制器内存储的随机因子是否变化；如果是变化的，但是出现3次以上不在自己产生的随机因子区间内，此时读取“控制权码”，来进行判断；若读取到对方已占用“控制权码”，说明初始监视机已经变为控制机，则将自己置为监视机，若“控制权码”是自己占有，则初始控制机继续向生产线控制器下发随机因子A递增1的数值；

S4-3B：当初始监视机读取到拌和控制器内存储的随机因子，在持续设定的时间后没有发生变化（即代表初始监视机发现初始控制机与拌和控制器发生通讯中断且中断持续了设定的时间），则认为初始控制机异常，该监视机自动变为实际控制机，首先向拌和控制器下发“控制权码”，然后周期下发随机因子B递增1的数值；

S4-3C：当出现初始控制机和初始监视机同时向拌和控制器下发各自的随机因子递增1的数值时，并且2台计算机各自读取到的、拌和控制器内的随机因子数值3次不在自己的随机因子产生区间内，2台计算机就分别读取“控制权码”来仲裁，与拌和控制器内“控制权码”相同的一方成为实际控制机，继续下发相应随机因子递增1的数值，另一方则成为实际监视机，不再下发随机因子递增1的数值。

若实际监视机监视到实际控制机状态异常时，则再次执行步骤S3，由此实现2台监控计算机之间的循环切换。

综上所述，通过以上的控制系统和控制方法，能够实现2台监控计算机分别单独控制2台拌和控制器工作，即两台监控计算机可以互为热冗余，当一台监控计算机出现故障，另一台监控计算机也能够快速的控制2台套拌和控制器。

基于此，控制系统的可靠性较高，从而保证了拌和控制器以及混凝土搅拌站两条生产线的正常运行；每一台监控计算机可以单独控制2台拌和控制器，所以搅拌站能够更合理的安排操作人员的作息班次，从而节约人力资源；系统和生产数据在两台监控计算机上统一管理，保证了数据的连续性和一致性，实现了数据的备份、确保了数据的安全。另外，该控制系统和控制方法还可推广应用到砂浆拌和站、沥青拌和站、稳定土拌和站等设置有多条相同或类似生产线的生产领域。

当然，上述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定对本发明的实施例范围。本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的均等变化与改进等，均应归属于本发明的专利涵盖范围内。

Claims (10)

1.一种多控多机自动控制系统，其特征在于：包括N台监控计算机，N台监控计算机均通过网络交换机与N台生产线控制器网络连接；其中N台监控计算机分为1台控制机和N-1台监视机，控制机与监视机之间能够进行转换；N≥2。

2.根据权利要求1所述的一种多控多机自动控制系统，其特征在于：所述控制机用于控制生产线控制器工作，所述监视机用于监视控制机状态是否正常。

3.根据权利要求1所述的一种多控多机自动控制系统，其特征在于：所述网络交换机包括交换机本体、备用交换机、防火墙和监控模块；其中交换机本体、备用交换机均与N台监控计算机和N台生产线控制器连接，防火墙与交换机本体连接，监控模块分别与交换机本体、备用交换机和外部网络连接。

4.根据权利要求3所述的一种多控多机自动控制系统，其特征在于：所述监控模块包括控制单元、校验单元和连接单元。

5.一种多控多机自动控制系统的控制方法，应用于权利要求1-4任一所述的自动控制系统，其特征在于，包括如下步骤：

S1：测试自动控制系统的网络连接与通讯性能；

S2：在N台监控计算机之间组建起多控方式；

S3：在N台监控计算机之中确定出控制机和监视机；

S4：控制机对生产线控制器执行控制功能，监视机对控制机执行监视功能；

在步骤S4中，若监视机监视到控制机异常，则会再次执行步骤S3，重新确定控制机。

6.根据权利要求5所述的一种多控多机自动控制系统的控制方法，其特征在于：所述S1中，测试N台监控计算机和N台生产线控制器是否通过网络交换机连接在同一个网络中，并测试每台监控计算机是否均能与N台生产线控制器通讯、N台监控计算机之间是否能互相通讯。

7.根据权利要求5所述的一种多控多机自动控制系统的控制方法，其特征在于：所述S2中，在每台监控计算机上开辟服务端口，每台监控计算机通过服务端口发送与接收配对标志，当N台监控计算机之间的配对标志相适配时，N台监控计算机之间组成多控方式。

8.根据权利要求5所述的一种多控多机自动控制系统的控制方法，其特征在于，所述S3包括如下子步骤：

S3-1：识别出初始控制机，则其余计算机为监视机，初始控制机与监视机分别执行步骤S4；

S3-2：若初始控制机异常，监视机中的一台变为第一控制机，第一控制机与监视机继续分别执行步骤S4；

S3-3：若第一控制机异常，监视机中的一台变为第二控制机，第二控制机与监视机继续分别执行步骤S4；

S3-4：按照步骤S3-2和S3-3的执行方法，进行循环。

9.根据权利要求5所述的一种多控多机自动控制系统的控制方法，其特征在于，所述S4包括如下子步骤：

S4-1：控制机控制生产线控制器工作并产生随机因子，控制机向生产线控制器发送随机因子递增1的数值；

S4-2：监视机读取生产线控制器内存储的随机因子，以此来监视控制机状态是否正常。

10.根据权利要求9所述的一种多控多机自动控制系统的控制方法，其特征在于：所述S4-2中，若监视机读取到的生产线控制器内存储的随机因子在持续设定的时间后没有发生变化，则判断为控制机异常。

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