CN209231730U - 一种水下接驳盒冗余控制系统 - Google Patents

Abstract

一种水下接驳盒冗余控制系统，包括结构相同的第一控制器与第二控制器，第一控制器和第二控制器之间采用更换脉冲信号进行通信；在正常工作状态下，所述第一控制器作为主控制器，所述第二控制器作为从控制器对输入数据进行处理；当所述第一控制器出现故障时，第一控制器发送更换脉冲信号至所述第二控制器，所述第二控制器接收所述更换脉冲信号，所述第二控制器作为主控制器，所述第一控制器作为从控制器对输入数据进行处理。该控制系统结构简单，两个控制器采用结构完全相同的设计，均可作为主/从控制器，方便切换，并可在故障发生的第一时间切换主控制器，避免水下接驳盒因单个控制器故障而无法正常工作，能够高效的提高整个水下接驳盒的可靠性。

Description

一种水下接驳盒冗余控制系统

技术领域

本实用新型涉及水下接驳盒控制器容错技术领域，尤其涉及一种水下接驳盒冗余控制系统。

背景技术

海底观测系统按观测范围可以分为海底观测站、海底观测链和海底观测网。海底观测网利用光电复合缆传输能量和信息，将各种海洋观测设备联网，把观测平台放置在海底，打破了能量和数据传输的限制，实现了对海洋的长期、实时、连续、原位观测。海底观测网的提出和实施，使得大范围、长时间、连续、立体的海洋观测成为可能，为深入了解地球内部地质演变过程、海洋宏观尺度物理化学变化、地震监测、海啸预报等科学研究提供了一种全新的研究途径。

接驳盒是海底观测网络重要的水下管理节点，主要功能是中继和分配：它将岸基站供电设备传输的直流电经过变换，转换为可以供观测设备使用的电能，通过接驳盒上的水下湿插拔接口为观测设备供电。同时与岸基站通信：执行岸基站发出的控制指令，实现对水下观测设备的远程控制；将观测设备采集的数据和状态信息实时上传至岸基站供科研人员分析处理。观测设备是指安装于接驳盒上的各种观测设备，包括压力传感器、声纳、多普勒水流剖面仪、温盐深探测仪以及地震仪等，可以实现对海底物理、化学参数及地质运动的实时连续观测。冗余技术作为重要的容错技术之一，是提高整机以及系统可靠性的一种重要设计技术。由于控制器是控制系统的核心，因此控制器实现冗余对于控制系统的高可靠性有着重要作用。可见，目前迫切需要本领域技术人员解决的技术问题为提供一种水下接驳盒控制器冗余方案。

实用新型内容

本实用新型解决的技术问题是：本实用新型实施例提供了一种水下接驳盒冗余控制系统，以实现现有技术中迫切需解决的水下接驳盒控制器冗余的问题。

本实用新型的技术解决方案是：一种水下接驳盒冗余控制系统，包括结构相同的第一控制器与第二控制器，第一控制器和第二控制器之间采用更换脉冲信号进行通信；在正常工作状态下，所述第一控制器作为主控制器，所述第二控制器作为从控制器对输入数据进行处理；当所述第一控制器出现故障时，第一控制器发送更换脉冲信号至所述第二控制器，所述第二控制器接收所述更换脉冲信号，所述第二控制器作为主控制器，所述第一控制器作为从控制器对输入数据进行处理。

在所述正常工作状态下，所述第一控制器和所述第二控制器同时接收输入数据；所述第一控制器执行控制逻辑对所述输入数据进行逻辑运算，所述第一控制器将全部逻辑运算数据传输到所述第二控制器；所述第二控制器禁止执行控制逻辑，所述第二控制器接收并存储所述第一控制器发送的逻辑运算数据；所述第一控制器进行数据输出，所述第二控制器禁止进行数据输出。

当所述第一控制器出现故障时，所述第二控制器与所述第一控制器同时接收输入数据；所述第二控制器执行控制逻辑对所述输入数据进行逻辑运算，所述第二控制器将全部逻辑运算数据传输到所述第一控制器；所述第一控制器禁止执行控制逻辑，所述第一控制器接收并存储所述第二控制器发送的逻辑运算数据；所述第二控制器进行数据输出，所述第一控制器禁止进行数据输出。

所述第一控制器与所述第二控制器均包括信号连接的数据输入模块、逻辑运算模块、数据暂存模块、数据传输模块以及数据输出模块。

用于接收输入数据的数据输入模块的输出端与用于执行控制逻辑运算的逻辑运算模块的输入端连接；用于暂存逻辑运算数据的数据暂存模块与逻辑运算模块的输出端连接；用于逻辑运算数据传输的数据传输模块同时与逻辑运算模块的输出端以及数据输出模块的输入端连接，数据输出模块的输出端对外输出逻辑运算数据。

本实用新型与现有技术相比的优点在于：在本实用新型实施例提供的水下接驳盒控制系统，是水下接驳盒控制器冗余设计，该控制系统结构简单，两个控制器采用结构完全相同的设计，均可作为主/从控制器，方便切换。此外，控制系统作为水下接驳盒的核心，应用本系统可在及时发现故障，并可在故障发生的第一时间切换主控制器，避免水下接驳盒因单个控制器故障而无法正常工作，能够高效的提高整个水下接驳盒的可靠性。

附图说明

图1是根据本实用新型实施例一的一种水下接驳盒冗余控制系统的工作流程图；

图2是根据本实用新型实施例二的一种水下接驳盒冗余控制系统的工作流程图；

图3是正常工作状态下系统的数据传输图；

图4是更换故障控制器时系统的数据传输图；

图5是根据本实用新型实施例三的一种水下接驳盒控制系统的结构框图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例一

参照图1，示出了本实用新型实施例提供的水下接驳盒冗余控制系统的工作流程图。

本实用新型实施例的水下接驳盒冗余控制系统的工作流程包括以下步骤：

步骤101：在系统正常工作状态下，第一控制器作为主控制器，第二控制器作为从控制器对输入数据进行处理。

作为主控制器的第一控制器执行控制逻辑，作为从控制器的第二控制器不执行控制逻辑，第二控制器响应接收数据，并对接收到的第一控制器的数据进行暂存。其中，第二控制器响应接收的数据包括：水下接驳盒的输入数据、第一控制器发送的全部逻辑运算数据，和第一控制器发送的时钟同步数据。

在系统正常工作状态下，主控制器进行数据输出，从控制器不进行数据输出。

步骤102：当检测到第一控制器出现故障时，第二控制器被转换为主控制器对输入数据进行处理。

当第二控制器预设时间内未接收到第一控制器的数据传输时，判断第一控制器出现故障，出现故障后第二控制器被转换为主控制器，第二控制器执行控制逻辑并进行数据输出。

步骤103：当第一控制器故障消除时，第一控制器发送更换脉冲信号至第二控制器，第二控制器接收更换脉冲信号，第二控制器作为主控制器第一控制器作为从控制器，对输入数据进行处理。

第二控制器作为主控制器工作期间，按照预设规则判定第一控制器故障是否消除。当技术人员发现第一控制器故障对其进行维修或更换后第一控制器故障即可消除，此时第一控制器发送更换脉冲信号至第二控制器，第二控制器接收到更换脉冲信号后，确定第一控制器故障已消除。第二控制器作为主控制器第一控制器作为从控制器，对输入数据进行处理。

第二控制器执行控制逻辑，第一控制器不执行控制逻辑，第一控制器响应接收数据，并对接收到的第二控制器的数据进行暂存。其中，第一控制器响应接收的数据包括：水下接驳盒的输入数据、第二控制器发送的全部逻辑运算数据和第二控制器发送的时钟同步数据。该状态下，第二控制器进行数据输出，第一控制器不进行数据输出。

本实用新型实施例水下接驳盒冗余控制系统，由于系统结构简单，两个控制器采用结构完全相同的设计，均可作为主/从控制器，因此在运行过程中方便于进行主从控制器切换。此外，控制系统作为水下接驳盒的核心，应用本系统可在及时发现故障，并可在故障发生的第一时间切换主控制器，避免水下接驳盒因单个控制器故障而无法正常工作，能够高效的提高整个水下接驳盒的可靠性。

实施例二

参照图2，示出了本实用新型实施例提供的水下接驳盒冗余控制系统的工作流程图。

本实用新型实施例的水下接驳盒控制系统运行主要分为三种状态，分别为工作状态、故障状态以及恢复正常状态，该冗余控制系统的工作流程包括以下步骤：

步骤201：在系统正常工作状态下，第一控制器和第二控制器同时接收输入数据。

步骤202：第一控制器执行控制逻辑。

第一控制器执行控制逻辑对输入数据进行逻辑运算。

步骤203：第一控制器将数据传递给第二控制器。

第一控制器将全部逻辑运算数据和时钟同步数据传输到第二控制器。在第一控制器作为主控制器第二控制器作为从控制器工作期间，判断第一主控制器是否发生故障，具体判断方式如步骤204中所示。

步骤204：判断第二控制器是否接收到数据；若是，执行步骤205，若否，执行步骤207。

当第二控制器预设时间内未接收到第一控制器发送的逻辑运算数据时，确定第一控制器出现故障。

步骤205：第二控制器暂存数据。

第二控制器禁止执行控制逻辑，第二控制器接收并存储第一控制器发送的逻辑运算数据和时钟同步数据，即第二控制器暂存数据。

步骤206：第一控制器执行输出。

第一控制器进行数据输出，第二控制器禁止进行数据输出。

步骤201至步骤206为正常工作状态下，第一控制器作为主控制器、第二控制器作为从控制器对输入数据进行处理的具体流程。更换故障控制器时系统的数据传输方式如图4所示。从控制器即第一控制器向主控制器即第二控制器发送更换脉冲信号，主控制器将逻辑运算数据和时钟同步数据发送至从控制器，从控制器接收响应主控制器发送的数据，主控制器执行数据输出，从控制器执行数据暂存。

步骤207：在第二控制器未接收到数据时，第二控制器接收输入数据。

当检测到第一控制器出现故障时，第二控制器转换为主控制器。

步骤208：第二控制器执行控制逻辑。

第二控制器转换为主控制器后，第二控制器接收输入数据，执行控制逻辑对输入数据进行逻辑运算。

在第二控制器作为主控制器工作的过程中，判断第一控制器故障是否消除，当技术人员发现第一控制器故障对其进行维修或更换后第一控制器故障即可消除，此时第一控制器发送更换脉冲信号至第二控制器，第二控制器接收到更换脉冲信号后，确定第一控制器故障已消除。

步骤209：判断第二控制器是否接收到更换脉冲信号；若否执行步骤210，若是执行步骤211。

步骤210：第二控制器执行输出。

若第二控制器未接收到第一控制器发送的更换脉冲信号，则说明第一控制器故障未消除，依然由第二控制器作为主控制器，第一控制器不参与运行。第二控制器接收输入数据，执行控制逻辑对输入数据进行逻辑运算。

若第二控制器接收到更换脉冲信号，则确定第一控制器故障已消除，此时第二控制器作为主控制器第一控制器作为从控制器，对输入数据进行处理，具体处理流程如步骤211至步骤213中所述。第一控制器工作状态下，系统的数据传输方式如图3所示。主控制器即第一控制器将逻辑运算数据发送至从控制器即第二控制器，从控制器接收响应主控制器发送的数据，主控制器执行数据输出，从控制器执行数据暂存。

步骤211：第二控制器将数据传递给第一控制器。

第二控制器与第一控制器同时接收输入数据；第二控制器执行控制逻辑对输入数据进行逻辑运算，第二控制器将全部逻辑运算数据和时钟同步数据传输到第一控制器。

其中，步骤211中的数据即第二控制器将全部逻辑运算数据和时钟同步数据。

步骤212：第一控制器暂存数据。

该种状态下第一控制器禁止执行控制逻辑，第一控制器接收并存储第二控制器发送的逻辑运算数据和时钟同步数据，即暂存数据。

步骤213：第二控制器执行输出。

第二控制器进行数据输出，第一控制器禁止进行数据输出。

本实用新型实施例提供的水下接驳盒冗余控制系统，由于系统结构简单，两个控制器采用结构完全相同的设计，均可作为主/从控制器，因此在运行过程中方便于进行主从控制器切换。此外，控制系统作为水下接驳盒的核心，应用本系统可在及时发现故障，并可在故障发生的第一时间切换主控制器，避免水下接驳盒因单个控制器故障而无法正常工作，能够高效的提高整个水下接驳盒的可靠性。

实施例三

参照图5，示出了本实用新型实施例提供的水下接驳盒控制系统的结构框图。水下接驳盒控制系统能实现前述实施例中的水下接驳盒冗余控制系统的细节，并达到相同的效果。

本实用新型实施例的水下接驳盒控制系统包括：结构相同的第一控制器501和第二控制器502；

在所述系统正常工作状态下，所述第一控制器501作为主控制器，所述第二控制器502作为从控制器对输入数据进行处理；

当检测到所述第一控制器501出现故障时，所述第二控制器502被转换为主控制器对输入数据进行处理；

当所述第一控制器501故障消除时，所述第一控制器501发送更换脉冲信号至所述第二控制器502，所述第二控制器502接收所述更换脉冲信号，所述第二控制器502作为主控制器所述第一控制器501作为从控制器，对输入数据进行处理。

可选地，所述第一控制器501包括：数据输入模块、逻辑运算模块、数据暂存模块、数据传输模块以及数据输出模块。

可选地，所述第二控制器502包括：数据输入模块、逻辑运算模块、数据暂存模块、数据传输模块以及数据输出模块。

可选地，所述数据输入模块，用于接收输入数据；所述逻辑运算模块，用于执行控制逻辑运算，对所述输入数据进行逻辑运算；所述数据暂存模块，用于暂存逻辑运算数据；所述数据传输模块，用于将本机逻辑运算数据传输至另一个控制器，或响应接收所述另一个控制器发送的逻辑运算数据；所述数据输出模块，用于输出本机逻辑运算数据。

本实用新型实施例提供的水下接驳盒冗余控制系统能够实现图1至图2的实施例中所述控制流程中的各个步骤，为避免重复，这里不再赘述。

本实用新型实施例提供的水下接驳盒控制系统结构简单，两个控制器采用结构完全相同的设计，均可作为主/从控制器，因此在运行过程中方便于进行主从控制器切换。此外，控制系统作为水下接驳盒的核心，应用本系统可在及时发现故障，并可在故障发生的第一时间切换主控制器，避免水下接驳盒因单个控制器故障而无法正常工作，能够高效的提高整个水下接驳盒的可靠性。

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、方法、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、方法、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、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本实用新型的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本实用新型各个实施例所述的方法。

本实用新型说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (5)

1.一种水下接驳盒冗余控制系统，其特征在于：包括结构相同的第一控制器与第二控制器，第一控制器和第二控制器之间采用更换脉冲信号进行通信；在正常工作状态下，所述第一控制器作为主控制器，所述第二控制器作为从控制器对输入数据进行处理；当所述第一控制器出现故障时，第一控制器发送更换脉冲信号至所述第二控制器，所述第二控制器接收所述更换脉冲信号，所述第二控制器作为主控制器，所述第一控制器作为从控制器对输入数据进行处理。

2.根据权利要求1所述的一种水下接驳盒冗余控制系统，其特征在于：在所述正常工作状态下，所述第一控制器和所述第二控制器同时接收输入数据；所述第一控制器执行控制逻辑对所述输入数据进行逻辑运算，所述第一控制器将全部逻辑运算数据传输到所述第二控制器；所述第二控制器禁止执行控制逻辑，所述第二控制器接收并存储所述第一控制器发送的逻辑运算数据；所述第一控制器进行数据输出，所述第二控制器禁止进行数据输出。

3.根据权利要求1或2所述的一种水下接驳盒冗余控制系统，其特征在于：当所述第一控制器出现故障时，所述第二控制器与所述第一控制器同时接收输入数据；所述第二控制器执行控制逻辑对所述输入数据进行逻辑运算，所述第二控制器将全部逻辑运算数据传输到所述第一控制器；所述第一控制器禁止执行控制逻辑，所述第一控制器接收并存储所述第二控制器发送的逻辑运算数据；所述第二控制器进行数据输出，所述第一控制器禁止进行数据输出。

4.根据权利要求3所述的一种水下接驳盒冗余控制系统，其特征在于：所述第一控制器与所述第二控制器均包括信号连接的数据输入模块、逻辑运算模块、数据暂存模块、数据传输模块以及数据输出模块。

5.根据权利要求4所述的一种水下接驳盒冗余控制系统，其特征在于：用于接收输入数据的数据输入模块的输出端与用于执行控制逻辑运算的逻辑运算模块的输入端连接；用于暂存逻辑运算数据的数据暂存模块与逻辑运算模块的输出端连接；用于逻辑运算数据传输的数据传输模块同时与逻辑运算模块的输出端以及数据输出模块的输入端连接，数据输出模块的输出端对外输出逻辑运算数据。