CN210244139U - 冗余设备及拓扑系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种冗余设备及拓扑系统，所述冗余设备包括：第一冗余模块；第二冗余模块，作为备用的从冗余模块，用于在第一冗余模块作为主冗余模块工作出现故障时，替换所述第一冗余模块；所述第一冗余模块与所述第二冗余模块都设置有主通讯口和从通讯口。所述拓扑系统包括：控制器；第一冗余模块，与控制器通过所述第一冗余模块的主通讯口或第一冗余模块的从通讯口通信连接；第二冗余模块，与所述控制器通过所述第二冗余模块的主通讯口或第二冗余模块的从通讯口通信连接。本实用新型的冗余设备及拓扑系统通过简化电路降低成本，同时降低了编程难度，提高了CPU的效率和系统可靠性。

Description

冗余设备及拓扑系统

技术领域

本实用新型属于系统冗余技术领域，涉及一种冗余模块和方法，特别是涉及一种冗余设备及拓扑系统。

背景技术

分布式系统中常会涉及到冗余模块的设计，现有方案的模块冗余通常是向对方发送不间断脉冲的形式来表明自己的存在，主从模块的确认一般是通过抢占的方式。现有技术采用器件较多，比较复杂，故障后维修需要多种仪器，很不方便；同时软件编程也比较复杂，占用 CPU资源较多。

因此，如何提供一种冗余设备及拓扑系统，以解决现有技术冗余模块系统结构和软件编程复杂、故障后维修难度较大且CPU资源占用很多等缺陷，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种冗余设备及拓扑系统，用于解决现有技术冗余模块系统结构和软件编程复杂、故障后维修难度较大且CPU资源占用很多的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型一方面提供一种冗余设备，所述冗余设备包括：第一冗余模块；第二冗余模块，作为备用的从冗余模块，用于在所述第一冗余模块作为主冗余模块工作出现故障时，替换所述第一冗余模块；所述第一冗余模块与所述第二冗余模块都设置有主通讯口和从通讯口。

于本实用新型的一实施例中，所述冗余设备为输入冗余设备，所述输入冗余设备包括输入第一冗余模块和输入第二冗余模块；所述输入第一冗余模块和输入第二冗余模块连接同一信号输入电路；所述信号输入电路包括第一输入端、第二输入端、一保险丝、第一电感、一电容、第一电阻和第一二极管；其中，所述第一输入端连接所述保险丝的一端，所述保险丝的另一端连接第一电感的一端，所述第一电感的另一端、所述电容的一端与所述第一电阻的一端连接，该连接处为所述输入第一冗余模块、输入第二冗余模块与信号输入电路的连接端，所述第二输入端连接所述第一二极管的阴极，所述第一二极管的阳极、所述电容的另一端和所述第一电阻的另一端均与地电源连接。

于本实用新型的一实施例中，所述输入第一冗余模块和输入第二冗余模块通过所述信号输入电路接收相同的信号输入值，用于在所述输入第一冗余模块作为主输入冗余模块工作出现故障时，输入第二冗余模块替换输入第一冗余模块将该信号输入值上传到外部的控制器。

于本实用新型的一实施例中，所述冗余设备为输出冗余设备，所述输出冗余设备包括输出第一冗余模块和输出第二冗余模块；所述输出第一冗余模块和输出第二冗余模块连接同一外部接收电路；所述输出冗余设备包括一数模信号输入端、一关断信号输入端、一电流输出电路、一三极管、一MOS管、第二电阻、第二二极管、第二电感、一双向二极管、第一输出端和第二输出端；其中，所述电流输出电路的第一输出端与所述三极管的发射极、第二电阻的一端连接，所述三极管的基极与所述第二电阻另一端、MOS管的源极连接，所述电流输出电路的第二输出端与所述三极管的集电极、MOS管的栅极连接，所述MOS管的漏极与第二二极管的阳极连接，所述第二二极管的阴极与双向二极管的一端连接，所述第二电感的一端与地电源连接，另一端与双向二极管的另一端连接，所述第一输出端和第二输出端为输出第一冗余模块、输出第二冗余模块与外部接收电路的连接端。

于本实用新型的一实施例中，当所述输出第一冗余模块作为主输出冗余模块正常工作并向所述外部接收电路输出信号时，所述输出第二冗余模块通过一关断信号控制所述MOS管的栅极实现输出第二冗余模块的关断，用于同一时间只有一个输出冗余模块对外输出信号；所述输出第一冗余模块和输出第二冗余模块均设置过流保护电路，用于在二者出现过流故障时进行输出的关断控制；当所述输出第一冗余模块作为主输出冗余模块工作出现故障时，所述输出第二冗余模块替换输出第一冗余模块向所述外部接收电路输出信号。

本实用新型最后一方面提供一种拓扑系统，所述拓扑系统包括：控制器；及至少一冗余设备，与所述控制器连接；其中，所述冗余设备包括：第一冗余模块，与所述控制器通过所述第一冗余模块的主通讯口或第一冗余模块的从通讯口通信连接；第二冗余模块，与所述控制器通过所述第二冗余模块的主通讯口或第二冗余模块的从通讯口通信连接。

如上所述，本实用新型所述的冗余设备及拓扑系统，具有以下有益效果：

通过多方式冗余简化系统的电路，从而降低成本，且提高了系统的可靠性，通过特有的冗余机制和冗余架构降低软件编程难度，同时提高了CPU的效率。冗余方式体现在两个方面，一个是对上(对控制器)的通讯至少是两路，一主一从，当主故障时从继续通讯，保证模块正常工作。另为整个模块的工作也是冗余的，即一个模块正常工作时另一相同地址的模块作为其备份模块，同步运行；当正常工作模块故障时，立即把备份模块切入工作系统。

附图说明

图1显示为本实用新型的输入冗余设备电路图。

图2显示为本实用新型的输出冗余设备电路图。

图3显示为本实用新型的冗余拓扑系统于一实施例中的结构原理图。

元件标号说明

11 输入主冗余模块

12 输入从冗余模块

13 输出主冗余模块

14 输出从冗余模块

2 拓扑系统

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅附图。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，遂图式中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

本实用新型提供一种冗余设备及拓扑系统，用于解决现有技术中冗余模块系统结构和软件编程复杂、故障后维修难度较大且CPU资源占用很多的问题。以下将详细阐述本实用新型的冗余设备及拓扑系统的原理及实施方式，使本领域技术人员不需要创造性劳动即可理解本实用新型的冗余设备及拓扑系统。

下面结合实施例和附图对本实用新型进行详细说明。

实施例一

本实施例提供一种冗余设备，请参阅图1和图2，分别显示为本实用新型的输入冗余设备电路图和本实用新型的输出冗余设备电路图。所述冗余设备包括：

第一冗余模块；

第二冗余模块，作为备用的从冗余模块，用于在所述第一冗余模块作为主冗余模块工作出现故障时，替换所述第一冗余模块；

所述第一冗余模块与所述第二冗余模块都设置有主通讯口和从通讯口。

请参阅图1，所述冗余设备为输入冗余设备，所述输入冗余设备包括输入第一冗余模块和输入第二冗余模块，图1中具体表示为输入主冗余模块11和输入从冗余模块12，二者具有相同地址；所述输入第一冗余模块和输入第二冗余模块连接同一信号输入电路。所述信号输入电路包括第一输入端、第二输入端、一保险丝FU1、第一电感L1、一电容C0、第一电阻R1和第一二极管D1；其中，所述第一输入端IN1连接所述保险丝FU1的一端，所述保险丝FU1的另一端连接第一电感L1的一端，所述第一电感L1的另一端、所述电容C0的一端与所述第一电阻R1的一端连接，该连接处为输入主冗余模块11、输入从冗余模块12与信号输入电路的连接端，所述第二输入端IN2连接所述第一二极管D1的阴极，所述第一二极管 D1的阳极、所述电容C0的另一端和所述第一电阻R1的另一端均与地电源GND连接。图1 中信号经过保险FU1和L1、C0滤波电路后在采样电阻R1上转换成电压信号分别送入输入主冗余模块11和输入从冗余模块12的采集电路。D1是二极管防止现场电源或电平信号错接后在这里进入GND，虚线框部分设置于底座上。

在本实施例中，所述输入主冗余模块11和输入从冗余模块12通过所述信号输入电路接收相同的信号输入值，用于在所述输入主冗余模块11工作出现故障时，输入从冗余模块12 替换输入主冗余模块11将该信号输入值上传到外部的控制器。这样同一个信号就进入两个模块，两个模块采到同样的值，经相互之间的信息同步，输入冗余设备的优点一是输入信号能同时进入两个模块分别采集到，并不能互相影响，输出信号不会互相影响，并保证精度。二是两个模块之间信息的同步，在主模块故障时能无扰切换，输入输出信号平稳。

具体地，图2中所述冗余设备为输出冗余设备，所述输出冗余设备包括输出第一冗余模块和输出第二冗余模块；图2中具体表示为输出主冗余模块13和输出从冗余模块14，且二者具有相同地址，所述输出第一冗余模块和输出第二冗余模块连接同一外部接收电路。

于实际应用中，所述输出冗余设备包括一D/A数模信号输入端、一关断信号OC输入端、一电流输出电路IC、一三极管Q1、一MOS管Q2、第二电阻R2、第二二极管D2、第二电感L2、一双向二极管TVS1、第一输出端OUT1和第二输出端OUT2；其中，所述电流输出电路IC的第一输出端IS端与所述三极管Q1的发射极、第二电阻R2的一端连接，所述三极管Q1的基极与所述第二电阻R2另一端、MOS管Q2的源极连接，所述电流输出电路IC 的第二输出端VG输出端与所述三极管Q1的集电极、MOS管Q2的栅极连接，所述MOS管Q2的漏极与第二二极管D2的阳极连接，所述第二二极管D2的阴极与双向二极管TVS1的一端连接，所述第二电感L2的一端与地电源AGND连接，另一端与双向二极管TVS1的另一端连接，所述第一输出端OUT1和第二输出端OUT2为输出主冗余模块13和输出从冗余模块14与外部接收电路的连接端。请参阅图2，电流输出电路IC是一个V/I转换电路，接收来自单片机D/A转换器的电压值然后转换成电流从IS端输出。关断信号OC来自微控制器，该信号经过处理后从VG输出，可以关断CMOS管Q2，这样可断开输出冗余设备的信号输出通道。R2,Q1,Q2组成一个过流保护电路，电流变大时R2两端电压变大，大于0.7V时Q1导通，通过Q1后的电平可使Q2关断，断开输出通道。D2是二极管防止现场反向电压输入，TVS1是双向抑制二极管，防止两端电压过大。

在本实施例中，当所述输出主冗余模块13正常工作并向所述外部接收电路输出信号时，所述输出从冗余模块14通过一关断信号控制所述MOS管的栅极实现输出输出从冗余模块14的关断，用于同一时间只有一个输出冗余模块对外输出信号，且设置一过流保护电路，用于在所述输出冗余模块出现过流故障时进行输出的关断控制。

在本实施例中，所述冗余设备中的微控制器与一隔离芯片连接，用于通信信号的电隔离和电平转换输出；所述隔离芯片与一485通信芯片连接，所述485通信芯片提供一通讯口，用于所述冗余设备和外部的控制器的通信。

具体地，由于电磁、高压和浪涌等干扰，需要所述隔离芯片进行信号的电隔离，优选为电容式数字隔离芯片，且在其电源输入端连接一预设容值电容，用于消除通信电路对电源上其他电路的干扰。所述电平转换输出例如将通信驱动的5V电平转换为3.3V后传输于3.3V工作电压的单片机。所述隔离芯片电路中连接一下拉电阻，用于使驱动芯片在无控制时处于接收状态，还连接一上拉电阻用于增强MCU驱动能力。所述485通信芯片总线输出端分别串一个电阻，目的是防止芯片损坏时短路，拉垮总线。

本实施例所述的冗余设备降低了成本，且提高了系统的可靠性，通过特有的冗余机制和冗余架构降低软件编程难度，同时提高了CPU的效率。

实施例二

本实施例提供一种拓扑系统，请参阅图3，显示为本实用新型的冗余拓扑系统于一实施例中的结构原理图，所述拓扑系统2包括：

控制器；及至少一冗余设备，与所述控制器连接；其中，所述冗余设备包括：第一冗余模块，与所述控制器通过所述第一冗余模块的主通讯口或第一冗余模块的从通讯口通信连接；第二冗余模块，与所述控制器通过所述第二冗余模块的主通讯口或第二冗余模块的从通讯口通信连接。

请参阅图3，每个冗余模块都有至少两组通讯口的通信总线与上级的控制器进行通信以保证模块的通讯可靠性。如冗余模块1A既通过A总线的通讯口1与控制器A通信，又通过 B总线的通讯口2与控制器A通信，连接冗余模块1A的通讯口1作为冗余模块1A的主通讯口，通讯口2作为冗余模块1A的从通讯口；冗余模块1B作为冗余模块1A的从模块，冗余模块1B既通过A总线的通讯口1与控制器A通信，又通过B总线的通讯口2与控制器A通信，连接冗余模块1B的通讯口1作为冗余模块1B的主通讯口，通讯口2作为冗余模块1B 的从通讯口，冗余模块NA与冗余模块NB同理。

于实际应用中，所述A总线为每个冗余模块的主通讯口与控制器通过RS485进行通讯的通讯线路，所述B总线为每个冗余模块的从通讯口与控制器通过RS485进行通讯的通讯线路。

本实用新型所述的冗余设备及拓扑系统简化了系统的电路，降低了成本，且提高了系统的可靠性，通过特有的冗余机制和冗余架构降低软件编程难度，同时提高了CPU的效率。

综上所述，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (6)

1.一种冗余设备，其特征在于，所述冗余设备包括：

第一冗余模块；

第二冗余模块，作为备用的从冗余模块，用于在所述第一冗余模块作为主冗余模块工作出现故障时，替换所述第一冗余模块；

所述第一冗余模块与所述第二冗余模块都设置有主通讯口和从通讯口；

所述冗余设备为输入冗余设备，所述输入冗余设备包括输入第一冗余模块和输入第二冗余模块；所述输入第一冗余模块和输入第二冗余模块连接同一信号输入电路，所述信号输入电路的信号经过LC滤波电路后在采样电阻上转换成电压信号分别送入所述输入第一冗余模块和所述输入第二冗余模块；或

所述冗余设备为输出冗余设备，所述输出冗余设备包括输出第一冗余模块和输出第二冗余模块；所述输出第一冗余模块和输出第二冗余模块连接同一外部接收电路，所述输出第一冗余模块和输出第二冗余模块为V/I转换电路，接收来自单片机D/A转换器的电压值然后转换成电流输出。

2.根据权利要求1所述的冗余设备，其特征在于，

所述信号输入电路包括第一输入端、第二输入端、一保险丝、第一电感、一电容、第一电阻和第一二极管；其中，所述第一输入端连接所述保险丝的一端，所述保险丝的另一端连接第一电感的一端，所述第一电感的另一端、所述电容的一端与所述第一电阻的一端连接，该连接处为所述输入第一冗余模块、输入第二冗余模块与信号输入电路的连接端，所述第二输入端连接所述第一二极管的阴极，所述第一二极管的阳极、所述电容的另一端和所述第一电阻的另一端均与地电源连接。

3.根据权利要求2所述的冗余设备，其特征在于，

所述输入第一冗余模块和输入第二冗余模块通过所述信号输入电路接收相同的信号输入值，用于在所述输入第一冗余模块作为主输入冗余模块工作出现故障时，输入第二冗余模块替换输入第一冗余模块将该信号输入值上传到外部的控制器。

4.根据权利要求1所述的冗余设备，其特征在于，

所述输出冗余设备包括一数模信号输入端、一关断信号输入端、一电流输出电路、一三极管、一MOS管、第二电阻、第二二极管、第二电感、一双向二极管、第一输出端和第二输出端；其中，所述电流输出电路的第一输出端与所述三极管的发射极、第二电阻的一端连接，所述三极管的基极与所述第二电阻另一端、MOS管的源极连接，所述电流输出电路的第二输出端与所述三极管的集电极、MOS管的栅极连接，所述MOS管的漏极与第二二极管的阳极连接，所述第二二极管的阴极与双向二极管的一端连接，所述第二电感的一端与地电源连接，另一端与双向二极管的另一端连接。

5.根据权利要求4所述的冗余设备，其特征在于，

当所述输出第一冗余模块作为主输出冗余模块正常工作并向所述外部接收电路输出信号时，所述输出第二冗余模块通过一关断信号控制所述MOS管的栅极实现输出第二冗余模块的关断，用于同一时间只有一个输出冗余模块对外输出信号；

所述输出第一冗余模块和输出第二冗余模块均设置过流保护电路，用于在二者出现过流故障时进行输出的关断控制；

当所述输出第一冗余模块作为主输出冗余模块工作出现故障时，所述输出第二冗余模块替换输出第一冗余模块向所述外部接收电路输出信号。

6.一种拓扑系统，其特征在于，所述拓扑系统包括：

控制器；及

至少一冗余设备，与所述控制器连接；其中，所述冗余设备包括：

第一冗余模块，与所述控制器通过所述第一冗余模块的主通讯口或第一冗余模块的从通讯口通信连接；

第二冗余模块，与所述控制器通过所述第二冗余模块的主通讯口或第二冗余模块的从通讯口通信连接。

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