CN215813774U - 一种冗余控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种冗余控制系统，包括一个或多个通过第一通讯模块与主控制模块双向通讯进行数据交互和接收控制指令的从控制模块，所述从控制模块内置可替代所述主控制模块发出控制指令的独立控制模块，所述控制系统至少还包括所述第一通讯模块出现通讯故障时为所述主控制模块与所述从控制模块之间提供双向通讯的第二通讯模块，常态下，所述第二通讯模块和独立控制模块关闭，所述第二通讯模块导通后，所述独立控制模块导通。本实用新型提供的一种冗余控制系统，在主从控制模块之间增加第二通讯模块，当常规通讯模块出现通讯故障时，启用第二通讯模块，确保各模块的正常工作。

Description

一种冗余控制系统

技术领域

本实用新型涉及控制系统技术领域，尤其是涉及一种冗余控制系统。

背景技术

现有的电子产品中，通常通过控制系统实现电子产品中众多电子元器件的分别控制，对于部分电子产品来说，各电子元器件按功能不同，可进行模块化划分，控制系统由此可分为多级控制，由主控制系统针对各模块的功能发送不同的控制指令，各模块的分级(从)控制系统定向接收本模块的控制指令，并根据指令内容控制本模块内的各电子元器件的工作状态和工作模式。主控制系统和从控制系统间通常采用RS485协议进行通讯，双向传输数据以及实现主控制系统控制指令的传输，各模块能否准确按控制指令完成工作很大程度上要依赖RS485通讯总线的工作状态，尤其是一些主、从控制系统间隔较远的情况下，从控制系统能否准确接收控制指令从而控制本模块内各电子元器件的工作状态和工作模式，RS485通讯总线的稳定就显得尤为重要，在一些电磁兼容性极差的环境下，RS485总线控制会被干扰，导致主、从控制系统间的通讯信息丢失，造成从控制系统无法正常工作或者接收到错误指令，从而影响对应模块的工作状态，带来一定的经济损失。

因此，如何针对现有的上述不足和缺陷进行改进，以便更加适应使用需要，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型主要目的在于解决上述问题和不足，提供一种冗余控制系统，在主从控制模块之间增加第二通讯模块，当常规通讯模块出现通讯故障时，启用第二通讯模块，确保各模块的正常工作。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种冗余控制系统，其技术方案是：

一种冗余控制系统，包括一个或多个通过第一通讯模块与主控制模块双向通讯进行数据交互和接收控制指令的从控制模块，所述从控制模块内置可替代所述主控制模块发出控制指令的独立控制模块，所述控制系统至少还包括所述第一通讯模块出现通讯故障时为所述主控制模块与所述从控制模块之间提供双向通讯的第二通讯模块，常态下，所述第二通讯模块和独立控制模块关闭，所述第二通讯模块导通后，所述独立控制模块导通。

进一步的，所述第二通讯模块为硬线通讯模块。

进一步的，所述第一通讯模块出现故障后，所述主控制模块通过所述第二通讯模块向所述从控制模块发送高电平，所述从控制模块接收到所述主控制模块发送的高电平后，反向发出高电平应答信号，并导通独立控制模块。

进一步的，所述第二通讯模块包括所述主控制模块向所述从控制模块发送高电平的发信电路及所述从控制模块向主控制模块发送高电平应答信号的应答电路。

进一步的，所述发信电路和应答电路均包括串联的驱动模块、继电器及信号硬线传输的光耦，所述发信电路中，所述驱动模块的输入端与所述主控制模块的输出端连接，所述光耦的输出端与所述从控制模块的输入端连接，所述应答电路中，所述驱动模块的输入端与所述从控制模块的输出端连接，所述光耦的输出端与所述主控制模块的输入端连接。

进一步的，所述第二通讯模块导通时，所述驱动模块增加驱动功率，所述继电器线圈吸合，所述继电器的开关由常开变常闭，并发送驱动电源给所述光耦，所述光耦发送硬线信号至所述从控制模块或主控制模块。

进一步的，所述光耦包括相互耦合的二极管和三极管，所述二极管的输入端与所述驱动电源连接，所述三极管的输出端与所述从控制模块或主控制模块的输入端连接。

进一步的，所述第二通讯模块导通时，所述主控制模块发送高电平信号，所述二极管导通点亮，所述三极管导通，所述从控制模块收到高电平信号，从控制模块收到高电平信号后，反向发送高电平应答信号。

进一步的，所述从控制模块和主控制模块均包括检测所述第二通讯模块高电平信号的单片机。

综上所述，本实用新型提供的一种冗余控制系统，与现有技术相比，具有如下技术优势：

1.通过电路实现硬线信号传输，信号传输稳定性高、准确性高；

2.电路连接简单方便，可靠性高；

3.通过设置硬线信号传输的第二通讯模块，有效确保整个装置的正常运行；

4.主控制模块和从控制模块之间通过光耦传输硬线指令，使得信号接收不受外界干扰，尤其是有效避免了电磁干扰，保证了在第一通讯模块故障的情况下硬线指令传输的稳定性和准确性。

附图说明：

图1：本实用新型的一种冗余控制系统组成示意图；

图2：本实用新型的一种冗余控制系统的电气原理图；

其中，主控制模块1，从控制模块2，第一通讯模块3，第二通讯模块4，独立控制模块5，发信电路6，应答电路7，驱动模块8，继电器9，二极管10，三极管 11，单片机12。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步的详细描述。

本实用新型提供了一种冗余控制系统，包括一个或多个通过第一通讯模块3与主控制模块1双向通讯进行数据交互和接收控制指令的从控制模块2，从控制模块2 内置可替代主控制模块1发出控制指令的独立控制模块5，控制系统至少还包括第一通讯模块3出现通讯故障时为主控制模块1与从控制模块2之间提供双向通讯的第二通讯模块4，常态下，第二通讯模块4和独立控制模块5关闭，第二通讯模块4导通后，独立控制模块5导通。

本实施例提供的一种冗余控制系统，如图1所示，包括主控制模块1和一个或多个从控制模块，包括通过第一通讯模块3双向连接的主控制模块1和从控制模块2，当具有多个从控制模块时，每个从控制模块2可定向接收本模块控制范围内所有元器件的各控制指令，并按内置的预设程序及接收的控制指令，控制本模块控制范围内各电子元器件的工作状态和工作模式。常态下，主控制模块1优先采用第一通讯模块3向从控制模块2发送控制信息以及其他相关信息，并接收从控制模块2反馈的数据及信息。在本实施例中，第一通讯模块3可采用通讯总线，按照现有的通讯协议实现两控制器之间的双向通讯，如常见的RS485通讯总线，第一通讯模块3也采用其他任意现有或将来可能出现的通讯方式进行数据、信息及控制指令的双向传输。为避免第一通讯模块3出现故障，导致从控制模块2无法准确接收控制信息，电子元器件不能正常工作，在本实施例中，当从控制模块2连续N次未能从主控制模块1接收到包括控制指令在内的信息或未能正确接收相关信息，N＞1，或在预定时间内未能从主控制模块1接收到信息或未能正确接收到信息，或主控制模块1在预定时间或连续N次未能接收或正确接收从控制模块2反馈的信息后，视为第一通讯模块3出现通讯故障，弃用第一通讯模块3，启动第二通讯模块4，使第二通讯模块4导通，由第二通讯模块进行两控制器之间的信号传输。

各从控制模块2包括独立控制模块5，独立控制模块5可替代主控制模块，按内置程序，独立控制本模块控制范围内各电子元器件的工作状态和工作模式。常态下，第二通讯模块4和独立控制模块5处于关闭状态，由第一通讯模块3传输控制指令，并由从控制模块2根据控制指令控制各电子元器件。当第一通讯模块3出现故障时，启动第二通讯模块4。在本实施例中，第二通讯模块4采用硬线通讯的方式传输控制信号，当从控制模块2接收到主控制模块1经第二通讯模块4传输的硬线控制信号后，从控制模块2的独立控制模块5导通，从控制模块2切换为独立控制模式，由独立控制模块5按预设模式，独立控制本模块控制范围内的各电子元器件的工作状态和工作模式。同时，从控制模块2经第二通讯模块反向传输信号给主控制模块1，提示从控制模块2已开始独立控制模式。

第二通讯模块4采用硬线通讯模式进行控制信号及反馈信号的双向传输，包括发信电路6和应答电路7，如图2所示，发信电路6和应答电路7器件组成相同，连接方向相反，电流流动方向相反，以发信电路6为例，发信电路6包括串联的驱动模块8、继电器9和光耦，主控制模块1的输出端与驱动模块8的输入端连接，继电器9的输入端与驱动模块8的输出端连接，输出端与光耦的输入端连接，从控制模块2的输入端与光耦的输出端连接，形成完整的硬线信号传输电路。当第一通讯模块3出现故障后，导通启用第二通信模块4，主控制模块1经发信电路6向从控制模块2发送高电平，主控制模块1控制驱动模块8增加驱动功率，驱动继电器9开关由常开状态切换为常闭状态并输出直流驱动电压，直流驱动电压产生的电流通过电阻后到达光耦的输入端，从而使光耦输入端的发光二极管9导通发光，三极管10导通，即主控制模块1驱动光耦的输出端集电极和发射极导通，从控制模块2接收到主控制模块1发射的高电平信号，从控制模块2确定此时第一通讯模块3出现故障，无法接收或无法正确接收主控制模块1发出的运行控制信号及其他信息，独立控制模块5导通，按预定程序运行，控制本模块范围内的各电子元器件工作，即当第一通讯模块3出现故障时，从控制模块2接收到高电平信号后，独立控制本模块控制范围内的电子元器件运行。

应答电路7用于当从控制模块2进入独立控制模式后向主控制模块1发送应答信号，确认从控制模块2已进入独立控制模式。应答电路7中，驱动模块8的输入端与从控制模块2的输出端连接，光耦的输出端与主控制模块1的输入端连接，传输硬线应答信号。第二通讯模块4启用导通且从控制模块2进入独立控制模式后，从控制模块2发送高电平信号，控制驱动模块8增加驱动功率，驱动继电器9开关由常开状态切换为常闭状态并输出直流驱动电压给光耦，使光耦输入端的发光二极管导通发光，三极管导通，即光耦的输出端集电极和发射极导通，光耦将从控制模块2的应答高电平信号硬线传输给主控制模块，即主控制模块1接收到高电平信号。从控制模块2切换为独立控制模式，根据预设程序控制本模块控范围内的各电子元器件的的正常运转。根据模块性质及各电子元器件的功能，独立控制模块5可包括多种控制模式，以确保在独立控制模式下，各电子元器件的正常运转。在本实施例中，主控制模块1和从控制模块2通过光耦传输硬线指令，使得主控制模块1和从控制模块2接收信号不受外界干扰，保证了在第一通讯模块3故障的情况下硬线指令传输的稳定性和准确性。

为确保主控制模块1和从控制模块2之间硬线指令传输的稳定性和准确性，在本实施例中，主控制模块1和从控制模块2均通过单片机检测接收到的电平信号的高低，以确认第二通讯模块4的导通及信号传输。当单片机检测到高电平信号后，对应的从控制模块2启动独立控制模式并发送应答信号，主控制模块1确认从控制模块2已准确接收高电平信号并进入独立控制模式。

在本实施例中，第一通讯模块3的两端分别与两控制模块直接连接，在实际应用中，第一通讯模块3可与两控制模块的相应通信模块连接，不做要求和限制。

进一步的，主控制模块1和从控制模块2连接的第一通讯模块3具有自复位功能，当第一通讯模块3故障且从控制模块切换为独立控制模式后，第一通讯模块3 自复位功能启动，自动修复通讯功能，当主控制模块1在预设时间T2内或者在预设时间T3内准确接收到来自从控制模块2的反馈信息，表示第一通讯模块3修复成功，可进行有效通讯，主控制模块1通过驱动模块8控制继电器9开关由常闭状态切换为常开状态，光耦信号截止，从控制模块2收到低电平信号，独立控制模块5关闭，恢复从动控制模式，按从第一通讯模块3接收的控制指令控制本模块控制范围内的各电子元器件，并且，从控制模块2通过驱动模块8控制继电器9开关由常闭状态切换为常开状态，光耦信号截止，主控制模块1收到低电平信号，确定从控制模块2 解除独立控制模式，从控制模块2根据第一通讯模块3传输的主控制模块1的控制指令控制本模块控制范围内的各电子元器件的工作状态和工作模式。即从控制模块2 根据最新一次接收到的来自主控制模块1的控制信息及其他相关信息控制本模块控制范围内的各电子元器件运行，保证正常工作状态下主控制模块1和从控制模块2 进行数据交互。

进一步的，第二通讯模式不仅可连接主控制模块1和从控制模块2，也可用于连接从控制模块2与独立控制模块5，或在特定情况下，主控制模块1与从控制模块2 之间设置第二通讯模块4，同时，独立控制模块5与主控制模块1之间同样可如前文所述再设置第二通讯模块4，此时，从控制模块2接收高电平信号，确信第一通讯模块3已故障，不能接收控制指令，也无需上传本模块的工作数据，并发送应答高电平信号；而独立控制模块5接收高电平信号，按预定程序控制本模块控制范围内的各电子元器件的工作状态和工作模式，并发送应答高电平信号。

综上所述，本实用新型提供的一种冗余控制系统，与现有技术相比，具有如下技术优势：

1.通过电路实现硬线信号传输，信号传输稳定性高、准确性高；

2.电路连接简单方便，可靠性高；

3.通过设置硬线信号传输的第二通讯模块，有效确保整个装置的正常运行；

4.主控制模块和从控制模块之间通过光耦传输硬线指令，使得信号接收不受外界干扰，尤其是有效避免了电磁干扰，保证了在第一通讯模块故障的情况下硬线指令传输的稳定性和准确性。

如上所述，结合所给出的方案内容，可以衍生出类似的技术方案。但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种冗余控制系统，其特征在于：包括一个或多个通过第一通讯模块与主控制模块双向通讯进行数据交互和接收控制指令的从控制模块，所述从控制模块内置可替代所述主控制模块发出控制指令的独立控制模块，所述控制系统至少还包括所述第一通讯模块出现通讯故障时为所述主控制模块与所述从控制模块之间提供双向通讯的第二通讯模块，常态下，所述第二通讯模块和独立控制模块关闭，所述第二通讯模块导通后，所述独立控制模块导通。

2.如权利要求1所述的一种冗余控制系统，其特征在于：所述第二通讯模块为硬线通讯模块。

3.如权利要求1所述的一种冗余控制系统，其特征在于：所述第一通讯模块出现故障后，所述主控制模块通过所述第二通讯模块向所述从控制模块发送高电平，所述从控制模块接收到所述主控制模块发送的高电平后，反向发出高电平应答信号，并导通独立控制模块。

4.如权利要求1至3任一项所述的一种冗余控制系统，其特征在于：所述第二通讯模块包括所述主控制模块向所述从控制模块发送高电平的发信电路及所述从控制模块向主控制模块发送高电平应答信号的应答电路。

5.如权利要求4所述的一种冗余控制系统，其特征在于：所述发信电路和应答电路均包括串联的驱动模块、继电器及信号硬线传输的光耦，所述发信电路中，所述驱动模块的输入端与所述主控制模块的输出端连接，所述光耦的输出端与所述从控制模块的输入端连接，所述应答电路中，所述驱动模块的输入端与所述从控制模块的输出端连接，所述光耦的输出端与所述主控制模块的输入端连接。

6.如权利要求5所述的一种冗余控制系统，其特征在于：所述第二通讯模块导通时，所述驱动模块增加驱动功率，所述继电器线圈吸合，所述继电器的开关由常开变常闭，并发送驱动电源给所述光耦，所述光耦发送硬线信号至所述从控制模块或主控制模块。

7.如权利要求6所述的一种冗余控制系统，其特征在于：所述光耦包括相互耦合的二极管和三极管，所述二极管的输入端与所述驱动电源连接，所述三极管的输出端与所述从控制模块或主控制模块的输入端连接。

8.如权利要求7所述的一种冗余控制系统，其特征在于：所述第二通讯模块导通时，所述主控制模块发送高电平信号，所述二极管导通点亮，所述三极管导通，所述从控制模块收到高电平信号，从控制模块收到高电平信号后，反向发送高电平应答信号。

9.如权利要求4所述的一种冗余控制系统，其特征在于：所述从控制模块和主控制模块均包括检测所述第二通讯模块高电平信号的单片机。

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