本發(fā)明涉及自動控制技術領域，尤其涉及一種同步冗余的順序控制裝置及方法。

背景技術：

順序控制技術是自動控制技術的一個重要分支，是與反饋控制技術相媲美的極其重要的控制技術。順序控制是指設備工作過程中按照邏輯、順序、定時或計數(shù)等規(guī)則，在輸入命令的作用下，按預先設定的順序或按一定邏輯設定的順序控制執(zhí)行機構動作的自動控制。隨著電子技術日新月異的發(fā)展，大規(guī)模集成電路在順序控制領域得到廣泛的應用，順序控制的邏輯和時序依賴于軟件實現(xiàn)。對于一些關鍵控制過程的順序控制過程，一旦軟件崩潰或出現(xiàn)運行異常的情況，對整個控制過程可能造成災難性后果。常規(guī)的解決方法是雙機或多機熱備份，主要缺點是硬件成本高和軟件實現(xiàn)復雜。

技術實現(xiàn)要素：

鑒于上述的分析，本發(fā)明旨在提供一種同步冗余的順序控制裝置及方法，用于實現(xiàn)關鍵控制過程的順序控制過程中軟件崩潰或軟件運行異常時的接續(xù)控制，解決常規(guī)的雙機或多機熱備份的硬件成本高和軟件實現(xiàn)復雜問題。本發(fā)明的目的主要是通過以下技術方案實現(xiàn)的：

一種同步冗余的順序控制裝置，包括：主控制器1、存儲器2、時鐘電路3、協(xié)控制器4、驅(qū)動器件5和隔離器件6；所述主控制器1與所述驅(qū)動器件5相連接，輸出順序控制信息控制被控對象7；所述主控器1與所述隔離器件6相連接，接收被控對象7的反饋開關量信號；所述主控器1與所述存儲器2相連接，將關鍵控制過程的控制信息存儲至所述存儲器2；所述主控器1輸出心跳信號heartbeat到所述協(xié)控制器4，控制所述協(xié)控制器4從所述存儲器2讀取關鍵控制過程的控制信息；當主控制器1執(zhí)行到關鍵控制過程時，所述主控制器1輸出啟動信號start到所述時鐘電路3和所述協(xié)控制器4，啟動時鐘電路3和啟動所述協(xié)控制器4開始準備接續(xù)控制；所述協(xié)控制器4與所述驅(qū)動器件5和所述隔離器件6相連接，當所述主控制器1在關鍵控制過程中出現(xiàn)崩潰或軟件運行異常時，所述協(xié)控制器4接替所述主控制器1實施接續(xù)控制。

進一步地，所述心跳信號heartbeat是周期性的連續(xù)脈沖信號，當所述主控制器1出現(xiàn)崩潰或軟件運行異常，所述主控制器1停止輸出心跳信號heartbeat；所述啟動信號start是一個觸發(fā)脈沖信號，所述時鐘電路3在所述啟動信號start作用下，輸出與所述主控制器1的控制動作時刻相匹配的時鐘信號到所述協(xié)控制器4，為所述協(xié)控制器4的周期工作提供驅(qū)動信號。

進一步地，所述主控制器1在執(zhí)行關鍵控制過程中，如果所述協(xié)控制器4接收到的心跳信號heartbeat有效，所述協(xié)控制器4不輸出控制動作；如果所述協(xié)控制器4接收到心跳信號heartbeat無效，此時，所述協(xié)控制器4根據(jù)從所述存儲器2中讀出的控制信息，接替所述主控制器通過驅(qū)動器件5和隔離器件6對所述被控對象7實施接續(xù)控制。

進一步地，所述關鍵控制過程的控制信息包括動作時刻、控制通道以及動作內(nèi)容。

一種采用權利要求1至4的順序控制裝置進行的同步冗余順序控制方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟s1、裝置上電后進行初始準備；

步驟s2、所述協(xié)控制器4讀取關鍵控制信息；

步驟s3、所述主控制器1進行順序控制；

步驟s4、所述主控制器1執(zhí)行到關鍵控制過程，所述協(xié)控制器4準備進行接續(xù)控制；

步驟s5、在所述主控制器1在關鍵控制過程中出現(xiàn)崩潰或軟件運行異常時，所述協(xié)控制器4進行接續(xù)控制。

進一步地，所述步驟s1包括以下子步驟：

s101、所述主控制器1加電，生成控制過程的控制信息；

s102、所述存儲器2加電，在進入關鍵控制過程前的順序控制過程中，所述主控制器1將預制的關鍵控制過程的控制信息存儲至所述存儲器2；

s103、所述協(xié)控制器4加電，準備從所述存儲器2中讀取關鍵控制過程的控制信息。

進一步地，所述步驟s2包括以下子步驟：

s201、所述主控制器1向所述協(xié)控制器4發(fā)出心跳信號heartbeat；

s202、所述協(xié)控制器4從所述存儲器2中讀取關鍵控制過程的控制信息。

進一步地，所述主控制器1按照順序控制的時序?qū)⑸傻目刂菩畔?，通過所述驅(qū)動器件5對所述被控對象7實施順序控制，所述被控對象7通過所述隔離器件6反饋的開關量信號到所述主控制器1。

進一步地，當所述主控制器1執(zhí)行到關鍵控制過程，送出啟動信號start到所述時鐘電路3和所述協(xié)控制器4；所述時鐘電路3接收到啟動信號start后開始輸出時鐘信號；所述協(xié)控制器4接收到所述啟動信號start后，當判斷心跳信號heartbeat有效時，所述協(xié)控制器4繼續(xù)從所述存儲器2內(nèi)讀取控制信息，而不輸出控制信息。

進一步地，在所述主控制器1在關鍵控制過程中出現(xiàn)崩潰或軟件運行異常時，所述主控制器1停止發(fā)送心跳信號heartbeat，此時所述協(xié)控制器4不能接收到有效的心跳信號heartbeat，即刻以所述心跳信號heartbeat消失的時刻為零點，所述協(xié)控制器4按照已從所述存儲器2中讀取的控制信息，在所述時鐘信號的驅(qū)動下，通過所述驅(qū)動器件5對所述被控對象7實施接續(xù)控制，所述被控對象7通過所述隔離器件6反饋的開關量信號到所述協(xié)控制器4。

本發(fā)明有益效果如下：

本發(fā)明在主控制器的基礎上，增加了協(xié)控制器、存儲器和時鐘電路，從而實現(xiàn)了關鍵控制過程中主控制器軟件崩潰或軟件運行異常時協(xié)控制器的接續(xù)控制，相對常規(guī)的雙機或多機熱備份，硬件成本顯著降低；并且在進入關鍵控制過程前，主控制器軟件僅需將控制時序信息存儲至存儲器，然后通過硬件信號通知時鐘和協(xié)控制器開始工作，相對于雙機或多機熱備份復雜的數(shù)據(jù)同步過程，控制軟件復雜度顯著降低。

附圖說明

附圖僅用于示出具體實施例的目的，而并不認為是對本發(fā)明的限制，在整個附圖中，相同的參考符號表示相同的部件。

圖1為同步冗余控制裝置原理框圖

具體實施方式

下面結合附圖來具體描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例，其中，附圖構成本申請一部分，并與本發(fā)明的實施例一起用于闡釋本發(fā)明的原理。

如圖1所示，同步冗余控制裝置包括主控制器1、存儲器2、時鐘電路3、協(xié)控制器4、驅(qū)動器件5和隔離器件6；

所述主控制器1，生成順序控制過程的控制信息，包括：動作時刻、控制通道以及動作內(nèi)容，通過所述驅(qū)動器件5和隔離器件6分別完成對被控對象7的開關量讀入和開關量輸出；

所述主控制器1與所述存儲器2連接，在進入關鍵控制過程前的順序控制過程中，將所述主控制器1執(zhí)行的需要所述協(xié)控制器4接續(xù)控制的控制信息，即關鍵控制過程的控制信息，存儲至所述存儲器2；所述關鍵控制過程是指由一系列關鍵控制過程任務串聯(lián)組成的控制過程，所述關鍵控制過程任務是指要求在規(guī)定的時間內(nèi)完成處理的任務，否則會給系統(tǒng)帶來不可接受的破壞或者致命錯誤。

所述主控制器1工作正常時，輸出心跳信號heartbeat到所述協(xié)控制器4，所述協(xié)控制器4自動從所述存儲器2讀取接續(xù)控制的控制信息，所述主控制器1工作不正常時，停止輸出心跳信號heartbeat；

所述心跳信號heartbeat是由所述主控制器1周期給出的連續(xù)脈沖信號，其脈沖頻率與時鐘的頻率一致；

在進入關鍵控制過程前，所述主控制器1輸出啟動信號start到所述時鐘電路3和所述協(xié)控制器4，啟動時鐘電路3和啟動所述協(xié)控制器4開始準備接續(xù)控制；

所述啟動信號start為一個觸發(fā)脈沖信號，由主控制器1在進入關鍵時間的控制過程前給出，用于通知時鐘電路3和協(xié)控制器4開始工作；

所述心跳信號heartbeat與所述啟動信號start的作用關系如下：

●所述啟動信號start無效、所述心跳信號heartbeat有效，所述協(xié)控制器4從所述存儲器2中讀取控制信息；

●所述啟動信號start無效、所述心跳信號heartbeat無效，所述協(xié)控制器4清除已讀取的控制信息；

●所述啟動信號start有效、所述心跳信號heartbeat有效，所述協(xié)控制器4從所述存儲器2中讀取控制信息，不采取任何控制措施；

●所述啟動信號start有效、所述心跳信號heartbeat無效，所述協(xié)控制器4以啟動信號start有效的時刻為零點，按照已讀取的控制信息，對所述被控對象7的實時動作內(nèi)容進行接續(xù)動作控制。

所述存儲器2，用于存儲所述主控制器1發(fā)送的所述接續(xù)控制的控制信息；并與所述協(xié)控制器4相連，輸出所述控制信息。

所述時鐘電路3，用于在所述主控制器1輸出的啟動信號start作用下，輸出時鐘信號為所述協(xié)控制器4的周期工作提供驅(qū)動信號，所述時鐘信號與驅(qū)動動作時刻相匹配。

所述協(xié)控制器4，可在關鍵的控制過程中，當所述主控制器1軟件進出現(xiàn)崩潰或軟件運行異常時，對被控對象7實施接續(xù)控制；

在所述主控制器1輸出的心跳信號heartbeat的控制下，所述協(xié)控制器4從所述存儲器2讀取關鍵控制過程的控制信息；

當軟件執(zhí)行到關鍵控制過程，所述協(xié)控制器4接收到所述主控制器1發(fā)出的啟動信號start和時鐘電路3輸出的時鐘信號；如果所述主控制器1軟件工作正常，所述協(xié)控制器4不輸出控制動作，如果所述主控制器1軟件出現(xiàn)崩潰或軟件運行異常，所述協(xié)控制器4不能接收到心跳信號，此時根據(jù)從存儲器中讀出的控制信息對所述被控對象7實施接續(xù)控制。

所述驅(qū)動器件5的輸入端與所述主控制器1和所述協(xié)控制器4相連接，接收控制開關量信號，輸出端與被控對象7相連，驅(qū)動被控對象7。

所述隔離器件6的輸入端與所述被控對象7相連接，輸出端與所述主控制器1和所述協(xié)控制器4相連接，將所述被控對象7反饋的開關量信號傳遞到所述主控制器1或所述協(xié)控制器4中，并且在所述主控制器1和所述協(xié)控制器4與所述被控對象7之間形成電路隔離。

所述被控對象7為所述控制程序的執(zhí)行部件。

一種同步冗余的順序控制方法的具體實現(xiàn)步驟如下：

步驟s1、系統(tǒng)上電后進行初始準備

所述步驟s1包括以下子步驟：

s101、所述主控制器1加電，生成控制過程的控制信息，包括：動作時刻、控制通道以及動作內(nèi)容；

s102、所述存儲器2加電，在進入關鍵控制過程前的順序控制過程中，所述主控制器1將預制的關鍵控制過程的控制信息存儲至所述存儲器2；

s103、所述協(xié)控制器4加電，準備從所述存儲器2中讀取關鍵控制過程的控制信息。

步驟s2、所述協(xié)控制器4讀取關鍵控制信息

所述步驟s2包括以下子步驟：

s201、所述主控制器1向所述協(xié)控制器4發(fā)出心跳信號heartbeat；

s202、所述協(xié)控制器4從所述存儲器2中讀取關鍵控制過程的控制信息。

步驟s3、所述主控制器1進行順序控制

所述主控制器1按照順序控制的時序?qū)⑸傻目刂菩畔?，通過所述驅(qū)動器件5對所述被控對象7實施順序控制，所述被控對象7通過所述隔離器件6反饋的開關量信號到所述主控制器1；

步驟s4、所述協(xié)控制器4準備進行接續(xù)控制

所述主控制器1在進入關鍵控制過程前，送出啟動信號start到所述時鐘電路3和所述協(xié)控制器4；

所述啟動信號start為一觸發(fā)脈沖信號，時鐘電路3接收到啟動信號start后開始輸出時鐘信號，所述時鐘信號與所述主控制器1的控制動作時刻相匹配；所述協(xié)控制器4接收到所述啟動信號start后，當判斷心跳信號heartbeat有效時，所述協(xié)控制器4繼續(xù)從所述存儲器2內(nèi)讀取控制信息，而不輸出控制信息。

步驟s5、所述協(xié)控制器4進行接續(xù)控制。

在所述主控制器1軟件在關鍵控制過程中出現(xiàn)崩潰或軟件運行異常時，所述主控制器1停止送出所述心跳信號heartbeat，所述協(xié)控制器4不能接收到有效的心跳信號heartbeat，即刻以所述心跳信號heartbeat消失的時刻為零點，所述協(xié)控制器4按照已從所述存儲器2中讀取的控制信息，在所述時鐘信號的驅(qū)動下，通過所述驅(qū)動器件5對所述被控對象7實施接續(xù)控制，所述被控對象7通過所述隔離器件6反饋的開關量信號到所述協(xié)控制器4。

綜上所述，本發(fā)明實施例提供了一種同步冗余的順序控制裝置，本方案在主控制器的基礎上，增加了協(xié)控制器、存儲器和時鐘電路，從而實現(xiàn)了關鍵控制過程中主控制器軟件崩潰或軟件運行異常時協(xié)控制器的接續(xù)控制，相對常規(guī)的雙機或多機熱備份，硬件成本顯著降低；并且在進入關鍵控制過程前，主控制器軟件僅需將控制時序信息存儲至存儲器，然后通過硬件信號通知時鐘和協(xié)控制器開始工作，相對于雙機或多機熱備份復雜的數(shù)據(jù)同步過程，控制軟件復雜度顯著降低。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。