輸入輸出模塊冗余切換方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及通信領(lǐng)域，尤其涉及一種冗余切換電路的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]分散控制系統(tǒng)(Distributed Control System,簡(jiǎn)稱(chēng)DCS)是以微處理器為基礎(chǔ)，采用控制功能分散、顯示操作集中、兼顧分而自治和綜合協(xié)調(diào)的設(shè)計(jì)原則的新一代儀表控制系統(tǒng)，其中，可靠性是DCS系統(tǒng)的關(guān)鍵指標(biāo)，而冗余技術(shù)是系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)中常用的一種技術(shù)，可以有效地提高系統(tǒng)的可靠性。系統(tǒng)的冗余設(shè)計(jì)雖然可以極大地提高系統(tǒng)的可靠性，但是也會(huì)增加了系統(tǒng)的復(fù)雜度、設(shè)計(jì)的難度和系統(tǒng)成本。因此，如何合理并有效地實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)，是DCS系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。
[0003]DCS系統(tǒng)的冗余技術(shù)通過(guò)增加多余的設(shè)備，保證系統(tǒng)更加可靠、安全地工作。DCS系統(tǒng)的冗余，按照在系統(tǒng)中所處的位置可分為元件級(jí)、部件級(jí)和系統(tǒng)級(jí)；按照冗余的程度可分為1:1冗余、I: 2冗余、1:η冗余等多種。在當(dāng)前元器件可靠性不斷提高的情況下，1:1的部件級(jí)熱冗余是一種有效而又相對(duì)簡(jiǎn)單、配置靈活的冗余技術(shù)實(shí)現(xiàn)方式。
[0004]輸入輸出模塊是系統(tǒng)輸入輸出層的核心部件，輸入輸出模塊冗余技術(shù)是提高系統(tǒng)可靠性和穩(wěn)定型的有效手段之一。引入輸入輸出模冗余技術(shù)后，當(dāng)某一模塊發(fā)生故障，不會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)，而且故障維護(hù)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)沒(méi)有影響，可以實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)維護(hù)，使故障模塊得到及時(shí)的修復(fù)。輸入輸出模塊采用1:1冗余方式，即為運(yùn)行的輸入輸出模塊配置I臺(tái)相同的備用模塊。其中，處于運(yùn)行狀態(tài)的模塊稱(chēng)之為主，處于備用狀態(tài)的模塊稱(chēng)之為從。模塊的冗余切換即當(dāng)主模塊發(fā)生故障或失效時(shí)，備用模塊接管主模塊工作且原主模塊進(jìn)入備用狀態(tài)的過(guò)程。冗余控制器主從狀態(tài)的確定即基于特定控制器的硬件平臺(tái)通過(guò)一定的判定機(jī)制確定冗余控制器的主運(yùn)行或備用狀態(tài)，是控制器冗余的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。冗余控制器需要準(zhǔn)確、及時(shí)地確定主從狀態(tài)，以確?？刂乒δ艿恼_、順暢的實(shí)現(xiàn)，既要避免無(wú)主狀態(tài)，又要避免多主狀態(tài)；既要保證出現(xiàn)故障時(shí)能快速切換，又不能因誤動(dòng)作而頻繁切換。
[0005]不同的模塊冗余的實(shí)現(xiàn)的級(jí)別不同，方法也不一樣，使用的技術(shù)也有所不同。有的模塊冗余采用器件冗余，有的采用通道冗余，但基于DCS系統(tǒng)特點(diǎn)，元器件冗余和通道冗余不光設(shè)計(jì)和應(yīng)用難度大，并且難以實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)維護(hù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]有鑒于此，本發(fā)明提供的一種輸入輸出模塊冗余切換方法，輸入輸出模塊包括處于正常工作狀態(tài)的主模塊和處于非工作狀態(tài)并與主模塊互為冗余的備用模塊，互為冗余的兩個(gè)模塊間通過(guò)心跳信號(hào)進(jìn)行通信，當(dāng)主模塊工作異常時(shí)，將備用模塊切換為工作狀態(tài)；
[0007]所述心跳信號(hào)經(jīng)過(guò)輸出端口電路將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為電平信號(hào)發(fā)送給備用模塊。
[0008]進(jìn)一步，所述主模塊與備用模塊之間連接有心跳線(xiàn)，主模塊通過(guò)所述心跳線(xiàn)向備用模塊發(fā)送心跳信號(hào)，當(dāng)備用模塊在預(yù)設(shè)的時(shí)間閾值內(nèi)沒(méi)有收到主模塊發(fā)送的心跳信號(hào)，則觸發(fā)冗余切換。
[0009]進(jìn)一步，所述主模塊和備用模塊上分別設(shè)有輸入端和輸出端，所述主模塊的輸入端通過(guò)心跳線(xiàn)與備用模塊的輸出端連接，所述備用模塊的輸入端通過(guò)心跳線(xiàn)與主模塊的輸出端連接，所述輸入端信號(hào)觸發(fā)主模塊輸出端輸出信號(hào)的總時(shí)間滿(mǎn)足下式:
[0010]T = Tff+TPLH
[0011]其中，！?是脈沖信號(hào)的高電平保持時(shí)間；TPU^經(jīng)過(guò)圖2所示電路，將脈沖信號(hào)高電平狀態(tài)延遲的時(shí)間。
[0012]進(jìn)一步，所述輸入端信號(hào)脈沖信號(hào)周期不大于Tw。
[0013]進(jìn)一步，實(shí)時(shí)監(jiān)控備用模塊的輸入端的電平信號(hào)，若主模塊正常工作，則所述輸入端一直保持高電平狀態(tài)，若主模塊故障，則所述輸入端變?yōu)榈碗娖綘顟B(tài)。
[0014]進(jìn)一步，若備用模塊的輸入端低電平狀態(tài)持續(xù)時(shí)間超過(guò)設(shè)定的閾值，則進(jìn)行冗余切換，將備用模塊切換為工作狀態(tài)，接替主模塊進(jìn)行工作。
[0015]進(jìn)一步，當(dāng)主模塊和備用模塊同時(shí)處于工作狀態(tài)時(shí)，
[0016]對(duì)于輸入模塊，控制器報(bào)警并選用低地址模塊的數(shù)據(jù)；
[0017]對(duì)于輸出模塊，控制器報(bào)警并關(guān)斷高地址模塊的輸出。
[0018]本發(fā)明的有益效果:
[0019]本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了冗余模塊的狀態(tài)快速、準(zhǔn)確和有效的判定；傳輸電路更為可靠和穩(wěn)定的；可設(shè)定的切換時(shí)間，提高了模塊冗余的適用性和靈活性；結(jié)合控制器進(jìn)一步提高了模塊冗余切換的準(zhǔn)確性和有效性。滿(mǎn)足了系統(tǒng)冗余應(yīng)用需求，具使用方便、可靠性好、通用性尚等優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0020]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述:
[0021]圖1是本發(fā)明的原理示意圖。
[0022]圖2是本發(fā)明的心跳信號(hào)輸出端口電路圖。
[0023]圖3是本發(fā)明的輸入端和輸出端對(duì)應(yīng)關(guān)系圖。
[0024]圖4是本發(fā)明的心跳信號(hào)輸入端口電路圖。
[0025]圖5是本發(fā)明的冗余切換判斷邏輯圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述:圖1是本發(fā)明的原理示意圖，圖2是本發(fā)明的心跳信號(hào)輸出端口電路圖，圖3是本發(fā)明的輸入端和輸出端對(duì)應(yīng)關(guān)系圖，圖4是本發(fā)明的心跳信號(hào)輸入端口電路圖，圖5是本發(fā)明的冗余切換判斷邏輯圖。
[0027]在本實(shí)施例中的輸入輸出模塊冗余切換方法，其中輸入輸出模塊包括處于正常工作狀態(tài)的主模塊和處于非工作狀態(tài)并與主模塊互為冗余的備用模塊，互為冗余的兩個(gè)模塊間通過(guò)心跳信號(hào)進(jìn)行通信，當(dāng)主模塊工作異常時(shí)，將備用模塊切換為工作狀態(tài)；所述心跳信號(hào)經(jīng)過(guò)輸出端口電路將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為電平信號(hào)發(fā)送給備用模塊。
[0028]如圖1所示，輸入輸出模塊冗余主從切換的基本原則是只有備用模塊檢測(cè)到主模塊發(fā)生故障，備用模塊切換為主運(yùn)行狀態(tài)。在實(shí)施例中，互為冗余的兩個(gè)模塊插在底部連有心跳信號(hào)線(xiàn)的底座上。
[0029]在本實(shí)施例中，主模塊運(yùn)行時(shí)，通過(guò)本端O端口發(fā)送心跳信號(hào)給備用模塊，以表征自己當(dāng)前的主運(yùn)行狀態(tài)。備用模塊若檢測(cè)到主模塊的心跳信號(hào)，則認(rèn)為主運(yùn)行正常；若超過(guò)設(shè)定時(shí)間Tmax未檢測(cè)到主模塊的心跳信號(hào)，則認(rèn)為主模塊死機(jī)。
[0030]如圖1所示，主模塊和備用模塊都有一個(gè)用于心跳信號(hào)輸出的O端口和用于心跳信號(hào)輸入的I端口，底板上的連線(xiàn)將模塊I的O端口連接到模塊2的I端口，模