硬件仲裁混合冗余智能控制器及冗余備份方法
【專利摘要】一種硬件仲裁混合冗余智能控制器及冗余備份方法，涉及冗余控制系統(tǒng)領(lǐng)域，其包括若干工作插件、若干熱備份插件、仲裁切換裝置、系統(tǒng)輸出接口部分、報(bào)警提示人機(jī)部分；所述仲裁切換裝置包括檢測(cè)模塊、切換模塊、表決模塊和報(bào)警提示模塊。由于硬件仲裁混合冗余智能控制器設(shè)有檢測(cè)模塊和切換模塊，利用檢測(cè)模塊檢測(cè)工作插件和熱備份插件的工作狀態(tài)和輸出結(jié)果，利用切換模塊對(duì)工作插件和熱備份插件進(jìn)行快速切換，實(shí)現(xiàn)了檢測(cè)故障和屏蔽故障的功能。
【專利說(shuō)明】硬件仲裁混合冗余智能控制器及冗余備份方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及冗余控制系統(tǒng)領(lǐng)域，具體來(lái)講是一種硬件仲裁混合冗余智能控制器及冗余備份方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在安全可靠性要求較高的工業(yè)控制場(chǎng)合，控制器一般采用硬件冗余備份的方式提高安全可靠性，而常用的冗余方式有靜態(tài)冗余、動(dòng)態(tài)冗余和混合冗余方式。
[0003]靜態(tài)冗余(多模表決冗余)以三模表決冗余為例，要求必須有兩個(gè)及以上控制器插件輸出相同才能產(chǎn)生正確輸出(只能屏蔽一個(gè)故障插件)，并不能對(duì)故障進(jìn)行檢測(cè)。另外，如果兩個(gè)控制器插件同時(shí)出現(xiàn)故障，系統(tǒng)就不能正常工作；如果兩個(gè)故障控制器插件出現(xiàn)的故障相同，系統(tǒng)就認(rèn)為兩個(gè)故障控制器插件處于正常工作狀態(tài)，則會(huì)產(chǎn)生危險(xiǎn)輸出。
[0004]動(dòng)態(tài)冗余以雙模熱備份為例,一個(gè)控制器插件處于工作狀態(tài),另外一個(gè)處于熱備份狀態(tài)，熱備份控制器插件監(jiān)測(cè)工作控制器插件的狀態(tài)，出現(xiàn)故障后及時(shí)切換，如果熱備份控制器插件不能及時(shí)檢測(cè)出工作插件故障或者熱備份插件本身產(chǎn)生故障，都可能產(chǎn)生錯(cuò)誤輸出，安全性完全依賴熱備份控制器插件。
[0005]混合冗余以(3，2)混合冗余系統(tǒng)為例，3個(gè)工作控制器插件和2個(gè)熱備份控制器插件同時(shí)工作，檢測(cè)工作控制器插件輸出，如果輸出不一致則用熱備份控制器插件替換，然后對(duì)三個(gè)工作控制器插件進(jìn)行三模表決輸出，由于不能實(shí)時(shí)檢測(cè)插件的故障，當(dāng)出現(xiàn)3個(gè)或以上插件故障，系統(tǒng)不能正常工作，如果3個(gè)或以上插件的故障相同則會(huì)產(chǎn)生危險(xiǎn)輸出。
[0006]因此，目前的靜態(tài)冗余、動(dòng)態(tài)冗余和混合冗余方法均只有屏蔽故障或檢測(cè)故障單一功能，且當(dāng)屏蔽故障或檢測(cè)故障功能失效時(shí)，系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤甚至危險(xiǎn)輸出，造成嚴(yán)重后果O

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種硬件仲裁混合冗余智能控制器及冗余備份方法。不但具有檢測(cè)故障和屏蔽故障的功能，而且能根據(jù)正常工作插件的數(shù)目進(jìn)行邏輯判斷，并且在邏輯判斷失效時(shí)也能產(chǎn)生平穩(wěn)輸出，確?？刂破髡_輸出，提高系統(tǒng)的安全可靠性。
[0008]為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是:一種硬件仲裁混合冗余智能控制器，包括至少一個(gè)工作插件、至少一個(gè)熱備份插件、仲裁切換裝置、系統(tǒng)輸出接口部分、報(bào)警提示人機(jī)部分；所述仲裁切換裝置包括檢測(cè)模塊、切換模塊、表決模塊和報(bào)警提示模塊；
[0009]工作插件和熱備份插件分別接收現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量信號(hào)，進(jìn)行控制運(yùn)算處理，并分別將輸出信號(hào)發(fā)送至檢測(cè)模塊；所述熱備份插件處于熱備份狀態(tài)；
[0010]檢測(cè)模塊用于確定工作插件和熱備份插件的數(shù)目，判斷每個(gè)工作插件和熱備份插件是否正常，并將結(jié)果發(fā)送至切換模塊和報(bào)警提示模塊；
[0011]切換模塊根據(jù)所述結(jié)果，用正常熱備份插件切換替代非正常工作插件，形成新的正常工作插件，并將所有正常工作插件的輸出信號(hào)發(fā)送至表決模塊；
[0012]表決模塊用于將正常工作插件的數(shù)目與表決預(yù)設(shè)值進(jìn)行邏輯判斷，若數(shù)目大于等于表決預(yù)設(shè)值，則將正常工作插件的輸出信號(hào)作為表決輸出；若數(shù)目小于表決預(yù)設(shè)值，則取上一個(gè)滿足表決邏輯的輸出作為表決輸出，直到正常工作插件的數(shù)目滿足表決邏輯；
[0013]系統(tǒng)輸出接口部分用于接收表決輸出，并將其轉(zhuǎn)換為驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)信號(hào)；
[0014]報(bào)警提示模塊根據(jù)所述結(jié)果進(jìn)行故障報(bào)警，并將報(bào)警提示信號(hào)發(fā)送至報(bào)警提示人機(jī)部分；
[0015]報(bào)警提示人機(jī)部分根據(jù)報(bào)警提示信號(hào)提示用戶，并支持用戶輸入報(bào)警處理信號(hào)對(duì)報(bào)警進(jìn)行處理。
[0016]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，還包括報(bào)警提示接口部分，所述報(bào)警提示模塊將報(bào)警提示信號(hào)發(fā)送至報(bào)警提示接口部分；所述報(bào)警提示接口部分對(duì)報(bào)警提示信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，提供給其他設(shè)備進(jìn)行報(bào)警提示。
[0017]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述切換模塊根據(jù)所述結(jié)果產(chǎn)生切換提示信號(hào)，并將切換提示信號(hào)發(fā)送至報(bào)警提示模塊。
[0018]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述仲裁切換裝置為FPGA。
[0019]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述報(bào)警提示人機(jī)部分包括顯示裝置、報(bào)警裝置和輸入裝置，所述報(bào)警提示人機(jī)部分根據(jù)報(bào)警提示信號(hào)驅(qū)動(dòng)報(bào)警裝置報(bào)警，并通過(guò)顯示裝置顯示；用戶通過(guò)輸入裝置輸入報(bào)警處理信號(hào)對(duì)報(bào)警進(jìn)行處理。
[0020]一種基于所述硬件仲裁混合冗余智能控制器的冗余備份方法，包括以下步驟:
[0021]步驟1:將至少一個(gè)工作插件和至少一個(gè)熱備份插件安裝在仲裁切換裝置相應(yīng)的插槽中；
[0022]步驟2:上電工作后，檢測(cè)模塊檢測(cè)工作插件和熱備份插件的數(shù)目，判斷每個(gè)工作插件和熱備份插件是否正常，并將結(jié)果發(fā)送至切換模塊和報(bào)警提示模塊；
[0023]步驟3:切換模塊根據(jù)所述結(jié)果，用正常熱備份插件切換替代非正常工作插件，形成新的正常工作插件，并將所有正常工作插件的輸出信號(hào)發(fā)送至表決模塊；
[0024]步驟4:表決模塊將正常工作插件的數(shù)目與表決預(yù)設(shè)值進(jìn)行邏輯判斷，若數(shù)目大于等于表決預(yù)設(shè)值，則將正常工作插件的輸出信號(hào)作為表決輸出；若數(shù)目小于表決預(yù)設(shè)值，則取上一個(gè)滿足表決邏輯的輸出作為表決輸出，直到正常工作插件的數(shù)目滿足表決邏輯；
[0025]步驟5:報(bào)警提示人機(jī)部分根據(jù)報(bào)警提示信號(hào)提示用戶，并支持用戶輸入報(bào)警處理信號(hào)對(duì)報(bào)警進(jìn)行處理。
[0026]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述步驟2中，輸出信號(hào)包括工作狀態(tài)信號(hào)和輸出結(jié)果信號(hào)，檢測(cè)模塊根據(jù)工作狀態(tài)信號(hào)檢測(cè)每個(gè)工作插件和熱備份插件是否處于正常工作狀態(tài)；
[0027]如果工作插件或熱備份插件處于非正常工作狀態(tài)，則判斷該插件為非正常工作插件或非正常熱備份插件；
[0028]如果工作狀態(tài)正常，且工作插件或熱備份插件的輸出結(jié)果信號(hào)不一致，則判斷該插件為非正常工作插件或非正常熱備份插件；
[0029]如果工作狀態(tài)正常，且工作插件或熱備份插件的輸出結(jié)果信號(hào)一致，則判斷該插件為正常工作插件或正常熱備份插件。[0030]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述步驟4中，所述表決預(yù)設(shè)值設(shè)為
【權(quán)利要求】
1.一種硬件仲裁混合冗余智能控制器，其特征在于:包括至少一個(gè)工作插件、至少一個(gè)熱備份插件、仲裁切換裝置、系統(tǒng)輸出接口部分、報(bào)警提示人機(jī)部分；所述仲裁切換裝置包括檢測(cè)模塊、切換模塊、表決模塊和報(bào)警提示模塊； 工作插件和熱備份插件分別接收現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量信號(hào)，進(jìn)行控制運(yùn)算處理，并分別將輸出信號(hào)發(fā)送至檢測(cè)模塊；所述熱備份插件處于熱備份狀態(tài)； 檢測(cè)模塊用于確定工作插件和熱備份插件的數(shù)目，判斷每個(gè)工作插件和熱備份插件是否正常，并將結(jié)果發(fā)送至切換模塊和報(bào)警提示模塊； 切換模塊根據(jù)所述結(jié)果，用正常熱備份插件切換替代非正常工作插件，形成新的正常工作插件，并將所有正常工作插件的輸出信號(hào)發(fā)送至表決模塊； 表決模塊用于將正常工作插件的數(shù)目與表決預(yù)設(shè)值進(jìn)行邏輯判斷，若數(shù)目大于等于表決預(yù)設(shè)值，則將正常工作插件的輸出信號(hào)作為表決輸出；若數(shù)目小于表決預(yù)設(shè)值，則取上一個(gè)滿足表決邏輯的輸出作為表決輸出，直到正常工作插件的數(shù)目滿足表決邏輯； 系統(tǒng)輸出接口部分用于接收表決輸出，并將其轉(zhuǎn)換為驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)信號(hào)； 報(bào)警提示模塊根據(jù)所述結(jié)果進(jìn)行故障報(bào)警，并將報(bào)警提示信號(hào)發(fā)送至報(bào)警提示人機(jī)部分； 報(bào)警提示 人機(jī)部分根據(jù)報(bào)警提示信號(hào)提示用戶，并支持用戶輸入報(bào)警處理信號(hào)對(duì)報(bào)警進(jìn)行處理。
2.如權(quán)利要求1所述的硬件仲裁混合冗余智能控制器，其特征在于:還包括報(bào)警提示接口部分，所述報(bào)警提示模塊將報(bào)警提示信號(hào)發(fā)送至報(bào)警提示接口部分；所述報(bào)警提示接口部分對(duì)報(bào)警提示信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，提供給其他設(shè)備進(jìn)行報(bào)警提示。
3.如權(quán)利要求1所述的硬件仲裁混合冗余智能控制器，其特征在于:所述切換模塊根據(jù)所述結(jié)果產(chǎn)生切換提示信號(hào)，并將切換提示信號(hào)發(fā)送至報(bào)警提示模塊。
4.如權(quán)利要求1所述的硬件仲裁混合冗余智能控制器，其特征在于:所述仲裁切換裝置為FPGA。
5.如權(quán)利要求1所述的硬件仲裁混合冗余智能控制器，其特征在于:所述報(bào)警提示人機(jī)部分包括顯示裝置、報(bào)警裝置和輸入裝置，所述報(bào)警提示人機(jī)部分根據(jù)報(bào)警提示信號(hào)驅(qū)動(dòng)報(bào)警裝置報(bào)警，并通過(guò)顯示裝置顯示；用戶通過(guò)輸入裝置輸入報(bào)警處理信號(hào)對(duì)報(bào)警進(jìn)行處理。
6.一種基于權(quán)利要求1所述的硬件仲裁混合冗余智能控制器的冗余備份方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1:將至少一個(gè)工作插件和至少一個(gè)熱備份插件安裝在仲裁切換裝置相應(yīng)的插槽中； 步驟2:上電工作后，檢測(cè)模塊檢測(cè)工作插件和熱備份插件的數(shù)目，判斷每個(gè)工作插件和熱備份插件是否正常，并將結(jié)果發(fā)送至切換模塊和報(bào)警提示模塊； 步驟3:切換模塊根據(jù)所述結(jié)果，用正常熱備份插件切換替代非正常工作插件，形成新的正常工作插件，并將所有正常工作插件的輸出信號(hào)發(fā)送至表決模塊； 步驟4:表決模塊將正常工作插件的數(shù)目與表決預(yù)設(shè)值進(jìn)行邏輯判斷，若數(shù)目大于等于表決預(yù)設(shè)值，則將正常工作插件的輸出信號(hào)作為表決輸出；若數(shù)目小于表決預(yù)設(shè)值，則取上一個(gè)滿足表決邏輯的輸出作為表決輸出，直到正常工作插件的數(shù)目滿足表決邏輯；步驟5:報(bào)警提示人機(jī)部分根據(jù)報(bào)警提示信號(hào)提示用戶，并支持用戶輸入報(bào)警處理信號(hào)對(duì)報(bào)警進(jìn)行處理。
7.如權(quán)利要求6所述的冗余備份方法，其特征在于:所述步驟2中，輸出信號(hào)包括工作狀態(tài)信號(hào)和輸出結(jié)果信號(hào)，檢測(cè)模塊根據(jù)工作狀態(tài)信號(hào)檢測(cè)每個(gè)工作插件和熱備份插件是否處于正常工作狀態(tài)； 如果工作插件或熱備份插件處于非正常工作狀態(tài)，則判斷該插件為非正常工作插件或非正常熱備份插件； 如果工作狀態(tài)正常，且工作插件或熱備份插件的輸出結(jié)果信號(hào)不一致，則判斷該插件為非正常工作插件或非正常熱備份插件； 如果工作狀態(tài)正常，且工作插件或熱備份插件的輸出結(jié)果信號(hào)一致，則判斷該插件為正常工作插件或正常熱備份插件。
8.如權(quán)利要求6所述的冗余備份方法，其特征在于:所述步驟4中，所述表決預(yù)設(shè)值設(shè)為N/2+1至N中的任意整數(shù)，其中N表示原工作插件的數(shù)目。
9.如權(quán)利要求6所述的冗余備份方法，其特征在于:所述步驟3中，所述切換模塊根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，用正常熱備份插件切換替代非正常工作插件形成新的正常工作插件的過(guò)程中，產(chǎn)生切換提示信號(hào)，并將切換提示信號(hào)發(fā)送至報(bào)警提示模塊。
【文檔編號(hào)】G05B9/03GK103809429SQ201410037593
【公開(kāi)日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2014年1月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月26日
【發(fā)明者】柯志武, 林原勝, 楊永強(qiáng), 向瑞, 萬(wàn)華慶, 李獻(xiàn)領(lǐng), 張昊 申請(qǐng)人:武漢第二船舶設(shè)計(jì)研究所