本發(fā)明涉及自動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)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(shù)：

順序控制技術(shù)是自動(dòng)控制技術(shù)的一個(gè)重要分支，是與反饋控制技術(shù)相媲美的極其重要的控制技術(shù)。順序控制是指設(shè)備工作過(guò)程中按照邏輯、順序、定時(shí)或計(jì)數(shù)等規(guī)則，在輸入命令的作用下，按預(yù)先設(shè)定的順序或按一定邏輯設(shè)定的順序控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作的自動(dòng)控制。隨著電子技術(shù)日新月異的發(fā)展，大規(guī)模集成電路在順序控制領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，順序控制的邏輯和時(shí)序依賴于軟件實(shí)現(xiàn)。對(duì)于一些關(guān)鍵控制過(guò)程的順序控制過(guò)程，一旦軟件崩潰或出現(xiàn)運(yùn)行異常的情況，對(duì)整個(gè)控制過(guò)程可能造成災(zāi)難性后果。常規(guī)的解決方法是雙機(jī)或多機(jī)熱備份，主要缺點(diǎn)是硬件成本高和軟件實(shí)現(xiàn)復(fù)雜。

技術(shù)實(shí)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(shí)現(xiàn)關(guān)鍵控制過(guò)程的順序控制過(guò)程中軟件崩潰或軟件運(yùn)行異常時(shí)的接續(xù)控制，解決常規(guī)的雙機(jī)或多機(jī)熱備份的硬件成本高和軟件實(shí)現(xiàn)復(fù)雜問(wèn)題。本發(fā)明的目的主要是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)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(chǔ)器2、時(shí)鐘電路3、協(xié)控制器4、驅(qū)動(dòng)器件5和隔離器件6；所述主控制器1與所述驅(qū)動(dòng)器件5相連接，輸出順序控制信息控制被控對(duì)象7；所述主控器1與所述隔離器件6相連接，接收被控對(duì)象7的反饋開(kāi)關(guān)量信號(hào)；所述主控器1與所述存儲(chǔ)器2相連接，將關(guān)鍵控制過(guò)程的控制信息存儲(chǔ)至所述存儲(chǔ)器2；所述主控器1輸出心跳信號(hào)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(chǔ)器2讀取關(guān)鍵控制過(guò)程的控制信息；當(dāng)主控制器1執(zhí)行到關(guān)鍵控制過(guò)程時(shí)，所述主控制器1輸出啟動(dòng)信號(hào)start到所述時(shí)鐘電路3和所述協(xié)控制器4，啟動(dòng)時(shí)鐘電路3和啟動(dòng)所述協(xié)控制器4開(kāi)始準(zhǔn)備接續(xù)控制；所述協(xié)控制器4與所述驅(qū)動(dòng)器件5和所述隔離器件6相連接，當(dāng)所述主控制器1在關(guān)鍵控制過(guò)程中出現(xiàn)崩潰或軟件運(yùn)行異常時(shí)，所述協(xié)控制器4接替所述主控制器1實(shí)施接續(xù)控制。

進(jìn)一步地，所述心跳信號(hào)heartbeat是周期性的連續(xù)脈沖信號(hào)，當(dāng)所述主控制器1出現(xiàn)崩潰或軟件運(yùn)行異常，所述主控制器1停止輸出心跳信號(hào)heartbeat；所述啟動(dòng)信號(hào)start是一個(gè)觸發(fā)脈沖信號(hào)，所述時(shí)鐘電路3在所述啟動(dòng)信號(hào)start作用下，輸出與所述主控制器1的控制動(dòng)作時(shí)刻相匹配的時(shí)鐘信號(hào)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(dòng)信號(hào)。

進(jìn)一步地，所述主控制器1在執(zhí)行關(guān)鍵控制過(guò)程中，如果所述協(xié)控制器4接收到的心跳信號(hào)heartbeat有效，所述協(xié)控制器4不輸出控制動(dòng)作；如果所述協(xié)控制器4接收到心跳信號(hào)heartbeat無(wú)效，此時(shí)，所述協(xié)控制器4根據(jù)從所述存儲(chǔ)器2中讀出的控制信息，接替所述主控制器通過(guò)驅(qū)動(dòng)器件5和隔離器件6對(duì)所述被控對(duì)象7實(shí)施接續(xù)控制。

進(jìn)一步地，所述關(guān)鍵控制過(guò)程的控制信息包括動(dòng)作時(shí)刻、控制通道以及動(dòng)作內(nèi)容。

一種采用權(quán)利要求1至4的順序控制裝置進(jìn)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(jìn)行初始準(zhǔn)備；

步驟s2、所述協(xié)控制器4讀取關(guān)鍵控制信息；

步驟s3、所述主控制器1進(jìn)行順序控制；

步驟s4、所述主控制器1執(zhí)行到關(guān)鍵控制過(guò)程，所述協(xié)控制器4準(zhǔn)備進(jìn)行接續(xù)控制；

步驟s5、在所述主控制器1在關(guān)鍵控制過(guò)程中出現(xiàn)崩潰或軟件運(yùn)行異常時(shí)，所述協(xié)控制器4進(jìn)行接續(xù)控制。

進(jìn)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(guò)程的控制信息；

s102、所述存儲(chǔ)器2加電，在進(jìn)入關(guān)鍵控制過(guò)程前的順序控制過(guò)程中，所述主控制器1將預(yù)制的關(guān)鍵控制過(guò)程的控制信息存儲(chǔ)至所述存儲(chǔ)器2；

s103、所述協(xié)控制器4加電，準(zhǔn)備從所述存儲(chǔ)器2中讀取關(guān)鍵控制過(guò)程的控制信息。

進(jìn)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(hào)heartbeat；

s202、所述協(xié)控制器4從所述存儲(chǔ)器2中讀取關(guān)鍵控制過(guò)程的控制信息。

進(jìn)一步地，所述主控制器1按照順序控制的時(shí)序?qū)⑸傻目刂菩畔ⅲㄟ^(guò)所述驅(qū)動(dòng)器件5對(duì)所述被控對(duì)象7實(shí)施順序控制，所述被控對(duì)象7通過(guò)所述隔離器件6反饋的開(kāi)關(guān)量信號(hào)到所述主控制器1。

進(jìn)一步地，當(dāng)所述主控制器1執(zhí)行到關(guān)鍵控制過(guò)程，送出啟動(dòng)信號(hào)start到所述時(shí)鐘電路3和所述協(xié)控制器4；所述時(shí)鐘電路3接收到啟動(dòng)信號(hào)start后開(kāi)始輸出時(shí)鐘信號(hào)；所述協(xié)控制器4接收到所述啟動(dòng)信號(hào)start后，當(dāng)判斷心跳信號(hào)heartbeat有效時(shí)，所述協(xié)控制器4繼續(xù)從所述存儲(chǔ)器2內(nèi)讀取控制信息，而不輸出控制信息。

進(jìn)一步地，在所述主控制器1在關(guān)鍵控制過(guò)程中出現(xiàn)崩潰或軟件運(yùn)行異常時(shí)，所述主控制器1停止發(fā)送心跳信號(hào)heartbeat，此時(shí)所述協(xié)控制器4不能接收到有效的心跳信號(hào)heartbeat，即刻以所述心跳信號(hào)heartbeat消失的時(shí)刻為零點(diǎn)，所述協(xié)控制器4按照已從所述存儲(chǔ)器2中讀取的控制信息，在所述時(shí)鐘信號(hào)的驅(qū)動(dòng)下，通過(guò)所述驅(qū)動(dòng)器件5對(duì)所述被控對(duì)象7實(shí)施接續(xù)控制，所述被控對(duì)象7通過(guò)所述隔離器件6反饋的開(kāi)關(guān)量信號(hào)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(chǔ)上，增加了協(xié)控制器、存儲(chǔ)器和時(shí)鐘電路，從而實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵控制過(guò)程中主控制器軟件崩潰或軟件運(yùn)行異常時(shí)協(xié)控制器的接續(xù)控制，相對(duì)常規(guī)的雙機(jī)或多機(jī)熱備份，硬件成本顯著降低；并且在進(jìn)入關(guān)鍵控制過(guò)程前，主控制器軟件僅需將控制時(shí)序信息存儲(chǔ)至存儲(chǔ)器，然后通過(guò)硬件信號(hào)通知時(shí)鐘和協(xié)控制器開(kāi)始工作，相對(duì)于雙機(jī)或多機(jī)熱備份復(fù)雜的數(shù)據(jù)同步過(guò)程，控制軟件復(fù)雜度顯著降低。

附圖說(shuō)明

附圖僅用于示出具體實(shí)施例的目的，而并不認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制，在整個(gè)附圖中，相同的參考符號(hào)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(shí)施方式

下面結(jié)合附圖來(lái)具體描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，其中，附圖構(gòu)成本申請(qǐng)一部分，并與本發(fā)明的實(shí)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(chǔ)器2、時(shí)鐘電路3、協(xié)控制器4、驅(qū)動(dòng)器件5和隔離器件6；

所述主控制器1，生成順序控制過(guò)程的控制信息，包括：動(dòng)作時(shí)刻、控制通道以及動(dòng)作內(nèi)容，通過(guò)所述驅(qū)動(dòng)器件5和隔離器件6分別完成對(duì)被控對(duì)象7的開(kāi)關(guān)量讀入和開(kāi)關(guān)量輸出；

所述主控制器1與所述存儲(chǔ)器2連接，在進(jìn)入關(guān)鍵控制過(guò)程前的順序控制過(guò)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(guān)鍵控制過(guò)程的控制信息，存儲(chǔ)至所述存儲(chǔ)器2；所述關(guān)鍵控制過(guò)程是指由一系列關(guān)鍵控制過(guò)程任務(wù)串聯(lián)組成的控制過(guò)程，所述關(guān)鍵控制過(guò)程任務(wù)是指要求在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成處理的任務(wù)，否則會(huì)給系統(tǒng)帶來(lái)不可接受的破壞或者致命錯(cuò)誤。

所述主控制器1工作正常時(shí)，輸出心跳信號(hào)heartbeat到所述協(xié)控制器4，所述協(xié)控制器4自動(dòng)從所述存儲(chǔ)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(shí)，停止輸出心跳信號(hào)heartbeat；

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

在進(jìn)入關(guān)鍵控制過(guò)程前，所述主控制器1輸出啟動(dòng)信號(hào)start到所述時(shí)鐘電路3和所述協(xié)控制器4，啟動(dòng)時(shí)鐘電路3和啟動(dòng)所述協(xié)控制器4開(kāi)始準(zhǔn)備接續(xù)控制；

所述啟動(dòng)信號(hào)start為一個(gè)觸發(fā)脈沖信號(hào)，由主控制器1在進(jìn)入關(guān)鍵時(shí)間的控制過(guò)程前給出，用于通知時(shí)鐘電路3和協(xié)控制器4開(kāi)始工作；

所述心跳信號(hào)heartbeat與所述啟動(dòng)信號(hào)start的作用關(guān)系如下：

●所述啟動(dòng)信號(hào)start無(wú)效、所述心跳信號(hào)heartbeat有效，所述協(xié)控制器4從所述存儲(chǔ)器2中讀取控制信息；

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

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

●所述啟動(dòng)信號(hào)start有效、所述心跳信號(hào)heartbeat無(wú)效，所述協(xié)控制器4以啟動(dòng)信號(hào)start有效的時(shí)刻為零點(diǎn)，按照已讀取的控制信息，對(duì)所述被控對(duì)象7的實(shí)時(shí)動(dòng)作內(nèi)容進(jìn)行接續(xù)動(dòng)作控制。

所述存儲(chǔ)器2，用于存儲(chǔ)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(shí)鐘電路3，用于在所述主控制器1輸出的啟動(dòng)信號(hào)start作用下，輸出時(shí)鐘信號(hào)為所述協(xié)控制器4的周期工作提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)，所述時(shí)鐘信號(hào)與驅(qū)動(dòng)動(dòng)作時(shí)刻相匹配。

所述協(xié)控制器4，可在關(guān)鍵的控制過(guò)程中，當(dāng)所述主控制器1軟件進(jìn)出現(xiàn)崩潰或軟件運(yùn)行異常時(shí)，對(duì)被控對(duì)象7實(shí)施接續(xù)控制；

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

當(dāng)軟件執(zhí)行到關(guān)鍵控制過(guò)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(dòng)信號(hào)start和時(shí)鐘電路3輸出的時(shí)鐘信號(hào)；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(dòng)作，如果所述主控制器1軟件出現(xiàn)崩潰或軟件運(yùn)行異常，所述協(xié)控制器4不能接收到心跳信號(hào)，此時(shí)根據(jù)從存儲(chǔ)器中讀出的控制信息對(duì)所述被控對(duì)象7實(shí)施接續(xù)控制。

所述驅(qū)動(dòng)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(kāi)關(guān)量信號(hào)，輸出端與被控對(duì)象7相連，驅(qū)動(dòng)被控對(duì)象7。

所述隔離器件6的輸入端與所述被控對(duì)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(duì)象7反饋的開(kāi)關(guān)量信號(hào)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(duì)象7之間形成電路隔離。

所述被控對(duì)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(shí)現(xiàn)步驟如下：

步驟s1、系統(tǒng)上電后進(jìn)行初始準(zhǔn)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(guò)程的控制信息，包括：動(dòng)作時(shí)刻、控制通道以及動(dòng)作內(nèi)容；

s102、所述存儲(chǔ)器2加電，在進(jìn)入關(guān)鍵控制過(guò)程前的順序控制過(guò)程中，所述主控制器1將預(yù)制的關(guān)鍵控制過(guò)程的控制信息存儲(chǔ)至所述存儲(chǔ)器2；

s103、所述協(xié)控制器4加電，準(zhǔn)備從所述存儲(chǔ)器2中讀取關(guān)鍵控制過(guò)程的控制信息。

步驟s2、所述協(xié)控制器4讀取關(guān)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(hào)heartbeat；

s202、所述協(xié)控制器4從所述存儲(chǔ)器2中讀取關(guān)鍵控制過(guò)程的控制信息。

步驟s3、所述主控制器1進(jìn)行順序控制

所述主控制器1按照順序控制的時(shí)序?qū)⑸傻目刂菩畔ⅲㄟ^(guò)所述驅(qū)動(dòng)器件5對(duì)所述被控對(duì)象7實(shí)施順序控制，所述被控對(duì)象7通過(guò)所述隔離器件6反饋的開(kāi)關(guān)量信號(hào)到所述主控制器1；

步驟s4、所述協(xié)控制器4準(zhǔn)備進(jìn)行接續(xù)控制

所述主控制器1在進(jìn)入關(guān)鍵控制過(guò)程前，送出啟動(dòng)信號(hào)start到所述時(shí)鐘電路3和所述協(xié)控制器4；

所述啟動(dòng)信號(hào)start為一觸發(fā)脈沖信號(hào)，時(shí)鐘電路3接收到啟動(dòng)信號(hào)start后開(kāi)始輸出時(shí)鐘信號(hào)，所述時(shí)鐘信號(hào)與所述主控制器1的控制動(dòng)作時(shí)刻相匹配；所述協(xié)控制器4接收到所述啟動(dòng)信號(hào)start后，當(dāng)判斷心跳信號(hào)heartbeat有效時(shí)，所述協(xié)控制器4繼續(xù)從所述存儲(chǔ)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(jìn)行接續(xù)控制。

在所述主控制器1軟件在關(guān)鍵控制過(guò)程中出現(xiàn)崩潰或軟件運(yùn)行異常時(shí)，所述主控制器1停止送出所述心跳信號(hào)heartbeat，所述協(xié)控制器4不能接收到有效的心跳信號(hào)heartbeat，即刻以所述心跳信號(hào)heartbeat消失的時(shí)刻為零點(diǎn)，所述協(xié)控制器4按照已從所述存儲(chǔ)器2中讀取的控制信息，在所述時(shí)鐘信號(hào)的驅(qū)動(dòng)下，通過(guò)所述驅(qū)動(dòng)器件5對(duì)所述被控對(duì)象7實(shí)施接續(xù)控制，所述被控對(duì)象7通過(guò)所述隔離器件6反饋的開(kāi)關(guān)量信號(hào)到所述協(xié)控制器4。

綜上所述，本發(fā)明實(shí)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(chǔ)上，增加了協(xié)控制器、存儲(chǔ)器和時(shí)鐘電路，從而實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵控制過(guò)程中主控制器軟件崩潰或軟件運(yùn)行異常時(shí)協(xié)控制器的接續(xù)控制，相對(duì)常規(guī)的雙機(jī)或多機(jī)熱備份，硬件成本顯著降低；并且在進(jìn)入關(guān)鍵控制過(guò)程前，主控制器軟件僅需將控制時(shí)序信息存儲(chǔ)至存儲(chǔ)器，然后通過(guò)硬件信號(hào)通知時(shí)鐘和協(xié)控制器開(kāi)始工作，相對(duì)于雙機(jī)或多機(jī)熱備份復(fù)雜的數(shù)據(jù)同步過(guò)程，控制軟件復(fù)雜度顯著降低。

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