一種雙冗余開關(guān)量plc控制系統(tǒng)可靠容錯控制器的實現(xiàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及工業(yè)控制器可靠性設(shè)計領(lǐng)域，具體而言涉及一種雙兀余開關(guān)量PLC控 制系統(tǒng)可靠容錯控制器的實現(xiàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)有的熱備兀余安全PLC控制器一般為專用兀余PLC設(shè)計方案，技術(shù)實現(xiàn)復(fù)雜，成 本較高，通常需要花費無兀余系統(tǒng)數(shù)倍W上的價格成本，適于大規(guī)模復(fù)雜控制系統(tǒng)的高可 靠性需求；或者是通過增加專用的同步兀余模塊，能對PLC控制器的CPU模塊故障實現(xiàn)安全 可靠控制，難W對其他外接開關(guān)量I/O模塊和控制端口故障做到可靠容錯控制。
[000引但是，實際工業(yè)存在大量的W邏輯控巧師順序控制為主的中小型開關(guān)量PLC控制 系統(tǒng)，如工程機械、特種設(shè)備、包裝印刷裝備、中小型液壓機裝備的控制系統(tǒng)等。送些系統(tǒng) W開關(guān)量的邏輯控制為主，功能簡單，只需要低成本的小型PLC就可獲得理想的控制功能， 但要求邏輯動作的安全可靠性較高。如果對它們采用專用的安全兀余PLC控制器就顯得成 本過高，用戶難W接受，因而迫切需要一種既具有較高安全可靠性，保證簡單的正常控制運 行，又不需投入高成本的兀余可靠容錯控制器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明目的在于提供一種雙兀余開關(guān)量PLC控制系統(tǒng)可靠容錯控制器的實現(xiàn)方 法，采用常規(guī)PLC系統(tǒng)和硬連線混合邏輯技術(shù)，實現(xiàn)一種低成本的熱備兀余可靠容錯控制 器。
[0005] 為達成上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：
[0006] -種雙兀余開關(guān)量PLC控制系統(tǒng)可靠容錯控制器的實現(xiàn)方法，采用兩個PLC控制 器和一診斷決策邏輯模塊構(gòu)成雙兀余的可靠容錯控制器，其中第一PLC控制器作為主控制 器，第二PLC控制器作為備份控制器，其中：
[0007] 1)在正常運行時，所述主控制器控制被控對象的實際運行動作，所述備份控制器 作為熱備兀余控制器，其輸出不實際控制被控對象的實際運行動作，僅用于監(jiān)測主控制器 的運行；并且
[000引 2)在第一PLC控制器及其I/O通路發(fā)生嚴重故障時，第二PLC控制器切換為主控 制器，從而維持被控對象的正常運行，同時切斷發(fā)生嚴重故障的第一PLC控制器的所有輸 出信號，使得第一PLC控制器及其I/O通路退出系統(tǒng)，其中前述嚴重故障是指會使控制器1/ 0信號發(fā)生異常變化而導(dǎo)致控制無法繼續(xù)正常操作并需要立即處理的故障；并且
[0009] 3)在前述發(fā)生嚴重故障的第一PLC控制器恢復(fù)或置換后，切入控制流程作為當(dāng)前 主控制器第二PLC控制器的熱備兀余控制器，監(jiān)測當(dāng)前主控制器的運行；并且
[0010] 所述可靠容錯控制器結(jié)合PLC控制器的掃描周期，將可靠容錯控制器定義Η種運 行模式，分別為：正常運行時的雙兀余可靠控制模式、系統(tǒng)初始上電運行或某個PLC控制器 發(fā)生故障時的同步無擾切換控制模式W及單PLC控制器的容錯控制模式，其實現(xiàn)包括：
[0011] 1)在正常運行時，可靠容錯控制器W前述主控制器和備份控制器的掃描周期為同 步基準，在每個掃描周期的輸出刷新操作之前進行一次同步校對，保證控制信號輸出動作 節(jié)拍的一致性，所述診斷決策邏輯模塊用于控制在無故障時只有主控制器的控制輸出被實 際接入執(zhí)行機構(gòu)和被控對象，此即雙兀余可靠控制模式；
[001引。在系統(tǒng)初始上電復(fù)位運行階段，基于PLC控制器的每個掃描周期，所述備份控 制器通過其自身的故障診斷程序模塊對主控制器、備份控制器的狀態(tài)進行比較運算并輸出 比較結(jié)果；當(dāng)備份控制器診斷出主控制器無故障且主、備份控制器輸出信號不一致時，所述 診斷決策邏輯模塊控制使得主控制器的控制輸出實際有效，并施加于被控對象，然后進入 下一個掃描周期繼續(xù)運行；當(dāng)備份控制器診斷出主控制器、備份控制器無故障且輸出信號 完全一致時，則備份控制器發(fā)出同步信號，使主控制器、備份控制器的控制輸出在下一個掃 描周期獲得同步操作，轉(zhuǎn)入正常運行的雙兀余可靠控制模式；前述控制過程即為同步無擾 切換控制模式；
[0013] 3)當(dāng)備份控制器和診斷決策邏輯模塊診斷出主控制器發(fā)生嚴重故障時，備份控制 器通過實時邏輯切換開關(guān)，W主控制器的身份切入實際控制，并切斷當(dāng)前發(fā)生嚴重故障的 主控制器的輸出通路及I/O通路，使主控制器、備份控制器在一個PLC控制器的掃描周期內(nèi) 實現(xiàn)無擾切換，轉(zhuǎn)入單PLC控制器的容錯控制模式，保證整個控制系統(tǒng)連續(xù)運行。
[0014] 進一步地，前述方法中，所述主控制器脫離控制系統(tǒng)后，備份控制器自動切換成為 主控制器，執(zhí)行對被控對象的輸出控制，運行單PLC控制器的容錯控制模式；并且
[0015] 在每個PLC控制器掃描周期的初始階段，均檢測是否有新的備份控制器接入；女口 果有，則當(dāng)前作為主控制器的PLC控制器轉(zhuǎn)入同步無擾切換控制模式；否則，當(dāng)前作為主控 制器的PLC控制器通過所述診斷決策邏輯模塊保證其輸出通路連接的有效性，繼續(xù)執(zhí)行對 被控對象的控制動作，維持系統(tǒng)的連續(xù)運行。
[0016] 進一步地，前述方法中，所述主控制器的內(nèi)部模塊故障診斷由主控制器自身的自 診斷功能在掃描周期初始時段實現(xiàn)，診斷結(jié)果由I/O端口實時傳輸給備份控制器，備份控 制器中的故障診斷程序模塊將主控制器的自診斷結(jié)果與上一個掃描周期的控制輸出信號， 按照下述表1的故障診斷邏輯進行綜合邏輯判斷，診斷主控制器及其控制輸出信號是否異 常：
[0017] 表1-故障診斷邏輯
[0018]
[0019] 如無異常，則認為主控制器無故障；否則，認為主控制器發(fā)生嚴重故障；
[0020] 前述診斷結(jié)果再輸入診斷決策邏輯模塊，按照下述表2所示的故障決策邏輯再次 進行融合判斷：
[0021] 表2-故障決策邏輯
[0022]
[0023] 如無異常，則認為主控制器無故障，其控制輸出信號實際驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)或被控對 象運行；否則，認為主控制器發(fā)生嚴重故障，由診斷決策邏輯模塊的切換開關(guān)實時切斷故障 的主控制器的控制輸出通路，并接通備份控制器的輸出通道，使其作為主控制器W容錯控 制模式切入實際控制，接替故障的主控制器，從而維持系統(tǒng)正常連續(xù)運行。
[0024] 進一步地，前述方法中，所述第一PLC控制器、第二PLC控制器與診斷決策邏輯模 塊之間采用硬連線方式實現(xiàn)接口連接。
[0025] 由W上本發(fā)明的技術(shù)方案可知，本發(fā)明所提出的雙兀余開關(guān)量PLC控制系統(tǒng)可靠 容錯控制器的實現(xiàn)方法，其顯著優(yōu)點在于：
[0026] 1、采用常規(guī)PLC模塊構(gòu)成具有低成本高可靠性的PLC可靠容錯控制器，將熱備兀 余與表決式故障診斷混合邏輯兀余有機結(jié)合，提高系統(tǒng)連續(xù)工作的可用性和安全可靠性， 不需要專用的兀余安全模塊，系統(tǒng)構(gòu)成相對簡單，可靠性高。
[0027] 2、利用PLC的周期掃描控制思想，基于掃描周期同步控制策略，實現(xiàn)了主、備控制 器的同步控制運算和故障時容錯控制重構(gòu)過程的平穩(wěn)切換，滿足了小型低成本兀余系統(tǒng)可 靠的同步協(xié)調(diào)需求，克服了傳統(tǒng)兀余可靠設(shè)計必須滿足高精度CPU時