热备冗余方法及控制系统与流程

专利2022-05-10  16



1.本技术属于工业控制技术领域,具体涉及一种热备冗余方法及系统。


背景技术:

2.自动化安全仪表系统能对企业生产装置和设备可能发生的危险或措施不当行为致使继续恶化的状态进行及时响应和保护,使生产装置和设备进入一个预定义的安全停车工况,从而使风险降低到可以接收的最低程度,保障人员、设备和生产装置的安全。
3.出于系统安全和可靠性等方面的考虑,会人为地对一些关键部件或功能进行重复的配置。当系统发生故障时,比如某一设备发生损坏,冗余配置的部件可以作为备援,及时介入并承担故障部件的工作,由此减少系统的故障时间。现有的安全仪表系统中,多是采用热备冗余,两个冗余的上游模块决策处工作模块和备用模块后,两个上游模块同时工作,并向下游模块发送数据。当工作模块发生异常后,工作模块将自身异常的信息发送给备用模块,进行工作和备用模块的切换。但是当工作模块后下游模块之间的通讯通道出现异常时,上游模块之间交互后,确定工作模块工作正常,不进行工作模块和备用模块的切换,下游模块缺无法接收工作模块的输出数据,无法准确判断故障发生点。


技术实现要素:

4.鉴于现有技术的上述缺点、不足,本技术提供一种能快速判断故障点,且通道发生故障时,还能保证上下游模块之间通讯正常的热备冗余方法及控制系统。
5.为达到上述目的,本技术采用如下技术方案:一种热备冗余方法,包括至少两个互为冗余的上游模块和至少一个下游模块,所述方法包括,s1:至少两个上游模块进行交互,确定工作模块和备用模块;s2:所述工作模块将对数据的处理的第一处理结果发送给下游模块和备用模块;所述备用模块将对数据的处理的第二处理结果,与工作模块发送的第一处理结果共同发送给下游模块;s3:所述下游模块根据接收到的数据,选择最优数据进行处理。
6.优选的,s1中,确定工作模块和备用模块的方法,具体为:s101:第一上游模块对自身工作状态进行诊断,并将诊断结果发送给第二上游模块;s102:第二上游模块对自身工作状态进行诊断,并将诊断结果发送给第一上游模块;s103:第一上游模块和第二上游模块根据自身工作状态的诊断结果和其他上游模块工作状态的诊断结果进行对比,选取工作状态最好的上游模块作为工作模块。
7.另一种实施方式中,s1中确定工作模块和备用模块的方法为:s111:第一上游模块对接收到的数据进行处理,得到第一数据处理结果,并发送给
第二上游模块;s112:第二上游模块对接收到的数据进行处理,得到第二数据处理结果,并发送给第一上游模块;s113:第一上游模块和第二上游模块根据自身对数据的处理结果和其他上游模块对数据的处理结果进行对比,选取处理结果最优上游模块的作为工作模块。
8.优选的,步骤s2中,工作模块和备用模块在对外发送数据时,均会对数据打上标签,并且备用模块标签与工作模块标签互不干涉,备用模块在转发工作模块数据处理结果时,打上备用模块标签不会覆盖工作模块标签,转发给下游模块的数据同时包含备用模块标签和工作模块标签。
9.优选的,所述下游模块在选择数据时,优先选择带有工作模块标签的数据进行对比,确定出最优的数据进行处理。
10.优选的,s3的具体步骤包括:s301:下游模块根据接收到的数据上的标签进行选择,对比带有工作模块标签的数据处理结果,判断仅带有工作模块标签的数据处理结果是否最优,若是,执行s302,若否则执行s303;s302:选取仅带有工作模块标签的数据处理结果;s303:对比带有备用模块工作标签的数据处理结果,判断带有工作模块标签的数据处理结果是否优于不带工作模块标签的数据处理结果,若是则执行s304,若否则执行s305;s304:选取带有工作模块标签和备用模块标签的数据进行处理;s305:选取仅带有备用模块标签的数据。
11.另一种实施方式中,包括多个互为冗余的下游模块,所述上游模块同时向多个所述下游模块发送数据处理结果,所述多个下游模块分别选取最优结果后进行交互,确定下游模块的工作与备用。
12.优选的,方法还包括步骤:s4:下游模块根据选取的数据,向上游模块发送反馈信号,所述反馈信号包括上游模块及通讯通道的故障信息。
13.本发明还包括一种热备冗余控制系统,包括至少两个互为冗余的上游模块和至少一个下游模块,上游模块,相互交互后,确定工作模块和备用模块;工作模块,用于向备用模块和下游模块同步发送数据处理结果;备用模块,接收工作模块的数据处理结果,并与自身的数据处理结果共同转发给下游模块;下游模块,接收上游模块的数据处理结果,选取最优数据处理结果,并根据选取的数据处理结果,向上游模块发送反馈信号。
14.本技术的有益效果是:本技术涉及一种热备冗余方法及控制系统,包括至少两个互为冗余的上游模块和至少一个下游模块,上游模块间相互交互确定工作模块和备用模块,工作模块将数据的处理结果同时转发给备用模块和下游模块,备用模块在接收工作模块的处理结果后,与自身对数据的处理结果共同发送给下游模块。下游模块可以通过工作
模块和备用模块的通讯通道,接收到工作模块的数据处理结果,并根据接收到的数据处理结果进行选择,判断工作模块以及通讯通道是否发生故障,保证系统安全性和可靠性的。
15.此外,下游模块根据接收到的工作模块、备用模块数据处理结果,能快速确定具体故障点,方便维修。
16.附图说明
17.本技术借助于以下附图进行描述:图1示出了本技术一个实施例中的热备冗余方法流程图;图2示出了本技术一个实施例中的通讯连接示意图;图3示出了本技术一个实施例中的下游模块数据选取示意图;图4示出了本技术另一个实施例中的热备冗余方法流程图;图5为本技术又一个实施例中的通讯连接示意图;图6为本技术又一个实施例中的下游模块数据选取示意图;图7为本技术又一个实施例中的通讯连接示意图。
具体实施方式
18.为了更好的解释本发明,以便于理解,下面结合附图,通过具体实施方式,对本发明作详细描述。可以理解的是,以下所描述的具体的实施例仅仅用于解释相关发明,而非对该发明的限定。另外还需要说明的是,在不冲突的情况下,本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合;为了便于描述,附图中仅示出了与发明相关的部分。
19.如图1所示,本实施例公开了一种热备冗余方法,包括两个互为冗余的上游模块和一个下游模块,所述方法包括:s1:至少两个上游模块进行交互,确定工作模块和备用模块;s2:所述工作模块将对数据的处理的第一处理结果发送给下游模块和备用模块;所述备用模块将对数据的处理的第二处理结果,与工作模块发送的第一处理结果共同发送给下游模块;s3:所述下游模块根据接收到的数据,选择最优数据进行处理。
20.在一种实施例中,s1确定工作模块与备用模块的具体方法为:s101:第一上游模块对自身工作状态进行诊断,并将诊断结果发送给第二上游模块;s102:第二上游模块对自身工作状态进行诊断,并将诊断结果发送给第一上游模块;s103:第一上游模块和第二上游模块根据自身工作状态的诊断结果和另一上游模块工作状态的诊断结果进行对比,选取工作状态最好的上游模块作为工作模块。
21.其中,上游模块对自身进行诊断,并根据自身的故障类型对系统影响面来评定自身的故障等级,影响面越小的故障,评定的故障等级越低。获得自身的故障等级后,讲故障等级信息转发给另一个上游模块,相互对比之后,选择故障等级较低的上游模块作为工作模块。当上游模块均无故障时,根据上电顺序,优先上电的上游模块作为工作模块。
22.另一种实施例中,s1确定工作模块与备用模块的具体方法为:s111:第一上游模块对接收到的数据进行处理,得到第一数据处理结果,并发送给第二上游模块;s112:第二上游模块对接收到的数据进行处理,得到第二数据处理结果,并发送给第一上游模块;s113:第一上游模块和第二上游模块根据自身对数据的处理结果和其他上游模块对数据的处理结果进行对比,选取处理结果最优上游模块的作为工作模块。
23.上游模块根据接收到的数据,对数据进行处理,并生成质量码,质量码中包含不合理数据、坏数据等信息,以及上游模块的电流、电压、温度等参数,当参数出现异常时,质量码会对相应的参数进行标记,并降低质量码,质量码越高的数据的完整性越高。
24.第一上游模块对数据进行处理后,生成第一数据处理结果,给出第一数据处理结果的质量码,并附带校验码,第一上游模块将第一数据处理结果发送给第二上游模块。同理,第二上游模块生成第二数据处理结果,并给出第二数据处理结果的质量码,附带上校验码后发送给第一上游模块,第一和第二上游模块分别解析对方发送的数据处理结果,对比其中的质量码信息,确定数据完整性较高的上游模块,作为工作模块,其他则作为备用模块。当上游模块生成的质量码结果相同时,根据上电顺序,优先上电的上游模块作为工作模块。
25.如图2所示,上游模块在确定出工作模块101和备用模块102后,工作模块101将自身的数据处理结果数据包111,同时发送给备用模块102和下游模块201,备用模块102在接收到数据包111后,与自身的数据处理结果数据包113一起发送给下游模块201。此时,下游模块共收到3个数据包,包括有工作模块101直接向下游模块201发送的数据包111,备用模块102向下游模块201发送的数据包112和备用模块102产生的数据包113,其中备用模块102仅对工作模块的数据包111进行转发,下游模块201在系统无故障的情况下,收到的两个数据包111和数据包112内容相同。
26.进一步的,工作模块101和备用模块102在对外发送数据时,均会对数据打上标签,例如,数据包111上,带有工作模块的标签131,备用模块102在发送自身的数据处理结果数据包113以及转发的数据包112时,也会打上备用模块的标签132。因此,如图3所示,下游模块201接收到的三个数据包,分别为带有标签131的数据包111,带有标签131和标签132的数据包112以及带有标签132的数据包113。
27.下游模块201在对数据进行选择时,优先选择带有工作模块标签131的数据包,具体方法包括:s301:下游模块201根据接收到的数据上的标签进行选择,对比带有工作模块标签131的数据包111,判断仅带有工作模块标签131的数据包111是否最优,若是,执行s302,若否则执行s303;s302:选取仅带有工作模块标签131的数据包111;s303:对比带有备用模块标签132的数据包112和数据包113,判断带有工作模块标签131的数据包112是否优于不带工作模块标签131的数据包113,若是则执行s304,若否则执行s305;s304:选取带有工作模块标签131和备用模块标签132的数据包112进行处理;
s305:选取仅带有备用模块标签132的数据包113。
28.下游模块201根据接收到的数据包进行选择时,通过数据包111的校验码,校验数据包的完整性,并且,解析数据包中带有的质量码信息,通过对比数据的完整性,以及质量码信息,来确定数据包的优劣。优先选择带有工作模块标签131的数据包,使得下游模块在进行数据选择时,可以参考上游模块之间数据交互的结果,选择更完整的数据处理。以图2中的模型为例,当工作模块101与下游模块201之间的通讯通道发生故障时,下游模块接收到的带有标签131的数据包有数据包111和数据包112,其中,数据包111由于通道故障,导致数据包111无法被下游模块201接收或者数据包111出现丢包的情况,通讯质量降低。此时,下游模块201还可以通过备用模块102的通讯通道获得工作模块101的数据包112,保证上游模块在确定出运行最优的工作模块101后,工作模块101产生的数据包111能顺利发送到下游模块,在工作模块101与下游模块201之间的通讯通道发生故障时,还能通过备用模块102与下游模块201之间的通讯通道,转发工作模块101所产生的数据包111,保证下游模块201始终能接收到上游模块之间确定出的最优模块所产生的数据包,提高系统的安全性和可靠性。
29.在另一种实施例中,下游模块201根据选取的数据包,向上游模块发送反馈信息。以图2和图3为例,下游模块201根据接收到的数据包进行选择,解析数据包后,优先选择带有工作模块标签131的数据包111和数据包112进行对比,解析数据包中带有的质量码,由于带有工作模块标签131的数据包111和数据包112是上游模块之间相互交互之后,确定运行状态更优的模块所产生的数据包,通常情况下该数据包的质量会更好。优先选择,能保证下游模块201能获取更优的数据。当下游模块201获得的数据对比,带有备用模块标签132的数据包112质量优于仅带有工作模块标签131的数据包111,或者未接收到仅带有工作模块标签131的数据包111时,下游模块选取带有标签131和标签132的数据包112进行处理,并确定工作模块101与下游模块201之间的通讯通道存在故障。此时,通过下游模块201与备用模块102之间的通讯通道,向上游模块发送反馈信号,该反馈信号中包含下游模块201诊断的故障信息。
30.若下游模块201最终选取的数据为仅带有备用模块标签132的数据包113,则标识下游模块201接收到的数据包111和数据包112质量均不如数据包113,下游模块201可以确定工作模块101出现故障,并将该故障信息向上游模块反馈,同时触发上游模块间的工作、备用切换,上游模块根据下游模块201发送的反馈信息,执行切换。通过下游模块201选取数据包的结果对上游模块进行反馈,能快速确定出系统的故障点,方便维修和替换,提高系统整体的安全性和可靠性。
31.如图5所示本技术的另一种实施例中,上游模块在选出工作模块103和备用模块104后,工作模块103和备用模块104均同时将自身对处理数据得到的数据包发送给下游模块202和其他上游模块,工作模块103和备用模块104在对外发送数据包时,均会打上各自的标签,并且数据包会根据上游模块打标签的先后顺序进行记录。以图6为例,对本实施例进行进一步说明,上游模块向下游模块202发送的数据包共计4包,下游模块202在对数据包进行选取时,优先选择带有工作模块标签133且该标签133根据先后顺序先进行标记的数据包,即数据包114和数据包115。数据包114由工作模块103直接发送给下游模块202,数据包114是由工作模块103发送给备用模块104后,备用模块102再次打上标签134,转发给下游模
块202。同理,当工作模块103的数据出现异常,数据包114和数据包115均存在异常时,下游模块202选择带有备用模块标签134,且先进行标记的数据包再次进行选择分析,其中数据包116为备用模块104直接发送给下游模块202,数据包117为备用模块104发送给工作模块103后,由工作模块103打上标签133后转发给下游模块202。当工作模块103发生故障时,下游模块202也可以通过工作模块103和备用模块104的与下游模块202之间的通讯通道获得备用模块104的数据包。保证下游模块202始终能通过优选通道,获得优选上游模块的数据包,保证系统运行的安全性和可靠性。
32.如图7所示,为本技术的另一个实施例,包括三个上游模块,三个上游模块之间相互交互后,确定出一个最佳的模块作为工作模块,另外两个则作为备用模块。上游模块在向下游模块发送数据包时,工作模块通过两个备用模块,同时向下游模块转发。保证优选的上游模块能够在三个通道中,选择通讯通道最优的进行数据传输,保证系统的安全性和可靠性。另在一种实施方式中,三个上游模块相互交互自身的故障信息,根据故障信息进行排序,筛选出工作模块和第一备用模块、第二备用模块,工作模块仅通过第一备用模块转发数据包,下游模块共接收4包数据包,包括工作模块直接发送的数据包,第一备用模块转发的工作模块数据包和第一备用模块数据包,以及第二备用模块数据包,该实施方式在保证工作模块数据稳定传输的同时,减少上游模块间数据交互的时间,提升传输效率。
33.进一步的,包括多个下游模块,以两个为例,两个下游模块单独工作,分别接收上游模块发送的数据,三个上游模块在决出工作备用模块后,上游模块同时向两个下游模块发送数据包,下游模块接收到数据包后,单独进行处理,根据下游模块的数据选取结果以及运算结果进行交互,同时交互自身的工作状态,确定出下游模块的工作和备用关系。设置相互冗余的下游模块,并且两个下游模块各自接收上游模块发送的数据包,能进一步保障系统的安全性和可靠性。
34.值得注意的是,上游模块和下游模块仅是从数据发送和接收的角度来近似描述,该方法可以应用在系统的各个数据发送和接收环节,例如在数据采集模块和控制器模块之间,采集模块作为上游模块,控制器模块则作为下游模块,采集模块根据采集现场的相关信息后,进行处理,将处理的结果向控制器模块发送。而当该方法应用在控制器模块和输出模块之间时,控制器模块则作为上游模块,将具体的操作指令发送给输出模块,输出模块作为数据接收的下游模块,选择控制器模块发出的数据。
35.在另一种实施例中,本技术包括一种热备冗余控制系统,包括至少两个互为冗余的上游模块和至少一个下游模块,上游模块,相互交互后,确定工作模块和备用模块;工作模块,用于向备用模块和下游模块同步发送数据处理结果;备用模块,接收工作模块的数据处理结果,并与自身的数据处理结果共同转发给下游模块;下游模块,接收上游模块的数据处理结果,选取最优数据处理结果,并根据选取的数据处理结果,向上游模块发送反馈信号。
36.应当注意的是,在权利要求中,不应将位于括号之间的任何附图标记理解成对权利要求的限制。词语“包含”不排除存在未列在权利要求中的部件或步骤。位于部件之前的词语“一”或“一个”不排除存在多个这样的部件。本发明可以借助于包括有若干不同部件的
硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。词语第一、第二、第三等的使用,仅是为了表述方便,而不表示任何顺序。可将这些词语理解为部件名称的一部分。
37.此外,需要说明的是,在本说明书的描述中,术语“一个实施例”、“一些实施例”、“实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述,是指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外,在不相互矛盾的情况下,本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
38.尽管已描述了本发明的优选实施例,但本领域的技术人员在得知了基本创造性概念后,则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以,权利要求应该解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
39.显然,本领域的技术人员可以对本发明进行各种修改和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样,倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内,则本发明也应该包含这些修改和变型在内。
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