支持冗余切換功能的控制系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種支持冗余切換功能的控制系統(tǒng)，包括：控制器主機(jī)；控制器從機(jī)；第一通信模塊，用于將由控制器主機(jī)所發(fā)送的心跳信號和同步數(shù)據(jù)傳送至控制器從機(jī)；第二通信模塊，用于將由控制器主機(jī)發(fā)送的從機(jī)故障查詢幀和主動切換信號發(fā)送至控制器從機(jī)，以及將由控制器從機(jī)發(fā)送的心跳信號異常確認(rèn)信號和從機(jī)故障應(yīng)答幀傳送至控制器主機(jī)。根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高。本發(fā)明還提出一種支持冗余切換功能的控制方法。
【專利說明】支持冗余切換功能的控制系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及冗余控制器【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種支持冗余切換功能的控制系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]控制器通常為儀控系統(tǒng)的核心部件，其可靠性的高低直接關(guān)系到儀控系統(tǒng)乃至整個被控對象能否保持安全狀態(tài)和正常運(yùn)行?？刂破髦骺毓δ芄收蠈?dǎo)致設(shè)備或整個生產(chǎn)過程的停止而嚴(yán)重影響經(jīng)濟(jì)效益。對于安全性有較高要求的應(yīng)用場合(如核反應(yīng)堆儀控系統(tǒng)、飛機(jī)/航天器機(jī)載控制系統(tǒng)等)，控制器主控功能故障可造成災(zāi)難性的后果。通過冗余的手段來提高控制器的可靠性受到廣泛的關(guān)注，迄今主要有如下幾個方面的思路:
[0003](I)附加診斷專用硬件電路的冗余切換方案
[0004]此種方案在控制器主機(jī)和控制器從機(jī)間需額外添加專門用于診斷的硬件電路，該部分電路主要執(zhí)行兩大功能:監(jiān)測控制器主機(jī)的心跳信號并對控制器主機(jī)是否故障進(jìn)行判斷。當(dāng)判定控制器主機(jī)故障時控制完成切換操作。該方案實(shí)現(xiàn)切換的軟件邏輯相對簡單，但是需要額外附加硬件模塊，而且該附加的硬件模塊將成為整個控制器的單一故障點(diǎn)。
[0005](2)基于單一心跳線的冗余切換方案
[0006]此類方案不添加專用于診斷的硬件電路，控制器主機(jī)是否故障的判定需要控制器從機(jī)進(jìn)行判定。其基本原理可概述為:控制器主機(jī)和控制器從機(jī)間周期性地將關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行同步。同時，控制器主機(jī)上依靠軟件操控通信接口或I/o 口向控制器從機(jī)發(fā)送心跳信號，控制器從機(jī)運(yùn)行相應(yīng)的心跳信號接收邏輯對主機(jī)的心跳信號進(jìn)行監(jiān)測和判定。當(dāng)控制器從機(jī)檢測到主機(jī)的心跳信號異常(一般表現(xiàn)為超時)時，控制器從機(jī)將自身切換為“主機(jī)”狀態(tài)。此方法無需添加額外的專用硬件電路，但是此種方法在心跳信號通信鏈路故障時，容易造成控制器主機(jī)故障的誤判，進(jìn)而導(dǎo)致兩個控制器均運(yùn)行在“主機(jī)”狀態(tài)，如此將造成對I/O操作的沖突。
[0007](3)借用控制器外的網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備提供另一心跳信號的冗余切換方案。
[0008]大多數(shù)應(yīng)用中控制器主機(jī)和控制器從機(jī)都將通過網(wǎng)絡(luò)與上位機(jī)、工程師站等相連，控制器主機(jī)和控制器從機(jī)實(shí)際也通過這個網(wǎng)絡(luò)連接在一起。此類方案利用這個通信鏈路新增一路心跳信號，并將兩路心跳信號結(jié)合在一起判定控制器主控功能是否故障?；诖艘员M可能避免對控制器主機(jī)是否喪失主控功能的誤判。較之于(2)，此方案的優(yōu)點(diǎn)很明顯:能夠更有效地避免錯誤判定為控制器主機(jī)主控功能故障。但是，此方案將過分依賴于主、從控制器以外的通信網(wǎng)絡(luò)，如此將使得冗余控制器的冗余切換功能與外部網(wǎng)絡(luò)、交換機(jī)的連接和運(yùn)行狀態(tài)耦合在一起，并且適用于無外部網(wǎng)絡(luò)的場合。另外，所增添的心跳信號也將增加外部網(wǎng)絡(luò)的通信負(fù)荷，并且外部網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)發(fā)時延不方便控制，可能導(dǎo)致完成判定的操作滯后，不利于保障冗余切換的實(shí)時性。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0009]本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問題之一。
[0010]為此，本發(fā)明的第一個目的在于提出一種結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高的支持冗余切換功能的控制系統(tǒng)。
[0011]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實(shí)施例的支持冗余切換功能的控制系統(tǒng)，包括:控制器主機(jī)；控制器從機(jī)；第一通信模塊，用于將由所述控制器主機(jī)所發(fā)送的心跳信號和同步數(shù)據(jù)傳送至所述控制器從機(jī)；第二通信模塊，用于將由所述控制器主機(jī)發(fā)送的從機(jī)故障查詢幀和主動切換信號發(fā)送至所述控制器從機(jī)，以及將由所述控制器從機(jī)發(fā)送的心跳信號異常確認(rèn)信號和從機(jī)故障應(yīng)答幀傳送至所述控制器主機(jī)。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的支持冗余切換功能的控制系統(tǒng)，利用第一通信模塊向控制器從機(jī)發(fā)送心跳信號和同步數(shù)據(jù)，并應(yīng)用第二通信模塊實(shí)現(xiàn)心跳信號的二次確認(rèn)，以及支持控制器主機(jī)對控制器從機(jī)的從機(jī)故障查詢和主動切換功能，便于控制器主機(jī)在部分故障的情形下進(jìn)行主動切換，結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高。
[0013]在一些示例中，所述控制器主機(jī)包括:心跳信號發(fā)送模塊，用于向所述控制器從機(jī)發(fā)送所述心跳信號；數(shù)據(jù)同步模塊，用于向所述控制器從機(jī)發(fā)送所述同步數(shù)據(jù)；心跳信號確認(rèn)模塊，用于向所述控制器從機(jī)發(fā)送應(yīng)答幀，以確認(rèn)所述控制器主機(jī)工作正常；從機(jī)狀態(tài)查詢模塊，用于向所述控制器從機(jī)發(fā)送查詢幀，以確認(rèn)所述控制器從機(jī)是否故障；自檢及故障診斷模塊，用于對所述控制器主機(jī)的故障狀態(tài)進(jìn)行檢測與診斷，以獲取所述控制器主機(jī)的自檢及故障診斷結(jié)果；主動切換模塊，與所述自檢及故障診斷模塊相連，用于接收所述控制器主機(jī)的自檢及故障診斷結(jié)果并向所述控制器從機(jī)發(fā)送主動切換指令，以及將所述控制器主機(jī)切換為從機(jī)狀態(tài)。
[0014]在一些示例中，所述控制器從機(jī)包括:心跳信號接收及超時判定模塊，用于接收并分析所述心跳信號；數(shù)據(jù)同步模塊，用于對所述同步數(shù)據(jù)進(jìn)行接收、解析和存儲；心跳信號確認(rèn)模塊，用于向所述控制器主機(jī)發(fā)送詢問幀，以判斷所述第一通信模塊是否正常；自檢及故障診斷模塊，用于對所述控制器從機(jī)的故障狀態(tài)進(jìn)行檢測與診斷，以獲取所述控制器從機(jī)的自檢及故障診斷結(jié)果；從機(jī)狀態(tài)查詢模塊，與所述自檢及故障診斷模塊相連，用于接收所述控制器從機(jī)的自檢及故障診斷結(jié)果，以及響應(yīng)所述控制器主機(jī)的查詢并向所述控制器主機(jī)發(fā)送所述控制器從機(jī)的自檢及故障診斷結(jié)果；主動切換模塊，用于確認(rèn)所述控制器主機(jī)功能故障，并將所述控制器從機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)切換為主機(jī)狀態(tài)。
[0015]在一些示例中，所述控制器主機(jī)發(fā)送主動切換指令是基于所述控制器主機(jī)的自檢及故障診斷結(jié)果和所述控制器從機(jī)的自檢及故障診斷結(jié)果綜合判定的。
[0016]本發(fā)明的第二個目的在于提出一種支持冗余切換功能的控制方法，包括以下步驟:控制器主機(jī)通過第一通信模塊向控制器從機(jī)發(fā)送心跳信號以及同步數(shù)據(jù)；所述控制器從機(jī)接收并處理所述心跳信號以及同步數(shù)據(jù)；當(dāng)所述心跳信號異常時，所述控制器從機(jī)向所述控制器主機(jī)發(fā)送心跳信號詢問幀，以區(qū)分所述第一通信模塊工作異常和所述控制器主機(jī)異常，若為所述第一通信模塊工作異常，則所述控制器從機(jī)設(shè)置相應(yīng)的故障標(biāo)志位；若為所述控制器主機(jī)異常則所述控制器從機(jī)切換為主機(jī)狀態(tài)；所述控制器主機(jī)向所述控制器從機(jī)發(fā)送查詢幀，以確認(rèn)所述控制器從機(jī)是否故障；所述控制器從機(jī)響應(yīng)所述控制器主機(jī)的查詢，并向所述控制器主機(jī)發(fā)送所述控制器從機(jī)的狀態(tài)信息；所述控制器主機(jī)根據(jù)自身狀態(tài)信息和所述控制器從機(jī)的狀態(tài)信息確定是否發(fā)送主動切換指令。[0017]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的支持冗余切換功能的控制方法，采用心跳信號二次確認(rèn)的方式，更加可靠地實(shí)現(xiàn)冗余切換的功能。本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例支持冗余切換功能的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；
[0019]圖2是本發(fā)明一個實(shí)施例的控制器主機(jī)的結(jié)構(gòu)框圖；
[0020]圖3是本發(fā)明一個實(shí)施例的控制器從機(jī)的結(jié)構(gòu)框圖；
[0021]圖4是本發(fā)明一個實(shí)施例的支持冗余切換功能的控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)圖；
[0022]圖5是本發(fā)明一個實(shí)施例的支持冗余切換功能的控制系統(tǒng)的工作過程圖；和
[0023]圖6是根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例支持冗余切換功能的控制方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。
[0025]本發(fā)明第一方面實(shí)施例的支持冗余切換功能的控制系統(tǒng)，如圖1所示，包括控制器主機(jī)100、控制器從機(jī)200、第一通信模塊300和第二通信模塊400。
[0026]其中，第一通信模塊300，用于將由控制器主機(jī)100所發(fā)送的心跳信號和同步數(shù)據(jù)傳送至控制器從機(jī)200。第二通信模塊400，用于將由控制器主機(jī)100發(fā)送的從機(jī)故障查詢幀和主動切換信號發(fā)送至控制器從機(jī)200，以及將由控制器從機(jī)200發(fā)送的心跳信號異常確認(rèn)信號和從機(jī)故障應(yīng)答幀傳送至控制器主機(jī)100。
[0027]具體地，如圖2所示，在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，控制器主機(jī)100包括:心跳信號發(fā)送模塊101、數(shù)據(jù)同步模塊102、心跳信號確認(rèn)模塊103、自檢及故障診斷模塊104、從機(jī)狀態(tài)查詢模塊105和主動切換模塊106。
[0028]其中，心跳信號發(fā)送模塊101，用于向控制器從機(jī)200發(fā)送心跳信號。數(shù)據(jù)同步模塊102，用于向控制器從機(jī)200發(fā)送同步數(shù)據(jù)。心跳信號確認(rèn)模塊103，用于向控制器從機(jī)200發(fā)送應(yīng)答幀，以確認(rèn)控制器主機(jī)100工作正常。自檢及故障診斷模塊104，用于對控制器主機(jī)100的故障狀態(tài)進(jìn)行檢測與診斷，以獲取控制器主機(jī)100的自檢及故障診斷結(jié)果。從機(jī)狀態(tài)查詢模塊105，用于向控制器從機(jī)200發(fā)送查詢幀，以確認(rèn)控制器從機(jī)200是否故障。。主動切換模塊106，與自檢及故障診斷模塊104相連，用于接收控制器主機(jī)100的自檢及故障診斷結(jié)果并向控制器從機(jī)200發(fā)送主動切換指令，以及將控制器主機(jī)100切換為從機(jī)狀態(tài)。這樣，將冗余切換功能與控制器的自檢和故障診斷功能有機(jī)地結(jié)合起來了，便于控制器主機(jī)在部分故障的情況下進(jìn)行主動切換，也為控制器主、從機(jī)均故障的情況下選擇二者之間的優(yōu)勝者進(jìn)行降級使用提供了技術(shù)基礎(chǔ)。
[0029]如圖3所示，在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，控制器從機(jī)200包括:心跳信號接收及超時判定模塊201、數(shù)據(jù)同步模塊202、心跳信號確認(rèn)模塊203、自檢及故障診斷模塊204、從機(jī)狀態(tài)查詢模塊205和主動切換模塊206。
[0030]其中，心跳信號接收及超時判定模塊201，用于接收并分析心跳信號。數(shù)據(jù)同步模塊202，用于對同步數(shù)據(jù)進(jìn)行接收、解析和存儲。心跳信號確認(rèn)模塊203，用于向控制器主機(jī)100發(fā)送詢問幀，以判斷第一通信模塊300是否正常。自檢及故障診斷模塊204，用于對控制器從機(jī)200的故障狀態(tài)進(jìn)行檢測與診斷，以獲取控制器從機(jī)的自檢及故障診斷結(jié)果。從機(jī)狀態(tài)查詢模塊205，與自檢及故障診斷模塊204相連，用于接收控制器從機(jī)200的自檢及故障診斷結(jié)果，以及響應(yīng)所制器主機(jī)100的查詢并向控制器主機(jī)100發(fā)送控制器從機(jī)200的自檢及故障診斷結(jié)果。主動切換模塊206，用于確認(rèn)控制器主機(jī)100功能故障，并將控制器從機(jī)200的運(yùn)行狀態(tài)切換為主機(jī)狀態(tài)。
[0031]進(jìn)一步地，控制器主機(jī)100發(fā)送主動切換指令是基于控制器主機(jī)100的自檢及故障診斷結(jié)果和控制器從機(jī)200的自檢及故障診斷結(jié)果綜合判定的。如此，進(jìn)一步地提高了冗余切換的可靠性。
[0032]具體地，本發(fā)明一個實(shí)施例的硬件結(jié)構(gòu)圖如圖4所示，其中，字母“M”為Master的首字母，“S”為Slave的首字母，分別代表處于工作狀態(tài)的控制器主機(jī)和處于備用狀態(tài)的控制器從機(jī)。組成本發(fā)明實(shí)施例的冗余控制裝置的控制器主機(jī)和控制器從機(jī)在硬件上完全一致，均可依據(jù)具體應(yīng)用的需求選擇相應(yīng)的處理器、內(nèi)存以及接口芯片設(shè)計(jì)而成。接口 M-P1、M-P2、S-Pl和S-P2在目前的技術(shù)條件下均可采用通用的100Mbit/s的快速以太網(wǎng)口。為在硬上支持心跳信號的雙重確認(rèn)和主機(jī)發(fā)起主動切換的功能，采用兩條專門的通信線連接控制器主機(jī)和控制器從機(jī)，對應(yīng)為通信線①和通信線②，即第一通信模塊和第二通信模塊
[0033]進(jìn)一步地，控制器主機(jī)和控制器從機(jī)之間的冗余切換過程如圖5所示，具體地工作邏輯描述如下:
[0034](I)控制器主機(jī)及控制器從機(jī)上均設(shè)置一個全局變量，記錄自身的工作狀態(tài)?？刂破髦鳈C(jī)上記錄的狀態(tài)為“主機(jī)”狀態(tài)，控制器從機(jī)上該變量記錄為“從機(jī)”狀態(tài)。
[0035](2)控制器主機(jī)100由心跳信號發(fā)送模塊101通過即通信線①向控制器從機(jī)周期性地發(fā)送心跳信號。其發(fā)送的周期長短可在心跳信號發(fā)送模塊101中進(jìn)行配置，以滿足不同應(yīng)用場合對實(shí)時性的要求?？刂破鲝臋C(jī)200設(shè)置有心跳信號接收及超時判定模塊201，接收并分析心跳信號。同時，控制器主機(jī)100和控制器從機(jī)200均開辟專門的同步數(shù)據(jù)區(qū)，以用于存儲主機(jī)和從機(jī)間需要同步的關(guān)鍵監(jiān)控數(shù)據(jù)和中間變量。控制器主機(jī)100的數(shù)據(jù)同步模塊102通過通信線①向控制器從機(jī)200周期性地發(fā)送同步數(shù)據(jù)區(qū)的數(shù)據(jù)，控制器從機(jī)200也運(yùn)行相應(yīng)數(shù)據(jù)同步模塊202對同步數(shù)據(jù)進(jìn)行接收、解析和存儲。
[0036](3)控制器從機(jī)200運(yùn)行心跳信號接收及超時判定模塊201，以監(jiān)視控制器主機(jī)100發(fā)送的心跳信號是否正常。心跳信號接收及超時判定模塊201專門設(shè)置一個超時定時器，其超時時間依據(jù)心跳信號的發(fā)送周期而設(shè)定且大于心跳信號的發(fā)送周期。每接到一個心跳信號，心跳信號接收及超時判定模塊均清零該超時定時器。在心跳信號正常的情況下，該超時定時器均不會被觸發(fā)，一旦心跳信號未正確接收，超時定時器將觸發(fā)而使得控制器從機(jī)獲得“心跳信號異?！钡呐袛唷Ｔ诳刂破髦鳈C(jī)100和控制器從機(jī)200間只有一條通信線時，此時將無法區(qū)分心跳信號異常是否確實(shí)源于控制器主機(jī)的主控功能故障(控制器不能運(yùn)行代碼邏輯的故障狀態(tài)，如CPU故障)，因?yàn)榇朔N情況還可能源于傳遞心跳信號的通信鏈路(含M-P1、通信線、S-P1)故障。如非控制器主機(jī)主控功能故障情況下控制器從機(jī)直接進(jìn)行切換，將導(dǎo)致冗余控制器兩個控制器均運(yùn)行在主機(jī)狀態(tài)的沖突狀況。因此，為更為確定地判定控制器主機(jī)的主控功能故障，本發(fā)明實(shí)施例將通過通信線②進(jìn)行二次確認(rèn)。[0037](4)當(dāng)判定心跳信號異常時，控制器從機(jī)200立即通過心跳信號確認(rèn)模塊203經(jīng)通信線②發(fā)送“心跳信號是否正常”的詢問幀。此時將出現(xiàn)兩種情況:如果“心跳信號異?！贝_實(shí)是由控制器主機(jī)100的主控功能故障(而不是對應(yīng)的第一通信模塊300故障和通信線
①斷線)產(chǎn)生的，則控制器從機(jī)200無法收到詢問幀的應(yīng)答。此種情況下，控制器從機(jī)200確認(rèn)控制器主機(jī)100的主控功能故障并立即將自身運(yùn)行狀態(tài)設(shè)定為主機(jī)狀態(tài)，開始運(yùn)行控制器主機(jī)的功能。如果“心跳信號異?！笔且?yàn)橥ㄐ啪€①對應(yīng)的通信鏈路故障，而此時控制器主機(jī)100實(shí)際仍能正常工作，控制器從機(jī)200將能夠立即收到控制器主機(jī)100發(fā)出的“心跳信號正?！钡膽?yīng)答幀。此種情況下，控制器從機(jī)200不切換，仍由控制器主機(jī)100執(zhí)行監(jiān)測、控制功能。但控制器從機(jī)200將設(shè)置相應(yīng)的故障標(biāo)志位。控制器主機(jī)100和控制器從機(jī)200均設(shè)置若干字節(jié)作為故障標(biāo)識，分別記錄控制器運(yùn)行過程中的各類故障狀態(tài)。故障標(biāo)識一部分由自檢及故障診斷模塊104和204進(jìn)行設(shè)置，另一部分故障標(biāo)識由各模塊運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)故障后進(jìn)行對應(yīng)的設(shè)置。
[0038](5)控制器主機(jī)100通過從機(jī)狀態(tài)查詢模塊105經(jīng)通信線②周期性地向控制器從機(jī)200發(fā)送查詢幀，控制器從機(jī)200通過對應(yīng)的從機(jī)狀態(tài)查詢模塊204進(jìn)行應(yīng)答，基于此控制器主機(jī)100可實(shí)時地獲得控制器從機(jī)是否故障的信息。由(4)可知，控制器從機(jī)200會對通信線①對應(yīng)通信鏈路是否工作正常進(jìn)行判斷。因此，在控制器主機(jī)100正常的情況下，也將通過從機(jī)狀態(tài)查詢模塊105獲得該項(xiàng)狀態(tài)信息。通信線①對應(yīng)通信鏈路直接關(guān)系到冗余切換功能是否正常工作，如此可便于通過控制器主機(jī)100對通信線①對應(yīng)通信鏈路的故障狀態(tài)進(jìn)行報警。
[0039](6)基于從機(jī)狀態(tài)查詢模塊105所實(shí)現(xiàn)的功能，控制器主機(jī)100可獲得控制器從機(jī)200的工作狀態(tài)，結(jié)合自身故障狀態(tài)，控制器主機(jī)100可判定控制器從機(jī)的工作狀態(tài)是否優(yōu)于自身的工作狀態(tài)。基于此，當(dāng)控制器主機(jī)100主控功能(CPU功能等)還未停止工作，但通過主機(jī)切換模塊106(主機(jī)端)依據(jù)各個故障狀態(tài)標(biāo)志評定已經(jīng)損失嚴(yán)重的情況下，控制器主機(jī)100可通過主動切換模塊106向控制器從機(jī)200發(fā)送主動切換指令，發(fā)送指令后并將自身設(shè)置為從機(jī)工作狀態(tài)。主動切換模塊206 (從機(jī)端)接收到主動切換指令后，將控制器從機(jī)切換為“主機(jī)”工作狀態(tài)，設(shè)置工作狀態(tài)標(biāo)識并完成各項(xiàng)切換操作。
[0040]根據(jù)本發(fā)明的支持冗余切換功能的控制系統(tǒng)，，利用第一通信模塊向控制器從機(jī)發(fā)送心跳信號和同步數(shù)據(jù)，并應(yīng)用第二通信模塊實(shí)現(xiàn)心跳信號的二次確認(rèn)，以及支持控制器主機(jī)對控制器從機(jī)的從機(jī)故障查詢和主動切換功能，便于控制器主機(jī)在部分故障的情形下進(jìn)行主動切換，結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高。
[0041]本發(fā)明第二方面的實(shí)施例提出一種支持冗余切換功能的控制方法，包括以下步驟:控制器主機(jī)通過第一通信模塊向控制器從機(jī)發(fā)送心跳信號以及同步數(shù)據(jù)；控制器從機(jī)接收并處理心跳信號以及同步數(shù)據(jù)；當(dāng)心跳信號異常時，控制器從機(jī)向控制器主機(jī)發(fā)送心跳信號詢問幀，以確認(rèn)第一通信模塊是否工作異常，若第一通信模塊工作異常，則控制器從機(jī)設(shè)置相應(yīng)的故障標(biāo)志位；控制器主機(jī)向控制器從機(jī)發(fā)送查詢幀，以確認(rèn)控制器從機(jī)是否故障；控制器從機(jī)響應(yīng)控制器主機(jī)的查詢，并向控制器主機(jī)發(fā)送控制器從機(jī)的狀態(tài)信息；控制器主機(jī)根據(jù)自身狀態(tài)信息和控制器從機(jī)的狀態(tài)信息確定是否發(fā)送主動切換指令。
[0042]下面結(jié)合圖1-5和圖6所示，具體描述本發(fā)明實(shí)施例的支持冗余切換功能的控制方法如下:[0043]步驟SlOl:控制器主機(jī)通過第一通信模塊向控制器從機(jī)發(fā)送心跳信號以及同步數(shù)據(jù)。
[0044]在實(shí)際運(yùn)行中，先在控制器主機(jī)及控制器從機(jī)上均設(shè)置一個全局變量，記錄自身的工作狀態(tài)。控制器主機(jī)上記錄的狀態(tài)為“主機(jī)”狀態(tài)，控制器從機(jī)上該變量記錄為“從機(jī)”狀態(tài)。
[0045]具體地，在本發(fā)明的實(shí)施例中，控制器主機(jī)100由心跳信號發(fā)送模塊101通過即通信線①向控制器從機(jī)周期性地發(fā)送心跳信號。其發(fā)送的周期長短可在心跳信號發(fā)送模塊101中進(jìn)行配置，以滿足不同應(yīng)用場合對實(shí)時性的要求。同時，控制器主機(jī)100和控制器從機(jī)200均開辟專門的同步數(shù)據(jù)區(qū)，以用于存儲主機(jī)和從機(jī)間需要同步的關(guān)鍵監(jiān)控數(shù)據(jù)和中間變量?？刂破髦鳈C(jī)100的數(shù)據(jù)同步模塊102通過通信線①向控制器從機(jī)200周期性地發(fā)送同步數(shù)據(jù)區(qū)的數(shù)據(jù)。
[0046]步驟S102:控制器從機(jī)接收并處理心跳信號以及同步數(shù)據(jù)。
[0047]具體地，在本發(fā)明的實(shí)施例中，控制器從機(jī)200設(shè)置有心跳信號接收及超時判定模塊201，接收并分析心跳信號。同時，控制器從機(jī)200也運(yùn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)同步模塊202對同步數(shù)據(jù)進(jìn)行接收、解析和存儲。
[0048]步驟S103:當(dāng)心跳信號異常時，控制器從機(jī)向控制器主機(jī)發(fā)送心跳信號詢問幀，以確認(rèn)第一通信模塊是否工作異常，若第一通信模塊工作異常，則控制器從機(jī)設(shè)置相應(yīng)的故障標(biāo)志位。
[0049]具體地，在本發(fā)明的實(shí)施例中，控制器從機(jī)200運(yùn)行心跳信號接收及超時判定模塊201，以監(jiān)視控制器主機(jī)100發(fā)送的心跳信號是否正常。心跳信號接收及超時判定模塊201專門設(shè)置一個超時定時器，其超時時間依據(jù)心跳信號的發(fā)送周期而設(shè)定且大于心跳信號的發(fā)送周期。每接到一個心跳信號，心跳信號接收及超時判定模塊均清零該超時定時器。在心跳信號正常的情況下，該超時定時器均不會被觸發(fā)，一旦心跳信號未正確接收，超時定時器將觸發(fā)而使得控制器從機(jī)獲得“心跳信號異常”的判斷。在控制器主機(jī)100和控制器從機(jī)200間只有一條通信線時，此時將無法區(qū)分心跳信號異常是否確實(shí)源于控制器主機(jī)的主控功能故障(控制器不能運(yùn)行代碼邏輯的故障狀態(tài)，如CPU故障)，因?yàn)榇朔N情況還可能源于傳遞心跳信號的通信鏈路(含M-P1、通信線、S-P1)故障。如非控制器主機(jī)主控功能故障情況下控制器從機(jī)直接進(jìn)行切換，將導(dǎo)致冗余控制器兩個控制器均運(yùn)行在主機(jī)狀態(tài)的沖突狀況。因此，為更為確定地判定控制器主機(jī)的主控功能故障，本發(fā)明實(shí)施例將通過通信線
②進(jìn)行二次確認(rèn)。
[0050]當(dāng)判定心跳信號異常時，控制器從機(jī)200立即通過心跳信號確認(rèn)模塊203經(jīng)通信線②發(fā)送“心跳信號是否正常”的詢問幀。此時將出現(xiàn)兩種情況:如果“心跳信號異?！贝_實(shí)是由控制器主機(jī)100的主控功能故障(而不是對應(yīng)的第一通信模塊300故障和通信線①斷線)產(chǎn)生的，則控制器從機(jī)200無法收到詢問幀的應(yīng)答。此種情況下，控制器從機(jī)200確認(rèn)控制器主機(jī)100的主控功能故障并立即將自身運(yùn)行狀態(tài)設(shè)定為主機(jī)狀態(tài)，開始運(yùn)行控制器主機(jī)的功能。如果“心跳信號異常”是因?yàn)橥ㄐ啪€①對應(yīng)的通信鏈路故障，而此時控制器主機(jī)100實(shí)際仍能正常工作，控制器從機(jī)200將能夠立即收到控制器主機(jī)100發(fā)出的“心跳信號正?！钡膽?yīng)答幀。此種情況下，控制器從機(jī)200不切換，仍由控制器主機(jī)100執(zhí)行監(jiān)測、控制功能。但控制器從機(jī)200將設(shè)置相應(yīng)的故障標(biāo)志位?？刂破髦鳈C(jī)100和控制器從機(jī)200均設(shè)置若干字節(jié)作為故障標(biāo)識，分別記錄控制器運(yùn)行過程中的各類故障狀態(tài)。故障標(biāo)識一部分由自檢及故障診斷模塊104和204進(jìn)行設(shè)置，另一部分故障標(biāo)識由各模塊運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)故障后進(jìn)行對應(yīng)的設(shè)置。
[0051]步驟S104:控制器主機(jī)向控制器從機(jī)發(fā)送查詢幀，以確認(rèn)控制器從機(jī)是否故障。
[0052]具體地，在本發(fā)明的實(shí)施例中，控制器主機(jī)100通過從機(jī)狀態(tài)查詢模塊105經(jīng)通信線②周期性地向控制器從機(jī)200發(fā)送查詢幀。
[0053]步驟S105:;控制器從機(jī)響應(yīng)控制器主機(jī)的查詢，并向控制器主機(jī)發(fā)送控制器從機(jī)的狀態(tài)信息具體地，在本發(fā)明的實(shí)施例中，控制器從機(jī)200通過對應(yīng)的從機(jī)狀態(tài)查詢模塊204進(jìn)行應(yīng)答，基于此控制器主機(jī)100可實(shí)時地獲得控制器從機(jī)是否故障的信息。由(4)可知，控制器從機(jī)200會對通信線①對應(yīng)通信鏈路是否工作正常進(jìn)行判斷。因此，在控制器主機(jī)100正常的情況下，也將通過從機(jī)狀態(tài)查詢模塊105獲得該項(xiàng)狀態(tài)信息。通信線①對應(yīng)通信鏈路直接關(guān)系到冗余切換功能是否正常工作，如此可便于通過控制器主機(jī)100對通信線①對應(yīng)通信鏈路的故障狀態(tài)進(jìn)行報警。
[0054]步驟S106:控制器主機(jī)根據(jù)自身狀態(tài)信息和控制器從機(jī)的狀態(tài)信息確定是否發(fā)送主動切換指令。
[0055]具體地，在本發(fā)明的實(shí)施例中，基于從機(jī)狀態(tài)查詢模塊105所實(shí)現(xiàn)的功能，控制器主機(jī)100可獲得控制器從機(jī)200的工作狀態(tài)，結(jié)合自身故障狀態(tài)，控制器主機(jī)100可判定控制器從機(jī)的工作狀態(tài)是否優(yōu)于自身的工作狀態(tài)。基于此，當(dāng)控制器主機(jī)100主控功能(CPU功能等)還未停止工作，但通過主機(jī)切換模塊106(主機(jī)端)依據(jù)各個故障狀態(tài)標(biāo)志評定已經(jīng)損失嚴(yán)重的情況下，控制器主機(jī)100可通過主動切換模塊106向控制器從機(jī)200發(fā)送主動切換指令，發(fā)送指令后并將自身設(shè)置為從機(jī)工作狀態(tài)。主動切換模塊206 (從機(jī)端)接收到主動切換指令后，將控制器從機(jī)切換為“主機(jī)”工作狀態(tài)，設(shè)置工作狀態(tài)標(biāo)識并完成各項(xiàng)切換操作。
[0056]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的支持冗余切換功能的控制方法，采用心跳信號二次確認(rèn)的方式，更加可靠地實(shí)現(xiàn)冗余切換的功能。本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。
[0057]在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個實(shí)施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不必須針對的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任一個或多個實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以將本說明書中描述的不同實(shí)施例或示例以及不同實(shí)施例或示例的特征進(jìn)行結(jié)合和組合。
[0058]盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，可以理解的是，上述實(shí)施例是示例性的，不能理解為對本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對上述實(shí)施例進(jìn)行變化、修改、替換和變型。
【權(quán)利要求】
1.一種支持幾余切換功能的控制系統(tǒng)，其特征在于，包括: 控制器主機(jī)； 控制器從機(jī)； 第一通信模塊，用于將由所述控制器主機(jī)所發(fā)送的心跳信號和同步數(shù)據(jù)傳送至所述控制器從機(jī)； 第二通信模塊，用于將由所述控制器主機(jī)發(fā)送的從機(jī)故障查詢幀和主動切換信號發(fā)送至所述控制器從機(jī)，以及將由所述控制器從機(jī)發(fā)送的心跳信號異常確認(rèn)信號和從機(jī)故障應(yīng)答幀傳送至所述控制器主機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器主機(jī)包括: 心跳信號發(fā)送模塊，用于向所述控制器從機(jī)發(fā)送所述心跳信號； 數(shù)據(jù)同步模塊，用于向所述控制器從機(jī)發(fā)送所述同步數(shù)據(jù)； 心跳信號確認(rèn)模塊，用于向所述控制器從機(jī)發(fā)送應(yīng)答幀，以確認(rèn)所述控制器主機(jī)工作正常； 自檢及故障診斷模塊，用于對所述控制器主機(jī)的故障狀態(tài)進(jìn)行檢測與診斷，以獲取所述控制器主機(jī)的自檢 及故障診斷結(jié)果； 從機(jī)狀態(tài)查詢模塊，用于向所述控制器從機(jī)發(fā)送查詢幀，以確認(rèn)所述控制器從機(jī)是否故障； 主動切換模塊，與所述自檢及故障診斷模塊相連，用于接收所述控制器主機(jī)的自檢及故障診斷結(jié)果并向所述控制器從機(jī)發(fā)送主動切換指令，以及將所述控制器主機(jī)切換為從機(jī)狀態(tài)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器從機(jī)包括: 心跳信號接收及超時判定模塊，用于接收并分析所述心跳信號； 數(shù)據(jù)同步模塊，用于對所述同步數(shù)據(jù)進(jìn)行接收、解析和存儲； 心跳信號確認(rèn)模塊，用于向所述控制器主機(jī)發(fā)送詢問幀，以區(qū)分所述第一通信模塊異常和所述控制器主機(jī)異常； 自檢及故障診斷模塊，用于對所述控制器從機(jī)的故障狀態(tài)進(jìn)行檢測與診斷，以獲取所述控制器從機(jī)的自檢及故障診斷結(jié)果； 從機(jī)狀態(tài)查詢模塊，與所述自檢及故障診斷模塊相連，用于接收所述控制器從機(jī)的自檢及故障診斷結(jié)果，以及響應(yīng)所述控制器主機(jī)的查詢并向所述控制器主機(jī)發(fā)送所述控制器從機(jī)的自檢及故障診斷結(jié)果； 主動切換模塊，用于確認(rèn)所述控制器主機(jī)功能故障，并將所述控制器從機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)切換為主機(jī)狀態(tài)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器主機(jī)發(fā)送主動切換指令是基于所述控制器主機(jī)的自檢及故障診斷結(jié)果和所述控制器從機(jī)的自檢及故障診斷結(jié)果綜合判定的。
5.一種支持冗余切換功能的控制方法，其特征在于，包括以下步驟: 控制器主機(jī)通過第一通信模塊向控制器從機(jī)發(fā)送心跳信號以及同步數(shù)據(jù)； 所述控制器從機(jī)接收并處理所述心跳信號以及同步數(shù)據(jù)； 當(dāng)所述心跳信號異常時，所述控制器從機(jī)向所述控制器主機(jī)發(fā)送心跳信號詢問幀，以區(qū)分所述第一通信模塊工作異常和所述控制器主機(jī)異常，若為所述第一通信模塊工作異常，則所述控制器從機(jī)設(shè)置相應(yīng)的故障標(biāo)志位；若為所述控制器主機(jī)異常則所述控制器從機(jī)切換為主機(jī)狀態(tài)； 所述控制器主機(jī)向所述控制器從機(jī)發(fā)送查詢幀，以確認(rèn)所述控制器從機(jī)是否故障；并且，如對應(yīng)應(yīng)答幀超時則提示需檢修所述控制器從機(jī)及所述第二通信模塊； 所述控制器從機(jī)響應(yīng)所述控制器主機(jī)的查詢，并向所述控制器主機(jī)發(fā)送所述控制器從機(jī)的狀態(tài)信息； 所述控制器主機(jī)根據(jù)自身狀態(tài)信息和所述控制器從機(jī)的狀態(tài)信息確定是否發(fā)送主動切換指令。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其特征在于，所述控制器主機(jī)向所述控制器從機(jī)發(fā)送查詢幀以及所述控制器從機(jī)響應(yīng)所述控制器主機(jī)的查詢，并向所述控制器主機(jī)發(fā)送所述控制器從機(jī)的狀態(tài)信息是通過第二通信模塊進(jìn)行的。
【文檔編號】G05B19/418GK103955188SQ201410168657
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年4月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月24日
【發(fā)明者】周樹橋 申請人:清華大學(xué)