工业控制系统及其控制方法与流程

本发明涉及工业控制，尤指一种工业控制系统及其控制方法

背景技术：

1、目前，很多控制系统采用主备切换式的冗余，在该设计下，控制器内的iec任务分别在冗余的控制器内异步运行，当主控制器发生故障时，进行热备切换，原备控制器升主运行，故障主控制器降备，实现主备切换，但是在主备切换过程中，存在数据扰动，导致控制器系统发生抖动。

2、在系统正常运行下，主机的cpu调度多iec任务执行用户的控制程序，备机的cpu也调度多iec任务执行用户的控制程序，但是主机与备机之间异步执行并且仅有主机的运算数据会通过iobus总线发送至输入输出模块(io模块)，io模块根据主机的控制指令，实现现场的控制，当主机发送故障时，通过主机降备，备机升主，实现主备切换，新升主的控制器调度iec任务，将运算数据通过iobus总线发送至io模块。根据目前的控制系统的技术方案，主备切换存在数据扰动，影响现场控制；当主机发生未检测出的故障时，故障数据已经生效，会对现场产生不可预知的风险；主备切换功能发生故障后，系统将无法工作的缺陷。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本申请提供了一种工业控制系统及其控制方法，其能够避免主备切换时系统的不稳定性。

2、为了达到本申请目的，本发明实施例提供了一种工业控制系统，包括：输入输出模块以及互作冗余的至少两个控制器，该至少两个控制器中的每个控制器均包括互作冗余的至少两个中央处理器；其中，

3、每个中央处理器用于：

4、执行第一任务；

5、通过在至少两个控制器之间的通信接口接收其他中央处理器执行第一任务的结果；

6、通过对本中央处理器执行第一任务的结果加上所接收的其他中央处理器执行第一任务的结果进行表决，确定第一任务的最终结果；以及

7、向第一任务对应的输入输出模块输出第一任务的最终结果。

8、在一个可选的实施例中，通过对本中央处理器执行第一任务的结果加上所接收的其他中央处理器执行第一任务的结果进行表决，确定第一任务的最终结果，包括：

9、如果在预设的时间内未接收到一个或多个中央处理器执行第一任务的结果，则每个中央处理器根据除了一个或多个中央处理器以外的剩余中央处理器的数量，对本中央处理器执行第一任务的结果加上从剩余中央处理器接收到的执行第一任务的结果进行降级表决，以确定第一任务的结果。

10、在一个可选的实施例中，每个控制器还包括同步逻辑处理器，每个同步逻辑处理器用于：

11、与其他同步逻辑处理器交换时钟信号和升主使能信号；其中，升主使能信号是由同步逻辑控制器根据其所在的控制器之中的各个中央处理器以及本同步逻辑控制器分别执行自检测的结果而生成的；

12、如果检测到所接收的升主使能信号中的标志位表示升主使能信号对应的控制器故障，则在确定工业控制系统的时钟的时候，排除将故障的控制器中的中央处理器的时钟作为工业控制系统的时钟。

13、在一个可选的实施例中，通过对本中央处理器执行第一任务的结果加上所接收的其他中央处理器执行第一任务的结果进行表决，确定第一任务的最终结果，包括：

14、排除从所接收的升主使能信号中的标志位表示对应的中央处理器故障的中央处理器执行第一任务的结果；

15、对排除的处理器以外的其他中央处理器执行第一任务的结果进行表决，以确定向第一任务对应的输入输出模块输出的第一任务的结果。

16、在一个可选的实施例中，每个同步逻辑处理器还用于：

17、当其所在的控制器根据预设的优先权而作为工业控制系统的主控制器的时候，将本控制器之中的默认中央处理器的时钟作为工业控制系统的时钟。

18、在一个可选的实施例中，每个同步逻辑处理器还用于：

19、向工业控制系统中的其他同步逻辑控制器输出主备状态信号；其中，主备状态信号表示本同步逻辑控制器所在的控制器之中的中央处理器的时钟是否作为工业控制系统的时钟；

20、并且

21、每个同步逻辑处理器还用于：

22、根据所接收的主备状态信号、升主使能信号以及控制器的预设优先级，确定其时钟作为工业控制系统的时钟的中央处理器所在的控制器。

23、在一个可选的实施例中，执行相同的第一任务，包括：

24、在工业控制系统中的各个中央处理器时钟同步之后，如果每个中央处理器从其所在的控制器之中的同步逻辑处理器接收到的秒脉冲信号的累计数量达到预设阈值，则开始执行相同的第一任务。

25、在一个可选的实施例中，每个控制器还包括协处理器，协处理器连接所在的控制器中的互作冗余的至少两个控制器以及工业控制系统中的输入输出模块，并且协处理器用于将所在的控制器中的中央处理器向对应的输入输出模块输出第一任务的结果；

26、并且

27、协处理器还用于接收输入输出模块的输入信号。

28、为了达到上述目的，本发明实施例提供了一种工业控制系统的控制方法，工业控制系统包括输入输出模块以及互作冗余的至少两个控制器，至少两个控制器中的每个控制器均包括互作冗余的至少两个中央处理器；其特征在于，控制方法包括：

29、每个中央处理器执行第一任务；

30、每个中央处理器通过在至少两个控制器之间的通信接口接收其他中央处理器执行第一任务的结果；

31、每个中央处理器通过对本中央处理器执行第一任务的结果加上所接收的其他中央处理器执行第一任务的结果进行表决，确定第一任务的最终结果；以及

32、每个中央处理器向第一任务对应的输入输出模块输出第一任务的最终结果。

33、在一个可选的实施例中，每个中央处理器通过对本中央处理器执行第一任务的结果加上所接收的其他中央处理器执行第一任务的结果进行表决，确定第一任务的最终结果，包括：

34、如果在预设的时间内未接收到一个或多个中央处理器执行第一任务的结果，则每个中央处理器根据除了一个或多个中央处理器以外的剩余中央处理器的数量，对本中央处理器执行第一任务的结果加上从剩余中央处理器接收到的执行第一任务的结果进行降级表决，以确定第一任务的结果。

35、通过这种方式，至少两个控制器之中的互作冗余的中央处理器均能够对相同的任务进行处理并且得出计算结果。然后每个中央处理器能够将自身计算出的计算结果与其他处理器计算出的结果汇总之后进行表决，从而避免了当有处理器出现故障的时候进行主备切换所造成的系统不稳定，并且将汇总的结果进行表决也能够最大程度避免单个中央处理器计算错误而造成的不良影响。

36、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

技术特征：

1.一种工业控制系统，包括：输入输出模块以及互作冗余的至少两个控制器，其特征在于，所述至少两个控制器中的每个控制器均包括互作冗余的至少两个中央处理器；其中，

2.根据权利要求1所述的工业控制系统，其中，所述通过对本中央处理器执行所述第一任务的结果加上所接收的其他所述中央处理器执行所述第一任务的结果进行表决，确定所述第一任务的最终结果，包括：

3.根据权利要求1所述的工业控制系统，其特征在于，每个所述控制器还包括同步逻辑处理器，每个所述同步逻辑处理器用于：

4.根据权利要求3所述的工业控制系统，其中，所述通过对本中央处理器执行所述第一任务的结果加上所接收的其他所述中央处理器执行所述第一任务的结果进行表决，确定所述第一任务的最终结果，包括：

5.根据权利要求3所述的工业控制系统，其特征在于，每个所述同步逻辑处理器还用于：

6.根据权利要求3所述的工业控制系统，其特征在于，每个所述同步逻辑处理器还用于：

7.根据权利要求3所述的工业控制系统，其中，所述执行相同的第一任务，包括：

8.根据权利要求1所述的工业控制系统，其特征在于，每个所述控制器还包括协处理器，所述协处理器连接所在的控制器中的所述互作冗余的至少两个控制器以及所述工业控制系统中的输入输出模块，并且所述协处理器用于将所在的控制器中的中央处理器向所述对应的输入输出模块输出所述第一任务的结果；

9.一种工业控制系统的控制方法，所述工业控制系统包括输入输出模块以及互作冗余的至少两个控制器，所述至少两个控制器中的每个控制器均包括互作冗余的至少两个中央处理器；其特征在于，所述控制方法包括：

10.根据权利要求9的控制方法，其中，所述每个所述中央处理器通过对本中央处理器执行所述第一任务的结果加上所接收的其他所述中央处理器执行所述第一任务的结果进行表决，确定所述第一任务的最终结果，包括：

技术总结
本申请公开了一种工业控制系统，包括：输入输出模块以及互作冗余的至少两个控制器，其特征在于，至少两个控制器中的每个控制器均包括互作冗余的至少两个中央处理器；其中，每个中央处理器用于：执行第一任务；通过在至少两个控制器之间的通信接口接收其他中央处理器执行第一任务的结果；通过对本中央处理器执行第一任务的结果加上所接收的其他中央处理器执行第一任务的结果进行表决，确定第一任务的最终结果；以及向第一任务对应的输入输出模块输出第一任务的最终结果。该系统能够避免主备切换时系统的不稳定性。还公开了一种工业控制系统的控制方法。

技术研发人员：孟凯旋,方垒
受保护的技术使用者：杭州和利时自动化有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12