CN103401748A - 一种盾构机热备控制***及方法 - Google Patents

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李恒
李才洪
周鸿雏
陈文菊
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Abstract

本发明提供一种盾构机热备控制***及方法，涉及盾构机控制领域；解决了盾构机控制***容错率低的问题，本方案包括热备PLC主机、热备PLC备用机、两个热备以太网交换机、交换机和下挂设备，热备PLC主机与一个热备以太网交换机连接，热备PLC备用机与另一个热备以太网交换机连接，热备PLC主机采用CPU同步链路与热备PLC备用机连接，两个热备以太网交换机之间采用同步链路连接，交换机与两个热备以太网交换机连接成以太网环网，下挂设备与交换机连接。可保证盾构控制***在主机故障时执行程序流程的不间断和当前数据的完整性，提高以太网通讯网络在硬件和软件上的容错能力，极大的提高的盾构机控制***的冗余可靠性能。

Description

一种盾构机热备控制***及方法
技术领域
本发明涉及盾构机控制领域，尤其是涉及一种盾构机热备控制***及方法。 
背景技术
盾构机被广泛使用在城市地铁隧道建设中，由于是在隧道内进行施工作业，对盾构机控制***的可靠性要求很高。目前国产盾构机的控制***主要采用单机PLC控制器加分布式站点的拓扑结构方式。采用上述方式构建的***有如下问题：容错率低，当PLC控制器故障后，会导致盾构机故障停机并丢失施工数据，影响工期，严重的可能造成重大事故。 
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术存在的问题，提供一种保证数据完整性、提高盾构机控制***的冗余可靠性能的盾构机热备控制***及方法。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
一种盾构机热备控制***，其特征在于，该***包括热备PLC主机、热备PLC备用机、两个热备以太网交换机、交换机和下挂设备，所述热备PLC主机与一个热备以太网交换机连接，所述热备PLC备用机与另一个热备以太网交换机连接，热备PLC主机采用CPU同步链路与热备PLC备用机连接，两个热备以太网交换机之间采用同步链路连接，所述交换机与两个热备以太网交换机连接成以太网环网，所述下挂设备与交换机连接。
优选的，交换机设有多个，每个交换机都连接一个下挂设备。
优选的，所述的下挂设备为泡沫***、注浆***、导向***、HIM电脑、地面监控***、分布式I/O模块、无线I/O 传输设备或操作开关按钮。
一种如权利要求1所述盾构机热备控制***的控制方法，其特征在于，当控制***正常运行时，热备PLC主机正常工作，热备PLC备用机处于待机状态，只与热备PLC主机进行数据同步；当热备PLC主机故障时，热备PLC备用机在一定时间内完全代替主机设备运行工作。
优选的，所述的一定投切时间为1ms~500ms 。
优选的，所述的一定时间为300ms 。
优选的，热备PLC主机通过CPU同步链路与热备PLC备用机连接，用于PLC的数据库数据的传输同步。
优选的，两个热备以太网交换机之间采用同步链路连接，用于热备诊断信息的传输同步。
与现有技术相比，本发明通过对控制***核心PLC控制的热备设计和以太网环网建立，保证了盾构控制***在主机故障时执行程序流程的不间断和当前数据的完整性，提高了以太网通讯网络在硬件和软件上的容错能力，极大的提高的盾构机控制***的冗余可靠性能。
 
附图说明
图1为本发明的***结构示意图。
 
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例  
如图1所示，一种盾构机热备控制***，该***包括热备PLC主机1、热备PLC备用机2、两个热备以太网交换机3、交换机4和下挂设备。热备PLC主机1与一个热备以太网交换机3连接。热备PLC备用机2与另一个热备以太网交换机3连接。热备PLC主机1采用CPU同步链路与热备PLC备用机2连接，CPU同步链路主要用于PLC的数据库数据的传输同步。两个热备以太网交换机3之间采用同步链路连接，热备以太网交换机的ETY同步链路主要是用于热备诊断信息的传输同步。交换机4与两个热备以太网交换机3连接成以太网环网，以太网环网的利用主要是增强了网络本身的冗余性，当网络中出现1处故障（包括网线物理损害或交换机故障）时，***工作不受影响。下挂设备与交换机4连接。本发明***采用两组热备PLC控制器和热备以太网交换机，一组为主机设备，一组为备用设备。控制方法如下，当控制***正常运行时，热备PLC主机正常工作，热备PLC备用机处于待机状态，只与热备PLC主机进行数据同步；当热备PLC主机故障时，热备PLC备用机在一定时间内完全代替主机设备运行工作。当***正常运行时，主机设备正常工作，备用设备处于待机状态，只与主机设备进行数据同步。当主机设备故障时，备用设备可在不超过500ms的投切时间内完全代替主机设备运行工作，保证了盾构控制***在主机故障时执行程序流程的不间断和当前数据的完整性。并利用两组热备以太网交换机组成一个以太网环网，形成了冗余性能更高的以太网拓扑网络，当以太网环网中有任一处连接电缆损坏时，不影响整个网络上所有站点的设备通讯工作。
为了实现ETY同步链路，热备以太网模块ETY 是十分关键的部件，分别安装在两个PLC 机架的相同槽位中， ETY的固件版本也必须一致。ETY 之间的连接称为ETY 同步连接，是用于传输和接收与热备***相关的其他信息（包括诊断信息）的通道。ETY 在***中成对出现，承担着热备***冗余所必须的两种功能。首先，可以传达信息，这些信息用于判断是否有由于应用程序中的错误或者整个主机架的电源供应中断导致主PLC 没有响应，并帮助PLC 对导致切换的条件加以区别。其次， ETY 成为通过以太网 TCP/IP 网络以冗余方式控制 I/O 的基础。主机架上的ETY 模块中运行I/O 扫描服务才能建立冗余以太网 I/O。
在此环网中，下挂设备如下：泡沫***5；注浆***6；导向***7；HIM电脑8（或称人机交互HIM触摸屏），负责对盾构机的实时参数进行显示和一些动作指令的下达；地面监控***9；分布式IO站点12（站点内设置分布式I/O模块），负责如压力传感器、流量传感器、开关信号等输入信号的采集和如继电器、电磁阀等控制执行元件的输出信号的输出；操作开关按钮，负责盾构机重要指令的下达；无线I/O 传输设备10，负责将无线遥控器的信号接收并传输给PLC控制器；其他机电设备，例如刀盘变频器11，负责接收网络中的控制指令并执行，并将变频器的实时参数传输给PLC控制器。
通过对控制***核心PLC控制的热备设计和以太网环网建立，保证了盾构控制***在主机故障时执行程序流程的不间断和当前数据的完整性，提高了以太网通讯网络在硬件和软件上的容错能力，极大的提高的盾构机控制***的冗余可靠性能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，应当指出的是，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 

Claims (8)

1.一种盾构机热备控制***，其特征在于，该***包括热备PLC主机、热备PLC备用机、两个热备以太网交换机、交换机和下挂设备，所述热备PLC主机与一个热备以太网交换机连接，所述热备PLC备用机与另一个热备以太网交换机连接，热备PLC主机采用CPU同步链路与热备PLC备用机连接，两个热备以太网交换机之间采用同步链路连接，所述交换机与两个热备以太网交换机连接成以太网环网，所述下挂设备与交换机连接。
2.根据权利要求1所述的一种盾构机热备控制***，其特征在于，交换机设有多个，每个交换机都连接一个下挂设备。
3.根据权利要求1或2所述的一种盾构机热备控制***，其特征在于，所述的下挂设备为泡沫***、注浆***、导向***、HIM电脑、地面监控***、分布式I/O模块、无线I/O 传输设备或操作开关按钮。
4.一种如权利要求1所述盾构机热备控制***的控制方法，其特征在于，当控制***正常运行时，热备PLC主机正常工作，热备PLC备用机处于待机状态，只与热备PLC主机进行数据同步；当热备PLC主机故障时，热备PLC备用机在一定投切时间内完全代替主机设备运行工作。
5.根据权利要求4所述的一种盾构机热备控制方法，其特征在于，所述的一定投切时间为1ms~500ms 。
6.根据权利要求5所述的一种盾构机热备控制方法，其特征在于，所述的一定时间为300ms 。
7.根据权利要求4所述的一种盾构机热备控制方法，其特征在于，热备PLC主机通过CPU同步链路与热备PLC备用机连接，用于PLC的数据库数据的传输同步。
8.根据权利要求4所述的一种盾构机热备控制方法，其特征在于，两个热备以太网交换机之间采用同步链路连接，用于热备诊断信息的传输同步。
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