CN113485237A - 一种基于总线监控的plc冗余控制***及方法 - Google Patents

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管吴强
孙越
薛小平
邹骏宇
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Abstract

本发明涉及自动化控制技术领域，具体是一种基于总线监控的PLC冗余控制***及方法，包括通过数据线相互连接的主PLC和从PLC，所述主PLC通过数据总线与扩展板卡组连接；所述数据总线上设置有信号转接装置，所述从PLC通过监控线与所述信号转接装置连接；所述扩展板卡组包括至少一个扩展板卡，各所述扩展板卡相互连接。本方案在不增加备份扩展板卡的情况下，通过监控既有的数据流，获得需要冗余备份的数据，在一次PLC和扩展板卡对话中，处理两者的对话内容；整个流程的时间开销和数据开销都非常小，不完全依赖主备PLC数据同步即可实现数据冗余。本方案不仅可以节约***处理的时间成本，而且可以提高处理能力，缩短***响应时间。

Description

一种基于总线监控的PLC冗余控制***及方法
技术领域
本发明涉及自动化控制技术领域，尤其涉及一种基于总线监控的PLC冗余控制***及方法。
背景技术
可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，简称PLC)及其扩展板卡构成的***是现代工业自动控制***的重要组成部分。PLC及其扩展板卡构成的***的可靠性和稳定性非常高，从而保证自动控制***能有较高的可靠性和稳定性。然而，越来越多的重要场合需要上述***持续稳定可靠地自动化运行，不仅要求PLC本身稳定可靠，还要求PLC连带扩展板卡组成的***持续稳定运行。为满足此需求，冗余***应运而生。
冗余***建立了一套这样的***：***内同一功能单元由两个相同设备组成，两设备互为备用。一旦上述设备中的一个出现故障，备用设备将无缝接替故障设备运行。其中的关键就是无缝替换和继续运行。
为了达到这个目的两设备需要确保自身有限的数据单元完全一致，并且备用设备需要监控正在工作的设备的状态，伺机接管***。否则将无法实现无缝替换和继续运行的要求，导致***震荡或者***故障，无法起到提高***可靠性和稳定性的作用。
***的快速稳定切换是整个冗余***的重中之重。目前市面上带冗余功能的PLC采用的方法大多实现了PLC自身的冗余，通过数据同步的方式，使备用PLC成为活动PLC的副本，当活动PLC故障时，备用PLC接替活动PLC。这种方法的好处就是结构简单，缺点是不能简单地地处理PLC的扩展板卡，特别是两组PLC扩展板卡组成的***数据量非常大，并且这些数据变化非常频繁，切换时的处理逻辑也会复杂，造成了备用PLC接管***时难以处理扩展***的所有数据。所以市面上带冗余功能的PLC常常使用两套相同的扩展板卡，通过PLC的切换带动整个扩展***的切换，这给扩展板卡相关的部分增加了控制不确定性，且***成本非常高。
因此，急需一种技术来解决该问题。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的问题，提供了一种基于总线监控的PLC冗余控制***及方法，不增加备份扩展板卡的情况下，通过监控既有的数据流，获得需要冗余备份的数据，在一次PLC和扩展板卡对话中，处理两者的对话内容；整个流程的时间开销和数据开销都非常小，不完全依赖主备PLC数据同步即可实现数据冗余。
上述目的是通过以下技术方案来实现：
一种基于总线监控的PLC冗余控制***，包括通过数据线相互连接的主PLC和从PLC，所述主PLC通过数据总线与扩展板卡组连接；所述数据总线上设置有信号转接装置，所述从PLC通过监控线与所述信号转接装置连接；所述扩展板卡组包括至少一个扩展板卡，各所述扩展板卡相互连接。
进一步地，所述数据总线为差分信号总线，则所述信号转接装置为差分信号转接器。
进一步地，所述数据总线为以太网网线，则所述信号转接装置为以太网信号转接器。
进一步地，所述主PLC和所述从PLC为规格相同的具有冗余功能的PLC，安装于冗余转接板。
进一步地，所述冗余转接板包括主电源接口、备用电源接口、主PLC背板接口、备用PLC背板接口和扩展板卡背板接口，所述主电源接口用于与外部主电源连接，所述备用电源接口用于与外部备用电源连接，所述主PLC背板接口用于插接所述主PLC，所述备用PLC背板接口用于插接所述从PLC，所述扩展板卡背板接口用于插接所述扩展板卡组。
一种基于总线监控的PLC冗余控制***的控制方法，包括正常模式和故障模式两种情况：
正常模式下：
所述主PLC接收控制程序，通过所述数据总线向所述扩展板卡组发布控制指令，并通过所述数据总线接收所述扩展板卡组的工作进程；
所述从PLC对所述主PLC接收的控制程序进行同步备份得备份控制程序，并通过所述监控线实时监控所述数据总线上的控制信号，实现备份控制程序的进程监控与进程备份；
故障模式下：
所述主PLC接收控制程序，通过所述数据总线向所述扩展板卡组发布控制指令，并通过所述数据总线接收所述扩展板卡组的工作进程；
所述从PLC对所述主PLC接收的控制程序进行同步备份得备份控制程序，并通过所述监控线实时监控所述数据总线上的控制信号，实现备份控制程序的进程监控与进程备份；
若所述主PLC发生故障，则所述从PLC替代所述主PLC实现对所述扩展板卡组的控制，并以当前进程备份节点为起始点继续备份控制程序的后续控制。
有益效果
本发明所提供的一种基于总线监控的PLC冗余控制***及方法，在不增加备份扩展板卡的情况下，通过监控既有的数据流，获得需要冗余备份的数据，在一次PLC和扩展板卡对话中，处理两者的对话内容；整个流程的时间开销和数据开销都非常小，不完全依赖主备PLC数据同步即可实现数据冗余。本方案不仅可以节约***处理的时间成本，而且可以提高处理能力，缩短***响应时间。
附图说明
图1为本发明所述一种基于总线监控的PLC冗余控制***示意图；
图2为本发明所述一种基于总线监控的PLC冗余控制***正常模式下的工作示意图；
图3为本发明所述一种基于总线监控的PLC冗余控制***故障模式下的工作示意图。
图示标记：
1-主PLC、2-从PLC、3-信号转接装置、4-扩展板卡组、5-扩展板卡、6-数据线、7-数据总线、8-监控线。
具体实施方式
下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明。所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种基于总线监控的PLC冗余控制***，包括通过数据线6相互连接的主PLC1和从PLC2，所述主PLC1通过数据总线7与扩展板卡组4连接；所述数据总线7上设置有信号转接装置3，所述从PLC2通过监控线8与所述信号转接装置3连接；所述扩展板卡组4包括至少一个扩展板卡5，各所述扩展板卡5相互连接。
本实施例中，所述数据总线7可以使用差分信号总线或以太网网线，
当所述数据总线7为差分信号总线，则所述信号转接装置3为差分信号转接器，所述从PLC2通过监控线8与该差分信号转接器连接，实现对***的实时监控。
当所述数据总线7为以太网网线，则所述信号转接装置3为以太网信号转接器，所述从PLC2通过监控线8与该以太网信号转接器连接，实现对***的实时监控。
本实施例中，所述主PLC1和所述从PLC2为规格相同的具有冗余功能的PLC，安装于冗余转接板。
具体的，所述冗余转接板包括主电源接口、备用电源接口、主PLC背板接口、备用PLC背板接口和扩展板卡背板接口，所述主电源接口用于与外部主电源连接，所述备用电源接口用于与外部备用电源连接，所述主PLC背板接口用于插接所述主PLC1，所述备用PLC背板接口用于插接所述从PLC，所述扩展板卡背板接口用于插接所述扩展板卡组。
基于上述***，本方案还提出了一种基于总线监控的PLC冗余控制***的控制方法，包括正常模式和故障模式两种情况：
如图2所示，正常模式下：
所述主PLC1接收主机发出的控制程序，所述主PLC接收所述控制程序后存储并通过所述数据总线7向所述扩展板卡组4中的各个扩展卡5分发布控制指令，并通过所述数据总线7接收所述扩展板卡组4中各个扩展卡5的工作进程；
所述从PLC2对所述主PLC1接收的控制程序进行同步备份得备份控制程序，并通过所述监控线8实时监控所述数据总线7上的控制信号，实现备份控制程序的进程监控与进程备份，达到实时冗余备份的目的。具体的，从PLC2接收并处理主PLC1和扩展板卡组4组成的数据总线7的所有数据，并从数据总线7中，通过识别总线数据帧中的标志符，判断该数据属于哪个具体的扩展板卡5，从PLC依据该采纳的数据，分析数据需要存放到内部的具***置，并将数据保存在内部存储器件中，对主PLC形成备份。
如图3所示，故障模式下：
所述主PLC1接收主机发出的控制程序，所述主PLC接收所述控制程序后存储并通过所述数据总线7向所述扩展板卡组4中的各个扩展卡5分发布控制指令，并通过所述数据总线7接收所述扩展板卡组4中各个扩展卡5的工作进程；
所述从PLC2对所述主PLC1接收的控制程序进行同步备份得备份控制程序，并通过所述监控线8实时监控所述数据总线7上的控制信号，实现备份控制程序的进程监控与进程备份，达到实时冗余备份的目的；具体的，从PLC2接收并处理主PLC1和扩展板卡组4组成的数据总线7的所有数据，并从数据总线7中，通过识别总线数据帧中的标志符，判断该数据属于哪个具体的扩展板卡5，从PLC依据该采纳的数据，分析数据需要存放到内部的具***置，并将数据保存在内部存储器件中，对主PLC形成备份；
当所述主PLC1发生故障，则所述从PLC2替代所述主PLCl实现对所述扩展板卡组4中的各个扩展卡5的控制，并以当前进程备份节点为起始点继续备份控制程序的后续控制，实现无缝对接。
上述***及控制方法在实测中，主PLC与扩展板卡的通信周期为500微秒，以处理256字节数据为例，从PLC从获取数据到通知***处理的过程，耗时小于10微秒，占用通信周期的2％，数据处理能力对于整个总线绰绰有余。
所以，在以上测试条件下，如果采用两PLC将所有扩展板卡数据同步的方案，耗时将非常巨大，而使用本方法，在1秒内能进行2000次数据监控，从PLC随时获取需要的数据。
以上所述仅为说明本发明的实施方式，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于总线监控的PLC冗余控制***，其特征在于，包括通过数据线相互连接的主PLC和从PLC，所述主PLC通过数据总线与扩展板卡组连接；所述数据总线上设置有信号转接装置，所述从PLC通过监控线与所述信号转接装置连接；所述扩展板卡组包括至少一个扩展板卡，各所述扩展板卡相互连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于总线监控的PLC冗余控制***，其特征在于，所述数据总线为差分信号总线，则所述信号转接装置为差分信号转接器。
3.根据权利要求1所述的一种基于总线监控的PLC冗余控制***，其特征在于，所述数据总线为以太网网线，则所述信号转接装置为以太网信号转接器。
4.根据权利要求1所述的一种基于总线监控的PLC冗余控制***，其特征在于，所述主PLC和所述从PLC为规格相同的具有冗余功能的PLC，安装于冗余转接板。
5.根据权利要求4所述的一种基于总线监控的PLC冗余控制***，其特征在于，所述冗余转接板包括主电源接口、备用电源接口、主PLC背板接口、备用PLC背板接口和扩展板卡背板接口，所述主电源接口用于与外部主电源连接，所述备用电源接口用于与外部备用电源连接，所述主PLC背板接口用于插接所述主PLC，所述备用PLC背板接口用于插接所述从PLC，所述扩展板卡背板接口用于插接所述扩展板卡组。
6.根据权利要求1所述的一种基于总线监控的PLC冗余控制***的控制方法，其特征在于，
所述主PLC接收控制程序，通过所述数据总线向所述扩展板卡组发布控制指令，并通过所述数据总线接收所述扩展板卡组的工作进程；
所述从PLC对所述主PLC接收的控制程序进行同步备份得备份控制程序，并通过所述监控线实时监控所述数据总线上的控制信号，实现备份控制程序的进程监控与进程备份；
若所述主PLC发生故障，则所述从PLC替代所述主PLC实现对所述扩展板卡组的控制，并以当前进程备份节点为起始点继续备份控制程序的后续控制。
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