CN2600844Y - 回路冗余控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种具有多通道环路的安全装置，特别是一种回路冗余控制装置，包括有一中央处理装置，其结构要点在于，还包括有开关转换装置和信号跟踪装置，开关转换装置和信号跟踪装置分别与中央处理装置连接，而开关转换装置控制输出端与受控设备的输入端连接，信号跟踪装置一端口则与主控制器连接。其优点在于：相对于回路控制器具有可实现热备冗余的功能，使之在中小型企业的单一回路控制中起回路冗余控制功能，而无须采用功能复杂的控制器来实现冗余，从而因其控制内容简单，控制程序可固有化，故结构简单，成本低廉，具有很好的经济性。

Description

回路冗余控制装置

技术领域

本实用新型涉及一种具有多通道环路的安全装置，特别是一种回路冗余控制装置。

背景技术

现有技术中的回路控制装置包括有一中央处理装置，其接收主控制器的控制驱动信号，并根据中央处理装置所固有的控制程序发出控制指令，以控制该回路的受控对象，该回路控制装置一般适用于通过主控制器对单一或少数的回路进行控制。这里的主控制器是指可通过编程或其他方式进行多回路设置控制的装置，如PLC或DCS等。但该回路控制装置不具备有冗余作用，无法接收控制信号和反馈信号，也无法对主控制器的控制状态进行跟踪和热备冗余。若需进行冗余时，则需采用双套主控制器进行冗余备份，即第一主控制器作为常用控制，而第二主控制器作为冗余控制，第一主控制器与第二主控制器之间可通过设置进行控制跟踪，从而达到热备冗余的作用，但在中小型企业中，其控制的回路往往较为单一，若采用主控制器如PLC来进行热备冗余，则存在以下不足之处：1、跟踪设置复杂，需要专业人员进行周密设置；2、由于PLC的结构复杂，一般针对数量较多、控制复杂的回路进行控制，而在中小企业中，其所需冗余的回路少，控制简单，若采用PLC进行冗余，则造成设备自身的空耗浪费，并由此导致成本高昂。

发明构成

本实用新型的目的在于克服现有技术中的不足之处而提供一种可对单一回路进行热备冗余、同时结构简单、成本低廉的回路冗余控制装置。

本实用新型的目的可以通过以下途径来实现：

回路冗余控制装置，包括有一中央处理装置，其结构要点在于，还包括有开关转换装置和信号跟踪装置，开关转换装置和信号跟踪装置分别与中央处理装置连接，而开关转换装置控制输出端与受控设备的输入端连接，信号跟踪装置一端口则与主控制器连接。

当主控制器处于本机控制状态时，其可通过回路冗余控制装置的开关转换装置的控制输出端对受控设备进行控制，并随时将其控制信号经其信号输出端通过信号跟踪装置传送给中央处理装置，使得中央处理装置可随时处理并存储该控制信号，以便随时介入控制状态，故回路冗余控制装置处于保持控制通讯而可随时切入控制的状态，即该冗余控制装置处于热备冗余控制状态；

当主控制器发生故障时，开关转换装置将接收到主控制器的故障信号，并切断与主控制器的连接，并投入回路冗余控制装置对受控设备进行控制，此时回路冗余控制装置处于本机控制状态，中央处理装置以切断主控制器控制时所处理和存储的控制信号作为控制的初始化状态，并通过信号跟踪装置将控制状态信息输送到主控制器的信号输入端。

由于当主控制器正常工作时，冗余控制装置在随时接收主控制器的控制信号、以便当主控制器出现故障时，冗余控制装置可随时切入控制状态，而不影响其生产控制，实现平稳无扰切换，这样，就可以通过冗余控制装置对回路控制进行冗余控制，使之可实现并保证连续性生产，同时也实现了平稳无扰切换控制。

由于在中小企业控制***中，一般只需要对某单一或少数重要的回路的受控状态进行冗余控制，此时只需采用具有特定独立算法的控制器，而本实用新型所述的回路冗余控制装置中的中央处理装置即已包含了该特定独立算法，故此回路冗余控制装置可针对单一或少数的回路进行冗余控制，其控制内容简单，其控制程序可固有化，故结构简单，成本低廉。

本实用新型还可以进一步具体为：

信号跟踪装置包括跟踪信号接收装置和跟踪信号发送装置，二者分别与中央处理装置连接。

跟踪信号接收装置在冗余控制装置处于冗余控制状态时接收主控制器的控制信息，而跟踪信号发送装置在冗余控制装置处于本机控制状态时发送本机控制信息至主控制器。这样，无论是主控制器向冗余控制装置切换，还是冗余控制装置切换到主控制器，都可进行控制信息的跟踪，从而实现控制转换的平稳和无扰。

开关转换装置包括有信号接收装置、基准装置、比较装置和开关切换装置，信号接收装置的输入端与主控制器的故障信号输出端连接，而输出端和基准装置的输出端分别与比较装置的两个输入端连接，比较装置的输出端与开关切换装置的控制输入端连接。

当信号接收装置接收到主控制器的信号时，其将同基准装置中的基准值通过比较装置进行比较，若该信号为控制信号，则通过开关切换装置将该控制信号发送到受控设备上；若该信号为故障信号，则通过开关切换装置将与主控制器的连接切断，同时发出一信号至中央处理装置，中央处理装置接收到该信号后将切入控制，并发出控制信号至受控设备，进行本机控制，同时切断跟踪信号的接收，开始本机控制信号的跟踪输出。

本实用新型还可以进一步具体为：

还包括有反馈信号接收装置和反馈信号发送装置，二者分别与中央处理装置连接，反馈信号接收装置通过一信号反馈装置而与受控设备的信号输出端连接，而反馈信号发送装置则与主控制器的接收端连接。

反馈信号接收装置通过信号反馈装置将受控设备的受控状态信息传递给回路冗余控制装置的中央处理装置，中央处理装置通过反馈信号接收装置接收到反馈信息后，进行处理和存储，并将该反馈信息通过反馈信号发送装置发送给主控制器，这样不论是主控制器还是冗余控制装置，均可接收反馈信息，并根据反馈信息对受控设备进行控制调节：在回路冗余控制装置处于冗余控制状态时，可对该反馈信息进行处理和存储；在处于本机控制状态时，则以该反馈信息作为依据设置或验证控制的初始化状态，从而进一步实现了冗余控制的平稳和无扰切换。

信号反馈装置还可以有如下实现方式：

反馈信号接收装置包括控制信号反馈接收装置和测量信号反馈接收装置，而信号反馈装置包括控制信号反馈装置和测量信号反馈装置，二者分别与控制信号反馈接收装置和测量信号反馈接收装置连接。

由于控制信号和测量信号可以是一组相辅相成的反馈信号，控制信号可以是一种对受控设备进行控制的状态信息，而测量信号则是受控设备自身受控制的过程信息。例如：控制信号为阀位信号，而测量信号则为流量测量信号，控制器可以根据流量测量信号和阀位信号来进行控制：当流量过小，则调大阀位；当流量过大，则调小阀位；当流量过大或过小，都无法调整阀位，则发出报警信号。当然还可以只通过测量反馈信号来进行控制。

测量信号反馈装置的另一信号输出端与主控制器的输入端连接。

控制信号的反馈可以通过受控设备送至冗余控制装置，然后再通过冗余控制装置的信号跟踪装置发送到主控制器，使主控制器和冗余控制装置均可接收到控制信号的反馈。

测量信号的反馈则可以通过受控设备分别送至冗余控制装置和主控制器，这样，二者也均可接收到测量信号的反馈。

中央处理装置、开关转换装置、信号跟踪装置、反馈信号接收装置和反馈信号发送装置包括型号为89C51RD2的芯片、JP300输出接口和输入电路，输入电路包括型号为4051的选通芯片、ICL7135积分芯片和74HC244扩展芯片，其中输出接口JP300的12～14脚分别与89C51RD2的11脚、10脚、14脚连接，74HC244的3脚、5脚、7脚、9脚、12脚、14脚、16脚和18脚分别与89C51RD2的39～32脚连接，74HC244的2脚、4脚、6脚、8脚、11脚、13脚、15脚、17脚则分别与ICL7135的13～16脚、27～28脚、23脚连接，ICL7135的10脚和4051的3脚连接，而4051的2脚连接主控制器的输入端。

这样，JP300输出接口作为回路冗余控制装置的信号输出端，既其控制输出、反馈发送和跟踪输出均可通过该输出接口实现，而其跟踪输入、反馈输入和故障信号输入均可通过输入电路实现。

综上所述，本实用新型通过采用冗余控制装置对控制***进行冗余，故可在主控制器出现故障时，随时投入运行，以暂代主控制器对受控设备进行控制，这样，即使主控制器无法控制了，也不影响受控设备的运行，从而实现并保证了生产的连续性。同时，由于冗余控制装置随时跟踪主控制器的控制信息，故在实现冗余的基础上，还可实现控制的平稳和无扰切换。

附图说明

图1所示为本实用新型最佳实施例的结构框架示意图；

图2所示为本实用新型最佳实施例的结构示意图；

图3所示为本实用新型最佳实施例的电路示意图；

下面我们结合实施例对本实用新型作进一步描述。

具体实施例

最佳实施例：

参照附图1，回路冗余控制装置，包括有中央处理装置3、开关转换装置4和信号跟踪装置5，开关转换装置4和信号跟踪装置5分别与中央处理装置3连接；而开关转换装置4的一控制输出端与受控设备2的输入端连接，信号跟踪装置5则与主控制器1连接，同时中央处理装置3的一控制输出端与受控设备2的另一输入端连接。

参照附图2，信号跟踪装置5包括跟踪信号接收装置51和跟踪信号发送装置52，二者分别与中央处理装置3连接，而主控制器1的信号输出端和信号输入端分别与跟踪信号接收装置51的输入端和跟踪信号发送装置52的输出端连接。开关转换装置4包括有信号接收装置41、基准装置42、比较装置43和开关切换装置44，信号接收装置41的输入端与主控制器1的故障信号输出端连接，而输出端和基准装置42的输出端分别与比较装置43的两个输入端连接，比较装置43的输出端与开关切换装置44的控制输入端连接。回路冗余控制装置还包括有反馈信号接收装置6和反馈信号发送装置7，二者分别与中央处理装置3连接，反馈信号接收装置6通过一信号反馈装置8而与受控设备2的信号输出端连接，而反馈信号发送装置7则与主控制器1的接收端连接；反馈信号接收装置包括控制信号反馈接收装置61和测量信号反馈接收装置62，而信号反馈装置8包括控制信号反馈装置81和测量信号反馈装置82，二者分别与控制信号反馈接收装置61和测量信号反馈接收装置62连接，测量信号反馈装置82的另一信号输出端与主控制器1的输入端连接。

参照附图3，中央处理装置3、开关转换装置4、信号跟踪装置5、反馈信号接收装置6和反馈信号发送装置7包括型号为89C51RD2的芯片、JP300输出接口和输入电路，输入电路包括型号为4051的选通芯片、ICL7135积分芯片和74HC244扩展芯片，其中输出接口JP300的12～14脚分别与89C51RD2的11脚、10脚、14脚连接，74HC244的3脚、5脚、7脚、9脚、12脚、14脚、16脚和18脚分别与89C51RD2的39～32脚连接，74HC244的2脚、4脚、6脚、8脚、11脚、13脚、15脚、17脚则分别与ICL7135的13～16脚、27～28脚、23脚连接，ICL7135的10脚和4051的3脚连接，而4051的2脚连接主控制器的输入端。JP300输出接口作为回路冗余控制装置的信号输出端，既其控制输出、反馈发送和跟踪输出均可通过该输出接口实现，而其跟踪输入、反馈输入和故障信号输入均可通过输入电路实现。

本实用新型未述部分与现有技术相同。

Claims (7)

1、回路冗余控制装置，包括有一中央处理装置(3)，其特征在于，还包括有开关转换装置(4)和信号跟踪装置(5)，开关转换装置(4)和信号跟踪装置(5)分别与中央处理装置(3)连接，而开关转换装置(4)的控制输出端与受控设备(2)的输入端连接，信号跟踪装置(5)的一端口则与主控制器(1)连接。

2、根据权利要求1所述的回路冗余控制装置，其特征在于，信号跟踪装置(5)包括跟踪信号接收装置(51)和跟踪信号发送装置(52)，二者分别与中央处理装置(3)连接。

3、根据权利要求1所述的回路冗余控制装置，其特征在于，开关转换装置(4)包括有信号接收装置(41)、基准装置(42)、比较装置(43)和开关切换装置(44)，信号接收装置(41)的输入端与主控制器(1)的故障信号输出端连接，而输出端和基准装置(42)的输出端分别与比较装置(43)的两个输入端连接，比较装置(43)的输出端与开关切换装置(44)的控制输入端连接。

4、根据权利要求1所述的回路冗余控制装置，其特征在于，还包括有反馈信号接收装置(6)和反馈信号发送装置(7)，二者分别与中央处理装置(3)连接，反馈信号接收装置(6)通过一信号反馈装置(8)而与受控设备(2)的信号输出端连接，而反馈信号发送装置(7)则与主控制器(1)的接收端连接。

5、根据权利要求4所述的回路冗余控制装置，其特征在于，反馈信号接收装置(6)包括控制信号反馈接收装置(61)和测量信号反馈接收装置(62)，而信号反馈装置(8)包括控制信号反馈装置(81)和测量信号反馈装置(82)，二者分别与控制信号反馈接收装置(61)和测量信号反馈接收装置(62)连接。

6、根据权利要求5所述的回路冗余控制装置，其特征在于，测量信号反馈装置(82)的另一信号输出端与主控制器(1)的输入端连接。

7、根据权利要求1所述的回路冗余控制装置，其特征在于，中央处理装置(3)、开关转换装置(4)、信号跟踪装置(5)、反馈信号接收装置(6)和反馈信号发送装置(7)包括型号为89C51RD2的芯片、JP300输出接口和输入电路，输入电路包括型号为4051的选通芯片、ICL7135积分芯片和74HC244扩展芯片，其中输出接口JP300的12～14脚分别与89C51RD2的11脚、10脚、14脚连接，74HC244的3脚、5脚、7脚、9脚、12脚、14脚、16脚和18脚分别与89C51RD2的39～32脚连接，74HC244的2脚、4脚、6脚、8脚、11脚、13脚、15脚、17脚则分别与ICL7135的13～16脚、27～28脚、23脚连接，ICL7135的10脚和4051的3脚连接，而4051的2脚连接主控制器的输入端。

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