一种工业控制器的冗余控制方法技术

本发明专利技术公开了一种工业控制器的冗余控制方法，涉及工业控制器技术领域；基于控制系统实现，所述控制系统包括：主控制器：作为系统的正常操作中心，主控制器接收来自传感器网络的输入数据并进行处理；同时，主控制器还负责与其他设备进行通信；备份控制器：当主控制器发生故障时，备份控制器将自动接管主控制器的工作；备份控制器与主控制器之间通过高速通信接口相连，能够实时接收和处理主控制器发送的数据；传感器网络：由多个传感器组成，负责收集系统的运行状态信息

【技术实现步骤摘要】
一种工业控制器的冗余控制方法


[0001]本专利技术涉及工业控制器
，尤其涉及一种工业控制器的冗余控制方法
。

技术介绍

[0002]在传统的工业控制系统中，单一的控制器负责整个系统的运行，一旦该控制器出现故障，将导致整个系统停止运行，因此，亟需一种工业控制器的冗余控制方法，来确保系统能够在某个控制器故障时仍能够处于正常运行状态
。
[0003]经检索，中国专利申请号为
CN201410724971.0
的专利，公开了一种保障工业控制系统信息安全的方法及系统
。
所述方法包括如下步骤：步骤
A
：检测所述工业控制系统的输入数据及输出数据，并根据所述输入数据与输出数据的逻辑关系判断所述工业控制系统的输出数据的正确性；步骤
B
：检测所述工业控制系统的输出数据，并将其与预设的安全值范围比对，并根据比对结果判断所述输出数据的合法性；步骤
C
：检测所述工业控制系统的通讯协议，并据此建立通讯协议白名单，并据此判断所述工业控制系统中命令的正常性；步骤
D
：对上述三个步骤检测到的错误的输出数据
、
非法的输出数据
、
非正常命令进行上报
。
上述专利中的工业控制方法存在以下不足：未实现冗余控制，一旦控制器出现故障，对整个系统的影响较大，还有待改进
。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种工业控制器的冗余控制方法
。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：一种工业控制器的冗余控制方法，基于控制系统实现，所述控制系统包括：主控制器：作为系统的正常操作中心，主控制器接收来自传感器网络的输入数据并进行处理；同时，主控制器还负责与其他设备进行通信；备份控制器：当主控制器发生故障时，备份控制器将自动接管主控制器的工作；备份控制器与主控制器之间通过高速通信接口相连，能够实时接收和处理主控制器发送的数据；传感器网络：由多个传感器组成，负责收集系统的运行状态信息；每个传感器都有自己的通信接口，可以独立于其他传感器工作
。
[0006]优选的：所述冗余控制方法使用控制系统进行控制，其中，主控制器包括
MC1、MC2
，备份控制器包括
BC1、BC2
，传感器网络包括温度传感器
、
压力传感器和流量传感器；具体控制方法包括如下步骤：
S1
：在正常工作状态下，
MC1
接收来自传感器网络的输入数据；
S2
：
MC1
根据预设的控制策略对生产线进行控制；
S3
：当
MC1
发生故障时，
MC2
将自动接管
MC1
的工作；
S4
：
BC1
也将自动接管
MC1
的部分工作，以保证生产线的连续运行
。
[0007]优选的：所述控制系统的控制方法还包括：动态冗余：根据系统的负载和故障概率，灵活地配置主
/
备份控制器的数量和类型；静态冗余：在硬件层面上实现冗余；软件冗余：基于分布式计算等算法，通过软件设计实现冗余
。
[0008]优选的：所述动态冗余的控制方法，包括如下步骤：
S11
：根据系统的负载和故障概率，确定主
/
备份控制器的数量和类型；在高负载下，增加主控制器的数量以提高系统的处理能力；在故障率较高的环境下，增加备份控制器的数量以提高系统的可靠性；
S12
：在主控制器发生故障时，备份控制器能够自动接管主控制器的工作；
S13
：备份控制器还应能够接收和处理来自传感器网络的数据，并根据预设的控制策略对生产线进行控制
。
[0009]优选的：所述静态冗余的控制方法，包括如下步骤：
S21
：在硬件层面上实现冗余，采用双电源
、
双控制器的设计方案；在每个控制器上安装独立的电源和通信接口，以确保在某个控制器发生故障时，另一个控制器仍能正常工作；
S22
：在系统启动时，检查各个控制器的电源和通信接口是否正常，如果发现异常，立即切换到备用设备；
S23
：在系统运行过程中，定期检查各个控制器的电源和通信接口是否正常，如果发现异常，立即切换到备用设备
。
[0010]优选的：所述软件冗余的控制方法，包括如下步骤：
S31
：在系统中引入多个独立的处理器或计算机节点，每个节点都具有相同的软件和数据存储结构，基于分布式计算
、
容错算法等，在软件层面上实现冗余；
S32
：当某个处理器或计算机节点发生故障时，其他节点自动接管其工作，并继续执行任务；
S33
：在系统运行过程中，定期检查各个处理器或计算机节点的状态和性能，如果发现异常，立即切换到备用节点
。
[0011]优选的：所述软件冗余的控制方法中，基于
Paxos
算法在软件层面上实现冗余，所述
Paxos
算法的具体包括：
①
提议阶段：节点
A
向节点
B
发送提议
C,
其中
C
包含两个值
x
和
y,
分别表示节点
A
认为的候选主节点和候选副本节点；假设节点
A
认为候选主节点为
M,
则提议
C=(M,N/2+1)
；
②
投票阶段：节点
B
收到提议
C
后，将其广播给其他节点；如果有
N/2+1
个节点同意
C,
则节点
B
成为新的主节点；否则，节点
B
成为新的副本节点；
③
选举阶段：节点
A
向节点
B
发送选举请求，其中包含当前的主节点
ID
和任期时间
T
；
假设当前的主节点
ID
为
M,
则选举请求
=(M,T)
假设当前的任期时间为
t,
则
T=t+k*c,
其中
k
为常数，
c
为当前的任期时间；
④
接受阶段：如果有
N/2+1
个节点同意选举请求，则节点
B
成为新的主节点；否则，节点
B
成为新的副本节点；如果新主节点
B
已经存在，则直接进行数据复制操作；否则，需要进行一些额外的操作来建立新主节点<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种工业控制器的冗余控制方法，其特征在于，基于控制系统实现，所述控制系统包括：主控制器：作为系统的正常操作中心，主控制器接收来自传感器网络的输入数据并进行处理；同时，主控制器还负责与其他设备进行通信；备份控制器：当主控制器发生故障时，备份控制器将自动接管主控制器的工作；备份控制器与主控制器之间通过高速通信接口相连，实时接收和处理主控制器发送的数据；传感器网络：由多个传感器组成，负责收集系统的运行状态信息；每个传感器都有自己的通信接口，独立于其他传感器工作
。2.
根据权利要求1所述的一种工业控制器的冗余控制方法，其特征在于，所述冗余控制方法使用控制系统进行控制，其中，主控制器包括
MC1、MC2
，备份控制器包括
BC1、BC2
，传感器网络包括温度传感器
、
压力传感器和流量传感器；具体控制方法包括如下步骤：
S1
：在正常工作状态下，
MC1
接收来自传感器网络的输入数据；
S2
：
MC1
根据预设的控制策略对生产线进行控制；
S3
：当
MC1
发生故障时，
MC2
将自动接管
MC1
的工作；
S4
：
BC1
也将自动接管
MC1
的部分工作，以保证生产线的连续运行
。3.
根据权利要求2所述的一种工业控制器的冗余控制方法，其特征在于，所述控制系统的控制方法还包括：动态冗余：根据系统的负载和故障概率，灵活地配置主
/
备份控制器的数量和类型；静态冗余：在硬件层面上实现冗余；软件冗余：基于分布式计算算法，通过软件设计实现冗余
。4.
根据权利要求3所述的一种工业控制器的冗余控制方法，其特征在于，所述动态冗余的控制方法，包括如下步骤：
S11
：根据系统的负载和故障概率，确定主
/
备份控制器的数量和类型；在高负载下，增加主控制器的数量以提高系统的处理能力；在高故障率的环境下，增加备份控制器的数量以提高系统的可靠性；
S12
：在主控制器发生故障时，备份控制器自动接管主控制器的工作；
S13
：备份控制器还应接收和处理来自传感器网络的数据，并根据预设的控制策略对生产线进行控制
。5.
根据权利要求4所述的一种工业控制器的冗余控制方法，其特征在于，所述静态冗余的控制方法，包括如下步骤：
S21
：在硬件层面上实现冗余，采用双电源
、
双控制器的设计方案；在每个控制器上安装独立的电源和通信接口，以确保在某个控制器发生故障时，另一个控制器仍能正常工作；
S22
：在系统启动时，检查各个控制器的电源和通信接口是否正常，如果发现异常，立即切换到备用设备；
S23
：在系统运行过程中，定期检查各个控制器的电源和通信接口是否正常，如果发现异常，立即切换到备用设备
。6.
根据权利要求5所述的一种工业控制器的冗余控制方法，其特征在于，所述软件冗余的控制方法，包括如下步骤：
S31
：在系统中引入多个独立的处理器或计算机节点，每个节点都具有相同的软件和数
据存储结构，基于分布式计算
、
容错算法，在软件层面上实现冗余；
S32
：当某个处理器或计算机节点发生故障时，其他节点自动接管其工作，并继续执行任务；
S33
：在系统运行过程中，定期检查各个处理器或计算机节点的状态和性能，如果发现异常，立即切换到备用节点
。7.
根据权利要求6所述的一种工业控制器的冗余控制方法，其特征在于，所述软件冗余的控制方法中，基于
Paxos
算法在软件层面上实现冗余，所述
Paxos
算法的具体包括：
a、
提议阶段：节点
A
向节点
B
发送提议
C,
其中
C
包含两个值
x
和
y,
分别表示节点
A
认为的候选主节点和候选副本节点；假设节点
A
认为候选主节点为
M,
则提议
C=(M,N/2+1)
，
N
为节点总数；
b、
投票阶段：节点
B
收到提议
C
后，将其广播给其他节点；如果有
N/2+1
个节点同意
C,
则节点
B
成为新的主节点；否则，...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓敏，冯科佳，吴家祥，
申请(专利权)人：成都科江科技有限公司，
类型：发明
国别省市：