[实用新型]基于CAN总线的双机冗余控制系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及燃料电池，尤其涉及一种基于CAN总线的双机冗余控制系统。

背景技术

电化学燃料电池是一种能够将氢及氧化剂转化成电能及反应产物的装置。该装置的内部核心部件是膜电极(Membrane Electrode Assembly，简称MEA)，膜电极(MEA)由一张质子交换膜、膜两面夹两张多孔性的可导电的材料，如碳纸组成。在膜与碳纸的两边界面上含有均匀细小分散的引发电化学反应的催化剂，如金属铂催化剂。膜电极两边可用导电物体将发生电化学发应过程中生成的电子，通过外电路引出，构成电流回路。

一个典型电池组通常包括：(1)燃料及氧化剂气体的导流进口和导流通道，将燃料(如氢气、甲醇或甲醇、天然气、汽油经重整后得到的富氢气体)和氧化剂(主要是氧气或空气)均匀地分布到各个阳极、阴极面的导流槽中；(2)冷却流体(如水)的进出口与导流通道，将冷却流体均匀分布到各个电池组内冷却通道中，将燃料电池内氢、氧电化学放热反应生成的热吸收并带出电池组进行散热；(3)燃料与氧化剂气体的出口与相应的导流通道，燃料气体与氧化剂气体在排出时，可携带出燃料电池中生成的液、汽态的水。通常，将所有燃料、氧化剂、冷却流体的进出口都开在燃料电池组的一个端板上或两个端板上。

传统的冗余系统一般采用如图1所示的逻辑结构，该系统为主从双冗余控制系统，上电后，主机处于正常工作状态，完成对被控对象的控制。从机处于备用状态。当检测切换电路检测到主机发生故障时，从机进入正常工作状态，接管对被控对象的控制，主机可以进行离线维修。采用这种冗余技术后，系统的可靠性得到了很大的提高，但这种冗余技术也存在一些不足之处。

(1)检测切换电路系统复杂且成本高，检测切换电路的故障将使整个冗余控制系统无法正常工作。

(2)有些场合需要主机和从机之间实时地交换数据，保证从机实时的取得被控对象的信息，但传统的冗余系统中检测切换电路的使用不利于主从之间实时通信。

发明内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种逻辑结构简单、成本低、主从机之间可实时交换数据的基于CAN总线的双机冗余控制系统。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：基于CAN总线的双机冗余控制系统，其特征在于，包括主机及其总线切换器、从机及其总线切换器、CAN总线、执行机构、被控对象，所述的主机和从机之间利用CAN总线的通讯进行信息交换，正常情况下，主机通过执行机构对被控对象进行控制，主机总线切换器打开，从机总线切换器被断开，当主机发生故障时，主机的总线切换器被断开，从机的总线切换器打开，由从机完成对被控对象进行控制。

所述的总线切换器由D触发器、RC电路、与门和总线缓冲器组成。

所述的总线切换器系统上电后，RC电路充电，在充电开始阶段，与门输出低电平，使得D触发器置1，控制总线缓冲器(74HC245)切断此机器与总线的联系，保证了后上电的机器为从机；RC电路充电结束后，与门输出变为高电平，使得D触发器的输出可以受对方机器的控制；当进行主从机切换时，从机先向P0.12引脚送低电平，使得主机的触发器置1，关闭主机的总线缓冲器；然后向P0.13引脚发送低电平，使得自己的机器的D触发器翻转，输出低电平，打开自己的总线缓冲器，完成了从机到主机的切换。

所述的冗余系统不确定哪台机器是主机或是从机，每一台机器在上电完成后，就在CAN总线上广播一个询问帧，查询当前是否有主机在运行，如应答超时，说明没有主机在运行，则将本机设置为主机，如有应答，说明有主机在运行，则将本机设置为从机。

所述的主机和从机通过CAN总线频繁的交换信息，交换的信息有：主机和从机的工作状态和参数，同步获得被控对象的工作状态和控制参数，实现实时的数据备份。

当从机在约定的时间内没有收到主机的信息或者收到了主机发出的出错信息，则马上置自己为主机，取得对三总线的控制权，并继续对被控对象进行控制，同时发出声光报警信号通知系统管理员对发生故障的机器进行维修；当主机在约定的时间内没有收到从机的信息时，则认为从机发生了故障，同样发出信号通知系统管理员对发生故障的从机进行维修。