[发明专利]一种Profibus-DP现场总线冗余控制器

说明书

技术领域

本发明属于现场总线冗余技术领域，涉及一种Profibus-DP现场总线冗余控制器。

背景技术

冗余通常指通过配置多重备份来增加系统的可靠性。对于当前主流现场总线控制器而言，在考虑性价比的基础上一般采用1:1备份方式，即在一个控制站内配置两个互为备用、可以无扰动切换的控制器。冗余配置其实质是两台控制器都在工作，切换时只不过是交换主控权，理想设计目标是能够达到零秒切换。

尽管各个现场总线控制系统厂家都在尽力追求零秒切换这个理想设计目标，但实际却很难实现，只能尽量减小。因此切换时间就成为衡量现场总线冗余控制器先进性的一项标准，体现了控制器设计的先进性。控制器冗余性能主要体现在两点，一是互为备用，增加可靠性；二是无扰切换，体现技术先进性。

当前火力发电机组控制领域中，国产Profibus现场总线控制系统其控制器冗余性能不高，主要依赖进口控制系统，造成的控制器产品选型局限性大、增加成本。

发明内容

本发明解决的问题在于提供一种Profibus-DP现场总线冗余控制器，其控制器采用1:1冗余配置，可实现工作状态下的数据无扰动切换，保证控制系统整体稳定运行。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种Profibus-DP现场总线冗余控制器，包括通过底板插槽相连接的结构相同、互为冗余的两个控制器，其中一个为工作控制器，另一个为热备状态的备用控制器；

当任意一块控制器上电后，其IN1发出高电平信号1，通过底板插槽接入另外一块控制器，使其得到信号OUT1=0，该控制器得知其相对的控制器存在；

两块控制器中任意一块的输出信号：自身状态信号OUT2和自身角色信号OUT3，通过底板插槽分别与另外一块的输入信号：相对状态信号IN2和相对角色信号IN3连接在一起，结合IN1、OUT1提供的相对控制器存在信号，形成由三对条件共同组成的逻辑；

在正确完成工作、备用角色判断之后，在工作过程中工作控制器独立完成通信调度任务，工作控制器向备用控制器备份实时数据，备用控制器周期性接收工作控制器发来的备份数据；

当需要切换时，工作控制器发出自身状态信号OUT2=1的故障信号和自身角色信号OUT3=1的自身为备用的角色信号，交出控制权，自动无扰切换到备用控制器继续完成通信调度任务。

所述的两个控制器均包括嵌入式微处理器，以及分别与其相连接的存储器电路、复位电路、接口电路和主备冗余电路；

所述的主备冗余电路包括DPRAM电路和冗余逻辑控制器；

两块控制器的DPRAM电路通过底板插槽上的DPRAM接口相连接，工作控制器将与时间相关的算法功能块数据，实时存储在备用控制器的DPRAM中；

任意一块控制器上电后嵌入式微处理器发出上升沿脉冲IN1信号，通过底板插槽上设置的非门发送OUT1=0的信号，表示相对控制器存在；冗余逻辑控制器通过控制自身状态信号OUT2和自身角色信号OUT3的发出，并与相对控制器的状态信号IN2和相对角色信号IN3连接在一起。

冗余逻辑控制器的逻辑真值的设置为：

本控制器存在否，0：存在，1：不存在；

本控制器状态，0：正常，1：故障；

相对控制器存在否，0：存在，1：不存在；

相对控制器状态，0：正常，1：故障；

相对控制器角色，0：工作控制器，1：备用控制器；

本控制器角色，0：工作控制器，1：备用控制器；

当只插入一块控制器时，强制令即相对控制器故障，相对控制器为备用控制器。

冗余逻辑控制器对控制自身状态信号OUT2和自身角色信号OUT3的发出为：

当本控制器上电后，如果本控制器状态为正常，嵌入式微处理器发出低电平，获得输出OUT2=0；并通过译码器向与非门的输入条件1=1；

嵌入式微处理器发出上升沿脉冲至D触发器时钟端，使D触发器输出/Q=0，经过非门后获得与非门的输入条件2=1；

相对控制器角色为备用控制器时，获得与非门的输入条件3=1。

上述三个条件，获得输出OUT3=0，本控制器状态为工作控制器；

当本控制器上电后，如果本控制器状态为故障，嵌入式微处理器无法工作，无法持续发出低电平，获得输出OUT2=1，并通过译码器向与非门的输入条件1=0，获得输出OUT3=1，本控制器状态为备用控制器。

所述的嵌入式微处理器运行操作系统、板级驱动程序，实现底层功能；运行存储器电路上的用户应用程序，实现应用层功能。