一种基于MAC的PLC双机冗余方法及系统与流程

文档序号:11153361阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种基于MAC的PLC双机冗余方法,所述PLC双机冗余方法的冗余双方为两个功能完全一致的PLC控制器,分别作为冗余控制系统的冗余主机和冗余备机,冗余双方内部均包含专用的MAC控制器用于冗余通信连接的数据收发器,其特征在于,该方法包括以下步骤:

步骤1,建立所述PLC双机冗余双方之间的冗余通信信道;

步骤2,所述PLC双机冗余双方利用建立的冗余通信信道同步冗余配置;

步骤3,所述PLC双机冗余双方通过收到的对方冗余配置信息,确定所述双方的主备关系,并分别以主机工作模式或备机工作模式初始化系统;

步骤4,所述PLC双机冗余双方确定主备关系后,所述冗余主机以主机工作模式运行,而所述冗余备机则以备机工作模式运行。

2.根据权利要求1所述的一种基于MAC的PLC双机冗余方法,其特征在于,所述步骤1的最主要特征是冗余双方控制器都带有两个专门用于冗余通信的MAC,分别为MAC0和MAC1,MAC0和MAC1的MAC地址不一样,但是所有冗余控制器的MAC0都设为同样的MAC地址,所有冗余控制器的MAC1也都设为同样的MAC地址,所述双方的冗余通信物理连接采用交叉相连方式,即一个控制器的MAC0连另一个控制器的MAC1,MAC控制器直接用作冗余通信的数据收发器使用,不需要更上层的以太网协议栈参与通信,更不需要路由器或交换机参与组网。

3.根据权利要求1所述的一种基于MAC的PLC双机冗余方法,其特征在于,所述步骤3的最主要特征是所述冗余双方控制器根据自身冗余配置和接收到的对方冗余配置信息确定冗余工作模式,该冗余配置信息主要用于区分所述冗余双方的CPU选项(CPU0或CPU1),CPU选项的选择由所述PLC控制器背板的拨码开关实现。

4.根据权利要求1所述的一种基于MAC的PLC双机冗余方法,其特征在于,所述步骤4的最主要特征是所述冗余系统的冗余主机和冗余备机各司其职,分别执行不同的功能,双方通过冗余通信信道同步过程数据和运行状态;处于主机工作模式的所述冗余主机正常运行用户控制逻辑,并刷新I/O数据,同时周期性地通过所述冗余通信信道将控制逻辑运行结果的过程数据同步到所述冗余备机,处于备机工作模式的所述冗余备机不运行用户逻辑,也不刷新I/O数据,仅将所述主机同步过来的过程数据更新到相应的过程数据区,同时时刻监视着所述主机的工作状态,随时在所述主机出现异常故障时升为主机、接管整个控制系统,并无扰地开始运行用户控制逻辑和执行I/O数据刷新操作。

5.根据权利要求1所述的一种基于MAC的PLC双机冗余方法,所述冗余双方中的冗余主机向冗余备机的所述冗余通信进一步包括以下步骤:

A1.所述PLC双机冗余系统中的其中一个PLC控制器对冗余通信进行初始化,并与该系统中的另一个控制器建立冗余连接,转B1;

B1.所述主动建立冗余连接的控制器向另一个控制器同步冗余配置,冗余配置主要用于区分两个控制器的CPU选项,通过控制器背板的拨码开关设置,有CPU0和CPU1两种模式,转C1;

C1.判断所述PLC双机冗余系统的两个控制器的冗余配置是否冲突,即是否同为CPU0或同为CPU1,如果不冲突转D1,否则转I1;

D1.判断控制器配置为主机,默认设为CPU0选项的控制器以冗余主机模式运行,转E1;

E1.刷新I/O数据并运行用户逻辑,转F1;

F1.向冗余备机同步过程数据,过程数据主要包含用户逻辑运行的结果数据和I/O变量数据,转G1;

G1.向冗余备机发送冗余心跳,转H1;

H1.判断是否接收到用户结束控制器运行操作,如果没接收到结束运行操作,转I1结束运行控制器,否则转E1继续运行控制器;

I1.结束运行控制器。

6.根据权利要求1所述的方法,冗余双方中的冗余备机向冗余主机的冗余通信进一步包括以下步骤:

A2.控制器对冗余通信进行初始化,并与所述PLC双机冗余系统的另一个控制器建立冗余连接,转B2;

B2.控制器向与其建立冗余连接的控制器同步冗余配置,转C2;

C2.判断所述PLC双机冗余系统的两个控制器的冗余配置是否冲突,如果不冲突转D2,否则转I2;

D2.判断控制器配置为主机,默认设为CPU1选项的控制器以冗余备机模式运行,转E2;

E2.通过冗余通信连接接收冗余主机同步过来的过程数据,并写入相应的数据区,转F2;

F2.通过冗余通信连接获取冗余主机发送过来的冗余心跳,转G2;

G2.诊断主机是否发生异常故障,如果诊断出主机发生异常故障,控制器升为主机,并以最近接收到的有效过程数据为起点,继续运行用户控制逻辑和执行刷新I/O操作,否则转H2;

H2.判断是否接收到用户结束控制器运行操作,如果没接收到结束运行操作,转I2结束运行控制器,否则转E2继续运行控制器;

I2.结束运行控制器。

7.根据以上权利要求所述的方法,其特征在于,所有冗余双方之间的冗余通信直接通过MAC控制器进行,不需要上层以太网协议栈的约束;冗余通信的数据流方向固定,数据流永远是从一个控制器的MAC0流向另一个控制器的MAC1。

8.一种基于MAC的PLC双机冗余系统,其特征在于,该系统包括两个功能完全一致的冗余控制器、多个被控对象现场设备,以及与多个现场设备分别连接的用于采集标准输入信号或输出标准控制信号的I/O从站模块,其中,

所述冗余控制器包括主控单元、现场总线主站以及用作冗余通信数据收发器的MAC控制器;

所述冗余控制器在物理上通过两个MAC交叉相连建立冗余通信连接,并且冗余通信数据流方向固定;

所述冗余控制器主控单元与现场总线主站通过双口RAM进行数据交互;

所述用于冗余通信数据收发器的MAC控制器直接挂到所述主控单元处理器的地址总线和数据总线上;

所述从站模块主要包括数字量输入模块(DI)、数字量输出模块(DO)、模拟量输入模块(AI)、模拟量输出模块(AO)、通信网关模块以及特殊功能模块,所述冗余控制器通过所述现场总线主站与所述各个从站模块构成工业现场总线网络,所述控制器对现场输入信号的采集和控制逻辑运行结果的控制信号输出都通过现场总线的数据包进行。

9.根据权利要求8所述的系统,其特征在于,所述冗余控制器包括某国产处理器、现场总线主站模块、MAC控制器、与所述MAC控制器相连的PHY、电源变换模块、存储器外设、时钟电路、复位电路和编程调试接口;其中,所述处理器为所述冗余控制器主控单元的控制器核心,在处理器外围提供时钟电路、复位电路、存储器外设以及编程调试接口,构成某国产处理器的最小系统;该冗余控制器还包含与处理器连接的电源转换模块,将输入的9~30V直流电压转换为处理器、MAC控制器、现场总线主站模块等外围器件所需的5V和3.3V电压。

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