一种控制器冗余切换时间的测试方法和系统与流程

1.本发明涉及一种控制器冗余切换时间的测试方法和系统，属于控制器技术领域。


背景技术：

2.实时控制系统通常是用于生产过程控制的实时系统，系统要求能实时采集现场数据，并对所采集的数据进行及时处理，进而自动地控制相应的执行机构，使某些(个)参数(如温度、压力、方位等)能按预定的规律变化，以保证产品的质量和提高产量。
3.控制器冗余切换时间为几十毫秒，历史数据记录的时间分辨率通常为几百毫秒级到秒级，通过控制器状态的历史数据是无法准确判断切换时间的。
4.单单采用数字量方波来测量控制器切换时间时，首先，无法准确知道第一个控制器停止输出的具体时间点，该时间点可分布在切换前方波最后一个脉宽的起始到终止的任意位置；其次无法准确知道第二个控制器首次输出时的具体时间点，该时间点可分布在接管后方波脉宽的起始到终止的任意位置。
5.不借助高速数据采集器，采用另一对冗余控制器的soe卡件采集数字量输出时，数字量输出卡件的继电器反应时间会对测量结果产生误差。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种控制器冗余切换时间的测试方法和系统，本方法的输出停止和开始时间点更为精确，采集的为输出卡件的电压信号，不需要通过输出继电器，采集信号更为合理，得出的冗余切换时间更为精确。
7.为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：
8.第一方面，本发明提供了一种控制器冗余切换时间的测试系统，包括：
9.控制器，包括主控cpu和辅控cpu，所述主控cpu负责控制策略计算及控制输出；所述辅控cpu在主控cpu故障、重启或者停机时，接管主控cpu进行控制，在主控cpu恢复后，切换为备用状态进行冗余热备；
10.ao卡件，分别与主控cpu、辅控cpu连接，所述ao卡件为模拟量输出卡件，用于采集并输出控制器输出的电流；
11.do卡件，分别与主控cpu、辅控cpu连接，所述do卡件为数字量输出卡件，用于采集并输出控制器输出的最小电压或最大电压；
12.数据采集器，用于接收ao卡件、do卡件的输出信号；
13.变阻箱，用于将ao卡件输出的电流转换为电压连接到高速数据采集器；
14.降压模块，用于将do卡件输出的电压降压后输出至高速数据采集器。
15.进一步的，所述主控cpu和辅控cpu之间通过专用冗余数据网络进行状态和数据同步。
16.进一步的，所述主控cpu和辅控cpu上分别设有通讯总线，所述ao卡件、do卡件分别通过通讯总线实现与主控cpu和辅控cpu的并行通讯。
17.第二方面，本发明提供一种根据上述任一项所述控制器冗余切换时间的测试系统的测试方法，包括：
18.通过高速数据采集器采集数据发送切换指令至控制器，使得控制器主控cpu和辅控cpu进行冗余切换；切换时，斜坡信号波形受到扰动，切换指令变量翻转，当斜坡信号波形恢复后，停止高速数据采集器的数据采集；
19.根据切换指令变量翻转的位置，定位到切换的数据区，将所述数据区放大；
20.记录数据区中切换前斜坡值最后一次输出的时间t1，记录数据区中切换后斜坡值最后一次输出的时间t2；
21.计算控制器冗余切换时间δt，δt＝t2-t1。
22.进一步的，所述控制器热机备用侧设置有切换按钮，用于主控cpu和辅控cpu的切换控制。
23.进一步的，所述方法还包括：在通过高速数据采集器采集数据之前，设置斜坡、ao卡件、切换指令、do卡件的运算周期为控制器所能达到的最小运算周期。
24.进一步的，所述方法还包括：在通过高速数据采集器采集数据之前，将斜坡信号设置为每运算周期增加固定值。
25.进一步的，所述方法还包括：在通过高速数据采集器采集数据之前，设置高速数据采集器的采集分辨率为0.1ms。
26.与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：
27.1、本发明提供的控制器冗余切换时间的测试方法，在冗余控制器发生切换时，快速定位第一个控制器停止输出的具体时间点和第二个控制器首次输出的具体时间点，从而计算出冗余控制器的切换时间。
28.2、本发明通过配置卡件类型和数量、设计斜坡信号、利用切换指令、进行采集信号转换、配置采样分辨率等方面，使得采集的信号更加合理，得出的切换前后时间点更加精确，更适合来比较冗余控制器的切换性能。
附图说明
29.图1是本发明实施例提供的一种控制器冗余切换时间的测试系统的系统原理图；
30.图2是本发明实施例提供的电流转电压原理图；
31.图3是本发明实施例提供的降压模块原理图；
32.图4是本发明实施例提供的高速数据采集器采集数据原理图。
具体实施方式
33.下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
34.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相
对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
35.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
36.实施例1
37.本实施例介绍一种控制器冗余切换时间的测试系统，包括：
38.控制器，包括主控cpu和辅控cpu，所述主控cpu负责控制策略计算及控制输出；所述辅控cpu在主控cpu故障、重启或者停机时，接管主控cpu进行控制，在主控cpu恢复后，切换为备用状态进行冗余热备；
39.ao卡件，分别与主控cpu、辅控cpu连接，所述ao卡件为模拟量输出卡件，用于采集并输出控制器输出的电流；
40.do卡件，分别与主控cpu、辅控cpu连接，所述do卡件为数字量输出卡件，用于采集并输出控制器输出的最小电压或最大电压；
41.数据采集器，用于接收ao卡件、do卡件的输出信号；
42.变阻箱，用于将ao卡件输出的电流转换为电压连接到高速数据采集器；
43.降压模块，用于将do卡件输出的电压降压后输出至高速数据采集器。
44.如图1所示，本实施例提供的控制器冗余切换时间的测试系统，具体包括：一对冗余的控制处理单元，一块ao卡件，一块do卡件，一个变阻箱，一个降压模块，一台高速数据采集器构成。
45.一对冗余的控制处理单元包含有主控cpu和辅控cpu，其中一个为主控cpu负责控制策略计算及控制输出；另一个为辅控cpu，进行热机备用；辅控cpu在主控cpu故障、重启或者停机时，即刻接管成为主控cpu，原主控cpu在恢复后，会变为辅控cpu进行冗余热备。
46.主辅cpu之间通过专用冗余数据网络进行状态和数据同步。
47.如图2所示，ao卡件为模拟量输出卡件，输出为电流值，电阻箱设置为固定值，将输出转换为电压值。
48.如图3所示，do卡件为数字量输出卡件，继电器后输出为通断值，继电器前输出为电压值，为降低继电器反应时间造成的误差，取继电器前输出的电压值来判断do卡件的输出时间。同时为适配高速数据采集器，可经过降压模块将电压值调到合适的范围。
49.主控cpu和辅控cpu分别有通讯总线与ao卡件、do卡件相连，主辅cpu可实现于ao卡件、do卡件的并行通讯。
50.高速数据采集器为独立于控制系统之外的设备，可对任意信号源进行数据采集。高速数据采集器同时接收ao卡件、do卡件的输出信号，可实现0.1ms分辨率的数据采集。在冗余控制器切换过程中，能够精确捕捉ao卡件、do卡件的输出。
51.ao卡件、do卡件与主控cpu和辅控cpu通过总线的通讯周期可实现到1ms级别，能实现cpu中逻辑快速输出到卡件。
52.控制器中ao卡件、do卡件的计算周期设置为控制器能够达到的最小运算周期，ao卡件输出的斜坡信号为每计算周期累加固定值。
53.do卡件一通道输出控制器切换指令变量，ao卡件一通道输出逻辑运算斜坡变量，控制器冗余切换前最后一个输出周期将输出斜坡变量值，控制器冗余切换后第一个输出周期将输出控制器切换指令变量和斜坡变量值。do卡件输出控制器是否切换变量值还用于快速定位切换位置，便于分析高速数据采集器的采集数据。高速数据采集器采集到的数据放大后如图4所示。
54.控制器冗余切换时间＝冗余切换后ao卡件、do卡件第一次输出时间t2-冗余切换前ao卡件最后一个输出时间t1。在图4中如δt所示，即:δt＝t2-t1。
55.实施例2
56.本实施例提供的控制器冗余切换时间的测试方法，其应用过程具体涉及如下步骤：
57.步骤1：控制器只带一块ao卡件、一块do卡件，用于加快控制器对ao卡件、do卡件的输出速度，可达到1ms级别。
58.步骤2：ao卡件输出电流，将ao卡件输出的电流连接到电阻箱，经过电阻箱后将电阻箱两端的电压连接到高速数据采集器。比如：ao卡件输出一般为4～20ma，可将电阻箱设置为250ω，输出为1～5v。
59.步骤3：do卡件输出电压，将do卡件输出的电压连接到降压模块，经过降压模块后的电压连接到高速数据采集器。比如：do卡件输出一般为0～24v，设置电阻1和电阻2的阻值比值为4:1，输出为0～4.8v。
60.步骤4：设置斜坡、ao卡件、切换指令、do卡件的运算周期为控制器所能达到的最小运算周期。比如：当前控制器可以达到5～10ms。
61.步骤5：将斜坡信号设置为每运算周期增加固定值。比如：斜坡每运算周期增加1。
62.步骤6：设置高速数据采集器的采集分辨率为0.1ms，此分辨率比切换时间低1到2个数量级，可保证采集的及时性。
63.步骤7：在ao卡件、do卡件数据正常输出过程中进行切换实验。
64.步骤7.1：设置高速数据采集器开始采集数据，斜坡信号波形在采集窗口输出。
65.步骤7.2：接着按下冗余控制器热机备用侧的切换按钮，导致控制器切换。
66.步骤7.3：此时的斜坡信号波形受到扰动，切换指令变量翻转。斜坡信号波形恢复后，停止高速数据采集器的数据采集。
67.步骤8：分析高速数据采集器在切换时的扰动数据。
68.步骤8.1：根据切换指令变量翻转的位置，快速定位到切换的数据区。将此数据区放大便于分析。
69.步骤8.2：记录数据区中切换前斜坡值最后一次输出的时间，设为t1。记录数据区中切换后斜坡值最后一次输出的时间，也就是切换指令变量翻转的时间，设为t2。
70.步骤8.3：计算控制器冗余切换时间，设为δt，即：δt＝t2-t1。
71.本发明采用方波采样来计算控制器冗余切换时间的方法计算误差区较大，无法定位控制器切换前最后一次输出的具体时间点和控制器切换后第一次输出的具体时间点，从而导致测试数据误差较大。本发明关键点是为了找到一种方法，能够快速而精确地定位第
一个控制器停止输出的具体时间点和第二个控制器首次输出的具体时间点，从而计算出冗余控制器的切换时间。通过配置卡件类型和数量、设计斜坡信号、利用切换指令、进行采集信号转换、配置采样分辨率等方面，使得采集的信号更加合理，得出的切换前后时间点更加精确，更适合来比较冗余控制器的切换性能。
72.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。