[发明专利]基于双DSP的热冗余CAN总线高容错性控制终端及容错控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及基于双DSP的热冗余CAN总线高容错性控制终端及容错控制方法，属于自动化控制领域。

背景技术

在工业自动化领域里的大型化工、石化、冶金、电力等企业中，分布式控制系统内的控制终端对于系统的安全运行十分重要。在系统处于运行状态时，如果控制终端由于某些元部件故障而引发整体或局部的失效，或者因外部扰动而导致采样、运算和输出的不正确，将会造成非常严重的后果，尤其是对于航天、航空、能源和医疗卫生等安全关键领域(SCS)。所以，系统的控制终端须具备完善的冗余机制和较强的容错能力，从而在系统发生故障时立即发现与诊断故障,并可通过逻辑切换使系统在降级运行下仍然能够完成基本功能。然而，现有的控制终端却普遍存在下面2个问题：

1、现有的冗余策略多采用冷备份的方案，即系统正常运行时，互为冗余的两组控制器内仅有一组（主控制器）处于工作状态。当系统出现故障时，再切换到备用一组（从控制器）。在这种方式下，故障检测及控制器间的切换往往不及时，必然导致系统自愈时间较长，易造成控制失效、数据丢失和传输超时等问题。

2、现有的容错机制不够完善。在多数情况下，只能处理系统外电路的单一故障或组合故障，而无法解决因关键部件（CPU和电源模块）故障而引发的系统级失效。另外，检测手段不够全面，不能及时地发现、诊断和排除错误及故障，系统可信性较差，易导致更大事故的发生。

发明内容

本发明目的是为了解决现有分布式控制系统内的控制终端大多采用冷备份，易造成控制失效、数据丢失和传输超时等问题；以及现有的容错机制不够完善的问题，提供了一种基于双DSP的热冗余CAN总线高容错性控制终端及容错控制方法。

本发明所述基于双DSP的热冗余CAN总线高容错性控制终端，它包括数模I/O板和双冗余DSP控制板，

双冗余DSP控制板包括主DSP、从DSP、第一CAN收发模块、第二CAN收发模块、第三CAN收发模块和第四CAN收发模块，

数模I/O板包括电源模块、ADC模块、第一RS232通信模块、第二RS232通信模块、CPLD、PWM模块和PWM滤波自检模块，

主DSP和从DSP之间通过SPI串行总线进行通信，

电源模块的主电源电路和从电源电路为冗余备份结构，电源模块为主DSP和从DSP供电；

ADC模块与主DSP之间通过第一过程总线连接，第一过程总线上还挂接第一CAN收发模块、第三CAN收发模块、第一RS232通信模块、CPLD和PWM模块；

ADC模块与从DSP之间通过第二过程总线连接，第二过程总线上还挂接第二CAN收发模块、第四CAN收发模块、第二RS232通信模块、CPLD和PWM模块，PWM模块的自检信号输出端与PWM滤波自检模块的自检信号输入端相连，PWM滤波自检模块的自检信号输出端与ADC模块的PWM滤波自检信号模拟量输入端相连。

还可以进一步包括开关量输入输出模块，开关量输入输出模块的输入输出端与CPLD的输入输出端相连。

还可以进一步包括PWM调光驱动模块，PWM调光驱动模块的输入端与PWM模块的输出端相连。

还可以进一步包括模拟量输入模块和模拟量输入自检模块，模拟量输入模块的输出端与ADC模块的外部模拟量输入端相连，模拟量输入自检模块的模拟量自检信号输出端与ADC模块的模拟量自检信号输入端相连。

基于上述基于双DSP的热冗余CAN总线高容错性控制终端的容错控制方法包括以下步骤：

步骤A1、对主、从DSP进行任务同步及时钟校对；

步骤A2、启动初始化自检，并判断系统是否存在故障，

如果系统存在故障，执行步骤A6；如果系统不存在故障，执行步骤A3；

步骤A3、判断SPI互检信息是否相同，

如果相同，执行步骤A4；如果不同，执行步骤A5；

步骤A4、启动周期性自检，并判断系统是否存在故障，

如果系统存在故障，执行步骤A6；如果系统不存在故障，返回执行步骤A4；

步骤A5、按控制器切换机制输出数据，完成容错控制；

步骤A6、寻找并解决故障，完成容错控制。

本发明的优点：

（1）基于双DSP的热冗余CAN总线高容错性控制终端采用了双模热冗余的控制策略，通过控制器的系统级三层自检与互检，能够及时检测到控制终端故障，并在故障条件下，显著减小系统的控制中断与延时，全面提高系统的可靠性。