[发明专利]基于异构双处理器冗余结构的安全PLC装置和实现方法

说明书

本发明涉及可编程逻辑控制器技术领域，具体的说是基于异构双处理器冗余结构的安全PLC装置和实现方法；装置包括嵌入式ARM处理器、基于FPGA的32位软核RISC处理器、看门狗、安全校验电路、连接ARM处理器及RISC软核处理器的双端口缓冲内存及冗余输入/输入通道电路。方法包括:正常运行状态下，嵌入式ARM处理器与32位软核RISC处理器互为冗余执行PLC逻辑，通过安全校验逻辑电路校验输出结果；当ARM处理器执行故障时，RISC软核处理器将接管PLC快逻辑执行，同时WATCHDOG电路将重置恢复ARM处理器执行状态，确保控制逻辑程序准确可靠执行。本发明具有实现简单，占用资源少的优点。

技术领域

本发明涉及可编程逻辑控制器(PLC)技术领域，具体的说是一种基于ARM+FPGA的异构双处理器冗余结构嵌入式安全PLC装置。

背景技术

PLC是一种具有较高实时性、可靠性要求的可执行逻辑指令的自动化控制装置。PLC广泛应用于数控机床、自动化生产线、机器人等装备制造业及工业自动化控制应用领域。PLC是一种采用处理器实现逻辑判断执行的自动化控制装置，在装置运行过程中，可以将待执行的逻辑分为实时逻辑及非实时逻辑，实时逻辑要求必须在PLC的实时周期内执行完成，主要用于处理实时控制任务的关键操作，非实时逻辑可以允许在若干个实时周期内完成，对时序响应及实时性要求较弱。在硬件结构上，传统PLC以单处理器结构为主，由于处理器等超大规模集成电路芯片在受到电磁干扰等时容易发生复位、死机等处理器执行异常情况，在具有强电磁干扰特点的工业自动化控制等领域应用中，可能发生自动化控制设备运行失损坏以及工作人员受伤等危险，导致巨大损失。目前针对上述可靠性及安全问题，主要采用基于对称双处理器冗余结构的安全PLC装置，或采用双PLC装置建立冗余控制系统实现，方案价格昂贵并且构建复杂。

发明内容

针对传统PLC系统在实际应用中的缺点与不足，本发明要解决的问题是设计一种安全可靠、方案简单的一种基于ARM+FPGA的异构双处理器冗余结构嵌入式安全PLC装置，在基于ARM处理器的PLC结构基础上，通过增加一个基于FPGA软核32位RISC处理器，构成异构双处理器冗余结构，实现安全逻辑控制。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：基于异构双处理器冗余结构的安全PLC装置，包括：

ARM处理器,用于将输入信号进行处理后输出至多路输出选择器；

FPGA，用于当ARM处理器故障时维持PLC快逻辑的执行并存储执行结果，输出至多路输出选择器，重置ARM处理器；

多路输出选择器，用于根据FPGA发送的通道选择信号完成对ARM处理器或FPGA的选择输出。

所述FPGA包括：

RISC处理器，用于执行输入信号中的实时周期逻辑，并存储执行结果；

双端口缓冲存储器，用于同步ARM处理器的处理结果和RISC处理器的执行结果并储存；

安全诊断电路，用于接收ARM处理器和RISC处理器的心跳数据；若在一个实时周期内未收到其中一方的心跳数据，则对其对应的看门狗电路发送控制信号；并根据逻辑判断向多路输出选择器发送通道选择信号；

安全保护输出数据结构，用于存储预置安全保护输出数据；根据安全诊断电路发出的通道选择信号输出预置安全保护输出数据至多路输出选择器；

看门狗电路，用于当收到安全诊断电路的控制信号时，向其对应的处理器发送复位信号使其复位。

所述安全保护输出数据结构包括锁存器；锁存器用于存储并发送预置安全保护输出数据至多路输出选择器。