[发明专利]一种控制器冗余及切换方法

摘要

一种控制器冗余及切换方法，该方法用于工业控制器主机和备机之间的冗余切换逻辑，保证主备机之间的运算及输出同步性，在主机故障时实现快速无扰切换。切换电路由两对GPIO控制线和一路百兆以太网构成，通过对IO低电平、脉冲信号、高电平三种状态的识别来获取对端控制器主机或者备机、正常或者故障状态，并且可以在硬件切换电路故障时以通信的方式获取对端控制器主机或者备机、正常或者故障状态，从而实现主备仲裁和切换；采用状态机的设计方法，将控制器的运行状态总结为主机正常、主机故障、备机正常、备机故障、对端断电五种状态，通过状态机矩阵实现主备的仲裁处理；本发明同时使用硬件切换电路和冗余通信作为冗余设备之间的连接信号，极大的增强了冗余切换控制的可靠性，可以有效地保证工业控制系统的稳定运行。

主权项

一种控制器冗余及切换方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：（1）主备控制器使用完全相同的硬件，通过控制器物理地址区分控制器A还是控制器B，奇地址为控制器A，偶地址为控制器B；（2）在控制器A和控制器B之间设置硬件切换电路，所述切换电路由两对GPIO（通用输入输出）控制线组成，均可设置为输入或者输出型，每个IO控制线都自带上拉电阻，控制器A的四个IO依次设置为DO1、DI1、DO2、DI2,控制器B设置有与控制器A的上述四个IO对应连接的四个IO，依次为DI1、DO1、DI2、DO2；（3）控制器A和/或控制器B分别实时检测本控制器的DI1和DI2电平状态，本控制器DI1上检测到低电平、脉冲信号、高电平三种状态分别表示对端控制器为备控制器、主控制器、断电状态，本控制器DI2上检测到低电平、脉冲信号、高电平三种状态分别表示对端控制器处于故障、正常、断电三种状态；（4）主备控制器之间另通过一路专用的以太网进行数据通信，实现主备控制器之间信息和数据的交互，同时也作为硬件切换电路的备用方式，在硬件切换电路故障时承担主备仲裁的通道，数据通道交换的信息包含本机主/备、正常/故障、程序循环冗余校验CRC值、逻辑工程CRC值、配置CRC值等信息；（5）根据步骤（3）和步骤（4）检测的控制器的主备状态以及控制器的故障、正常和断电状态，将控制器A和/或控制器B的运行状态总结为主机正常、主机故障、备机正常、备机故障、对端断电五种状态，对应0、1、2、3、4五种状态编码，控制器A和控制器B的状态编码组成一个二维状态矩阵。（6）通过所述二维状态矩阵，通过状态机的方法实现主备的仲裁处理，主备控制器的切换遵守以下原则：正常状态的主控制器不能切换为故障状态的备用控制器；主控制器故障，而备控制器不可用，即断电或故障时，当前主控制器继续运行；主控制器故障，而备控制器正常，则将备控制器切换为主控制器；当控制器A和控制器B显示同时为备控制器并且都正常或者都故障时，则选择控制器A为主控制器；当控制器A和控制器B同时为主控制器并且都正常或者都故障时，则先进入当前主控制器状态的控制器继续为主控制器，另一个切换为备控制器。（7）当本控制器为主控制器时，该控制器的DO1输出固定频率的脉冲信号，当本控制器为备控制器时，该控制器的DO1输出低电平；当本控制器运行正常时，该控制器的DO2输出固定频率的脉冲信号，本控制器故障时，该控制器的DO2输出低电平。