[发明专利]基于解析冗余机制的双CPU冗余控制系统

说明书

技术领域

本发明属于电子电路领域，涉及双CPU冗余控制系统，该系统用于工业实时监控领域。

背景技术

冗余控制系统就是增加备用关键设备，一旦工作系统发生故障，控制系统以最快速度启动备用设备，从而维持系统的正常工作。在工业控制领域，CPU模块是控制系统的核心，为了提高系统的可靠性，常采用双CPU冗余控制系统。

目前的双CPU冗余控制系统多采用“冷备份”或“热备份”冗余策略。所谓“冷备份”冗余策略就是在系统设计时，多配置一套CPU模块作为备份，一旦正在运行的CPU模块出现故障时，能及时更换，这种冗余方案中备份的CPU模块并没有安装在控制设备上，其弊端在于一旦出现故障系统必须停止工作一段时间以便更换备用CPU模块；所谓“热备份”冗余策略就是指备用CPU模块在线工作，只是不参与控制，即无输出控制功能，一旦参与控制的CPU模块出现故障，它便可自动接管故障CPU模块，并参与控制，系统可不受停机损失。此冗余策略中，两个CPU模块有主从之分，处于热备份状态的CPU模块为从，参与控制的CPU模块为主，从CPU模块具有与主CPU模块完全相同的系统输入，唯一区别在于当主CPU模块常时，从CPU模块不具备系统输出功能。“热备份”策略较“冷备份”策略省去了系统停机时间，系统故障时可无间断运行，可靠性高，但正常情况下，主CPU模块承担了系统全部输出功能，从CPU模块却无任何输出功能，CPU利用率偏低；而且在系统运行之初，必须规定一个CPU模块为主，一个CPU模块为备用，通用性不好。

发明内容

本发明的目的在于克服上述已有技术的缺点，提出一种基于解析冗余机制的双CPU冗余控制系统，以缩短系统停机时间、提高CPU利用率和系统可靠性。

为了实现上述目的，本发明的基于解析冗余机制的双CPU冗余控制系统包括两个CPU模块，其中这两个CPU模块采用“互备份”冗余策略，分别用于控制不同的负载，每个CPU模块又包括：

数据采集子模块：用于采集系统输入信号，并将采集到的数据发送至eCAN总线通信子模块和解析冗余机制子模块；

eCAN总线通信子模块：用于实现第一个CPU模块A和第二个CPU模块B之间的同步和实时数据交换，为解析冗余机制子模块对第一个CPU模块A和第二个CPU模块B进行故障判断提供数据源，保证双CPU冗余切换实时性；

解析冗余机制子模块：用于接收数据采集子模块和eCAN总线通信子模块提供的数据源，并对所述的两个CPU模块的故障进行判断，将故障判断结果发送至冗余切换子模块；

冗余切换子模块：用于根据故障判断结果，对冗余控制子模块输出切换控制信号；

冗余控制子模块：用于根据切换控制信号对出现故障的CPU模块所控制负载进行接管，若第一个CPU模块A故障，则第二个CPU模块B接管第一个负载1，同时封锁第一个CPU模块A输出控制功能，反之亦然；

所述的数据采集子模块与eCAN总线通信子模块双向连接，eCAN总线通信子模块与解析冗余机制子模块单向连接，解析冗余机制子模块与冗余切换子模块单向连接，冗余切换子模块与冗余控制子模块单向连接。

本发明具有如下优点：

(1)由于采用的“互备份”冗余策略，在第一个CPU模块A和第二个CPU模块B均无故障时，第一个CPU模块A控制负载1，第二个CPU模块B控制负载2，提高了CPU利用率。

(2)由于采用eCAN总线通信实现两个CPU模块之间的CPU同步，保证了冗余切换的实时性，提高了系统可靠性。

(3)由于采用解析冗余机制对所述的CPU模块的故障进行判断，其故障检测响应时间为40ms，缩短了系统停机时间，提高了系统可靠性。

附图说明

图1是本发明的总体结构框图；

图2是本发明的第一个CPU模块A的冗余控制子模块电路原理图；

图3时本发明的第二个CPU模块B的冗余控制子模块电路原理图。

具体实施方式