[发明专利]一种基于时间冗余的安全仪表控制单元故障诊断方法

说明书

本发明涉及一种基于时间冗余的安全仪表控制单元故障诊断方法。本发明通过控制器的串行冗余结构设计和软件实现时间冗余的控制单元故障诊断；控制器1和控制器2以相同的方法进行数据转换；控制器1和控制器2的转换时间相差一个时钟周期；控制器2通过数据仲裁后将数据通过总线输出。本发明通过冗余芯片的时间冗余处理，解决了安全仪表冗余结构的共因失效问题，具有很大的应用推广空间。

技术领域

本发明涉及一种基于时间冗余的安全仪表控制单元故障诊断方法，属于工业过程控制领域。

背景技术

随着工业控制技术的不断发展，工业设备和生产过程的自动化程度越来越复杂，人们日趋认识到安全仪表系统的重要性，安全仪表系统不但可以保护生产资源和操作人员安全，还可以提高生产率，提高工业系统的可用性和可靠性。

安全仪表系统监视生产过程的状态，在危险条件出现时采取相应措施，防止危险事件发生，避免潜在的危险对人身、设备、环境造成伤害并减轻后果造成的损失。

安全仪表与普通仪表的核心区别在于保证系统本身不会失效，即使元器件的失效不可避免，失效是在可预见的范围内，系统一旦失效，将进入安全模式为确保生产过程的安全可靠运行发挥了非常重要的作用。

现有的安全仪表通过冗余的方式，能够提高仪表本身的安全完整性水平，由于受到仪表本身空间的限制，一般以2重冗余为主，冗余芯片基本都采用相同的芯片，由于相同的外界因素，例如在同一时刻，强电磁干扰可能导致两片芯片同时发生相同的数据跳变，冗余数据比较诊断不出位跳变故障，冗余功能失效，产生共因失效的问题。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足之处，为了降低共因失效对仪表的影响，本发明提出冗余控制器运行时间的控制方法，实现时间上容错，避免了共因失效对仪表的影响，用于安全仪表冗余架构的选择及共因失效的避免。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种基于时间冗余的安全仪表控制单元故障诊断方法，用于安全仪表的冗余结构，包括以下步骤：

控制器1通过传感器采集原始数据，并将采集的原始数据进行变换得到输出值1，通过串行接口发送给控制器2；

控制器2在一个时钟节拍后，从接收到的控制器1的原始数据开始，按照与控制器1相同的数据变换方式进行数据转换，得到输出值2；

将控制器1的输出值1和控制器2的输出值2进行比较：当二者差值超出设定阈值后，通过总线输出报警信号；当二者差值在设定阈值范围内，通过总线将控制器2得到的输出值2通过总线发出。

所述控制器1与控制器2为不同型号的处理器。

所述控制器1与控制器2连接不同频率的晶振，程序运行的时钟节拍不同。

所述控制器1与控制器2进行串口通信；控制器1进行数据传输时，在数据位后面加入16位CRC。

所述控制器2从原始数据计算出对应的输出值2，在时间上落后控制器1一个时钟节拍，实现时间上的冗余。

一种基于时间冗余的安全仪表控制单元故障诊断系统，包括：

控制器1，用于通过传感器实现数据采集，并将采集的原始数据进行变换得到输出值1，通过串行接口进行数据传输；

控制器2，用于接收控制器1发来原始数据和输出值1，在控制器1输出原始数据的一个时钟节拍后，对原始数据进行数据转换得到输出值2，并根据输出值1和输出值2进行数据仲裁，将仲裁结果通过总线输出。

所述控制器2设定比较阈值，将串口得到的控制器1输出值1和控制器2的输出值2进行数据仲裁：

当输出值1和输出值2的差值在阈值内，将控制器2的输出值2通过总线输出；