基于分布式控制系统的冗余容错控制系统和方法与制作流程

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本技术介绍了基于分布式控制系统的冗余容错控制系统和方法，涉及控制技术领域，解决了被控设备断路故障失控问题。本技术中冗余支路的电气控制模块的输出端并联连入k路被控制回路中所述控制支路的电气控制模块输出端的两端，选通支路用于控制所述冗余支路的电气控制模块的输出端k路并联支路的通断；当k路控制支路出现一条控制支路故障时，故障的控制支路为故障支路，冗余控制上位机主动发出数据通信导通故障支路对应的选通支路，所述冗余支路的电气控制模块输出端替换故障支路电气控制模块输出端的所在的故障支路回路位置。本技术以一条冗余控制支路可以对多条实际控制支路进行容错运行，灵活方便，节约了成本。

技术要求

1.基于分布式控制系统的冗余容错控制系统，其特征在于，包括一路冗余支路、k路控制支路和k路选通支路，其中k≥2且k为整数；

所述控制支路包括电气控制模块、被控设备，所述控制支路的电气控制模块的输出端与被控设备构成被控制回路；

所述冗余支路包括电气控制模块，所述冗余支路的电气控制模块的输出端，并联连入k路被控制回路中的所述控制支路的电气控制模块输出端的两端，形成k路并联支路；

k路选通支路为k个分别位于k路并联支路上，所述选通支路用于控制k路并联支路的通断。

2.根据权利要求1所述的基于分布式控制系统的冗余容错控制系统，其特征在于，所述冗余容错被控设备控制系统包括控制室，在控制室中控制控制支路的电气控制模块输入端信号，在控制室中控制冗余支路的电气控制模块输入端信号。

3.根据权利要求2所述的基于分布式控制系统的冗余容错控制系统，其特征在于，所述控制室包括分布式控制系统用上位机，所述分布式控制系统用上位机控制控制支路的电气控制模块输入端信号，所述分布式控制系统用上位机控制冗余支路的电气控制模块输入端信号。

4.根据权利要求1所述的基于分布式控制系统的冗余容错控制系统，其特征在于，所述选通支路包括多个MCU驱动的小型电机驱动电路、小型电机驱动电路发出电机控制信号驱动的机械旋转连接单元，MCU发出选通模块驱动信号控制选通模块驱动电路，选通模块驱动电路连入机械旋转连接单元控制k个选通模块；

机械旋转单元包括小型电机、转轴信号端子、固定信号端子，转轴信号端子接收选通模块驱动电路输出的信号，k个固定信号端子上对应k个选通模块，MCU通过电机间接控制转轴信号端子旋转到特定固定信号端子位置，所述特定固定信号端子对应的选通模块上导通，此时，冗余支路的电气控制模块代替所述特定固定信号端子对应的被控制回路中的电气控制模块，选通模块与被控制回路一一对应。

5.根据权利要求4所述的基于分布式控制系统的冗余容错控制系统，其特征在于，所述控制室包括冗余控制上位机，冗余控制上位机控制k路选通支路，冗余控制上位机通过发出信号与多个MCU进行数据通信间接控制k个选通模块。

6.根据权利要求4所述的基于分布式控制系统的冗余容错控制系统，其特征在于，所述选通模块驱动电路数目为一。

7.根据权利要求1-6任意一条所述的基于分布式控制系统的冗余容错控制系统，其特征在于：

所述电气控制模块包括固态继电器；

所述被控设备包括电磁阀、电源；

所述固态继电器包括输入侧、输出侧；

分布式控制系统用上位机发出信号至控制支路的固态继电器输入侧，响应固态继电器输出侧；

所述固态继电器的输出侧与电磁阀和电源构成被控制回路；

分布式控制系统用上位机控制所述被控制回路的通断；

通过选通支路通断选择将冗余支路的固态继电器替换控制支路的固态继电器；

主动控制选通支路用于将一条冗余支路中的固态继电器替换出现故障的控制支路中的固态继电器。

8.根据权利要求1-6任意一条所述的基于分布式控制系统的冗余容错控制系统，其特征在于，所述选通模块包括冗余容错单向晶闸管；

所述冗余容错单向晶闸管包括控制端和被控端；

MCU通过小型电机驱动电路发出电机控制信号运行小型电机用于操作机械旋转单元，主动旋转多个机械旋转单元变更k个冗余容错单向晶闸管中特定固定信号端子对应的选通模块的状态，机械旋转单元发出切换信号输入至所述冗余容错单向晶闸管的控制端，所述冗余容错单向晶闸管的被控端连入所述k路并联支路的路径上，冗余控制上位机与MCU进行数据通信。

9.基于分布式控制系统的冗余容错被控设备控制方法，其特征在于，基于权利要求1-6任意一条所述的基于分布式控制系统的冗余容错控制系统，控制方法如下：

当k路控制支路出现一条控制支路故障时，故障的控制支路为故障支路，冗余控制上位机主动发出数据通信导通故障支路对应的选通支路，所述冗余支路的电气控制模块输出端替换故障支路电气控制模块输出端的所在的故障支路回路位置。

技术说明书

基于分布式控制系统的冗余容错控制系统和方法

技术领域

本技术涉及工业控制技术领域，具体涉及基于分布式控制系统的冗余容错控制系统和方法。

背景技术

被控设备作为控制阀在工业生产乃至一些军工应用中扮演者重要的角色。化工、核电等行业中，控制阀往往起着关键作用，例如在某些高温高压的安全阀试验中，就会用到常闭被控设备、常开被控设备、双稳态被控设备等；在安全阀强制释放、强制关闭的试验中，被控设备作为释放、关闭开关，其安全可靠的工作至关重要。因此，在特殊应用环境中(例如高温高压环境中)，针对多个控制阀，一旦发生了控制系统故障导致控制阀控制失灵，那么轻则造成设备损坏等经济损失，重则造成人员安全事故等。

目前来说针对被控设备控制系统多种故障、多条控制支路故障的研究成果少之又少。专利

US006147498A提出了一种只检测被控设备本身故障的装置，而对其控制环节不能进行故障诊断与故障容错；同时专利US006147498A也仅仅针对电磁控制执行器故障提出了检测系统；论文《System Identification and Fault Diagnosis of an ElectromagneticActuator》研究的内容是电磁驱动器本身的故障诊断及定位，没有涉及到控制系统的故障诊断与容错；论文《Research on Fault Analysis and Fault-tolerant Control ofValve Electric》研究的内容是电动阀门执行机构的故障诊断与容错控制，非被控设备控制系统故障诊断容错，可以看出目前出现的较多的研究成果都是关于被控设备本身的故障诊断。

所以，针对特殊环境、特殊行业中多个被控设备的应用环境，提出冗余容错被控设备控制系统不仅提高了系统可靠性，也避免了因为被控设备突然失去控制带来的不必要的损失。

技术内容

本技术所要解决的技术问题是：在多个被控设备的特殊应用场合，被控设备控制系统中测控系统测量模块断路故障、测控系统到被控设备控制电路之间的线路断路故障或者电气控制模块(固态继电器等)断路故障的发生会导致被控设备失去控制，进而造成不可估量的损失，本技术提供了解决上述问题的基于分布式控制系统的冗余容错控制系统和方法。

本技术通过下述技术方案实现：

基于分布式控制系统的冗余容错控制系统，包括一路冗余支路、k路控制支路和k路选通支路，其中k≥2且k为整数；

所述控制支路包括电气控制模块、被控设备，所述控制支路的电气控制模块的输出端与被控设备构成被控制回路；

所述冗余支路包括电气控制模块，所述冗余支路的电气控制模块的输出端并联连入k路被控制回路中所述控制支路的电气控制模块输出端的两端，形成k路并联支路；

k路选通支路为k个分别位于k路并联支路上，所述选通支路用于控制k路并联支路的通断。