软冗余控制系统及其配置方法与流程

1.本技术涉及软冗余技术领域，尤其涉及一种软冗余控制系统及其配置方法。


背景技术：

2.在楼宇控制环境中，设备、通信和软件上不可避免地会出现故障，此时楼宇控制网络系统必须对故障进行补偿，并允许在不发生停机状态下进行系统维修，目前通常通过冗余技术实现这些功能。冗余，简单地可以理解为数据热备，是采用增加元件的方式参与系统的处理，以期因部分元件发生意外而导致的损失降低或者消除。根据冗余实现方式有硬冗余和软冗余：1)硬冗余方式，当主设备故障时，通过特定硬件判别、备份方式自动切换到备用设备上，保持系统正常运行。2)软冗余方式，主要通过编程方式来实现冗余功能。
3.硬冗余需要上位机软件进行配合，特定硬件搭配实现，一般冗余切换时间为毫秒级，但这种方式操作比较复杂、投入较大，增加了控制器网络的配置和部署时间，也加大了控制器产品调试的难度，也不适宜控制器的功能改造添加，所以一般工程会使用软冗余。
4.软冗余利用软件方案实现冗余逻辑，不需要特殊的冗余模块或软件支持，成本较低，但是一般切换时间为秒级，且当冗余线路一旦出现异常，容易使主控制器与从控制器之间的通讯出现故障，导致冗余过程的失效，甚至出现多主控制器的现象从而影响系统功能。也即，现有的软冗余方案存在实时性和可靠性较低的问题。


技术实现要素：

5.本技术提供一种软冗余控制系统及其配置方法，以解决现有的软冗余方案实时性和可靠性较低的问题。
6.本技术的上述目的是通过以下技术方案实现的：
7.第一方面，本技术实施例提供一种软冗余控制系统，其包括：主控制器和从控制器；
8.其中，所述主控制器包含多种类型的接口，且所述主控制器的不同接口分别通过通讯总线连接至对应接口类型的末端设备，以与末端设备进行通讯；
9.所述从控制器包含与所述主控制器相同类型的接口，且所述从控制器通过对应类型的接口分别连接至所述主控制器连接的所有通讯总线，以获取所述主控制器与各末端设备的所有通讯数据以及所述主控制器各接口的状态信息，并将获取的所述主控制器与各末端设备的所有通讯数据备份为第一通讯数据。
10.可选的，所述主控制器和所述从控制器还通过预设的冗余接口相连接，所述主控制器还通过所述冗余接口，将自身与各末端设备的所有通讯数据发送至所述从控制器，所述从控制器将所述主控制器发送的通讯数据备份为第二通讯数据。
11.可选的，所述主控制器和所述从控制器均包括扩展接口，所述软冗余控制系统还包括：与所述主控制器和所述从控制器的扩展接口相连接的至少一个扩展模块控制器；
12.所述扩展模块控制器包括多种类型的接口，用于扩展所述软冗余控制系统可连接
的末端设备的类型和/或数量。
13.可选的，若包括至少两个扩展模块控制器，所述至少两个扩展模块控制器通过自身的扩展接口依次连接，并通过通讯总线连接至所述主控制器和所述从控制器的扩展接口。
14.可选的，所述至少两个扩展模块控制器中，位于末端的扩展模块控制器的数据接口连接至位于首端的扩展模块控制器的数据接口所连接的通讯总线。
15.可选的，采用差分型通讯总线将所述扩展模块控制器连接至所述主控制器和所述从控制器的扩展接口。
16.可选的，所述主控制器还用于，对所述从控制器备份的第二通讯数据进行定期校验，并在校验异常时对所述第二通讯数据进行更新。
17.可选的，所述主控制器在对所述从控制器备份的第二通讯数据进行定期校验时，将整个内存空间划分为多个子内存空间，并分别对各所述子内存空间中存储的第二通讯数据进行校验，并在任一子内存空间中存储的第二通讯数据校验异常时，对对应子内存空间中的第二通讯数据进行更新。
18.可选的，所述冗余接口采用以太网接口。
19.第一方面，本技术实施例还提供第一方面的软冗余控制系统的配置方法，其包括：
20.基于预先配置的主从关系，预先配置的主控制器和预先配置的从控制器进行组态配置信息的初始化；
21.预先配置的主控制器或预先配置的从控制器初始化完成后，通过所述冗余接口与另一控制器进行通讯，以确定当前是否存在已初始化完成的主控制器；
22.若预先配置的主控制器确定除自身外当前已存在初始化完成的主控制器，则变更为从控制器进行后续通讯，否则作为主控制器进行后续通讯；
23.若预先配置的从控制器确定当前已存在初始化完成的主控制器，则作为从控制器进行后续通讯，否则变更为主控制器进行后续通讯。
24.可选的，所述方法还包括：
25.在确定主控制器和从控制器后，从控制器向主控制器确认自身的组态配置信息与主控制器的组态配置信息是否一致；
26.若不一致，则从控制器将自身的组态配置信息同步为主控制器的组态配置信息。
27.本技术的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
28.本技术的实施例提供的技术方案中，主控制器的各接口通过通讯总线连接至各末端设备，从而与各个末端设备进行通讯，从控制器通过相同的接口连接至主控制器的每一个通讯总线，从而主动获取主控制器与末端设备的通讯数据以及主控制器各接口的状态信息。如此，从控制器可以实时判断主控制器的接口是否通讯异常，以及通过多路通讯总线实现软冗余数据备份，保证系统运行的可靠性和实时性。
29.应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本技术。
附图说明
30.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本技术的实施
例，并与说明书一起用于解释本技术的原理。
31.图1为本技术实施例一提供的软冗余控制系统的拓扑图；
32.图2为本技术实施例二提供的软冗余控制系统的拓扑图；
33.图3为本技术实施例的软冗余控制系统连接末端设备的拓扑图；
34.图4为本技术实施例的软冗余控制系统中扩展模块控制器的扩展接口连接方式示意图；
35.图5为本技术实施例提供的软冗余控制系统的配置方法的流程图；
36.图6为主控制器和从控制器的配置过程示意图。
具体实施方式
37.这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本技术相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本技术的一些方面相一致的装置和方法的例子。
38.为了使本技术的技术方案更容易理解，首先对相关现有技术进行如下说明：
39.现有的软冗余方案中，主控制器与从控制器之间一般仅通过预设的冗余接口(及其线路)相连接，当冗余接口或其线路出现异常时，容易使主控制器与从控制器之间的通讯故障，导致冗余过程的失效，甚至出现多主控制器的现象从而影响系统功能(一般现场总线同一时间只允许一个设备发送数据，多个设备发送数据会导致整个总线系统异常，而主控制器会往总线设备请求数据，因此如果出现多主控制器的情况，就存在多个控制器往总线请求数据的可能，从而就可能干扰总线数据)，导致可靠性较低。同时，由于主、从控制器只能通过冗余接口进行冗余数据同步和异常判断，因此实时性也比较低。
40.为了解决上述问题，本技术提供一种软冗余控制系统及其配置方法，以提高系统冗余功能的实时性和可靠性。以下通过实施例对具体的实现方案进行详细说明。
41.实施例一
42.参照图1，图1为本技术实施例一提供的软冗余控制系统的拓扑图。如图1所示，本实施例的软冗余控制系统包括：主控制器1和从控制器2；
43.其中，主控制器1包含多种类型的接口，且主控制器1的不同接口分别通过通讯总线连接至对应接口类型的末端设备，以与末端设备进行通讯；
44.从控制器2包含与主控制器1相同类型的接口，且从控制器2通过对应类型的接口分别连接至主控制器1连接的所有通讯总线，以获取主控制器1与各末端设备的所有通讯数据以及主控制器1各接口的状态信息，并将获取的主控制器1与各末端设备的所有通讯数据备份为第一通讯数据；
45.主控制器1和从控制器2还通过预设的冗余接口相连接，主控制器1还通过冗余接口，将自身与各末端设备的所有通讯数据发送至从控制器2，从控制器2将主控制器1发送的通讯数据备份为第二通讯数据。
46.具体的，图1中示出了主控制器1和从控制器2包括的两种类型的接口：rs485接口，也即图1中的485-1和485-2；以太网(ethernet，eth)接口，也即图1中的eth1和eth2。但应当理解的是，图1所示接口只是本实施例为了方便说明而进行的举例。实际上，主控制器1和从
conditioning，供热通风与空气调节)子系统和多种传感器/执行器等等多种末端设备，仅依靠主控制器1和从控制器2自身包含的接口不能满足实际连接需求。因此，在上述实施例的基础上，还提供如下改进实施例。
56.实施例二
57.参照图2，图2为本技术实施例二提供的软冗余控制系统的拓扑图。如图2所示，在图1所示的软冗余控制系统基础上，主控制器1和从控制器2均包括扩展接口。并且，本实施例的软冗余控制系统还包括与主控制器1和从控制器2的扩展接口相连接的至少一个扩展模块控制器3；扩展模块控制器3包括多种类型的接口，用于扩展软冗余控制系统可连接的末端设备的类型和/或数量。如此，主控制器1和从控制器2可通过自身的接口直接连接至各种末端设备，也可通过扩展接口和扩展接口控制器3连接至各种末端设备(设备类型可参考图3)。其可采用的通信协议可以包括bacnet ip/modbus tcp/modbus rtu等等。
58.并且，若包括至少两个扩展模块控制器3，则如图4所示，至少两个扩展模块控制器3通过自身的扩展接口依次连接(其中包括电源接口vcc和gnd分别依次连接，以及数据接口s1和s2分别依次连接)，并通过通讯总线连接至主控制器1和从控制器2的扩展接口。如此连接，便于实际应用过程设计通讯线路。
59.进一步的，当采用上述连接方式连接各扩展模块控制器3时，考虑到如果中间的扩展模块控制器3出现故障，则可能会导致后续连接的所有扩展模块控制器3均无法与主控制器进行通讯，因此，一些实施例中，如图2所示，至少两个扩展模块控制器3中，位于末端的扩展模块控制器3(也即线路上最远离主控制器的扩展模块控制器，图2中最右端的扩展模块控制器)的数据接口连接至位于首端的扩展模块控制器3(也即线路上最靠近主控制器的扩展模块控制器，图2中最左端的扩展模块控制器)的数据接口所连接的通讯总线，从而形成“回环连线”的形式，如此，当任一扩展模块控制器3故障时，能够直接替换故障的扩展模块控制器3，而不干扰其他扩展模块控制器3的正常运行。
60.此外，在具体实施时，优选采用差分型通讯总线将扩展模块控制器3连接至主控制器1和从控制器2的扩展接口，也即通过差分型通讯总线实现扩展模块控制器与主控制器1和从控制器2的连接。差分型通讯总线具有抗干扰能力强、能有效抑制电磁干扰(emi)以及时序定位准确等优点，可以更好地满足通讯需求，保证通讯的准确性和实时性。当然，根据实际需要，采用其他类型的通讯总线亦可，对此不进行限制。
61.此外，上述软冗余控制系统在使用前需要用户进行配置(比如配置主从关系，配置过程可通过图1中的配置工具实现)，基于此，在上述方案的基础上，本技术还通过实施例提供上述软冗余控制系统的配置方法。
62.实施例三
63.参照图5，图5为本技术实施例提供的软冗余控制系统的配置方法的流程图。
64.如图5所示，本实施例的配置方法至少包括如下步骤：
65.s101：基于预先配置的主从关系，预先配置的主控制器和预先配置的从控制器进行组态配置信息的初始化；
66.s102：预先配置的主控制器或预先配置的从控制器初始化完成后，通过所述冗余接口与另一控制器进行通讯，以确定当前是否存在已初始化完成的主控制器；
67.s103：若预先配置的主控制器确定除自身外当前已存在初始化完成的主控制器，
则变更为从控制器进行后续通讯，否则作为主控制器进行后续通讯；若预先配置的从控制器确定当前已存在初始化完成的主控制器，则作为从控制器进行后续通讯，否则变更为主控制器进行后续通讯。
68.具体的，本实施例中，用户通过配置工具配置主、从控制器的主从关系后，两个控制器开始运行时，均首先进行组态配置信息的初始化，其中，组态配置信息是主、从控制器实现其功能的基础，是预先设置好的信息。
69.主、从控制器初始化完成后，主动通过冗余接口与另一控制器进行通讯，以确定当前是否存在已初始化完成的主控制器。如果存在，则保证已存在的主控制器不变，自身作为从控制器进行后续的通讯；如果不存在，则自身作为主控制器进行后续的通讯。通过该方案可以保证系统中主控制器总能够正确配置。而传统方案中，在用户进行工程配置时，已确定主从关系，并且实际应用时要求主从关系与用户的配置一致。本实施例的方案相对于传统方案更灵活，更能满足控制需求。
70.此外，一些实施例中，所述方法还包括：
71.在确定主控制器和从控制器后，从控制器向主控制器确认自身的组态配置信息与主控制器的组态配置信息是否一致；若不一致，则从控制器将自身的组态配置信息同步为主控制器的组态配置信息。
72.如此，可以保证从控制器与主控制器的组态配置信息一致，防止主、从控制器的工程不同步而导致数据同步过程中可能出现的异常情况。
73.为了使本技术的上述技术方案更容易理解，以下对上述技术方案的实际应用过程进行详细说明。
74.1、首先，系统按照图1或图2所示的拓扑进行连接，主控制器通过通讯总线把扩展模块(如果有的话)和需要接入的末端设备接到相对应的接口中，且从控制器对应的接口连接到相对应的通讯总线上，此时从控制器对应的接口会被当做通讯总线上的通讯设备节点，以太网设备接入到同一路由即可，并且使用以太网口做冗余接口，然后把扩展总线上最末端的扩展模块控制器扩展接口的数据信号线的s1、s2连接到扩展总线的首个扩展控制器对应总线上，其中，扩展总线可采用差分型通讯总线。当系统布置完成后，控制系统的冗余功能便可以正常开始工作。
75.2、系统连接完成后，主、从控制器会根据配置的主从关系进行组态配置信息初始化，主从控制器初始化完成后均从冗余接口进行通讯请求，以图确定主站(主控制器)是否存在，会存在以下几种情况：
76.1)主控制器如果初始化完成后确定冗余接口已存在主控制器，则主控制器会变更为从控制器，以从控制器身份进行后续的通讯；
77.2)从控制器确定已存在主控制器，从控制器状态不变更；
78.3)从控制器确定主控制器不存在时，从控制器变更为主控制器进行后续通讯；
79.3、控制器确定自身的主从关系后，进入到组态配置信息的同步请求阶段，从控制器会与主控制器进行组态配置信息的确认(即图6中的组态文件校核态)，如发现组态配置信息不一致(校核不通过)，则从控制器会与主控制器进行组态配置信息同步(即图6中的组态文件同步态)，这一步的作用是防止主从控制器的工程不同步而导致数据同步过程中导致的异常情况，同步过程如图6所示；
80.4、工程信息(组态配置信息)同步完成后，主从控制器进入正常的冗余数据同步阶段，具体流程如下：
81.1)主控制器实时对接入的设备数据状态进行监控，从控制器等待主控制器的冗余信息的数据推送，主控制器主动向从控制器推送数据点位变更信息，例如当主控制器监测到一个开关状态发生变更时，假如由开变化为关，主控制器便将该数据信息推送反馈到从控制器中。从控制器获取到冗余信息推送后，从控制器把数据放到对应位置内存缓存里，实现备份；
82.2)主控制器进行冗余数据推送时，此阶段主控制器会定时与从控制器进行冗余数据的信息校验，主从控制器会将整个内存缓冲区(内存空间)切分为几块，即将原有一整块内存空间进行划分为几小块的子内存空间，主控制器分别对每个子内存空间进行数据分段校验(可采用ecc等常规校验方法)，当数据校验异常后，对对应的子内存空间进行数据更新；
83.3)冗余数据同步的过程中，从控制器会把需要同步的数据总线接口设置网络嗅探模式，如图1所示中的主从控制器的rs485-1口同时接入到同一总线中(其他接口同理)，此时从控制器能监听到主控制器发起的数据请求和总线设备的应答数据指令并获取主控制器该接口的信息状态，例如主控制器往rs485-1接口请求下属终端设备的开关机信息，终端设备根据请求的指令返回数据，该数据同步存放在从控制器中，并且一旦主控制器该接口异常时，从控制器能快速通过异常通讯接口进行判断主控制器的故障状态，同时，从控制器还可与主控制器的推送数据进行比对。在确定主控制器异常时，可切换主从控制器，确保被控制系统稳定运行。
84.通过上述方法可以实现一种多通道嗅探器监控的楼宇控制器的冗余同步装置和系统，通过多路嗅探模式的数据监控和冗余接口的数据对比，能提高数据的可靠性的同时，实现主从控制器的状态快速变更，进一步提高软冗余在工程方案的实用性。
85.可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。
86.需要说明的是，在本技术的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。
87.流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本技术的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本技术的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
88.应当理解，本技术的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(pga)，现场可编程门阵列(fpga)等。
89.本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
90.此外，在本技术各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
91.上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
92.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
93.尽管上面已经示出和描述了本技术的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本技术的限制，本领域的普通技术人员在本技术的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。