一种安全冗余的PLC通信控制系统的制作方法

本发明涉及plc通信控制的，公开了一种安全冗余的plc通信控制系统。

背景技术：

1、安全冗余大的plc通信控制系统是为了确保工业自动化系统的高可靠性和安全性而设计的。这类系统通过使用冗余配置来提高系统的可用性和容错能力。然而，即便是高度冗余的plc系统，在实际应用和发展过程中也会遇到一些不足之处，冗余系统的设计需要考虑更多的因素，如冗余逻辑的实现、切换机制的设计等，这使得系统的设计和实施变得更为复杂，冗余系统依赖于主备切换机制来确保在主系统发生故障时备用系统能够无缝接管。如果切换机制不完善，可能会导致切换失败或数据丢失，在冗余系统中，故障诊断变得更加复杂，因为需要确定是主系统还是备份系统出现了问题，而且故障恢复时间可能会更长，因为它涉及到更多组件的故障排除和替换，有时出现故障修复堆叠引起plc通信控制健康问题。

2、例如现有的授权公告号为cn114384792b的中国专利公开了一种安全冗余的plc通信控制系统，包括：冗余plc通信端口、安全过滤模块、冗余模块、通信模块、安全隔离模块和控制模块。安全过滤模块用于数据监测、过滤和告警；冗余模块用于对命中预设流量类型的数据帧进行复制、消除和异常状态上报；安全监测分析模块，用于实时监测上述告警和异常状态，并上报至控制模块，控制模块的诊断控制功能会对异常状态进行导向安全操作，并可选择对异常数据进行分析；安全隔离模块，用于通信模块、控制模块和安全监测分析模块间的数据隔离和交换，避免模块间的直接连接。该系统在通信端口采用了冗余和过滤的安全传输机制，在控制器内部增加安全诊断控制和安全隔离机制，有效提高了系统的安全等级和可靠性。

3、但是上述专利中存在：数据安全性能差，无法动态切换冗余策略以适应新的数据处理策略，尽管有冗余模块和安全隔离设计，但系统中的某些故障可能会通过不易察觉的方式影响到其他模块，而安全诊断控制手段单一，安全诊断无法和健康检测互联导致相互割裂，增加了故障传播的风险。

技术实现思路

1、本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本技术的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

2、为解决上述技术问题，本发明的主要目的在于提供一种安全冗余的plc通信控制系统，包括：

3、通信冗余模块，包括数据同步单元、切换单元和策略调整单元，所述数据同步单元用于确保主plc单元和副plc单元之间的数据实时同步，所述切换单元用于在主plc单元出现故障时自动切换到副plc单元，所述策略调整单元用于调整冗余策略；

4、故障诊断模块，用于对冗余策略和plc通信控制进行故障测试；

5、健康监测模块，用于对plc通信控制的健康进行诊断。

6、作为本发明一种安全冗余的plc通信控制系统的一种优选方案，其中：

7、所述数据同步单元通过数据传输协议和同步机制，将主plc单元的实时数据复制到副plc，通过同步监测模型监测数据同步结果，同步监测模型先通过数据同步差值计算主plc单元与副plc单元的样本数据差值，并通过样本数据差值判断同步状态，若主plc单元与副plc单元的样本数据差值大于数据同步平衡阈值，则同步状态错误，调整数据同步灵敏度系数，若主plc单元与副plc单元的样本数据差值不大于数据同步平衡阈值，则同步状态正常。

8、作为本发明一种安全冗余的plc通信控制系统的一种优选方案，其中：

9、所述数据同步差值计算表达式如下所示：

10、

11、其中，为数据同步差值，m为数据组数，m为数据总组数，为第m组主plc单元数据，为第m组副plc单元数据，为数据同步差值的平均值；

12、判断数据同步状态的表达式如下所示：

13、

14、其中，为数据同步灵敏度系数，为数据同步平衡阈值，z为判断数据同步是否错误，为样本数据差值；

15、通过移动步长平均对灵敏度系数进行调整，计算表达式如下所示：

16、

17、其中，为调整后的灵敏度系数，为t时刻未完成数据同步灵敏度系数校正的的数据同步差值，为未调整的灵敏度系数，为t时刻数据总组数，为t时刻的已完成数据同步灵敏度系数校正的数据组数。

18、作为本发明一种安全冗余的plc通信控制系统的一种优选方案，其中：

19、所述策略调整单元包括负载监测模型、性能指标检测和策略调整逻辑；

20、采集处理后的系统运行时的负载数据为数据基础建立负载监测模型，通过负载监测模型动态监测系统负载和性能，负载监测模型计算表达式如下所示：

21、

22、其中，为负载监测模型输出负载预测值，为第i个卷积核权重，为第j组采集的plc通信控制系统负载实际值，b为偏置项，f（）为激活函数，n为负载实际值的总组数。

23、作为本发明一种安全冗余的plc通信控制系统的一种优选方案，其中：

24、所述故障诊断模块包括冗余策略故障监测，通过建立安全冗余模型对冗余策略进行监测；

25、所述安全冗余模型通过将主plc单元数据同步副plc单元的过程进行过程建模得到，数据转移矩阵为数据从主plc单元数据到副plc单元的观测数据。

26、作为本发明一种安全冗余的plc通信控制系统的一种优选方案，其中：

27、所述数据转移矩阵表达式如下所示：

28、

29、其中，为数据转移矩阵，为主plc单元第一数据同步副plc单元第一数据，为主plc单元第d数据同步副plc单元第s数据，d为主plc单元数据计数，s为副plc单元数据计数；

30、构建安全冗余模型用于描述主plc单元通信控制数据同步副plc单元，通过条件概率评估安全冗余的plc通信控制系统执行冗余策略时的故障概率。

31、作为本发明一种安全冗余的plc通信控制系统的一种优选方案，其中：

32、所述故障概率的计算表达式如下所示：

33、

34、其中，为调取观测数据下冗余策略执行故障预测概率，为观测数据先验概率，为观测数据的边际概率，为在执行冗余策略后采集的观测数据的似然，为在执行冗余策略的故障行为，q为数据转移。

35、作为本发明一种安全冗余的plc通信控制系统的一种优选方案，其中：

36、所述执行冗余策略的故障行为计算表达式如下所示：

37、

38、其中，y为冗余策略执行主plc单元通信控制数据同步副plc单元的位置，p为通信控制数据同步的位置，λ为数据转移尺度。

39、作为本发明一种安全冗余的plc通信控制系统的一种优选方案，其中：

40、通过故障监测实时监测plc的通信健康状态，及时发现并报告通信异常或故障；

41、健康监测模型包括主plc单元健康与不健康和副plc单元健康与不健康以及整体系统的健康状态；

42、所述健康监测模型计算表达式如下所示：

43、

44、其中，为plc通信控制的健康概率，为故障概率引起健康状态的概率，为健康概率，为故障状态，为健康状态。

45、本发明的有益效果：

46、本发明的系统具有高可用性和连续性，确保了主要控制任务的高效执行，即使主plc发生故障，副plc能够无缝接管，减少系统停机时间，其次提供实时故障检测和健康诊断功能，帮助迅速定位和解决问题，提高系统的稳定性和可靠性，同时对通信控制系统进行实时健康监测，降低故障对其他模块的影响，防止数据被非法访问、篡改或窃取，增强系统的安全性。

技术特征：

1.一种安全冗余的plc通信控制系统，包括：

2.根据权利要求1所述的一种安全冗余的plc通信控制系统，其特征在于：

3.根据权利要求2所述的一种安全冗余的plc通信控制系统，其特征在于：

4.根据权利要求3所述的一种安全冗余的plc通信控制系统，其特征在于：

5.根据权利要求4所述的一种安全冗余的plc通信控制系统，其特征在于：

6.根据权利要求5所述的一种安全冗余的plc通信控制系统，其特征在于：

7.根据权利要求6所述的一种安全冗余的plc通信控制系统，其特征在于：

8.根据权利要求7所述的一种安全冗余的plc通信控制系统，其特征在于：

9.根据权利要求8所述的一种安全冗余的plc通信控制系统，其特征在于：

技术总结
本发明涉及PLC通信控制的技术领域，公开了一种安全冗余的PLC通信控制系统，包括：通信冗余模块，包括数据同步单元、切换单元和策略调整单元，所述数据同步单元用于确保主PLC单元和副PLC单元之间的数据实时同步，所述切换单元用于在主PLC单元出现故障时自动切换到副PLC单元，所述策略调整单元用于调整冗余策略；故障诊断模块，用于对冗余策略和PLC通信控制进行故障测试；健康监测模块，用于对PLC通信控制的健康进行诊断，实现了对安全冗余的PLC通信控制系统的故障监测和健康诊断。

技术研发人员：姚文广,刘丽婷
受保护的技术使用者：傲拓科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5