仪表型回路热备冗余控制系统的应用

目前国内外主流的工业控制系统是全冗余控制系统和非冗余控制系统两种,全冗余控制系统价格高,市场份额少,仪表型回路热备冗余控制系统控制可靠,价格经济．介绍仪表型回路热备冗余控制系统原理,及其在循环流化床锅炉控制系统中的应用。     

冗余技术在分布式控制系统中的应用研究

以某酒厂稻谷加工DCS控制系统为例，介绍了冗余技术在分布式控制系统中的应用，并从PLC冗余、通信冗余和软件编程三方面进行了详细的论述。     

核级控制系统主控制器高速通讯总线技术的研究

通讯总线技术很大程度上决定了,核级数字化控制系统主控制器的冗余机制,从而决定了核级控制系统的可靠性。常规工业控制系统,通常采用基于输出仲裁的主从热冗余机制,而基于寄存器备份的主从热冗余机制,已经成为核级数字化控制系统主控制器技术的发展趋势。在概要介绍第三代通讯总线Hypertransport和PCI Express技术、及其独特技术优势的基础上,该文探讨了Hypertransport和PCI Express技术在核级控制系统主控制器中的应用,给出了高可靠性X86嵌入式CPU和FPGA南北桥的核级控制系统主控制器的通讯总线方案,介绍了CPU与北桥之间Hypertransport接口、北桥与南桥之间PCI Express接口的FPGA实现,为下一步研发新一代核电控制系统主控制器打下了基础。     

基于RTnet实时以太网的PAS200冗余控制系统设计

针对工业自动化领域中控制系统对可靠性、稳定性越来越高的需求,设计了以RS485总线通信为基础的PAS200冗余控制系统。文中介绍了PAS200冗余控制系统的整体架构,详细论述热备硬件控制器基于RTnet实时以太网完成任务、IEC程序、数据、时钟同步和软件冗余程序设计PAS200控制系统冗余。系统测试结果表明PAS200冗余控制系统具有较高的可靠性和实时性。     

西门子S7-414H冗余DCS系统在稻谷加工中的应用研究

本文以五粮液集团稻谷加工冗余DCS系统为例，介绍了冗余技术在粮食加工控制系统中的应用，并从CPU冗余、通信冗余和软件编程三方面进行了详细的论述。作者提出了一套可行的硬件设计方案，将双路冗余工业以太网改造成冗余环网，进一步提高了系统的可靠性；设计了一套在复杂工艺编程时，便于调试的程序结构。     

基于ControlNet现场总线的高炉水站控制冗余控制系统

在对ControlLogix冗余系统硬件配置进行分析的基础上,设计了由ControlNet构成的冗余网络控制系统,并成功应用在某高炉水站控制系统中,并介绍了控制系统的硬件组成及软件编程。     

CAN网状冗余及基于ARM节点设计

本文简单介绍了目前CAN网冗余的几种方式,提出了网状冗余的全新冗余方式;给出了应用在电源模块控制系统中,基于具有ARM7TDMI内核的32位微控制器的CAN总线网状冗余节点设计方案。     

TRACEMODE自适应控制算法在氨水生产流程中的应用

通过TRACE MODE工控软件的自适应控制算法和冗余功能在氨水生产流程中的应用，介绍了以工业控制计算机为硬件平台的冗余控制系统方案以及TRACE MODE软件中自适应控制算法和冗余功能的实现原理。实际应用表明，基于TRACE MODE的控制系统具有可靠性高、自适应PID控制品质优异的特点。     

西门子S7—400H冗余PLC系统在反渗透海水淡化中的成功应用

本文介绍西门子S7—400H冗余PLC在反渗透海水淡化控制系统中的成功应用。作者重点描述了反渗透海水淡化的主要工艺、西门子S7—400H冗余控制系统的主要特点和海水淡化自动控制系统的主要功能。     

控制系统冗余设计和分析

随着自动化行业整体技术水平的提高,控制装置的可靠性要求也越来越高,尤其是DCS控制系统,但厂商一般对内在的冗余同步机制和使用注意点描述不够清晰.针对冗余系统在切换过程中易发生输出扰动的情况,介绍了控制系统的冗余原理,分析了冗余系统无扰切换的关键问题.通过对中控ECS-100系统控制器的描述,给出了ECS-100控制系统的解决方法,介绍其冗余系统的构建、同步机制和工程应用中的注意事项.     

大规模MPI 并行计算的可扩展三模冗余容错机制

随着系统规模的扩大,并行计算的性能不断提高,但可靠性却也在不断下降,因此需要采用某种容错机制来容忍或恢复硬件故障和数据错误.目前常用的容错机制Checkpoint/Restart和多模冗余均引入了额外的开销,这些开销均在某种程度上制约了并行计算的可扩展性.因此,在高性能计算需求不断增长的今天,可扩展容错机制的设计显得尤为迫切和重要.以三模冗余(triple modular redundancy,简称TMR)为典型案例,描述了传统TMR在大规模MPI 并行计算上的实现方法,分析了该机制所面临的实际问题,进而指出传统TMR制约了并行计算的扩展.根据该技术所面临的问题,设计了可扩展三模冗余(scalable triple modular redundancy,简称STMR),并进一步验证了其有效性和可扩展性.该机制不仅能够处理Checkpoint/Restart针对的fail-stop故障,还能够解决绝大部分硬件不能直接感知的数据错误.最后,借用BlueGene/L的系统参数进行模拟,预测当系统规模增大时,在分别采用TMR和STMR的情况下并行计算可扩展性的变化,结果进一步验证了STMR是可扩展的容错机制.     

多模冗余可重构计算机可靠性研究

为了以最小代价提高多模可重构计算机的可靠性,需要结合系统体积功耗等因素,对不同计算机体系结构的可靠性进行评估;首先,针对三模冗余、三热一冷以及四模热备这几种不同冗余可重构计算机体系结构,给出了他们的故障状态转移图;其次,运用马尔可夫模型理论,对这些计算机结构进行可靠性建模;第三,根据上述3种系统的可靠性模型,在考虑失效率和维修率两个参数对系统可靠性影响的情况下,对各结构的可靠性指标进行了评价;结果表明,三热一冷的可靠性大于三模冗余,而小于四模热备;但综合考虑系统的可靠度、体积、功耗等因素后,在这几种形式的表决系统中,三热一冷是最优的;同时,设计完善的三模可重构系统可靠度会比一个设计不合理的四模可重构系统要高。     

可重构系统中实时任务容错调度算法

现在FPGA已被广泛的应用,但三模冗余(TMR)结构不能充分利用FPGA资源,基于主/从版本技术,提出一种实时任务容错调度算法。算法通过后向调度从版本,使得从版本在其截止期限内尽可能地推迟执行,从而同一任务的主从版本在执行时间上没有重叠或较少重叠,当任务主版本成功执行时释放任务从版本所占用的资源。仿真实验表明,与TMR相比,此方法能更有效地利用FPGA资源,提高硬件任务的接受率。     

面向门级网表的VLSI三模冗余加固设计

航天器在宇宙空间易受粒子的影响而产生错误,三模冗余技术是一种有效的容错机制。但是,现有的三模冗余加固设计一般是一款芯片定制一套加固方案,无法做到通用性。提出一种功能无关的VLSI门级网表三模冗余加固通用设计方案。通过对时序器件和组合逻辑器件进行不同的加固设计,实现三模冗余。根据对不同的工艺库的识别与理解,本方案还进行了驱动能力优化等。通过将上述方案工具化,并利用已有的众核处理器网表进行实验评估,全局时序器件加固面积增加为原始网表面积的185%,局部时序器件加固面积增加为原网表的1%~80%,加固方案可按设计需求配置。实验数据表明,加固后的网表中关键路径的平均时延增加为22.15%~22.86%,在设计需求配置下,性能可满足用户要求。     

基于1553B总线三冗余飞行控制系统设计与可靠性研究

对系统可靠性的探讨一直是航天飞行器设计过程中的首要议题,飞行控制系统作为核心系统,一旦出现故障会导致整个飞行任务的失败。以提升飞行可靠性需求为出发点,提出了一种基于1553B总线的飞行控制计算机三冗余设计方案,给出了冗余飞控系统的架构设计、控制板硬件构成、三模块同步方案和表决算法等设计方法,完成了飞行控制系统的冗余设计策略研究。为适应飞控系统的国产化、小型化、轻质化设计趋势,采用了基于国产SoC芯片的SiP模块以实现工程化。为研究三冗余系统方案可靠性,分析其工作状态建立了Markov模型。最后以Simulink图形化建模方法完成了相关仿真,通过对系统进行典型故障注入验证了冗余管理算法,仿真结果表明提高系统故障检测覆盖率有利于增强系统可靠性。     

基于VxWorks新型映像的三模冗余启动机制研究

针对VxWorks启动映像依赖于ROM地址,不能适应航天型号中三模存储要求的缺点,利用VxWorks自带的压缩算法,按照航天型号软件任务要求设计了一种基于VxWorks内存型映像的新型压缩映像,实现了软件映像与ROM区地址无关;并且实现了新型压缩映像的三模冗余引导启动,启动时每一个bit数据都从三份映像获取,并进行三取二判断,将最后结果拷贝到内存作为目的映像的bit数据,目的映像启动后能够回写正确数据自动纠正空间环境下可能发生的单粒子翻转错误,为软件的可靠启动建立了基础。     

TMR计算机系统分布与容错工作方式间的切换

ＦＴ－ＨＩＴ是我们自行研制的三模冗余航天容错计算机。系统采用硬件三模冗余结构和主要由软件实现容错的冗余管理模式，具有容错计算和分布处理两种工作方式，保证了航天容错计算机的高可靠性和强大的处理能力。本文主要论述其容错和分布两种工作方式间的切换机理并给出具体的实现算法，算法对于一     

基于JBits的一种可重构数据处理系统可靠性研究

空间太阳望远镜(SST)是一颗对太阳进行观测的科学卫星,它使用FPGA芯片对每天采集的大量数据进行预处理.高昂的建造费用和恶劣的工作环境,确保SST数据的高可靠性成为一项艰巨任务.改进了常规TMR结构,提出一种基于配置数据的可重构硬件故障检测和修复方法,使用JBits工具简化对配置数据的各种操作.此结构和方法能及时检测到故障,通过硬件重构消除故障,提高系统可靠性.采用Markov过程理论对系统可靠性进行分析,结果表明可靠性可得到显著提高.     

容错计算机联锁系统

容错计算机联锁系统是使用容错计算机构成的车站计算机联锁系统,其基本思想是：通过TMR的硬件冗余方式,实现系统的高可靠性和高安全性.该文将介绍我国两种典型的容错计算机联锁系统(TYJL&TR9、DS6&20型),并对其可靠性和安全性进行定量的分析.     

TMR整体硬化技术及其在电控系统中的应用

在对TMR的容错运行机制予以分析讨论的基础上，针对一种DC电机控制系统进行了基于FPGA芯片的“整体硬化”研究和具体实现。该方式既从原理上摆脱了传统的程序控制概念，消除了“程序跑飞”的隐患，又在结构上减少了因部分硬件单元的故障而导致系统功能整体受损的可能。因此，整个系统在EMI测试环境下表现出了良好的抗干扰性能。