使用NovRam实现大型设备智能高可靠大吞吐量掉电保持的研究

关伟1 ,赵旭2 ,郝亚明2

摘要：本文研究了煤矿井下大型掘进设备，为满足井下水量大，粉尘度高的复杂工况，提出了一种全新的控制器掉电保持方式，区别于传统的将掉电保持数据存在控制器储存区，该方法采用独立的掉电保持存储模块，确保设备独立运行时的稳定性，此外，在系统软件中加入了自动判别需要保持数据的变化，仅当数据在发生变化时，占用控制器空间发出存储数据的命令，写入数据，更合理的规划了控制器应用，也保证了掉电保持数据的稳定性。

关键词：掉电保持；独立NovRam模块；数据判断；稳定性

1、引言

工业控制系统中需要具备掉电保护功能，使得工业控制系统在掉电重启后，能够恢复掉电前的数据，以避免数据丢失。

相关技术中，将需要掉电保持的数据存储在系统对应的程序卡或者自身硬盘，当数据量较大时，容易受自身硬盘大小及读取速率的影响，且井下掘进工作面，现场环境粉尘大，潮湿，对控制器硬件的要求较高，容易产生丢包的情况，因此该方法不适用于大型设备的数据掉电保持。

2、NovRam实现掉电保持模块

本文提出了一种应用于井下掘进工作面大型采掘设备控制器针对大吞吐量数据掉电保持的高可靠方法。

由于传统掉电保持方法只是将需要掉电保持的数据存储在对应的程序卡或者自身硬盘，当程序包较大时，容易受自身硬盘大小及读取速率的影响，不适用于大型设备的数据保持，且井下掘进工作面，现场环境粉尘大，潮湿，对控制器硬件的要求较高，容易产生丢包的情况，针对此问题，本发明提出了一种新的独立掉电保持方式，采用独立硬件+软件的方式，保证大数据掉电保持时的存储快速性和稳定性。

硬件方面新增了独立的控制器掉电保持模块NovRam，NovRam掉电保持是一种新型的掉电保持方法，主要为一些需要记录大型设备的使用数据情况、保存更改系统设定参数且数据量比较大，使用工况比较复杂，容易受现场环境干扰而提出的智能掉电保持方法。与传统的控制器程序硬盘分隔开，采用双通道的方式读写数据，保证数据读写的时效性，具体硬件控制逻辑如下图1 所示。

3、软件判断

软件方面，在编程时通过建立程序数据块来采集数据，采用即写即存的硬件存储方式来实现断电保持。本掉电保持方法采用智能存储方式，即写即存，编写NovRamReadWrite程序块来实现对断电保存数据的读写，建立超大数组和结构体用以存储掉电保持数据，本程序中增加智能识别掉电保持数据的变化，当程序中识别到需要掉电保持的数据发生变化时，系统触发自动存储功能，将更新的最新掉电保持数据储存在NovRam的断电保持数据永久存储区，系统识别流程图如下图2所示。

确定工业控制系统的掉电保持数据是否发生变化，可以包括以下步骤：

步骤a：确定工业控制系统的掉电保持数据与独立数据存储区内的存储的掉电保持数据是否一致；

步骤b：若掉电保持数据与独立数据存储区内的存储的掉电保持数据一致，则确定工业控制系统的掉电保持数据未发生变化；

步骤c：若掉电保持数据与独立数据存储区内的存储的掉电保持数据不一致，则确定工业控制系统的掉电保持数据发生变化。

步骤d：若掉电保持数据发生变化，则将掉电保持数据替换独立数据存储区中对应的掉电保持数据。当掉电保持数据发生变化后，可以将最新的掉电保持数据替换独立数据存储区中对应的掉电保持数据，从而使得独立数据存储区中保存的掉电保持数据都是最新的，以使得工业控制系统在掉电重启后，能够恢复掉电前的最新存储的数据，从而使得工业控制系统可以通过最新的掉电保持数据进行控制运行。

本文提出的数据掉电保持方法中，获取工业控制系统的掉电保持数据，将掉电保存数据存储至独立数据存储区，独立数据存储区专门用于存储掉电保持数据，确定工业控制系统的掉电保持数据是否发生变化，若掉电保持数据发生变化，则将掉电保持数据替换独立数据存储区中对应的掉电保持数据。由此可知，本申请将掉电保存数据存储至独立数据存储区，基于此当数据量较大时，独立数据存储区也不会受到自身硬盘大小及读取速率的影响，从而可以适用于大型设备的数据掉电保持，保证了掉电保持数据存储的快速性和稳定性。同时，本申请当掉电保持数据发生变化时，采用即写即存的方式将掉电保持数据替换独立数据存储区中对应的掉电保持数据，以避免重复读写带来的磁条永久性损伤，具体控制流程如下图1所示。

图1 控制器硬件布置

图2 断电保持数据流程

4、总结

   针对目前传统的UPS电源掉电保持方法存在工况要求性高，磁条损伤大的问题，提出了独立NovRam掉电保持模块，自动识别掉电保持区数据的变化，更合理的规划运用了控制器和内部存储区。降低了对于主程序区磁条的损耗，也加快了大型设备的控制响应速度，提高了生产的安全性，避免了“事后”控制的不及时性，提高了煤矿生产的安全性。