工业控制器作为工业控制系统的核心部件,它的可靠性直接决定了整个控制系统的稳定、可靠和安全。由于工业控制器的硬件随机失效、系统失效以及维护中的误操作造成的设备故障,给工业生产现场造成了严重的生产事故,在诸如高温、高压、易燃易爆的危险场合中则会造成严重的人身伤害和财产损失。如何有效地提升工业控制器的可靠性已经成为工业控制系统设计中的关键问题。本文在分析了分布式控制系统中的工业控制器的基本结构和功能性能特点的基础上根据可靠性工程理论从硬件和软件两方面论述了保障其可靠性的方法,重点围绕着如何从软件机制的设计和实现上有效地保证工业控制器的可靠性而展开论述。本文首先使用马尔可夫模型方法对热备式冗余工业控制器其建立了可靠性分析模型,从理论上论证了热备式冗余能够有效地提升工业控制器的可靠性,而且在保证高故障修复率的前提下,故障诊断覆盖率越高,其平均故障前工作时间(MTTF)越长。针对如何有效地实现工业控制器的热备式冗余,设计了具有运行周期严格同步、初始数据和实时运行数据有效冗余、根据故障情况进行快速切换等特点的一套完整的热备式冗余机制。针对如何有效地进行故障诊断,重点通过软件机制的设计来达到对硬件故障诊断覆盖率的提升,并设计了方便故障记录和回溯的故障记录单元。针对如何有效地保证故障维修能力,重点设计了组态在线下载和系统在线升级这两个重要的在线维护技术。为解决现有组态在线下载技术的难点,设计了一种适用于多任务控制环境的在线下载机制。同时还设计了一套可靠的系统在线升级机制。最后,上述软件设计机制均在国产ECS-700系统控制器硬件平台上进行了原型样机的开发实现。对原型样机的测试验证结果表明上述热备式冗余机制、故障诊断机制、在线维护机制能够达到预期的设计功能,从而为提升工业控制器可靠性做了技术储备。