[實用新型]新型分散控制系統硬件架構

有效

• 申請號: 200820058613.0
• 申請日: 2008-05-19
• 公開（公告）號: CN201196743Y
• 公開（公告）日: 2009-02-18
• 發明（設計）人: 李培植
• 申請（專利權）人: 上海新華控制技術(集團)有限公司
• 主分類號: G05B19/418
• 分類號: G05B19/418;H04Q11/00
• 代理公司: 上海恩田旭誠知識產權代理有限公司
• 代理人: 劉峰

技術領域

本實用新型涉及工業控制技術領域，尤其涉及一種分散控制系統的硬件架構。

背景技術

隨著工業自動化過程控制理論和計算機技術的迅猛發展，現代工業技術對工業自動化過程控制系統的可靠性、復雜性、功能的完善性、系統的可維護性、人機界面的友好性、數據的可分析可管理性等各個方面都提出了愈來愈高的要求。

目前，集散式控制系統已經廣泛應用于各種流程控制行業。伴隨著工業以太網技術的不斷發展和完善，集成了工業以太網技術的DCS(分散控制系統)由于具有功能全、可靠性高、系統開放易擴展、采用了安全可靠的網絡通訊技術、具有綜合性和專業性、人機對話功能強、管理能力強等優點而獲得了越來越多用戶的青睞。但由于控制系統的要求、規模不斷的發展，DCS在不同的應用領域也面臨著一些不同的要求和問題。

目前，集成工業以太網技術的DCS比較常見的系統架構是采用星型連接方式。如圖1所示，現有技術中分散控制系統硬件架構的一種星型連接方式，采用工業以太網技術，三個通訊模塊分別連接到交換機上，然后通過交換機再與XCU(分布式控制單元)進行數據交互，從而實現了星型連接。

但是，當系統規模較大，需要擴展較多的通訊模塊節點時，由于通訊模塊是分別直接連接到交換機上的，因此較多的通訊模塊會使整個系統構架中交換機的數量、交換機的端口數目以及網絡連接電纜急劇膨脹。使用較多的交換機、大量的網絡連接電纜不僅會大幅度提高整個控制系統的成本，也給整個控制系統的布線帶來困難，而且還會使得整個系統的安全性大大降低。

實用新型內容

有鑒于現有技術的上述缺陷，本實用新型所要解決的技術問題是提供一種易于擴展和伸縮、網絡布線更簡潔的新型分散控制系統硬件架構。

為實現上述目的，本實用新型提供了一種新型分散控制系統硬件架構，包括：通過雙機切換電路通訊連接的主控XCU和備用XCU；分別與所述主控XCU、所述備用XCU通訊連接的主控交換機；分別與所述主控XCU、所述備用XCU通訊連接的備用交換機；還包括多個并行的I/O模塊，通過多個主控通訊模塊與所述主控交換機通訊連接并通過多個備用通訊模塊與所述備用交換機通訊連接；多個所述主控通訊模塊之間、多個所述備用通訊模塊之間均為串行通訊連接。

尤佳地，所述主控XCU分別連接第一主控交換機和第二主控交換機，多個所述主控通訊模塊中的首通訊模塊與所述第一主控交換機串聯，多個所述主控通訊模塊中的尾通訊模塊與所述第二主控交換機串聯從而構成一線型結構的主控通訊環。同時，所述備用XCU分別連接第一備用交換機和第二備用交換機，多個所述備用通訊模塊中的首通訊模塊與所述第一備用交換機串聯，多個所述備用通訊模塊中的尾通訊模塊與所述第二備用交換機串聯從而構成一線型結構的備用通訊環。

本實用新型中，XCU的主要作用是實現算法運算和數據存取。通訊模塊的作用是把各個I/O模塊的數據通過交換機送到主控XCU和備用XCU，把主控XCU要輸出的數據分發到各個I/O模塊。

通訊模塊采用EtherCat工業以太網技術，所有通訊模塊首尾連接組成線型結構。主控XCU、交換機以及通訊模塊順序相連從而形成環形架構。兩個環形互為備用構成實時冗余環。

本實用新型集成了工業以太網技術，具有易于擴展和伸縮特性的DCS硬件體系架構。該架構可以保證集散控制系統的規模膨脹時，不會增加交換機的數量和交換機的端口數目，該系統架構還使得網絡布線更簡潔。

采用本實用新型的DCS系統硬件體系結構后，整個控制系統具有兩個可靠的冗余實時通訊環，每個實時通訊環不僅具有100Mbit/s的超高速，而且具有自診斷、自恢復功能。兩個實時通訊環之間的可靠冗余，進一步增加了系統架構的魯棒性。高速實時通訊網絡的環形結構使得系統具有很好的擴展性和伸縮性，并且這種優越的擴展性和伸縮性不會使得交換機的數量、交換機的端口數目隨著通訊節點的增加而急劇膨脹。

以下將結合附圖對本實用新型的構思、具體結構及產生的技術效果作進一步說明，以充分地了解本實用新型的目的、特征和效果。

附圖說明

圖1是現有技術的分散控制系統中星型連接硬件架構示意圖；

圖2是本實用新型的雙環形冗余分散控制系統的硬件架構示意圖；

圖3是實時通訊環上的通訊節點原理框圖。

具體實施方式