[實用新型]基于工業以太網的DCS三重容錯控制器

無效

• 申請號: 200920076963.4
• 申請日: 2009-06-26
• 公開（公告）號: CN201464905U
• 公開（公告）日: 2010-05-12
• 發明（設計）人: 葉敏;龔翔
• 申請（專利權）人: 上海迪吉特控制系統有限公司
• 主分類號: G05B19/418
• 分類號: G05B19/418
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型涉及計算機控制系統，特別是一種基于工業以太網的DCS三重容錯控制器裝置，屬于自動控制技術領域。

背景技術

目前，計算機分散控制系統DCS已經在電力、石油、化工和冶金等流程工業領域獲得了廣泛的應用。為保證DCS的可靠性和安全性，目前DCS的控制器一般都采用了雙模冗余結構，即采用兩個相同的計算機(中央處理單元)構成一對冗余的控制器。正常工作時，一個控制器將作為主控單元，另一個控制器作為副控單元。主控單元負責完成實時處理功能和對控制器(站)間通訊總線和輸入輸出IO總線的控制和訪問，副控單元則實時拷貝主控單元的計算結果，處于備用狀態。當主控單元故障時，副控單元將在拷貝的數據基礎上接替主控單元繼續完成處理功能和對站間通訊總線和輸入輸出IO總線的控制。盡管這種雙模冗余結構與單?？刂破飨啾纫丫哂休^高的可靠性，但在某些情況下，如控制器自啟周期內，兩個控制器同時重啟，將會出現交替地誤切換或死鎖等故障情況，使得冗余控制器短時間內喪失控制功能或宕機。同時，由于在同一時間內，實際上仍然只有一個控制器在執行實時處理任務，仍然可能因為各種干擾而發生輸出漂移或出錯。

在一些更為重要的應用場合，三模容錯系統已經成為一種常用的容錯技術。在三模容錯系統中，三個完全相同并且獨立的功能模塊同時執行同樣的處理任務，以多數相同的輸出作為系統的正確輸出。從結構上看，通常的三模容錯系統只要不出現兩個性質完全相同的故障，就能保證系統輸出是正確的。也就是說，三模容錯系統的核心思想是基于兩臺設備同時出錯的概率幾乎趨于0。如單一故障出現時，這種容錯系統會逐級降至雙模、單模工作狀態。因此，一般需要設計一套特殊的同步、表決和故障甄別機制和專用硬件結構，造成三模容錯系統價格昂貴，系統規模和應用場合受限，一般只使用在諸如緊急停車裝置等故障安全系統，也多囿于開關量應用。

發明內容

為克服現有DCS系統雙模冗余控制器的缺點和三模容錯系統設計復雜、應用受局限的現狀，滿足更廣泛的高可靠性應用的需要，本實用新型公開了一種采用通用計算機和工業以太網硬件設備構成的DCS三重容錯控制器裝置。

本實用新型是通過以下技術方案來實現的：每個控制器由三個獨立并行工作的計算機(中央處理單元)裝置(1)(2)(3)組成，其中第一計算機裝置(1)通過其內部的第一工業以太網通訊模塊(4)和第二工業以太網通訊模塊(5)分別與第一以太網交換裝置(10)和第二以太網交換裝置(11)中的各一個端口相連，第二計算機裝置(2)通過其內部的第三工業以太網通訊模塊(6)和第四工業以太網通訊模塊(7)分別與第一以太網交換裝置(10)和第三以太網交換裝置(12)中的各一個端口相連，第三計算機裝置(3)通過其內部的第五工業以太網通訊模塊(8)和第六以太網通訊模塊(9)分別與第二以太網交換裝置(11)和第三以太網交換裝置(12)中的各一個端口相連，同時，每個以太網交換裝置(10)、(11)、(12)的另外兩個端口分別與多控制器站間三重容錯通訊總線(13)和三重容錯控制器輸入輸出總線相連.

本實用新型的技術方案采用了核心為“三模最大化”的三重容錯設計，即通過結構優化設計確?？刂破髟诓煌收蠣顟B下可以最大限度保持三模運行狀態，盡可能不發生向雙模和單模等降低冗余度的狀態切換。能夠在任何單一故障時仍不失去三模冗余特性，即使是在任何兩個不相同硬件同時故障時也能繼續實現三模處理機制，實現了三重容錯。

“三模最大化”在結構上是通過控制器采用具有精確時鐘網絡同步功能的工業以太網通訊模塊、雙模塊結構(即每個控制器包括兩個冗余的同步時鐘和網絡接口的設計)以及與網絡交換設備的交錯連接來實現的。

本實用新型實現的DCS三重容錯控制器結構具有更高的可靠性，不需要增加特殊的容錯硬件，裝置結構簡單；同時，由于采用通用的計算機硬件和網絡設備使得裝置具有更高的性價比。

附圖說明

附圖是基于工業以太網的DCS三重容錯控制器的框圖。

具體實施方式