[發明專利]一種多層次自動化控制系統的構架

有效

• 申請號: 201110388512.6
• 申請日: 2011-11-30
• 公開（公告）號: CN102393724A
• 公開（公告）日: 2012-03-28
• 發明（設計）人: 張翀
• 申請（專利權）人: 洛陽正揚冶金技術股份有限公司
• 主分類號: G05B19/418
• 分類號: G05B19/418
• 代理公司: 洛陽明律專利代理事務所 41118
• 代理人: 智宏亮

技術領域

本發明屬于工業自動化控制技術領域，主要提出一種多層次自動化控制系統的構架。

背景技術

現有技術中大型自動化控制系統普遍存在網絡通信量大，造成通信速度低的特點，主要是因為目前的任何一個工業自動化控制系統的數據采集和執行機構較多且分散布置，造成子站端都較多，以鋁合金帶或鋼帶熱軋機為例來說，鋁合金帶或鋼帶熱軋機一般擁有＞100個子站端，所述的子站端為信號的采集或信號的發出終端，采集終端包含電機溫度傳感器、電機速度傳感器等；信號發出終端包含如直流電機裝置、交流電機變頻器、和操作臺現場指示燈等；現有技術中自動化控制系統采用扁平網絡構架，自動化控制系統所采用的扁平網絡構架只有一臺主控制器，所述的主控制器可為主控制計算機/服務器或主控制PLC（一般為具有強大功能的CPU的PLC主站）作為整套控制系統的控制核心，用于完成整套控制系統的流程和基礎邏輯控制并充當與控制構架中的人機界面（HMI）進行數據交流的數據庫服務器和作為與外部系統連接的中轉站；如圖2所示，一臺主控制器通過單層TCP/IP、Profibus-DP等通訊協議與所有的子站端連通，多個子站端均將自身所采集的信號反饋給主控制器或通過通訊從主控制器獲取所需發出的信號。由主控制器完成所有控制運算及協調，由于信息處理集中造成程序龐大且集中，很難有多人協同編寫和維護，致使管理人員在長期運行及維護中任務交割不分明，同時還造成程序運行緩慢。由于處理器能力有限，很難實現多線程操作，影響生產精度和效率；按照現有工業通信協議要求，如圖1所示，一個網段的每個子站端只能與這個網段的唯一的主站進行被動數據交換，且數據交換只能在主站通信掃描周期內的對應時間完成，也就是說主站提供連續環式通信掃描，一個通信掃描周期的結束就是一個新的通信掃描周期的開始；主站將在每個通信掃描周期分割一段給其網段內每一個子站，這樣的通信方式使得實際每個子站的通信速度是=公稱帶寬/網段內子站數量。如此以來，子站越多速度越慢致使這種控制方法的局限性很大，而且容易造成通信慢，影響生產精度。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明的目的是提出一種多層次自動化控制系統的構架。

本發明為完成上述發明任務采用如下技術方案：

一種多層次自動化控制系統的構架，主要包括頂層控制構架、中間層控制構架和末端控制構架；所述的末端控制構架，具有多個末端控制單元，所述的末端控制單元也稱為子站，為現場I/O-即輸入或輸出終端，所述的多個末端控制單元分別對應于所控制的或所需采集的信號源設置；在末端控制構架中，將功能相同或相似的若干個末端控制單元合并為一組；按功能劃分的多組末端控制單元分別通過末端網絡與中間層控制構架中相應功能的功能塊控制器連通；所述的中間層控制構架包含有若干個功能塊控制器，每個功能塊控制器通過網絡連通控制一組或兩組或兩組以上的末端控制單元，用于控制某一功能，獨立處理與其功能相關的所有信號；中間層控制構架中的功能塊控制器通過二級中間層網絡與中間層控制構架中的上一層功能塊控制器連通或通過一級中間層網絡直接與頂層控制構架連通，接受上一層功能塊控制器或頂層控制構架與其功能相關的所有命令，并向上一層功能塊控制器或頂層控制構架反饋所有執行結果和自身的狀態；所述中間層控制構架中的上一層功能塊控制器通過一級中間層網絡與頂層控制構架連通；所述的頂層控制構架具有至少一臺主控制器，接收中間層控制構架中的若干個功能塊控制器所反饋的執行結果和自身狀態并向中間層控制構架中的若干個功能塊控制器發出功能控制指令。

根據中間層控制構架所具有的功能塊控制器數量和功能，所述的中間層控制構架中的功能塊控制器按照功能劃分為一層或多層，即：將中間層控制構架中的功能塊控制器按照功能進行分類并組；將功能相同或相近的功能塊控制器并和為一組，并通過二級中間層網絡與中間層控制構架中的上一層相應功能的功能塊控制器連通，所述的中間層控制構架中的上一層相應功能的功能塊控制器通過一級中間層網絡與頂層控制構架連通。

所述的頂層控制構架具有若干臺主控制器時，所述的中間層控制構架中的最上一層的功能塊控制器與頂層控制構架的一臺主控制器通信連通或分別與其中一臺主控制器通信連通。

所述的末端網絡為TCP/IP、Profibus-DP協議或其它協議。

所述的一級中間層網絡、二級中間層網絡為TCP/IP、Profibus-DP協議或其它協議。