[發(fā)明專利]控制系統(tǒng)冗余構(gòu)架的構(gòu)建方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410849280.3
• 申請(qǐng)日: 2014-12-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104571040A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-04-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 裴文龍;裘宏波;劉渝新;陳學(xué)軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 重慶川儀自動(dòng)化股份有限公司
• 主分類號(hào): G05B19/418
• 分類號(hào): G05B19/418
• 代理公司: 北京海虹嘉誠(chéng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11129
• 代理人: 謝殿武

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及通信領(lǐng)域，尤其涉及控制系統(tǒng)冗余構(gòu)架的構(gòu)建方法。

背景技術(shù)

DCS是Distributed?Control?System的簡(jiǎn)稱，國(guó)內(nèi)一般稱其為集散型控制系統(tǒng)或分布式控制系統(tǒng)，DCS系統(tǒng)采用多級(jí)分層結(jié)構(gòu)，綜合了常規(guī)儀表控制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)集中控制的優(yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)了它們各自的不足，具備分散控制、集中操作、分級(jí)管理、配置靈活以及組態(tài)方便等特點(diǎn)。因此，DCS系統(tǒng)不僅通用性高、易用性強(qiáng)，而且具有更高的開(kāi)放性和可靠性。經(jīng)過(guò)近40年的發(fā)展，集散型控制系統(tǒng)的功能日益豐富，性能不斷提升，廣泛地應(yīng)用于各行各業(yè)，已經(jīng)成為自動(dòng)化控制領(lǐng)域的主流產(chǎn)品。

可靠性是DCS系統(tǒng)的關(guān)鍵指標(biāo)，冗余技術(shù)是系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)中常用的一種容災(zāi)方式，可以有效地提高系統(tǒng)的可靠性。系統(tǒng)的冗余設(shè)計(jì)雖然可以極大地提高系統(tǒng)的可靠性，但是也會(huì)增加了系統(tǒng)的復(fù)雜度、設(shè)計(jì)的難度和系統(tǒng)成本。因此，如何合理并有效地實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)冗余功能，是DCS系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

DCS系統(tǒng)的冗余技術(shù)通過(guò)增加多余的設(shè)備，保證系統(tǒng)更加可靠、安全地工作。DCS系統(tǒng)冗余包括控制器冗余、模塊冗余、網(wǎng)絡(luò)冗余、電源冗余以及元件冗余等。各個(gè)行業(yè)和應(yīng)用領(lǐng)域，對(duì)系統(tǒng)的安全性和可靠性級(jí)別需求不同，對(duì)系統(tǒng)的冗余程度要求也不盡相同。控制器是系統(tǒng)核心部件，因此控制器冗余的應(yīng)用更為常見(jiàn)。一些特殊行業(yè)，要求系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)各層級(jí)、部件的全面冗余。目前，市面上不同DCS系統(tǒng)的冗余位置、級(jí)別、程度和具體實(shí)現(xiàn)方式都有所不同。各種冗余構(gòu)架設(shè)計(jì)都有自身的優(yōu)缺點(diǎn)。有些系統(tǒng)做到元件級(jí)冗余，這將極大地增加系統(tǒng)的成本、設(shè)計(jì)難度和其它一些不確定性問(wèn)題。常見(jiàn)的部件冗余是設(shè)計(jì)專門(mén)的支持冗余功能的部件，這樣會(huì)增加系統(tǒng)設(shè)計(jì)、應(yīng)用和管理的復(fù)雜度和工作量。有些冗余系統(tǒng)是基于一些非通用技術(shù)實(shí)現(xiàn)，其開(kāi)放新和擴(kuò)展性又得不到保障。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供一種包括輸入輸出模塊冗余、通信模塊冗余、控制器冗余、電源冗余以及網(wǎng)絡(luò)冗余的總體冗余架構(gòu)和實(shí)現(xiàn)方式，該架構(gòu)各部件的冗余與非冗余采用同樣的硬件和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以方便地實(shí)現(xiàn)冗余和非冗余混合使用。

本發(fā)明提供的一種控制系統(tǒng)冗余構(gòu)架的構(gòu)建方法，控制系統(tǒng)至少包括控制器、通信模塊、輸入輸出模塊和電源模塊，所述控制器通過(guò)以太網(wǎng)絡(luò)與通信模塊連接，所述通信模塊與輸入輸出模塊連接，冗余構(gòu)架包括控制器冗余、通信模塊冗余、輸入輸出模塊冗余、電源模塊冗余以及網(wǎng)絡(luò)冗余；

所述冗余構(gòu)架中的主控制器與備用控制器、主用通信模塊與備用通信模塊、主用輸入輸出模塊和備用輸入輸出模塊，以及主用電源模塊和備用電源分別采用相同的硬件結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步，所述主控制器和備用控制器分別與通信模塊連接，所述主控制器和備用控制器分別與通信模塊連接，所述主控制器與備用控制器通過(guò)光纖連接，并進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，所述主控制器和備用控制器同時(shí)接入與監(jiān)控層通信的以太網(wǎng)，所述以太網(wǎng)包括主用以太網(wǎng)和備用以太網(wǎng)。

進(jìn)一步，所述通信模塊的冗余配置及主從狀態(tài)根據(jù)控制器進(jìn)行配置，若控制器配置為冗余，則需要為與所述控制器連接的通信模塊配置相應(yīng)的冗余通信模塊，互為冗余的主控制器和備用控制器分別與通信模塊及其冗余通信模塊連接。

進(jìn)一步，同一時(shí)段內(nèi)只允許一個(gè)控制器與通信模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，與控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的通信模塊為主用通信模塊，另一通信模塊為備用通信模塊控制器實(shí)時(shí)獲取備用通信模塊的通信狀態(tài)。進(jìn)一步，所述輸入輸出模塊中，互為冗余的輸入輸出模塊必須配置為相鄰，所述互為冗余的輸入輸出模塊之間通過(guò)心跳信號(hào)線連接。

進(jìn)一步，所述輸入輸出模塊正常運(yùn)行時(shí)，主用模塊處于工作狀態(tài)，備用模塊處于非工作狀態(tài)，主用模塊通過(guò)輸出端口向備用模塊發(fā)送心跳信號(hào)，備用模塊通過(guò)輸入端口檢測(cè)主用模塊心跳信號(hào)，當(dāng)備用模塊檢測(cè)不到主模塊的心跳信號(hào)時(shí)，則判定主模塊不存在或發(fā)生故障，并立即切換為工作狀態(tài)接替主用模塊進(jìn)行工作。

進(jìn)一步，通信模塊與各輸入輸出模塊之間采用雙總線連接；若主通信模塊通過(guò)一條總線與輸入輸出模塊通信失敗，則啟用另一條總線與該模塊進(jìn)行通信。

進(jìn)一步，所述輸入輸出模塊與電源模塊通過(guò)底座電路板連接，用于為各輸入輸出模塊供電，所述底座電路板設(shè)有雙電源連接線，分別與主用電源模塊和備用電源模塊連接，同一時(shí)間內(nèi)只有一個(gè)電源模塊處于工作狀態(tài)，電源模塊自動(dòng)識(shí)別工作狀態(tài)，并在主用電源模塊發(fā)生故障時(shí)將備用電源模塊切換為工作狀態(tài)。

本發(fā)明的有益效果：