[發明專利]作動器的冗余控制系統以及用于其冗余控制的方法

有效

• 申請號: 201710119597.5
• 申請日: 2017-03-01
• 公開（公告）號: CN107153351B
• 公開（公告）日: 2020-10-09
• 發明（設計）人: 威利·邁爾;諾貝特·羅特曼
• 申請（專利權）人: 西門子公司
• 主分類號: G05B9/03
• 分類號: G05B9/03
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 余剛;李慧

兩個冗余的控制計算機分別通過總線與各一個外圍工作站連接，該外圍工作站包括接口模塊和至少一個外圍組件。待控制的作動器連接在兩個外圍工作站的分別形成一個輸出組件的兩個外圍組件的彼此退耦的信號輸出端上。由控制計算機為作動器產生的輸出值由接口模塊傳遞給輸出組件。在探測到總線側的干擾時，相應的接口模塊向所有下級布置的輸出組件傳輸用于輸出替代值的指令。然而，因為這在冗余運行中會導致有錯誤的運行狀態，因此在其上連接有作動器的兩個輸出組件通過通信連接交換關于獲得這種指令的信息并且僅僅當相應的另外的輸出組件同樣收到這樣的指令時才執行該指令。

技術領域

過程控制系統，例如像西門子的SIMATIC PCS 7用于對技術設施中的過程進行自動化控制并且通常按照等級地通過多個層面進行結構化。在現場層面上通過現場設備來檢測技術過程的狀態(傳感器)或者有針對性地影響該過程(作動器)。在控制層面中，控制計算機(具有CPU單元的存儲器可編程控制裝置)執行靠近現場的控制和調節功能，其中，該控制計算機接收來自傳感器，例如壓力變換器的輸入值并且將輸出值輸出給作動器，例如用于調節閥的位置調節器。在過程引導層面上，在主機中進行對過程的上級控制和調節。

背景技術

在現場設備與控制計算機之間的數據交換通常通過數字現場總線，例如像PROFIBUS DP或者PROFINET實現。因為現場設備通常自己不具有相應的現場總線接口，因此其通過分散式的外圍工作站連接至現場總線。外圍工作站由用于連接至現場總線的接口模塊(頭組件)和用于連接現場設備的多個外圍組件(數字和模擬的輸入和輸出組件)構成。外圍組件能夠具有一個或者多個通道，在其上能夠分別連接一個現場設備。

高可用性的系統，例如其由DE 102004034451 A1或者WO 2005/057306 A1所公開的那樣，具有冗余地設計的中央功能并且構造具有兩個分離的控制計算機。在所謂的“熱待機”運行的情況中，這兩個控制計算機在無干擾的情況下同時處理相同的控制程序，然而其中僅僅一個控制計算機是活躍的并且利用其輸出值對過程進行控制。在故障的情況中，功能正常的控制計算機單獨承擔過程的控制。這兩個控制計算機的輸出值通過單獨的輸出組件提供給作動器，其中，如DE 102004034451 A1所示出的那樣，在輸出組件的信號輸出端處的退耦二極管在一些情況中導致數字輸出值的或運算或者模擬的輸出值相加。為了交換例如狀態和平衡信息的形式的信息，設置有冗余耦合裝置，通過其將控制計算機彼此連接。

在由WO 2005/057306 A1所公開的冗余控制系統中，第一控制計算機通過第一總線與第一外圍工作站的接口模塊，例如西門子的ET200M連接，其包括至少一個外圍組件。第二冗余控制計算機通過第二總線與第二外圍工作站的接口模塊連接，其同樣包括至少一個外圍組件。作動器布置在兩個外圍組件的信號輸出端處，其形成輸出組件并布置在不同的外圍工作站中。兩個外圍工作站的每個接口模塊設計用于，通過總線將從相應的控制計算機為作動器獲得的輸出值傳輸給相應的輸出組件，用于輸出給作動器。每個輸出組件設計用于對其信號輸出端上的干擾進行識別并且呈現給控制計算機，從而實現切換到無干擾的外圍單元上。

EP 0 478 288A2公開了一種用于作動器的冗余的自動化系統，該作動器連接在兩個輸出組件的彼此斷開耦合的信號輸出端上。兩個輸出組件通過共同的總線與兩個冗余的控制計算機連接。

由EP 2 806 316 A1公開了一種用于傳感器的冗余自動化系統，該傳感器冗余地連接在兩個布置在不同的外圍工作站中的外圍組件上。兩個外圍工作站分別包含一個接口模塊，其利用該接口模塊通過共同的總線連接至自動化設備。

由EP 2 799 947 A1已知一種具有冗余的適配器單元的裝置，以將現場設備，例如作動器冗余地連接至兩個布置在不同的外圍工作站中的外圍組件上。