[發明專利]一種數控裝備智能冗余控制系統及方法

在審

• 申請號: 202111245366.1
• 申請日: 2021-10-26
• 公開（公告）號: CN113867128A
• 公開（公告）日: 2021-12-31
• 發明（設計）人: 孫宇;吳旭澤;王禹;武凱;倪俊;丁武學
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G05B9/03
• 分類號: G05B9/03
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 朱沉雁

1.一種數控裝備智能冗余控制系統，其特征在于：包括上層網絡、裝備信息節點、數控裝備控制系統、邊緣計算系統與執行系統；其中，所述上層網絡分別與數控裝備控制系統和邊緣計算系統連接；所述裝備信息節點分別與數控裝備控制系統和邊緣計算系統連接；所述執行系統由數控裝備控制系統和邊緣計算系統構成冗余連接；所述數控裝備控制系統與邊緣計算系統連接；

所述上層網絡用于對邊緣計算系統的控制率和數控裝備系統的控制邏輯進行配置；

所述裝備信息節點用于獲取數控裝備現場數據；

所述數控裝備控制系統用于實現數控裝備控制邏輯的部署；

所述邊緣計算系統對上層網絡對邊緣計算系統的控制率與數控裝備現場數據進行本地邊緣計算，得到數控裝備的狀態信息，以及數控裝備控制系統的狀態信息；

所述執行系統根據數控裝備的狀態信息以及數控裝備控制系統的狀態信息控制裝備運行動作。

2.根據權利要求1所述的一種數控裝備智能冗余控制系統，其特征在于：所述數控裝備控制系統包括PLC CPU、通訊模塊、輸入模塊、HMI模塊和輸出模塊；所述輸入模塊包括數字輸入模塊和模擬輸入模塊；通訊模塊、輸入模塊、HMI模塊和輸出模塊分別通過內部總線與PLC CPU相連；通訊模塊與上層網絡相連，輸入模塊與裝備信息節點相連，輸出模塊分別與邊緣計算系統和執行系統相連。

3.根據權利要求2所述的一種數控裝備智能冗余控制系統，其特征在于：所述邊緣計算系統包括邊緣中央處理單元、信號輸入電路、信號輸出電路和輔助模塊；所述輔助模塊包括邊緣通信設備、顯示設備和邊緣輸入模塊；所述邊緣中央處理單元包括連接的數據處理單元與冗余控制單元；數據處理單元用于控制率的部署與運算；所述冗余控制單元負責安全控制邏輯的部署與運算；邊緣通信模塊與上層網絡連接，數據處理單元分別與邊緣通信設備、顯示設備、邊緣輸入模塊、信號輸入電路、信號輸出電路、冗余控制單元連接，信號輸入電路與裝備信息節點和數控裝備控制系統的輸出模塊連接，信號輸出電路與執行系統連接，冗余控制單元與執行系統構成冗余連接；邊緣中央處理單元通過通訊協議獲得數控裝備控制系統過程變量，通過信號輸入電路獲得數控裝備控制系統輸出信號。

4.根據權利要求3所述的一種數控裝備智能冗余控制系統，其特征在于：執行系統包括控制裝備基本動作的各執行單元控制器。

5.根據權利要求4所述的一種數控裝備智能冗余控制系統，其特征在于，所述數控裝備控制系統和邊緣計算系統的通訊協議為基于Profibus-DP總線的OPC通訊協議。

6.一種基于權利要求1~5中任意一項所述的數控裝備智能冗余控制系統的冗余控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟S1：上層網絡對邊緣計算系統的控制率進行配置，同時對數控裝備控制系統的控制邏輯進行配置；所述的控制率包括故障位點檢測算法和裝備工藝參數智能控制模型；

步驟S2：通過信息節點獲取數控裝備的現場數據，通過采樣電路或總線/通訊協議的方式，將現場數據同時發送至邊緣計算系統和數控裝備控制系統；數控裝備控制系統依據其控制邏輯進行本地邏輯運算并向執行系統輸出控制信號；

步驟S3：邊緣計算系統依據所配置的控制率完成本地邊緣計算，向執行系統輸出控制信號實現生產工藝參數的智能調整，同時向上層網絡輸出裝備狀態信號，用于反饋生產過程數據與裝備狀態監視。

7.根據權利要求6所述的數控裝備智能冗余控制系統的冗余控制方法，其特征在于：步驟S1中的控制率包括故障位點檢測算法和裝備工藝參數智能控制算法，故障位點檢測算法用于檢測數控裝備系統、邊緣計算系統和裝備信息節點中的故障點位，裝備工藝參數智能控制算法用于實現數控裝備生產工藝參數的自動調整。

8.根據權利要求7所述的數控裝備智能冗余控制系統的冗余控制方法，其特征在于：所述故障位點檢測算法基于貝葉斯網絡進行故障位點診斷。