Pas100控制系統的總線冗余構架的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及分布式控制系統的冗余構架，具體涉及一種PAS100控制系統的總線冗余構架。
【背景技術】
[0002]PAS100控制系統是基于DCS構架設計的過程自動化控制系統，采用模塊化設計思想和開放性的設計理念，使得該系統具備良好的開放性和擴展性，適用于石油、化工、冶金、輕工、能源和環保等行業的過程自動化控制。現有DCS系統(即集散型控制系統或分布式控制系統)采用多級分層結構，綜合了常規儀表控制系統和計算機集中控制的優點，彌補了它們各自的不足，具備分散控制、集中操作、分級管理、配置靈活以及組態方便等特點，其可靠性是DCS系統的關鍵指標。為了提高DCS系統的可靠性，因此需對DCS系統進行冗余設置。不同廠家的DCS系統的冗余位置、程度和具體實現方式都有所不同，常見的系統冗余實現方式是部件冗余。基于成本因素考慮和針對具體行業應用需求不同，不同廠家的部件冗余的實現級別和方式也有所不同，有的采用全部部件冗余，也有采用部分部件冗余的。從理論上來說，系統的冗余設計實現冗余的位置越多、冗余的程度越高，系統的安全性和可靠性就越好。但是從系統的設計和實現角度來說，也會增加了系統的復雜度、設計的難度和產品的成本，而高復雜度必然導致更多不可預見的問題，增加了一些潛在的風險。從經濟角度考慮，過高的冗余度會大大增加系統的成本，甚至是一種浪費。如:目前控制系統的控制層與輸入輸出層間之間采用以太網和Modbus/TCP協議進行通信，技術難度相對大，成本高。因此目前急需開發一種設計合理的冗余架構，該冗余架構安全性和可靠性，且成本低。
【發明內容】
[0003]本實用新型的目的是為了克服現有技術的不足，提供一種PAS100控制系統的總線冗余構架，該冗余構架合理，綜合考慮PAS100控制系統的時效性、安全性、可靠性，且成本低，保證PAS100控制系統能正常運行。
[0004]本實用新型的目的可以通過以下技術方案實現:
[0005]—種PAS100控制系統的總線冗余構架，包括PAS100控制系統的監控層、控制層和輸入輸出層，其特征在于:所述控制層設有至少一個控制器，所述控制器設有兩個通信總線接口和通信網絡接口，所述控制器的通信網絡接口通過通信網絡與監控層進行網絡通信，控制器的兩個通信總線接口用于與輸入輸出層相連；所述輸入輸出層設有多個輸入輸出模塊組，所述各輸入輸出模塊組內設有多個1模塊以及通信模塊，所述通信模塊設有四個通信接口，其中兩個通信接口用于實現對控制器的通信冗余，另外兩個通信接口用于實現對輸入輸出模塊組內1模塊的通信冗余，輸入輸出模塊組的通信模塊通過兩條互為冗余的主通信總線和備用通信總線與控制層的控制器進行數據交互，形成總線冗余。
[0006]所述輸入輸出層設有最多八個輸入輸出模塊組，所述各輸入輸出模塊組內均設有最多八個1模塊和通信模塊。
[0007]所述輸入輸出模塊組的通信模塊通過兩條互為冗余的主通信總線和備用通信總線與輸入輸出模塊組內的1模塊進行實時數據交互。
[0008]所述各輸入輸出模塊組內的通信模塊通過兩條互為冗余的RS485總線和Modbus協議與輸入輸出模塊組內各1模塊的進行數據交互。
[0009]所述控制層的控制器由電源模塊、CPU模塊和公共底座構成，所述電源模塊和CPU模塊通過接插件固定于公共底座上，通過公共底座的底板實現互聯，所述CPU模塊設有通信網絡接口和通信總線接口，CPU模塊的通信網絡接口用于與監控層進行通信；CPU模塊的通信總線接口用于與輸入輸出層各輸入輸出模塊組的通信模塊進行數據交互。
[0010]所述控制器的CPU模塊設有兩個通信總線接口，所述兩個通信總線接口均為RS485總線接口，所述控制層的控制器通過兩條互為冗余的RS485總線和Modbus通信協議與輸入輸出層的通信模塊進行數據交互。
[0011]所述控制器的CPU模塊設有兩個通信網絡接口，所述控制層的控制器分別通過兩個互為冗余的主通信網絡和備用通信網絡與監控層進行網絡通信。
[0012]所述通信網絡接口為RJ45以太網接口，所述控制層的控制器分別通過兩個互為冗余的主以太網和備用以太網與監控層進行網絡通信。
[0013]本實用新型的有益效果:本實用新型的輸入輸出層的各輸入輸出模塊組內設有多個1模塊以及通信模塊，通信模塊設有四個通信接口，通信模塊實時讀取1模塊的輸入模塊數據，并將數據打包發送給控制器，通信模塊解包控制輸出命令并分別發送到各1模塊的輸出模塊，通信模塊分擔控制器的與輸入輸出層的通信任務，提高了控制器的工作效率。各輸入輸出模塊組的通信模塊分別通過兩條互為冗余的主通信總線和備用通信總線與控制層的控制器進行數據交互，實現了總線冗余，通信模塊與控制器采用總線通信，相對于以太網和Modbus/TCP協議進行通信，技術難度相對低，運行成本低。采用兩條總線，保障了輸入輸出層與控制層的正常通信。本實用新型基于全局考慮，且采用1:1冗余原理，有效且簡單、配置靈活，易于實現，充分考慮了不同層級的數據流量和通信速率，采用以太網和RS485總線技術實現不同層級的通信冗余；充分考慮了工控行業和集散型控制系統的特點，符合該行業和本領域的應用需求；減小了系統整體設計的復雜性，具有很好的一致性和實用性，使用方便、可靠性好、通用性高，符合較高的時效性、可靠性和安全性；且成本低。
[0014]所述輸入輸出層設有最多八個輸入輸出模塊組，所述各輸入輸出模塊組內均設有最多八個1模塊和通信模塊。實用于中小型控制系統，滿足一般和常見的冗余需求，滿足市場上用戶對控制系統的冗余要求，且成本低。
[0015]所述各輸入輸出模塊組內的通信模塊通過兩條互為冗余的RS485總線和Modbus協議與輸入輸出模塊組內各1模塊的進行數據交互。通信模塊通過兩條互為冗余的RS485總線實現與輸入輸出模塊組內各1模塊的通信，保證了各輸入輸出模塊組的正常運行。
[0016]所述控制層控制器由電源模塊、CPU模塊和公共底座構成，電源模塊和CPU模塊通過接插件固定于公共底座上，通過公共底座的底板實現互聯，硬件更簡單，成本也相對較低。CPU模塊設有通信網絡接口和通信總線接口，CPU模塊通信網絡接口用于與監控層進行通信；CPU模塊的通信總線接口用于與輸入輸出層各輸入輸出模塊組的通信模塊進行數據交互。CPU模塊通過自身集成的通信接口采用通信總線和Modbus協議與輸入輸出模塊組的通信模塊進行通信，技術難度相對低，成本低，具有高可靠性和穩定性。
[0017]所述控制層的控制器通過兩條互為冗余的RS485總線和Modbus通信協議與輸入輸出層的通信模塊進行數據交互，采用冗余RS-485總線穩定性高，易實現，成本相對低，且冗余配置更為靈活。
[0018]控制層的控制器采用兩條互為冗余的主通信網絡和備用通信網絡與監控層進行網絡通信，實現了網絡冗余，保證了網絡的暢通。
【附圖說明】
[0019]圖1是本實用新型系統的原理框圖；
[0020]圖2是本實用新型控制器的結構示意圖；
[0021]圖3是本實用新型控制器的通信接口的示意圖；
[0022]圖4是本實用新型通信模塊的通信接口的示意圖；
[0023]圖5是1模塊與通信模塊的連接示意圖；
[0024]圖6是總線冗余連接示意圖；
[0025]圖7是監控層與控制層之間的冗余網絡連接示意圖；
[0026]圖8是監控層與控制層之間的網絡連接非冗余示意圖。
【具體實施方式】
[0027]下面結合附圖對本實用新型作進一步地說明。
[0028]參見圖1至圖8所示，一種PAS100控制系統的總線冗余構架，PAS100控制系統按照DCS架構設計，主要分為3個層次，包括監控層、控制層和輸入輸出層。
[0029]所述控制層設置至少一個控制器，控制器的主要功能是實現輸入輸出層中輸入模塊數據的采集，根據組態程序執行控制邏輯，并控制輸入輸出層中輸出模塊數據的輸出。控制器是運行控制軟件、執行控制邏輯，并通過一定的通信機制和策略實現與輸入輸出層各模塊以及監控層各節點的數據信息的交互。控制器是控制系統控制決策執行的核心部件。控制層可以設置一個或者多個控制器，本實施例中設有一個控制器。
[0030]參見2所示，控制器由電源模塊1、CPU模塊2和公共底座3構成，電源模塊I和CPU模塊2通過接插件固定于公共底座3上，并通公共底座3的底板實現互聯。電源模塊I為控制器供電，CPU模塊基于工業級X86核心板設計，是控制器的核心。所述CPU模塊2設有兩個通信網絡接口和兩個通信總線接口，CPU模塊的兩個通信網絡接口用于與監控層進行通信；CPU模塊的兩個通信總線接口用于與輸入輸出層各輸入輸出模塊組的通信模塊進行數據交互。參見圖3所示，本實施例中:CPU模塊設有兩個RJ45以太網接口和兩個RS485總線接口，兩個RJ45以太網接口分別是RJ45-1，RJ45-2，兩個RS485總線接口分別是RS485-1，RS485-2，兩個RJ45以太網接口用于與監控層通信，兩個RS485總線接口用于實現與輸入輸出層各輸入輸出模塊組的通信和數據交互，為最佳實施例。該結構設備簡單，成本低，便于實現。
[0031]在控制器的所有工作任務中，與輸入輸出層的1模塊通過通信實現數據交互是最為耗時的一個工作任務。為了提高控制器工作效率，PAS100控制系統弓I入通信模塊以分擔控制器的與輸入輸出層的通信任務。
[0032]所述輸入輸出層用于控制現場信號測量以及PAS100控制系統控制信號的輸出，輸入輸出層由最多8個