Pas100控制系統的控制器和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控制系統的控制器和總線冗余構架。
【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控制系統的控制器和總線冗余構架，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控制系統的控制器和總線冗余構架，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組互為冗余的主控制器和備用控制器，主控制器和備用控制器按1:1冗余，所述主控制器執行控制決策，實現與監控層和輸入輸出層的數據交互，所述備用控制器實時同步主控制器的程序和數據并監控主控制器的運行狀態，所述控制器的主控制器和備用控制器通過通信網絡與監控層進行網絡通信，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]所述控制層的主控制器和備用控制器均由電源模塊、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，主控制器和備用控制器之間通過CPU模塊的通信網絡接口進行數據交互，CPU模塊的通信網絡接口用于與監控層進行的通信；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。
[0007]所述主控制器的電源模塊和CPU模塊與備用控制器的電源模塊和CPU模塊相互獨立。
[0008]所述主控制器和備用控制器的CPU模塊均設有兩個通信總線接口，兩個通信總線接口均為RS485總線接口，所述控制層的主控制器和備用控制器分別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。
[0009]所述主控制器和備用控制器的CPU模塊均設有兩個用于與監控層連接的通信網絡接口，所述控制層的主控制器和備用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。
[0010]所述兩個用于與監控層連接的通信網絡接口均為RJ45以太網接口，所述控制層的主控制器和備用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。
[0011]所述主控制器與備用控制器之間采用光纖進行連接，用于冗余控制器之間數據交互。
[0012]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。
[0013]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。
[0014]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。
[0015]本實用新型的有益效果:本實用新型的控制層按1:1冗余原理設置為至少一組互為冗余的主控制器和備用控制器，通過主控制器執行控制決策，實現與監控層和輸入輸出層的數據交互，通過備用控制器實時同步主控制器的程序和數據并監控主控制器的運行狀態，實現了控制層的控制器冗余，若主控制器出現異常，則主控制器切換為備用狀態。當備用控制器未檢測到主控制器的存在或者監測到主控制發生故障，則備用控制器切換為主狀態，保證了控制器的正常運行。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。
[0016]所述控制層的主控制器和備用控制器均由電源模塊、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，主控制器和備用控制器之間通過CPU模塊的通信網絡進行數據交互，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。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]所述主控制器的電源模塊和CPU模塊與備用控制器的電源模塊和CPU模塊相互獨立，若其中一臺控制器出現故障，另外一臺控制器不受影響，系統仍然能正常運行，同時系統管理或維護工作人員可以根據系統的錯誤提示信息對故障控制器實現在線更換。
[0018]所述控制層的主控制器和備用控制器分別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