專利名稱：使用多個通信網絡進行工藝流程的實時控制的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及使用多個通信網絡進行工藝流程實時控制的一種方法和裝置，具體涉及使用多個獨立的、并且能滿足與之相關的特殊數據要求的通信網絡對被控的工藝流程具有極快響應時間的工藝流程控制裝置。
在工藝流程控制系統(tǒng)的領域內，工業(yè)自動化方面的最新進展已從單一的計算機監(jiān)督控制工藝流程的那些系統(tǒng)發(fā)展到使用分布式的專用微處理器系統(tǒng)，其中每個微處理器都擔負整個控制系統(tǒng)中很小一部分操作。作為依賴于分布式方法的工藝流程控制的結果，為了確保該工藝流程以定時方式完成或執(zhí)行，就提出了在多個處理器之間尋求和精選通信方案的相應要求。這種分布式工藝流程控制結構型式中的一例是西屋公司的WDPFTM系統(tǒng)，已在廣泛的工業(yè)工藝流程控制的操作中得到應用，并在歐洲專利申請EP0132069和0130802中已予說明。把這些系統(tǒng)用于工業(yè)工藝流程控制結構，足以提供0.1～1.0秒的響應時間。不過，在具有其它工業(yè)工藝流程控制結構的情況下，還不能提供與之密切配合的要求響應時間為25毫秒或小于25毫秒的控制系統(tǒng)。
在要求提供這種較快響應時間的工藝流程控制系統(tǒng)中，在被處理的數據類型中和在那些數據的使用中經常存在很寬的異樣性。這種寬的異樣性又導致寬范圍的數據傳送速率。通常，一個單個的通信網絡可以以非常高的數據速率對有限數量的數據尋址，或者以成比例降低的數據速率對較大量數據尋址。
在對不同類型數據的定時制約中要求這樣寬異樣性的工藝流程控制系統(tǒng)的一個例子就是軋鋼操作用的軋鋼機工藝流程控制系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，人們可以了解到，當一個工件(在此例中是一個鋼板坯)從一個軋輥座輸送到另一個軋輥座時，使那個鋼板坯軋成所需的精確的鋼板厚度需要這些軋輥座的相應的軋輥組件的速度和定位信息之間精密的協(xié)調。除了速度和定位信息的快速協(xié)調以外，整個軋鋼機的操作還要處理這些信息，對于這些信息定時不那么嚴格。這種信息的一個例子就是歷史運行數據，該數據提供該工藝流程從總系統(tǒng)的一個視口起已經如何操作的記錄。
可應用的先有技術的工藝流程控制系統(tǒng)的一個例子，考慮到某些信息快速處理的要求，采用了一個通信方案，以此，接收站和發(fā)送站的初始化是利用一個連接鏈路而不是利用一個主控制單元完成的，該例在美國第4，177，450號專利的說明書中可以看到，在這份專利文件中，所述的通信配置提供連接鏈路的活動由每個站根據預定的定時計劃來監(jiān)測，在該鏈路已無活動時，可以傳送一個初始化信號。此外，該專利支件公開了該預定的定時計劃允許根據不同站的優(yōu)先權為不同站設置不同的接收時間。雖然這種方法在各站之間提供了一些數據通信的快速處理，但是建立該定時計劃所需的努力表現出它是煩瑣的，此外，為了改變整個站的配置的目的，人們需要的靈活性明顯地降低了。再者，這種方法只提供了一種通信處理方案，沒有提出以不同的方式識別那種處理的不同種類的數據，因此為了某些操作的更精密的數據處理不能進行。
為此，本發(fā)明的目的是提出一種工藝流程控制的裝置，它具有多個特殊的通信網絡，其中一個網絡提供出要求快速響應時間的控制操作所需的高速信息，另一個網絡提供出數據庫管理信息和一般性質的通信。
鑒于這個目的，本發(fā)明提供一種用于分布式工藝流程控制系統(tǒng)的通信裝置，該分布式工藝流程控制系統(tǒng)具有能夠發(fā)送和接收至少兩種數據的多個站，所述的通信裝置包括一個第一通信信道，在這個信道上至少有上述多個站的兩個站與之連接;
一個第二通信信道，它獨立于上述第一通信信道，在第二通信信道上，上述多個站都與之連接;其特征在于上述第一通信信道具有比上述第二通信信道快的響應時間和處理裝置，它置于每個上述多個站內，用以確定這樣的數據是在上述第一通信信道上，還是在上述第二通信信道上通信，所述的處理裝置使這樣的判斷成為被通信的數據類型的一個函數。
通過閱讀對最佳實施例的描述，并結合以下附圖將會充分理解本發(fā)明
圖1是可以應用本控制系統(tǒng)的一種工藝流程(部分以方框圖形式表示)的示意圖;
圖2是根據本發(fā)明設計的、具有多個通信網絡的工藝流程控制系統(tǒng)的功能方框圖。
本發(fā)明涉及一種用于分布式工藝流程控制系統(tǒng)的通信裝置，它具有多個“情報站”或稱為“站”，其中，具有不同時間優(yōu)先權的數據是由特定的通信信道供給的。判斷什么類型的數據流通過哪條通信信道是通過預定的時間優(yōu)先權得出的。
圖1所示的軋鋼機工藝流程的結構只是可以應用本發(fā)明的一種工業(yè)工藝流程的一個例子。以這樣的結構應用的工藝流程控制系統(tǒng)必須在整個工藝流程中進行監(jiān)督控制和對諸如第一套軋輥12的速度和定位這樣的參數進行特定的閉環(huán)控制。對于軋鋼機的操作而言，現有的規(guī)測控制系統(tǒng)可在美國第3，892，112號專利文件中看到。
大家知道，在軋鋼機的操作中，要求在相鄰的軋輥座的控制參數之間精密的協(xié)調。在鋼板坯2從一個軋輥座20傳送到下一個軋輥座30時，為了防止鋼板坯2的延伸、壓折或彎曲，必須根據那些控制參數的預選值快速校正控制參數的被測值的任何偏差。人們知道，在軋鋼機的工藝流程中，如果第二套軋輥32的速度比所需的速度高，則其后果將是鋼板坯2的延伸，這就造成那塊鋼板在結構上的缺陷。如果速度的偏差繼續(xù)下去，或者說實際上變壞了，則將在鋼板的運行中造成更明顯的缺陷。同樣地，如果第二套軋輥32的速度比所需的速度慢，由于第二套軋輥32不能以所需的那樣快的方式接受鋼板坯2，則第一套軋輥12實際上推著鋼板坯2，使鋼板坯2彎折。
除了速度控制信號的精密控制以外，還需要精密地協(xié)調軋輥的位置信號，以得到適合的鋼板厚度。實際上，在閉環(huán)控制裝置50的控制下，必須含有可以認為是控制數據的任何信息，亦即能直接影響軋鋼機操作的信息，閉環(huán)控制裝置50允許在盡可能短的時間內對處在期望值內的一個偏差作出響應，通常時間為30毫秒量級，對于某些應用場合則為5毫秒或更短的時間。
如圖1所示，一個常規(guī)的軋鋼機系統(tǒng)具有多個軋輥座，如該圖中設計出的第一軋輥座20和第二軋輥座30，還包括用以測量受閉環(huán)控制數據值的傳感器和有效實現所需控制的控制裝置。第一馬達14控制第一套軋輥12，如圖所示，第一套軋輥12按常規(guī)方式包括一對支撐軋輥12a和一對工作軋輥12b。第一馬達14可以是一臺大的直流馬達，它在軋輥座20處通過速度控制裝置18可控地供電，以使軋輥12得到所需的速度。第一速度傳感器16與馬達14連接，向閉環(huán)控制裝置50提供一個反饋信號，該反饋信號是第一套軋輥12的速度測量值。第一軋輥位置控制裝置22控制工件亦即鋼板坯2傳送所經過的第一套軋輥12的間距。第一軋輥位置檢測器24向閉環(huán)控制裝置50提供一個代表第一套軋輥12位置的測量信號。
與第一軋輥座20的結構相同，第二軋輥座30包括第二馬達34，第二速度控制裝置38和第二速度傳感器36，用以分別控制和監(jiān)測第二套軋輥32的速度。此外，第二軋輥座30包括一個第二軋輥位置控制裝置42和第二軋輥位置檢測器44，用以分別控制和監(jiān)測第二套軋輥32的位置。
圖1所示的閉環(huán)控制裝置50構成圖2所示的整個系統(tǒng)控制裝置的一個部分，作為通信系統(tǒng)I。雖然圖1把軋輥座的整個排列表示為單個方框圖單元，但大家應該理解這樣的表示意味著第一通信系統(tǒng)Ⅰ是各軋輥座之間共用系統(tǒng)。正如下文更詳細討論的，第一通信系統(tǒng)I包括每個單獨站內的相似並且是特定的元件。
在圖2所示的第一通信系統(tǒng)Ⅰ與圖1所示的軋鋼機的操作用接口連接時，還應包括作為閉環(huán)控制裝置50一部分的輸入/輸出部分，而這部分在后文里稱為I/O部分52。此I/O部分可以包括按常規(guī)方式設計的一個組件或一組組件，用以在通信系統(tǒng)I中通信的信號與實現控制工藝流程的控制裝置之間提供信號轉換。
如圖2所示，主要有包括整個軋鋼機系統(tǒng)的兩種類型站或“情報站”。上述的第一型站用以控制軋輥座的操作，它稱為Ⅰ型，包括如圖2所示的1和2號站，第二型站即Ⅱ型，其中控制數據或信息都沒有，例如操作者的控制臺(圖中未示出)，那里所要執(zhí)行的功能通常包括采集歷史運行數據和進行操作者請求的服務，操作者請求例如可以包括改變閥位。大家會注意到，Ⅰ型站與第一通信系統(tǒng)(Ⅰ)和第二通信系統(tǒng)(Ⅱ)連接，如圖所示。而Ⅱ型站只與第二通信系統(tǒng)(Ⅱ)連接。大家知道，Ⅰ型站除了提供控制軋輥座的裝置以外，還須與第二通信系統(tǒng)(Ⅱ)連接，以便向整個軋鋼機系統(tǒng)提供各軋輥座Ⅰ作狀況的信息。
每個Ⅰ型站通過第一通信系統(tǒng)Ⅰ與第一并行總線結構60連接。關于適合于第一通信系統(tǒng)Ⅰ的一個例子及其操作的描述可在與本申請同時申請的、題為“用于實時控制的存貯成象網絡”、申請日為 、申請?zhí)枮? 、的單獨的專利申請文件中找到。該申請的意圖就是使大家充分地了解第一通信系統(tǒng)Ⅰ可以提供為30毫秒量級或更短時間的數據通信。以這個時間幀進行信息通信的方式就是使第一通信信道Ⅰ為每一個與第一通信信道Ⅰ連接的站提供連續(xù)存貯更新的數據的一種方式，也就是說，一個共用的存貯圖象通過使用那些來自產生信息的每一站的廣播式報文保存在每個站里。采用這種方式，與第二通信信道提供數據篩選的方式(將在下文詳述)不同，第一通信信道Ⅰ不提供上述篩選，也不提供數據庫管理信息(該信息可以用其它方式不需占據這個優(yōu)先權信道)。
由于確認第一通信信道Ⅰ是優(yōu)先權信道，由于該信道上的所有信息由與之連接的所有站或稱為“情報站”共用，該信道上的站數必然要比第二通信信道Ⅱ上的站數少。例如，軋鋼機操作用的工藝流程控制裝置可以設計成為在第二通信信道Ⅱ上的接納254個站或稱為情報站，而在第一信道Ⅰ(或稱為“優(yōu)先權信道”)上僅接納64個站或稱為“節(jié)點”。
從圖2中還可看出，每一個站，不管是Ⅰ型還是Ⅱ型站，它們每一個都通過第二串行總線結構70連接到第二通信信道Ⅱ上。如前所述，第二通信信道Ⅱ使用了一種數據篩選技術，以此，在其上傳輸的所有數據不能與每個站通信，只能與那些預選地規(guī)定能接收具有特定全局存貯器地址的數據的站通信。
用于第二通信信道Ⅱ的全局存貯器尋址方法在上述的歐洲專利申請EP0132069的說明書中已予描述。在該說明書中，公開了已設立一種總存貯器地址方案，可以規(guī)定需要特定型數據的站，以識別共用存貯器地址。換句話說，不只一個站想要並且需要能識別特定的數據。在這種情況下，多個站將被設計得具有相同的存貯器地址的分配。按這種相同的方式，根據一個整個全局存貯器地址(這是具有特定的全局地址分配的第二通信信道Ⅱ所連接的所有單元之間的一個共用的存貯器)，指定所有存貯器地址的標志。
如所設計的，第二通信信道Ⅱ可以提供100毫秒和1秒的周期性數據廣播速率，並能有效處理有關數據庫管理的數據通信和一般的通信，以及用于常規(guī)數據采集系統(tǒng)功能(例如操作器的顯示、事件運行記錄等等)的數據。此外，第二通信信道Ⅱ提供能使工廠操作員用人工控制閥(圖中未畫出)和其它的工藝流程控制部件(圖中未畫出)來精密地調整該工藝流程的手段。
在每個站即Ⅰ型和Ⅱ型站里，用以確定第一和第二通信信道之一是否將要傳送數據的控制部件是處理器裝置80，該裝置設置在每個單元里。大家會注意到，在Ⅰ型站里，除了確定在通信信道上是否要傳送數據和傳送什么數據以外，處理器80必須確定是在第一還是在第二通信信道上傳送信息。雖然這個任務是舉例用一個處理器來執(zhí)行加以說明的，但大家知道，一個以上的處理器可以用于這個任務以及有關的操作。
在工作中，該通信裝置(亦即用于軋鋼機操作的實時工藝流程控制的通信裝置，該軋鋼機具有多個軋輥座，一個鋼板坯通過這些軋輥座傳送和軋制以達到適當的鋼板厚度)把信息分成兩類，即控制信息和數據庫管理或一般的信息。第一通信信道上通信的控制信息控制操作特性，這自動地要求立即響應糾正偏離預定值的目的。在這種應用中，這樣的控制信息包括形成軋鋼機操作的多個軋輥座的每個相應軋輥組件的速度和定位信息。
在鋼板坯2從一個軋輥座傳送到另一軋輥座時，例如從1號站到2號站時，如圖2所示，第一軋輥組件12和第二軋輥組件32的速度和位置的預定值在每個第一和第二站的處理器80處是已知的。然后使軋輥的速度和位置的實際值與預定值比較，以確定是否在工藝流程操作中有必須被糾正的偏差。如果有必要，讀出此值，通過第一通信信道處理該實際控制值的糾正，以保證以定時方式完成這個操作。
權利要求
1.一種用于分布式工藝流程控制系統(tǒng)的通信裝置，該系統(tǒng)具有能夠發(fā)送和接收至少兩種數據的多個站，所述的通信裝置包括一個第一通信信道，在該信道上至少有兩個上述的站與之相連接；一個第二通信信道，它獨立于上述第一通信信道，在第二通信信道上，上述多個站都與之連接；其特征在于上述第一通信信道具有比上述第二通信信道快的響應時間；和處理裝置，它置于每個上述的多個站內，用以確定這樣的數據是在上述第一還是在上述第二通信信道上通信，所述的處理裝置使這樣的判斷成為被通信的數據類型的一個函數。
2.根據權利要求1所述的通信裝置，其中在上述第二通信信道上通信的數據根據預定的尋址方案可以有選擇地只分配到上述多個站中的某些個。
3.根據權利要求2所述的通信裝置，其中上述預定的尋址方案是一種全局存貯器尋址方案，其中這樣的第一和第二型數據中的特定值可以被傳送到上述多個站中的一個以上站，上述多個站中的所述的一個以上站對于由上述分布式工藝流程控制系統(tǒng)共用的數據具有相同的存貯器單元和內容。
4.根據權利要求1所述的通信裝置，還包括輸入/輸出裝置，在與上述處理裝置的信號通信中，用于接口連接必須執(zhí)行工藝流程控制功能那樣的數據與至少一個工藝流程控制裝置，工藝流程控制裝置根據該數據的狀態(tài)進行操作。
5.根據權利要求1所述的通信裝置，其中數據在上述第一通信信道上以連續(xù)的冗余的方式通信。
6.根據權利要求4所述的通信裝置，其中所述的工藝流程控制系統(tǒng)是一種軋鋼機的操作，需要在上述第一通信網絡上傳送的數據包括控制與所述軋鋼機的操作有關的軋輥速度的數據。
7.根據權利要求1所述的通信裝置，其中在上述第一通信信道上傳送的所有數據由所有的、與上述第一通信信道相連接的站完全共用;而在上述第二通信信道上被傳送的第二型數據根據預選的識別基數據需要分配到設置在上述第二通信信道上的站。
全文摘要
本通信裝置用于可操作控制工業(yè)工藝流程20、30的分布式工藝流程控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)中不同型式的數據須在多個控制站之間以變化的時間優(yōu)先權通信。本裝置包括至少兩個控制站與之連接的第一通信信道60；獨立于第一通信信道的只提供一種數據通信的第二通信信道70，該數據不如第一通信信道的通信數據定時上嚴格，所有控制站都與其連接；每個控制站的控制處理器80根據預定時間優(yōu)先權確定在兩個信道分配的數據型式。
文檔編號H04L12/417GK1051441SQ8910407
公開日1991年5月15日 申請日期1989年6月9日 優(yōu)先權日1988年6月10日
發(fā)明者卡爾·約瑟夫·斯塔伯, 柯克·道格拉斯·豪澤, 唐納德·詹姆斯·瓊斯, 羅伯特·桑頓·厄曼, 唐納德·奧貝特·波爾, 沃倫·艾伯特·埃伯萊德 申請人:西屋電氣公司