国产精品1024永久观看,大尺度欧美暖暖视频在线观看,亚洲宅男精品一区在线观看,欧美日韩一区二区三区视频,2021中文字幕在线观看

  • <option id="fbvk0"></option>
    1. <rt id="fbvk0"><tr id="fbvk0"></tr></rt>
      <center id="fbvk0"><optgroup id="fbvk0"></optgroup></center>
      <center id="fbvk0"></center>

      <li id="fbvk0"><abbr id="fbvk0"><dl id="fbvk0"></dl></abbr></li>

      一種控制器分層的分散控制系統(tǒng)的制作方法

      文檔序號:6322643閱讀:298來源:國知局
      專利名稱:一種控制器分層的分散控制系統(tǒng)的制作方法
      技術(shù)領(lǐng)域
      本發(fā)明涉及一種自動控制系統(tǒng),特別涉及一種用于流程工業(yè)的控制器分層的分散 控制系統(tǒng)。
      背景技術(shù)
      目前,常規(guī)流程工業(yè)控制最常用的是如圖1所示的分散控制系統(tǒng)(以下簡稱DCS 系統(tǒng)),其一般包含通過冗余的以太網(wǎng)絡(luò)依次連接的HMI (人機界面,即操作員站、工程師站 等)、DPU (數(shù)字處理單元)及I/O部件(輸入輸出單元)。I/O部件還通過信號電纜與現(xiàn)場設(shè) 備連接,將設(shè)備上安裝的常規(guī)儀表或檢測裝置上采集到的數(shù)據(jù)輸送至DPU。作為DCS系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件,DPU將數(shù)據(jù)發(fā)送至HMI層,使技術(shù)人員能夠通過操作 員站進行實時監(jiān)控,或可進一步通過工程師站進行控制參數(shù)的設(shè)定修改操作;之后DPU根 據(jù)預(yù)設(shè)或HMI給出的指令來輸出控制信號,經(jīng)由I/O部件、信號電纜來調(diào)整現(xiàn)場設(shè)備的工作 狀態(tài)。然而,由于上述HMI、DPU及I/O部件均放置在中央控制室內(nèi);并且現(xiàn)場設(shè)置的常規(guī) 儀表及檢測裝置向I/O部件給出的是模擬信號,每個模擬信號的傳輸需要一對電纜,因此, 需要耗費大量的電纜,同時也需要中央控制室的空間足夠龐大,來容納引入其中的所述電 纜及大量I/O部件。所以,現(xiàn)有的分散控制系統(tǒng)(DCS)的設(shè)置成本高、占地面積大,尤其在 控制設(shè)備多、現(xiàn)場與控制室距離遠的情況下更為突出。為了解決該問題,現(xiàn)有在流程工業(yè)還使用了如圖2所示的另一種控制系統(tǒng),即現(xiàn) 場總線控制系統(tǒng)(以下簡稱FCS系統(tǒng))。其對DCS系統(tǒng)的現(xiàn)場側(cè)進行了改進在現(xiàn)場設(shè)備上 使用具有PID (比例、微分、積分)調(diào)節(jié)功能的智能型儀表及檢測裝置,能夠?qū)F(xiàn)場的溫度、 壓力、流量等模擬信號轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號后,直接與DPU進行數(shù)字信號的傳輸,從而取消了在 DCS中使用的大部分I/O部件,同時可以減少電纜的用量達60%,中央控制室的面積也可相 應(yīng)減少。但是,目前FCS系統(tǒng)尚存在下述缺點
      1. FCS系統(tǒng)中所使用的自帶調(diào)節(jié)及數(shù)字通訊功能的儀表及檢測裝置造價昂貴,所以控 制系統(tǒng)總的造價并沒有下降,根據(jù)現(xiàn)有文獻記載,反而成本有所上升。2.目前總線不支持冗余功能,在一條現(xiàn)場總線上連接了大量所述儀表,若任意一 條總線發(fā)生故障都將影響整個系統(tǒng)的運行,降低了 FCS系統(tǒng)的可靠性。3.在某些場合中,F(xiàn)CS還無法提供DCS已有的控制功能。由于軟硬件水平的限制, 其功能塊的功能還不是很強,品種也不夠齊全;用現(xiàn)場儀表還只能組成一般的控制回路如 單回路、串級、比例控制等,對于復(fù)雜的、先進的控制算法還無法在儀表中實現(xiàn),對于單回路 內(nèi)有多輸入、多輸出的情況缺乏好的解決方案。所以盡管現(xiàn)場總線的概念已提出十余年了,但上述原因限制了 FCS系統(tǒng)在過程控 制領(lǐng)域的應(yīng)用。另外,現(xiàn)有DCS和FCS系統(tǒng)中,所述DPU都是單層平面布置的以火力發(fā)電廠鍋爐的控制為例,其中若干對DPU用于控制鍋爐,每對DPU需要同時控制鍋爐的多個附屬設(shè)備; 另外若干對DPU用于控制汽輪機側(cè)的附屬設(shè)備,即所有DPU的作用與實現(xiàn)的功能都處在同 等的地位,同時DPU的功能設(shè)計布局沒有清晰的劃分,控制效率低;而且一旦某對DPU發(fā)生 故障,會影響多個設(shè)備的運行,造成整個系統(tǒng)失控的嚴重后果。

      發(fā)明內(nèi)容
      本發(fā)明的目的是提供一種控制器分層的分散控制系統(tǒng),將傳統(tǒng)DCS系統(tǒng)及FCS系 統(tǒng)的優(yōu)點相結(jié)合,將現(xiàn)有DPU分布立體化,如分成MCU (主控器)及rcu (現(xiàn)場控制單元),分 別完成對控制單元組及控制單元子組的控制,實現(xiàn)了對現(xiàn)場設(shè)置的常規(guī)儀表、執(zhí)行器、驅(qū)動 設(shè)備進行的現(xiàn)場總線及工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)升級,從而節(jié)省控制電纜、橋架、控制室造價,并提 高系統(tǒng)控制可靠性。為了實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種控制器分層的分散控制系統(tǒng), 設(shè)置有若干層控制單元,分別對應(yīng)監(jiān)控以工藝或功能劃分的若干個受控設(shè)備功能組;
      每個受控設(shè)備功能組中包含控制參數(shù)相關(guān)聯(lián)且相互配合工作的若干所述受控設(shè)備,每 個所述受控設(shè)備下還設(shè)有下一級的若干附屬的受控設(shè)備。所述若干個受控設(shè)備功能組對應(yīng)包含若干控制單元組,以及每個控制單元組下的 若干控制單元子組;
      所述若干層控制單元包含對應(yīng)所述若干控制單元組設(shè)置并控制其工作的若干主控制 器,以及對應(yīng)所述若干控制單元子組設(shè)置并控制其工作的若干現(xiàn)場控制器;
      每個所述主控制器通過子網(wǎng),與若干所述現(xiàn)場控制器分別連接,并根據(jù)該若干現(xiàn)場控 制器發(fā)送的監(jiān)測數(shù)據(jù),對該若干現(xiàn)場控制器進行協(xié)調(diào)控制。所述若干主控制器通過主干網(wǎng)與人機界面連接,并與所述人機界面一起放置在控 制室內(nèi);
      所述主控制器還通過主干網(wǎng)與其他主控制器相互連接并進行控制信息的交換,以實現(xiàn) 控制單元組級別的協(xié)調(diào)控制;
      所述若干主控制器還分別向所述人機界面發(fā)送監(jiān)測數(shù)據(jù),并接收所述人機界面返回的 操作指令。所述人機界面設(shè)置的若干操作員站、工程師站,分別通過冗余的兩條線路與所述 主干網(wǎng)連接;所述主干網(wǎng)是冗余設(shè)置的兩路100M/1000M工業(yè)以太網(wǎng)。所述主控制器包含與所述主干網(wǎng)連接的通訊控制模塊,以及與所述通訊控制模塊 連接的計算處理模塊;
      所述通訊控制模塊還與若干數(shù)據(jù)傳輸模塊連接,并通過每個數(shù)據(jù)傳輸模塊上設(shè)有的若 干光口及電口,與所述子網(wǎng)上的若干接口相匹配且相連接;
      所述通訊控制模塊將所述主干網(wǎng)上的操作指令和所述子網(wǎng)上的監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)送至所述 計算處理模塊,由所述計算處理模塊進行運算分析后,返回控制信號至通訊控制模塊,再經(jīng) 由數(shù)據(jù)傳輸模塊輸出至所述子網(wǎng)。所述主控制器還包含數(shù)據(jù)同步模塊,使一對冗余設(shè)置的所述主控制器,通過各自 設(shè)置的該數(shù)據(jù)同步模塊相互連接并進行數(shù)據(jù)備份;
      所述數(shù)據(jù)同步模塊與所述計算處理模塊和通訊控制模塊分別連接,并與冗余設(shè)置的另一所述主控制器的計算處理模塊連接。每個所述現(xiàn)場控制器,通過I/O總線與若干I/O部件連接,并一起放置在工業(yè)現(xiàn) 場,所述控制單元子組的受控設(shè)備附近;
      若干所述I/O部件與所述控制單元子組的受控設(shè)備對應(yīng)連接,通過I/O總線向所述現(xiàn) 場控制器反饋所述控制單元子組采集的監(jiān)測數(shù)據(jù),并輸出現(xiàn)場控制器的驅(qū)動命令至所述控 制單元子組,形成獨立的控制回路。所述現(xiàn)場控制器包含多端口存儲器,以及分別與該多端口存儲器雙相連接并可同 時異步訪問的主處理器和輔處理器;
      所述輔處理器設(shè)置有若干總線通訊接口分別與I/O總線連接,接受所述控制單元子組 的受控設(shè)備通過所述I/O部件反饋的現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù),并存入所述多端口存儲器;
      所述主處理器設(shè)置有若干子網(wǎng)通訊接口分別與子網(wǎng)連接,并根據(jù)其接受的所述主控制 器的控制信號,及存儲的現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)進行計算處理,給出驅(qū)動信號并存入所述多端口存 儲器;
      所述輔處理器讀取所述驅(qū)動信號,并通過所述若干總線通訊接口向I/O總線上連接的 I/O部件輸出。連接所述主控制器與現(xiàn)場控制器的所述子網(wǎng),包含冗余設(shè)置的兩路10M/100M工 業(yè)以太網(wǎng);連接所述現(xiàn)場控制器與若干I/O部件連接的所述子網(wǎng),包含冗余設(shè)置的兩路現(xiàn) 場總線。所述現(xiàn)場控制器還包含與所述輔處理器連接的硬件同步模塊,以及與所述主處理 器分別連接的同步動態(tài)存儲器和同步網(wǎng)通訊接口,使一對冗余設(shè)置的現(xiàn)場控制器,通過各 自設(shè)置的所述硬件同步模塊和同步網(wǎng)通訊接口相互連接,并進行數(shù)據(jù)備份。與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明所述的控制器分層的分散控制系統(tǒng)(FPCS),將現(xiàn)有平面 布置的控制器分層,將原先由一對DPU完成的一個控制單元組所要完成的多個任務(wù),功能 細分為多級單元子組后,分散到若干與現(xiàn)場設(shè)備對應(yīng)的FCU中,并由MCU對本控制單元組內(nèi) 的FCU進行協(xié)調(diào)控制,從而實現(xiàn)相關(guān)設(shè)備的配合工作。因此,可以看到本發(fā)明有以下優(yōu)點
      1.數(shù)字控制單元與設(shè)備的對應(yīng)關(guān)系相當(dāng)清晰,控制器在物理上更加分散,控制風(fēng)險也 就更為分散,同時可以有效降低數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)上的負荷率,因而能夠提高了系統(tǒng)的可靠性, 提升系統(tǒng)響應(yīng)速度。2.本發(fā)明中MCU、FCU等各個部件,以及每層通訊網(wǎng)絡(luò)均采用冗余方式設(shè)置,并實 時進行數(shù)據(jù)的同步跟蹤。因此,在故障時可以自動無擾地切換到后備線路的控制系統(tǒng)上工作。3.由于FCU與下屬的現(xiàn)場設(shè)備形成獨立的控制回路,當(dāng)一對冗余的MCU,或是FCU 與該對MCU的連接網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障時,F(xiàn)⑶也能夠像普通現(xiàn)場總線系統(tǒng)(FCS)中使用的智能儀 表那樣自行完成控制功能,實現(xiàn)對本單元子組的控制對象的調(diào)節(jié),進一步提高了本發(fā)明所 述FPCS系統(tǒng)的可靠性。4.在現(xiàn)場布置中,設(shè)備往往與集控室較遠。而在FPCS系統(tǒng)中這段距離采用光纖連 接,不受電磁干擾;而由于rcu與I/O部件均放置在設(shè)備附近,控制電纜大大縮短,也可大大 降低電磁信號對系統(tǒng)的干擾。這也大大提高了本系統(tǒng)的抗干擾性能。
      5.由于將本發(fā)明的FCU與I/O部件均放置在設(shè)備現(xiàn)場,現(xiàn)場測量仍采用常規(guī)儀表, 從而不會在儀表的選擇方面增加用戶的費用,且符合傳統(tǒng)的工程設(shè)計的基本原則。相比同 樣控制規(guī)模和距離的現(xiàn)有控制系統(tǒng),本發(fā)明僅需在現(xiàn)場的較短距離下使用電纜,而在現(xiàn)場 的FCU與控制室的MCU之間的較長距離使用工業(yè)以太網(wǎng)傳輸,可以節(jié)省60%以上的電纜費 用,降低了現(xiàn)場設(shè)備的造價,控制室的面積也有效減少,整個控制系統(tǒng)的造價將大大降低。6.本發(fā)明中的FCU部件具有強大的數(shù)據(jù)處理功能,可以在就地實現(xiàn)較為復(fù)雜的控 制算法。7.本發(fā)明克服了目前現(xiàn)場總線不支持冗余總線的缺點,同時支持HART、 PROFIBUS、FF等現(xiàn)場智能儀表的通訊,為用戶提供現(xiàn)場總線控制和一次設(shè)備管理系統(tǒng) (EAM)等功能。在本系統(tǒng)中工程師可以通過FPCS組態(tài)軟件在工程師站上直接對MCU及FCU進行 離線組態(tài)、在線組態(tài)、在線修改及下載,實現(xiàn)了信息管理系統(tǒng)的數(shù)字化,為將來控制系統(tǒng)的 積木化設(shè)計打下基礎(chǔ)。


      圖1是現(xiàn)有分散控制系統(tǒng)(DCS)的總體結(jié)構(gòu)示意圖; 圖2是現(xiàn)有現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(FCS)的總體結(jié)構(gòu)示意圖3是本發(fā)明控制器分層的分散控制系統(tǒng)(FPCS)的總體結(jié)構(gòu)示意圖; 圖4是本發(fā)明控制器分層的分散控制系統(tǒng)(FPCS)的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)圖; 圖5是本發(fā)明控制器分層的分散控制系統(tǒng)(FPCS)中冗余設(shè)置的一對主控制器(MCU)的 結(jié)構(gòu)示意圖6是本發(fā)明控制器分層的分散控制系統(tǒng)(FPCS)中冗余設(shè)置的一對現(xiàn)場控制器(FCU) 的結(jié)構(gòu)示意圖。
      具體實施例方式如圖3所示,本發(fā)明涉及一種控制器分層的分散控制系統(tǒng)(以下簡稱FPCS系統(tǒng)), 從流程工業(yè)過程控制受控設(shè)備的基本需求與基本原理出發(fā),將受控設(shè)備根據(jù)工藝細分為控 制單元組、控制單元子組、控制單元二級子組等若干設(shè)備控制級。即每個控制單元組下連接 有若干個控制單元子組,該若干控制單元子組的控制參數(shù)又是相互關(guān)聯(lián)的,以此類推至各 個設(shè)備控制級子組。本發(fā)明所述FPCS系統(tǒng),將現(xiàn)有控制系統(tǒng)中的數(shù)字處理單元(DPU)進行立體化分層 處理,設(shè)置若干層控制單元來對應(yīng)監(jiān)控上述若干設(shè)備控制級。以下,以具有兩層控制單元的 所述FPCS系統(tǒng)為例,說明本發(fā)明的具體實施方式
      ,其系統(tǒng)布置及控制方法可擴展至控制單 元子組下設(shè)置二級、三級等更多級子組的控制系統(tǒng)。配合參見圖3、圖4所示,所述FPCS系統(tǒng)的控制單元包含根據(jù)所述控制單元組數(shù)量 對應(yīng)配置的若干主控器(以下簡稱MCU),以及根據(jù)所述控制單元子組對應(yīng)配置的若干現(xiàn)場 控制器(以下簡稱F⑶)。MCU及F⑶均為冗余方式設(shè)置,每一對F⑶完成一個控制單元子組中單元設(shè)備的控 制功能;若干對rcu連接到一對MCU,由該對MCU協(xié)調(diào)各控制單元子組之間的關(guān)系,并與若干對F⑶配合,共同完成一個控制單元組的全部功能。若干對MCU向上通過主干網(wǎng)與HMI (人機界面)連接。所述主干網(wǎng)是冗余設(shè)置的 兩路100M/1000M工業(yè)以太網(wǎng)(A網(wǎng)、B網(wǎng)),每對工業(yè)以太網(wǎng)最多可連接64對MCU。在正常 情況下通過A網(wǎng)工作,并與B網(wǎng)數(shù)據(jù)實時同步,并在故障時直接切換至B網(wǎng)工作。本發(fā)明涉 及冗余、A網(wǎng)、B網(wǎng)的描述時,意義類似。HMI中設(shè)置的若干操作員站、工程師站等,分別通過冗余的兩條線路與主干網(wǎng)的A 網(wǎng)、B網(wǎng)連接,每條線路與MCU可進行雙向的信號傳輸。由MCU向HMI發(fā)送現(xiàn)場采集的監(jiān)測 數(shù)據(jù),并根據(jù)HMI返回的操作指令,調(diào)整其向下方FCU發(fā)送的控制信號。所述MCU與HMI —起放置在控制室內(nèi)。每對MCU通過子網(wǎng)A,、B,與若干對TOU連 接,進行數(shù)字信號的雙向傳輸。使用冗余的兩路10M/100M工業(yè)以太網(wǎng)構(gòu)成所述子網(wǎng)A’、B’, 則每對MCU最多可連接并支持32對F⑶。每對rcu通過冗余的I/O總線A”、B”,最多可連接并支持512個I/O部件。該TOU 與I/O部件,均采用一 40°C 85°C的寬溫工作環(huán)境及高防護等級的結(jié)構(gòu)設(shè)計,一起放置在 工業(yè)現(xiàn)場的受控設(shè)備附近。FCU通過I/O部件直接與受控設(shè)備的常規(guī)儀表、執(zhí)行器或驅(qū)動設(shè) 備連接,形成獨立的控制回路。配合參見圖4、圖5所示,一對冗余設(shè)置的MCUa、MCUb,結(jié)構(gòu)相同且相互連接。MCUa 設(shè)有一通訊控制模塊12,對外,與主干網(wǎng)A連接,還通過若干數(shù)據(jù)傳輸模塊13與子網(wǎng)A’連 接;對內(nèi),與計算處理模塊11連接。若干數(shù)據(jù)傳輸模塊13相互串聯(lián),以串行方式與子網(wǎng)A’進行數(shù)據(jù)交換,所以,可根 據(jù)每對MCU下驅(qū)動的FCU數(shù)量,以及子網(wǎng)A’的接口類型和數(shù)量,決定使用的數(shù)據(jù)傳輸模塊 13的數(shù)量。每個數(shù)據(jù)傳輸模塊13設(shè)有4個光口和3個電口,可通過光口與光纖等連接來傳 輸數(shù)字信號,或是通過電口與電纜連接傳輸模擬信號。通訊控制模塊12具有路由分析功能,將其接收的HMI輸出到主干網(wǎng)A上的操作指 令,或是子網(wǎng)A’上由F⑶反饋的現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)等,向所述計算處理模塊11輸出。由該計算 處理模塊11進行運算分析,還返回控制信號至通訊控制模塊12,經(jīng)由數(shù)據(jù)傳輸模塊13輸出 至子網(wǎng)A’,用以調(diào)整FCU的PID參數(shù)設(shè)定。MCUa的計算處理模塊11和通訊控制模塊12還分別與一數(shù)據(jù)同步模塊14連接, 將輸出的控制信號、接收的指令及監(jiān)測數(shù)據(jù)等,分別通過該數(shù)據(jù)同步模塊14輸出至MCUb上 的計算處理模塊11,進行實時的數(shù)據(jù)備份。因此,MCUa的計算處理模塊11還設(shè)有一端口與 MCUb的數(shù)據(jù)同步模塊14連接。該數(shù)據(jù)同步模塊14還設(shè)置有調(diào)試用的電口。所述計算處理模塊11可使用X86或ARM9,通訊控制模塊12可使用ARM9的芯片實 現(xiàn),因此,所述MCU可設(shè)置交流220V轉(zhuǎn)直流24V的電源管理模塊15進行供電。配合參見圖4、圖6所示,冗余設(shè)置的FCUa4(隊結(jié)構(gòu)相同且相互連接。FOT A設(shè)置 有一共享式的多端口存儲器21,以及分別與該多端口存儲器21雙相連接的主處理器22和 輔處理器23。該多端口存儲器21可使用雙口 RAM,以支持所述主處理器22、輔處理器23同 時進行的異步訪問。所述輔處理器23,通過兩個總線通訊接口 242分別與冗余的I/O總線A”、B”連接, 接收由I/O部件發(fā)送的現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù),并將其存入多端口存儲器21。所述主處理器22,通 過兩個子網(wǎng)通訊接口 241分別與子網(wǎng)A’、B’連接,根據(jù)其接收的由MCU發(fā)送的控制信號,并讀取所述現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù),進行計算處理后,給出現(xiàn)場驅(qū)動命令,并輸出至多端口存儲器21 保存。輔處理器23控制該現(xiàn)場驅(qū)動命令從多端口存儲器21的讀取,到經(jīng)過總線通訊接口 242輸出至I/O總線A”、B,,的過程。所述F⑶A的輔處理器23還通過一硬件同步模塊251,與F⑶B中的硬件同步模塊 251連接;F⑶A的主處理器22,還分別與一同步動態(tài)存儲器252連接,并通過一同步網(wǎng)通訊 接口 253,與FOTb中的同步網(wǎng)通訊接口 253連接,進行數(shù)據(jù)的實時備份更新。該主處理器22還與一 FLASH存儲器26連接,在其中存放初始狀態(tài)參數(shù)等靜態(tài)信 肩、ο以下是本發(fā)明所述控制器分層的分散控制系統(tǒng)(FPCS),在大型火力發(fā)電廠的一個 具體實施例,其受控設(shè)備從宏觀方面來講包含鍋爐、汽輪機、發(fā)電機及其附屬設(shè)備。從控制 理論的角度,將鍋爐、汽輪機、發(fā)電機對應(yīng)設(shè)為三個控制單元組,因此本實施例中對應(yīng)設(shè)置 有三對MCU。而控制單元組下各個附屬設(shè)備的控制對應(yīng)設(shè)為控制單元子組。如對于鍋爐而言,所述附屬設(shè)備有送風(fēng)機、引風(fēng)機、給水設(shè)備等,相互間配合工作, 以保證鍋爐的正常運行。其中送風(fēng)機的控制除了與操作人員的給定值有關(guān)外,還與引風(fēng)機 的工作狀況、鍋爐燃燒工況有關(guān)。所以,相應(yīng)的控制單元子組就包含送風(fēng)機的啟停及轉(zhuǎn)速的控制、引風(fēng)機的啟停及 轉(zhuǎn)速的控制、給水全程控制、蒸汽溫度及流量的控制等。若這些設(shè)備還有其附屬設(shè)備的話, 就可進一步設(shè)定控制單元二級子組。因此,將所述FCU與I/O部件采取適當(dāng)?shù)姆雷o措施及低功耗設(shè)計(全密封、抗高溫) 后放置在現(xiàn)場,可仍通過常規(guī)儀表將送風(fēng)機、引風(fēng)機、給水設(shè)備的壓力、溫度、流量等狀態(tài)參 數(shù),經(jīng)對應(yīng)的I/O部件進行模數(shù)轉(zhuǎn)換后,送至同一個MCU下的若干rcu進行PID調(diào)節(jié)處理。每個F⑶還通過冗余的子網(wǎng)向MCU發(fā)送現(xiàn)場采集的參數(shù)數(shù)據(jù),由MCU負責(zé)與連接 到本MCU的其他F⑶交換信息,實現(xiàn)單元子組級別的協(xié)調(diào)控制。MCU還可通過主干網(wǎng)與其 他MCU交換系統(tǒng)級別的控制信息,實現(xiàn)控制單元組級別的協(xié)調(diào)控制或接受來自HMI的操作 指令等。MCU結(jié)合狀態(tài)參數(shù)和給定指令進行處理,并輸出控制信號給相應(yīng)的FCU, FCU輸出 驅(qū)動信號,來調(diào)整其下屬現(xiàn)場設(shè)備的具體工作狀態(tài)。綜上所述,本發(fā)明所述FPCS系統(tǒng),將現(xiàn)有平面布置的控制器分層,將原先一個控 制單元組所要完成的多個任務(wù),功能細分為多級單元子組后,分散到若干的FCU中,并由 MCU協(xié)調(diào)控制,從而實現(xiàn)相關(guān)設(shè)備的配合工作。因此在本發(fā)明中,數(shù)字控制單元與設(shè)備的對 應(yīng)關(guān)系相當(dāng)清晰,控制器在物理上更加分散,可以有效降低數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)上的負荷率,控制 風(fēng)險就更為分散,系統(tǒng)抗干擾性能大大提高,因而能夠提高了系統(tǒng)的可靠性,提升系統(tǒng)響應(yīng) 速度。而且,本發(fā)明中MCU、FCU等各個部件,以及每層通訊網(wǎng)絡(luò)均采用冗余方式設(shè)置,并 實時進行數(shù)據(jù)的同步跟蹤。因此,在故障時可以自動無擾地切換到后備線路的控制系統(tǒng)上工作。同時,由于FCU與下屬的現(xiàn)場設(shè)備形成獨立的控制回路,當(dāng)一對冗余的MCU,或是 F⑶與該對MCU的連接網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障時,F(xiàn)⑶也能夠像傳統(tǒng)現(xiàn)場總線系統(tǒng)(FCS)中使用的智 能儀表那樣自行完成PID調(diào)節(jié)的功能,實現(xiàn)對本單元子組的控制對象的PID調(diào)節(jié),進一步提
      9高了本發(fā)明所述FPCS系統(tǒng)的可靠性。另外,由于將本發(fā)明的FCU與I/O部件均放置在現(xiàn)場,測量仍采用常規(guī)儀表,從而 不會在儀表的選擇方面增加用戶的費用,且符合傳統(tǒng)的工程設(shè)計的基本原則。相比同樣控 制規(guī)模和距離的現(xiàn)有控制系統(tǒng),本發(fā)明僅需在現(xiàn)場的較短距離下使用電纜,而在現(xiàn)場的FCU 與控制室的MCU之間的較長距離使用工業(yè)以太網(wǎng)傳輸,可以節(jié)省60%以上的電纜費,控制室 的面積也有效減少,整個控制系統(tǒng)的造價將大大降低。本發(fā)明克服了目前現(xiàn)場總線不支持冗余總線的缺點,本發(fā)明支持HART、PR0FIBUS、 FF等現(xiàn)場總線協(xié)議的通訊,為用戶提供現(xiàn)場總線控制和一次設(shè)備管理系統(tǒng)(EAM)等功能, 工程師可以通過FPCS組態(tài)軟件在工程師站上直接對MCU及FCU進行離線組態(tài)、在線組態(tài)、 在線修改及下載,實現(xiàn)了信息管理系統(tǒng)的數(shù)字化,為將來控制系統(tǒng)的積木化設(shè)計打下基礎(chǔ)。盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實施例作了詳細介紹,但應(yīng)當(dāng)認識到上述的 描述不應(yīng)被認為是對本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后,對于本發(fā)明的 多種修改和替代都將是顯而易見的。因此,本發(fā)明的保護范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來限定。
      權(quán)利要求
      一種控制器分層的分散控制系統(tǒng),其特征在于,設(shè)置有若干層控制單元,分別對應(yīng)監(jiān)控以功能或工藝劃分的若干個受控設(shè)備功能組;每個受控設(shè)備功能組中包含控制參數(shù)相關(guān)聯(lián)且相互配合工作的若干所述受控設(shè)備,每個所述受控設(shè)備下還設(shè)有下一級的若干附屬的受控設(shè)備。
      2.如權(quán)利要求1所述控制器分層的分散控制系統(tǒng),其特征在于,所述若干個受控設(shè)備 功能組對應(yīng)包含若干控制單元組,以及每個控制單元組下的若干控制單元子組;所述若干層控制單元包含對應(yīng)所述若干控制單元組設(shè)置并控制其工作的若干主控制 器,以及對應(yīng)所述若干控制單元子組設(shè)置并控制其工作的若干現(xiàn)場控制器;每個所述主控制器通過子網(wǎng),與若干所述現(xiàn)場控制器分別連接,并根據(jù)該若干現(xiàn)場控 制器發(fā)送的監(jiān)測數(shù)據(jù),對該若干現(xiàn)場控制器進行協(xié)調(diào)控制。
      3.如權(quán)利要求2所述控制器分層的分散控制系統(tǒng),其特征在于,所述若干主控制器通 過主干網(wǎng)與人機界面連接,并與所述人機界面一起放置在控制室內(nèi);所述主控制器還通過主干網(wǎng)與其他主控制器相互連接并進行控制信息的交換,以實現(xiàn) 控制單元組級別的協(xié)調(diào)控制;所述若干主控制器還分別向所述人機界面發(fā)送監(jiān)測數(shù)據(jù),并接收所述人機界面返回的 操作指令。
      4.如權(quán)利要求3所述控制器分層的分散控制系統(tǒng),其特征在于,所述人機界面設(shè)置的 若干操作員站、工程師站,分別通過冗余的兩條線路與所述主干網(wǎng)連接;所述主干網(wǎng)是冗余 設(shè)置的兩路100M/1000M工業(yè)以太網(wǎng)。
      5.如權(quán)利要求3或4所述控制器分層的分散控制系統(tǒng),其特征在于,所述主控制器包含 與所述主干網(wǎng)連接的通訊控制模塊(12),以及與所述通訊控制模塊(12)連接的計算處理 模塊(11);所述通訊控制模塊(12)還與若干數(shù)據(jù)傳輸模塊(13)連接,并通過每個數(shù)據(jù)傳輸模塊(13)上設(shè)有的若干光口及電口,與所述子網(wǎng)上的若干接口相匹配且相連接;所述通訊控制模塊(12)將所述主干網(wǎng)上的操作指令和所述子網(wǎng)上的監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)送至 所述計算處理模塊(11),由所述計算處理模塊(11)進行運算分析后,返回控制信號至通訊 控制模塊(12),再經(jīng)由數(shù)據(jù)傳輸模塊(13)輸出至所述子網(wǎng)。
      6.如權(quán)利要求5所述控制器分層的分散控制系統(tǒng),其特征在于,所述主控制器還包 含數(shù)據(jù)同步模塊(14),使一對冗余設(shè)置的所述主控制器,通過各自設(shè)置的該數(shù)據(jù)同步模塊(14)相互連接并進行數(shù)據(jù)備份;所述數(shù)據(jù)同步模塊(14)與所述計算處理模塊(11)和通訊控制模塊(12)分別連接,并 與冗余設(shè)置的另一所述主控制器的計算處理模塊(11)連接。
      7.如權(quán)利要求6所述控制器分層的分散控制系統(tǒng),其特征在于,每個所述現(xiàn)場控制器, 通過I/O總線與若干I/O部件連接,并一起放置在工業(yè)現(xiàn)場,所述控制單元子組的受控設(shè)備 附近;若干所述I/O部件與所述控制單元子組的受控設(shè)備對應(yīng)連接,通過I/O總線向所述現(xiàn) 場控制器反饋所述控制單元子組采集的監(jiān)測數(shù)據(jù),并輸出現(xiàn)場控制器的驅(qū)動命令至所述控 制單元子組,形成獨立的控制回路。
      8.如權(quán)利要求7所述控制器分層的分散控制系統(tǒng),其特征在于,所述現(xiàn)場控制器包含多端口存儲器(21),以及分別與該多端口存儲器(21)雙相連接并可同時異步訪問的主處 理器(22)和輔處理器(23);所述輔處理器(23)設(shè)置有若干總線通訊接口(242)分別與I/O總線連接,接受所述控 制單元子組的受控設(shè)備通過所述I/O部件反饋的現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù),并存入所述多端口存儲器 (21);所述主處理器(22)設(shè)置有若干子網(wǎng)通訊接口(241)分別與子網(wǎng)連接,并根據(jù)其接受的 所述主控制器的控制信號,及存儲的現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)進行計算處理,給出驅(qū)動信號并存入所 述多端口存儲器(21);所述輔處理器(23)讀取所述驅(qū)動信號,并通過所述若干總線通訊接口(242)向I/O總 線上連接的I/O部件輸出。
      9.如權(quán)利要求8所述控制器分層的分散控制系統(tǒng),其特征在于,連接所述主控制器與 現(xiàn)場控制器的所述子網(wǎng),包含冗余設(shè)置的兩路10M/100M工業(yè)以太網(wǎng);連接所述現(xiàn)場控制器 與若干I/O部件連接的所述子網(wǎng),包含冗余設(shè)置的兩路現(xiàn)場總線。
      10.如權(quán)利要求9所述控制器分層的分散控制系統(tǒng),其特征在于,所述現(xiàn)場控制器還包 含與所述輔處理器(23)連接的硬件同步模塊(251),以及與所述主處理器(22)分別連接的 同步動態(tài)存儲器(252)和同步網(wǎng)通訊接口(253),使一對冗余設(shè)置的現(xiàn)場控制器,通過各自 設(shè)置的所述硬件同步模塊(251)和同步網(wǎng)通訊接口(253)相互連接,并進行數(shù)據(jù)備份。
      全文摘要
      一種控制器分層的分散控制系統(tǒng),將現(xiàn)有平面布置的控制器分為若干層,使原DCS中一個控制單元組要完成的多個任務(wù),經(jīng)功能細分后由若干FCU分別執(zhí)行,并由MCU控制協(xié)調(diào)。因此控制單元與設(shè)備的對應(yīng)關(guān)系更清晰,有效降低了主干網(wǎng)絡(luò)上數(shù)據(jù)傳輸負荷率,分散了控制風(fēng)險,也提升了響應(yīng)速度。由于將設(shè)備級控制的FCU放置在設(shè)備側(cè)現(xiàn)場,減少了連接現(xiàn)場設(shè)備的電纜長度,又替代現(xiàn)有智能儀表實現(xiàn)PID調(diào)節(jié)的功能,而現(xiàn)場設(shè)備仍采用常規(guī)儀表測量。本發(fā)明在現(xiàn)場的FCU與控制室的MCU之間的較長距離采用工業(yè)以太網(wǎng)傳輸,相比同樣控制規(guī)模和距離的原DCS,可以節(jié)省60%以上的控制電纜費用,降低現(xiàn)場設(shè)備的投資費用,控制室的面積也有效減少,造價將大大降低。
      文檔編號G05B19/418GK101957619SQ20101051809
      公開日2011年1月26日 申請日期2010年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月25日
      發(fā)明者傅堅, 屠勤, 虞為慈, 鄭堯富 申請人:京儀華文自動化系統(tǒng)工程(上海)有限公司
      網(wǎng)友詢問留言 已有0條留言
      • 還沒有人留言評論。精彩留言會獲得點贊!
      1