一种基于实时以太网技术的城镇综合管廊异地冗余控制器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种基于实时以太网技术的城镇综合管廊异地冗余控制器，其特征在于，包括IO层设备、网络层设备、远程现场控制器层设备及SCADA层设备，其中：IO层设备包括主IO层设备及辅IO层设备，网络层设备包括主以太网设备、主交换机、辅以太网设备、辅交换机，远程现场控制器层设备包括主用远程现场控制器及备用远程现场控制器，SCADA层设备包括主SCADA层设备及辅SCADA层设备。本实用新型专利技术不仅提高了综合管廊监控与报警系统的稳定性和可靠性，同时也提高了整个综合管廊项目开发和后期维护的效率。

A remote redundant controller for urban integrated pipe corridors based on Real-time Ethernet Technology

The utility model relates to a remote redundant controller for urban integrated pipe gallery based on real-time Ethernet technology, which is characterized in that the controller comprises IO layer equipment, network layer equipment, remote field controller layer equipment and SCADA layer equipment, wherein the IO layer equipment includes the main IO layer equipment and the auxiliary IO layer equipment, and the network layer equipment includes the main Ethernet. Equipment, main switch, auxiliary Ethernet equipment, auxiliary switch, remote field controller layer equipment including the main remote field controller and standby remote field controller, SCADA layer equipment including the main SCADA layer equipment and auxiliary SCADA layer equipment. The utility model not only improves the stability and reliability of the monitoring and alarm system of the integrated pipe gallery, but also improves the efficiency of the development and maintenance of the entire integrated pipe gallery project.

【技术实现步骤摘要】
一种基于实时以太网技术的城镇综合管廊异地冗余控制器
本技术一种基于实时以太网技术的综合管廊冗余控制器，当主设备出现故障时，冗余设备是可以立刻使用的替代设备，从而保证整个综合管廊监控与报警系统能够继续正常工作。
技术介绍
综合管廊，就是地下城市管道综合走廊。即在城市地下建造一个隧道空间，将电力、通讯，燃气、供热、给排水等各种工程管线集于一体，实施统一规划、统一设计、统一建设和管理，是保障城市运行的重要基础设施和“生命线”。综合管廊的设计使用寿命长达百年，是城市建设的百年大计。管廊内各种管线密布、职能各异，而地下空间狭窄、环境复杂，这就对城镇综合管廊监控与报警系统的稳定性提出了极高的要求。在工业控制的某些重要场所，控制设备的可靠性和安全性要求非常高。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种满足综合管廊监控与报警系统的可靠性、安全性和实时性的控制器。为了达到上述目的，本技术的技术方案是提供了一种基于实时以太网技术的城镇综合管廊异地冗余控制器，其特征在于，包括IO层设备、网络层设备、远程现场控制器层设备及SCADA层设备，其中：IO层设备包括主IO层设备及辅IO层设备，网络层设备包括主以太网设备、主交换机、辅以太网设备、辅交换机，远程现场控制器层设备包括主用远程现场控制器及备用远程现场控制器，SCADA层设备包括主SCADA层设备及辅SCADA层设备；主IO层设备及辅IO层设备分别经由主以太网设备及辅以太网设备接入工业实时以太网；主用远程现场控制器及备用远程现场控制器分别经由主交换机及辅交换机接入工业实时以太网，主用远程现场控制器与备用远程现场控制器通过冗余接口相互连接，相互之间作为对方的IO控制器和IO设备；主SCADA层设备与主用远程现场控制器及备用远程现场控制器均建立连接，辅SCADA层设备与主用远程现场控制器及备用远程现场控制器均建立连接，主SCADA层设备与辅SCADA层设备之间相互同步连接。城镇综合管廊监控与报警系统是一个系统性工程，构成复杂，数据采集量大，控制站点多，设备分布分散，而且综合管廊环境恶劣，因此监控系统最主要考虑的是安全、可靠和稳定。本技术不仅提高了综合管廊监控与报警系统的稳定性和可靠性，同时也提高了整个综合管廊项目开发和后期维护的效率。附图说明图1为基于实时以太网技术的综合管廊冗余控制器的网络拓扑图；图2为IO装置冗余通信结构图。具体实施方式为使本技术更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。在许多重要的工业通信现场，控制设备的可靠性和安全性要求非常高，通常都需要考虑冗余设计。冗余控制器涉及到的相关技术包括控制软件、控制器硬件、现场总线及IO设备等。近年来，具有实时性的工业以太网系统开始成为工业控制领域的热点，并开始在工厂自动化的一些行业推广应用。主流的工业以太网系统包括EthernetIP、PROFINET、ModbusTCP、EtherCAT、POWERLINK等。基于现场总线或专用通信协议的冗余控制器在市场上应用比较多，技术比较成熟。本技术专利与传统的冗余方案有较大的不同，是基于工业实时以太网的冗余控制器，是采用超远距离的实时同步冗余控制技术。异地冗余控制技术以面向未来的工业实时以太网为核心，为综合管廊提供全方位技术支持及软硬件解决方案。包括异地冗余的远程现场控制器、远程IO、工业实时网络交换机、电源、软件等，确保综合管廊的设备监控系统安全、稳定运行。根据综合管廊地下结构特点和管网的形状，控制系统基于实时以太网的环网冗余分布式控制技术，采用多个千兆网络环网进行独自组环，然后由环网的两端同时上传至主监控中心或副监控中心的核心交换机，再次形成嵌套环网，确保整个系统的网络控制多重稳定与可靠。综合管廊冗余控制器的核心为高可用性远程现场控制器。异地冗余功能的远程现场控制器成对使用，最远可相距80km，通过自动同步技术形成“一主一备”，主控制器负责监控整个管廊现场控制器以及对应的设备，同时通过千兆光纤将数据传送到备用控制器。如果主控制器发生故障而停机，备用控制器立即切换为主控制器，确保整个管廊的监控不受影响。两个远程现场控制器分别安装在主监控中心和远端配电房中，并借助综合管廊的同步光纤接口形成互联，这样既保证了控制器的高性能，同时可最大程度降低管廊监控系统发生故障的风险。针对综合管廊长距离对控制系统提出的特殊要求，系统采用全新的工业实时以太网技术，让控制数据跟视频数据完美结合，同时将控制网络与视频网络合二为一，不仅节省了成本，同时也确保系统的安全和可靠。基于工业实时以太网技术的网络架构更加简单，性能更加优越，系统故障节点减少，实现工业控制信号和视频信号的同一媒介网络互不干扰的平行传输。所谓冗余技术就是在整个系统的架构中，存在一个主用系统设备和一个备用系统设备。主用系统设备和备用系统设备之间保持数据同步，一旦主系统设备出现故障，备用系统设备马上投入使用；当主用系统设备的故障被排除后，可自动切换到主系统设备继续进行控制。如果在主用系统设备和备用系统设备中都存在故障，那么整个系统将会停机。冗余控制器对硬件设备、软件设计和切换时间等都有比较特别的要求。基于实时以太网技术的综合管廊异地冗余技术可以实现从IO层、网络层、远程现场控制器层到SCADA层的全部冗余通信功能。该技术的特点是，每个功能组都建立了两次。例如，远程现场控制器、交换机、HMI等既有主系统设备也有相同的备用系统设备。其优点是主系统和备用系统不同设备同时出现故障时，整个系统不会受到影响而能够继续工作。当然，可以根据综合管廊监控与报警系统自身应用的需求，只选择其中一部分的功能，例如只需要远程现场控制器冗余。图1为基于实时以太网技术的综合管廊冗余控制器的网络拓扑图示例。在这个系统中，采用专用的支持工业实时以太网的冗余控制器。该控制器集成了专用的冗余接口；集成2～4个RJ45以太网接口，100M全双工。在工业实时以太网的网络中，它既属于IO控制器，同时也可作为IO设备。另外，它又是现场总线的主站。配置2台冗余远程现场控制器进行双机热备，一台为主用远程现场控制器(Primarycontroller)，另一台作备用远程现场控制器(Backupcontroller)。2台远程现场控制器之间既通过交换机和以太网网线来连接，又通过冗余接口相互连接，相互之间作为对方的IO控制器和IO设备。主用远程现场控制器和备用远程现场控制器之间通过以太网或者冗余接口相互交换状态信号和冗余数据，实现数据同步。从工程的层次看，通信连接总是建立在具有“主”任务的远程现场控制器上。2台远程现场控制器都建立到IO设备的工业实时以太网连接，但只有主用远程现场控制器的数据是有效的。2台控制器运行相同的远程现场控制器程序。远程现场控制器程序是采用配置软件来编写的，该软件集成了总线配置、编程和诊断功能为一体。控制器冗余设置和切换条件在配置软件中通过硬件配置即可完成，无需通过专用的冗余功能块来实现。主用远程现场控制器与备用远程现场控制器之间包含以下不同类型的数据通信：基础同步：启动时远程现场控制器之间的配置协商。完整同步：提供给备用远程现场控制器所有有效的实时数据(项目，初始值，保持数据等)。链接监视：监控2台远程现场控制器的同步连接。系统变本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于实时以太网技术的城镇综合管廊异地冗余控制器，其特征在于，包括IO层设备、网络层设备、远程现场控制器层设备及SCADA层设备，其中：IO层设备包括主IO层设备及辅IO层设备，网络层设备包括主以太网设备、主交换机、辅以太网设备、辅交换机，远程现场控制器层设备包括主用远程现场控制器及备用远程现场控制器，SCADA层设备包括主SCADA层设备及辅SCADA层设备；主IO层设备及辅IO层设备分别经由主以太网设备及辅以太网设备接入工业实时以太网；主用远程现场控制器及备用远程现场控制器分别经由主交换机及辅交换机接入工业实时以太网，主用远程现场控制器与备用远程现场控制器通过冗余接口相互连接，相互之间作为对方的IO控制器和IO设备；主SCADA层设备与主用远程现场控制器及备用远程现场控制器均建立连接，辅SCADA层设备与主用远程现场控制器及备用远程现场控制器均建立连接，主SCADA层设备与辅SCADA层设备之间相互同步连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于实时以太网技术的城镇综合管廊异地冗余控制器，其特征在于，包括IO层设备、网络层设备、远程现场控制器层设备及SCADA层设备，其中：IO层设备包括主IO层设备及辅IO层设备，网络层设备包括主以太网设备、主交换机、辅以太网设备、辅交换机，远程现场控制器层设备包括主用远程现场控制器及备用远程现场控制器，SCADA层设备包括主SCADA层设备及辅SCADA层设备；主IO层设备及辅IO层设备分别经由主以太网设...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚炜，戚琛琛，唐晓俊，朱禛，周勇，
申请(专利权)人：上海电器科学研究所集团有限公司，湖州上电科电器科学研究有限公司，湖州上电科自控装备有限公司，
类型：新型
国别省市：上海,31