PAS100控制系统的总体冗余构架技术方案

本发明专利技术公开PAS100控制系统的总体冗余构架，控制层设有至少一组互为冗余的主控制器和备用控制器，主控制器和备用控制器按1:1冗余，主控制器执行控制决策，实现与监控层和输入输出层的数据交互,备用控制器实时同步主控制器的程序和数据并监控主控制器的运行状态；控制层的主控制器和备用控制器采用通信网络与监控层进行网络通信；输入输出层设有多个输入输出模块组，各输入输出模块组内设有多个IO模块以及两个互为冗余的主通信模块和备用通信模块，各输入输出模块组的主通信模块和备用通信模块分别通过两条互为冗余的主通信总线和备用通信总线与控制层的主控制器和备用控制器进行数据交互。本发明专利技术提高了PAS100控制系统的时效性、安全性、可靠性、成本低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及分布式控制系统的冗余构架，具体涉及一种PAS100控制系统的总体几余构架。
技术介绍
PAS100控制系统是基于DCS构架设计的过程自动化控制系统，采用模块化设计思想和开放性的设计理念，使得该系统具备良好的开放性和扩展性，适用于石油、化工、冶金、轻工、能源和环保等行业的过程自动化控制。现有DCS系统(即集散型控制系统或分布式控制系统)采用多级分层结构，综合了常规仪表控制系统和计算机集中控制的优点，弥补了它们各自的不足，具备分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活以及组态方便等特点，其可靠性是DCS系统的关键指标。为了提高DCS系统的可靠性，因此需对DCS系统进行冗余设置。不同厂家的DCS系统的冗余位置、程度和具体实现方式都有所不同，常见的系统冗余实现方式是部件冗余。基于成本因素考虑和针对具体行业应用需求不同，不同厂家的部件冗余的实现级别和方式也有所不同，有的采用全部部件冗余，也有采用部分部件冗余的。从理论上来说，系统的冗余设计实现冗余的位置越多、冗余的程度越高，系统的安全性和可靠性就越好。但是从系统的设计和实现角度来说，也会增加了系统的复杂度、设计的难度和产品的成本，而高复杂度必然导致更多不可预见的问题，增加了一些潜在的风险。从经济角度考虑，过高的冗余度会大大增加系统的成本，甚至是一种浪费。如:现有控制系统的控制层与输入输出层间之间采用以太网和Modbus/TCP协议进行通信，技术难度相对大，成本高，并且控制器冗余必然通信模块冗余、网络冗余。因此目前急需开发一种设计合理的冗余架构，该冗余架构安全性和可靠性，且成本低。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种PAS100控制系统的总体冗余构架，该冗余构架合理，综合考虑PAS100控制系统的时效性、安全性、可靠性，且成本低，保证PAS100控制系统能正常运行。本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现: 一种PAS100控制系统的总体冗余构架，包括PAS100控制系统的监控层、控制层和输入输出层，其特征在于:所述控制层设有至少一组互为冗余的主控制器和备用控制器，所述主控制器和备用控制器按1:1冗余，所述主控制器执行控制决策，实现与监控层和输入输出层的数据交互，所述备用控制器实时同步主控制器的程序和数据并监控主控制器的运行状态；所述控制层的主控制器和备用控制器均采用两条互为冗余的主通信网络和备用通信网络与监控层进行网络通信；所述输入输出层设有多个输入输出模块组，所述各输入输出模块组内设有多个1模块以及两个互为冗余的主通信模块和备用通信模块，各输入输出模块组的主通信模块和备用通信模块均设有四个通信接口，其中两个通信接口用于实现对控制器的通信冗余，另外两个通信接口用于实现对输入输出模块组内1模块的通信冗余，各输入输出模块组的主通信模块和备用通信模块分别通过两条互为冗余的主通信总线和备用通信总线与控制层的主控制器和备用控制器进行数据交互。所述控制层的主控制器和备用控制器均由电源模块、CPU模块和公共底座构成，所述电源模块和CPU模块通过接插件固定于公共底座上，通过公共底座的底板实现互联，所述CPU模块设有通信网络接口和通信总线接口，主控制器和备用控制器之间通过CPU模块的通信网络接口进行数据交互，CPU模块的通信网络接口用于与监控层进行的通信；CPU模块的通信总线接口用于与输入输出层各输入输出模块组的通信模块进行数据交互。所述主控制器的电源模块和CPU模块与备用控制器的电源模块和CPU模块相互独立。所述主控制器和备用控制器的CPU模块均设有两个通信总线接口，两个通信总线接口均为RS485总线接口，所述控制层的主控制器和备用控制器分别通过两条互为冗余的RS485总线和Modbus通信协议与输入输出层的主通信模块和备用通信模块进行数据交互。所述主控制器和备用控制器的CPU模块均设有两个用于与监控层连接的通信网络接口，所述控制层的主控制器和备用控制器分别通过两个互为冗余的主通信网络和备用通信网络与监控层进行网络通信。所述两个用于与监控层连接的通信网络接口均为RJ45以太网接口，所述控制层的主控制器和备用控制器分别通过两个互为冗余的主以太网和备用以太网与监控层进行网络通信。所述主控制器与备用控制器之间采用光纤进行，用于冗余控制器之间数据交互。所述输入输出层设有最多八个输入输出模块组，所述各输入输出模块组内均设有最多八个1模块和两个互为冗余的主通信模块和备用通信模块。所述各输入输出模块组的主通信模块和备用通信模块均通过两条互为冗余的主通信总线和备用通信总线与输入输出模块组内1模块进行实时数据交互。所述各输入输出模块组内的主通信模块和备用通信模块分别通过两条互为冗余的RS485总线和Modbus协议与输入输出模块组内各1模块的进行数据交互。本专利技术的有益效果:本专利技术的控制层按1:1冗余原理设置为至少一组互为冗余的主控制器和备用控制器，通过主控制器执行控制决策，实现与监控层和输入输出层的数据交互，通过备用控制器实时同步主控制器的程序和数据并监控主控制器的运行状态，实现了控制层的控制器冗余，若主控制器出现异常，则主控制器切换为备用状态。当备用控制器未检测到主控制器的存在或者监测到主控制发生故障，则备用控制器切换为主状态，保证了控制器的正常运行；输入输出层的各输入输出模块组内设有多个1模块以及两个互为冗余的主通信模块和备用通信模块，实现了通信模块冗余；主通信模块和备用通信模块均设有四个通信接口，其中两个通信接口用于实现对控制器的通信冗余，另外两个通信接口用于实现对输入输出模块组内1模块的通信冗余，各通信模块实时读取1模块的输入模块数据，并将数据打包发送给控制器，通信模块解包控制输出命令并分别发送到各1模块的输出模块，通信模块分担控制器的与输入输出层的通信任务，提高了控制器的工作效率。主通信模块和备用通信模块分别通过两条互为冗余的主通信总线和备用通信总线与控制层的主控制器和备用控制器进行数据交互，实现了总线冗余。通信模块与控制器采用总线通信，相对于以太网和Modbus/TCP协议进行通信，技术难度相对低，运行成本低，并且采用两个通信模块和两条总线，保障了输入输出层与控制层的正常通信。本专利技术基于全局考虑，由于控制器是系统的核心部件，一旦控制器发生故障，整个控制回路的功能都将失效；网络和总线是连接系统各功能部件的媒介，且网络和总线易受外接因素影响，发生故障的可能性相对较高，网络的安全性和可靠性设计要求高，而1模块的故障，对系统功能的影响是局部的，同时1模块故障可以通过其它方法予以解决，因此本专利技术提出了一种总体冗余方案，且采用1:1冗余原理，有效且简单、配置灵活，易于实现，充分考虑了不同层级的数据流量和通信速率，采用以太网、光纤和RS485总线技术实现不同层级的通信冗余；充分考虑了工控行业和集散型控制系统的特点，符合该行业和本领域的应用需求；减小了系统整体设计的复杂性，具有很好的一致性和实用性，使用方便、可靠性好、通用性高，符合较高的时效性、可靠性和安全性；且成本低。所述控制层的主控制器和备用控制器均由电源模块、CPU模块和公共底座构成，电源模块和CPU模块通过接插件固定于公共底座上，通过公共底座的底板实现互联，硬件更简单，成本也相对较低。C本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种PAS100控制系统的总体冗余构架，包括PAS100控制系统的监控层、控制层和输入输出层，其特征在于：所述控制层设有至少一组互为冗余的主控制器和备用控制器，所述主控制器和备用控制器按1:1冗余，所述主控制器执行控制决策，实现与监控层和输入输出层的数据交互,所述备用控制器实时同步主控制器的程序和数据并监控主控制器的运行状态；所述控制层的主控制器和备用控制器采用通信网络与监控层进行网络通信；所述输入输出层设有多个输入输出模块组，所述各输入输出模块组内设有多个IO模块以及两个互为冗余的主通信模块和备用通信模块，各输入输出模块组的主通信模块和备用通信模块均设有四个通信接口，其中两个通信接口用于实现对控制器的通信冗余，另外两个通信接口用于实现对输入输出模块组内IO模块的通信冗余，各输入输出模块组的主通信模块和备用通信模块分别通过两条互为冗余的主通信总线和备用通信总线与控制层的主控制器和备用控制器进行数据交互。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：裴文龙，裘宏波，刘渝新，陈学军，
申请(专利权)人：重庆川仪自动化股份有限公司，
类型：发明
国别省市：重庆;85