用于互连模块的方法和设备技术

本发明专利技术涉及用于互连模块的方法和设备。本发明专利技术提供了一种包括若干处理器和若干输入／输出模块的工业过程控制设备和方法。每个处理器通过单向命令线连接到多个输入／输出模块。每个输入／输出模块通过单向响应线连接到多个处理器。处理器被布置成向所有被连接的输入／输出模块发出标识符请求，并且每个输入／输出模块被布置成用包括唯一标识符的响应经由各个响应线对标识符请求作出响应。这样的配置允许每个处理器识别每个相应输入／输出模块的物理位置。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于互连工业过程控制系统中的模块的方法和设备，特别地涉及用 于互连适合于供诸如以下的示例性系统使用的工业过程控制系统中的模块的方法和设 备 紧急停工系统； 关键过程控制系统； 火灾与瓦斯检测和保护系统； 旋转机械控制系统； 燃烧器管理系统； 蒸煮器与炉控制系统；以及 分布式监视与控制系统。 这样的控制系统适用于许多工业，包括石油和天然气生产与精炼、化学生产与处理、发电、造纸与纺织厂以及污水处理厂。
技术介绍
在工业过程控制系统中，容错是最重要的。容错是在系统之内发生一个或多个 故障的情况下继续安全运行的能力。通常按照安全完整性水平(SIL)等级来对容错进行分 类，其中较高的SIL意味着较好的安全性能。SIL在标准IEC 61508(电气/电子/可编程 电子安全相关系统的功能安全)中定义，并且特别地用于符合IEC61511(用于过程工业部 门的功能安全-安全仪表化系统)的过程工业。 容错可以通过若干不同技术来实现，每种技术具有其特定的优点和缺点。 提供冗余的系统的例子是三重模块冗余(TMR)系统。使用TMR，关键电路被一式三份并同时且独立地执行同一功能。在影响系统的输出之前，在多数表决电路中表决从三个电路中的每一个电路中输出的数据。如果三重电路中的一个电路故障，则其数据输出被忽略。然而，系统继续输出以处理符合于大多数功能电路的值(电压、电流电平或离散输出状态)。TMR提供以这样的方式装备的系统的连续可预测操作。 然而，如果全部TMR不是实际需求，则TMR系统实行起来太贵，并且希望使用下述结构，所述结构提供了灵活性，以便可以取决于规定的系统需求来提供不同水平的容错。 用于容错的另一种方法是使用热备份模块。这种方法提供了容错水平，由此备 份模块在模块故障的情况下维持系统操作。使用这种方法，如果模块不是自身容错的， 则在转换期间可能存在对系统操作的某种中断。3 容错系统理想地产生故障隔离区(FCR)，以确保FCR边界之内的故障不传播到 系统的其余部分。这使得能够在不影响操作的情况下多个故障共存于系统的不同部分。 容错系统一般使用专用的硬件与软件测试和诊断体系，其提供非常快的故障识 别和响应时间以提供较安全的系统。 安全控制系统一般设计成"故障操作/故障安全"。故障操作意味着当故障发 生时系统继续操作它处在故障操作状态下。系统应当在这种状态下继续操作，直到发 生故障的模块被更换并且系统返回到完全操作状态为止。 故障安全操作的例子发生如下如果在TMR系统中，在并联电路中发生第二故 障之前发生故障的模块未被更换，则第二故障应当使TMR系统停工到故障安全状态。值 得注意的是，即使第二故障不是故障安全的，只要第一故障被检测到并被宣布并且自身 是故障安全的，TMR系统就仍然可以被认为是安全的。 因此，希望提供一种使用互连方案来互连模块的系统和方法，所述互连方案允 许灵活的系统配置，同时维持希望的系统操作冗余水平。
技术实现思路
本专利技术提供了克服上面讨论的问题中的一个或多个问题的系统和方法。根据本 专利技术的一个方面，提供了一种工业过程控制设备，其包括多个处理器和多个输入/输出模 块。每个处理器具有连接到多个输入/输出模块的单向命令线。每个输入/输出模块具 有连接到多个处理器的单向响应线。 优选地，多个处理器经由处理器间链路连接在一起，所述处理器间链路可以提 供每个处理器和每个其它处理器之间的点对点双向链路，并且/或者可以提供用于由每个 其它处理器接收的广播信号的装置。 优选地，处理器中的一个或多个处理器直接连接到控制网络，并且每个处理器 经由处理器间链路中的一个和另一个处理器访问另一个控制网络。 在优选的方面中，处理器在操作中被布置以向所有的所述输入与输出模块发出 标识符请求。每个输入与输出模块在操作中被布置以经由响应线用包括唯一标识符的响 应作出响应，使得每个处理器能够通过识别在其上接收响应的响应线来识别具有特殊唯一标识符的输入或输出模块的物理位置。 优选地，处理器在操作中被布置以在接收到响应后向每个输入与输出模块分配 逻辑插槽号以及向多个所述输入与输出模块中的每一个分配逻辑组号。 来自输入或输出模块的响应还可以包括终端适配器标识符，该终端适配器标识符取决于终端类型和终端适配器之内的各个输入或输出模块的物理位置。 处理器可以在操作中被布置以使用差分命令线信号对上的低电压差分编码来向输入与输出模块发送命令。 优选地，差分命令线信号对不具有传输线终端，使得带电系统背板插入成为可 能，并且优选地，输入输出模块在操作中被布置以使用单端信号发送响应。 在操作中，使用已使用NRZI码进行编码的数据的HDLC编码帧，可以经由命 令线和响应线发送信号。有利地，存在多个预定数据流，其由处理器中的接收器识别， 使得输入或输出模块包括以下中的一个或多个连续的"1"，其指示各个模块不存在或未被加电；连续的"0"，其指示各个模块被加电但产生了严重故障；或者连续的 0X7E，其指示各个模块可操作。附图说明 现在参考附图仅仅作为例子来描述本专利技术的实施例，其中 图1是示出使用本专利技术的设备和方法的分布式工业过程控制系统的结构的示意 图； 图2示意性图示了图1中图示的工业过程控制系统的控制器； 图3图示了控制器的可能配置； 图4示出了用于图3的输入组件和输出组件的各种选项； 图5示出了用于输入组件的三选二表决策略的一种可能配置； 图6图示了实现输入组件的三选二表决策略的第二可能配置； 图7是多个处理器和多个输入/输出模块之间的互连的示意图； 图8a和8b示意性图示了若干处理器模块之间的可能互连； 图9图示了将唯一标识符用于每个终端组件；以及 图10图示了对命令和响应消息进行编码。具体实施例方式在如图1所示的工业过程控制系统中，分布式结构被设计成使用在不同的SIL环 境中，以便如果需要高SIL则可以提供高SIL，但如果全部需要的只是低SIL，则系统可 以在复杂性方面降低以便减少不必要的额外成本。 示例性的工业过程控制系统10包括工作站12、 一个或多个控制器14以及网关 16。工作站12经由以太网连接18到达一个或多个控制网络13从而与控制器14和网关 16通信。多个以太网连接18提供了冗余以提高容错。工作站12可以经由传统以太网连 接11连接到另一个外部网络15。 现在参考图2和3来更加详细地描述控制器14。 图2图示了包括输入组件22、处理器组件24和输出组件26的控制器14的示意 图。在这个示意图中，输入组件22和输出组件26处在不同的背板上，但是它们同样可 以共用单个背板。 组件22、 24、 26由一个或多个通信背板部件制成，所述通信背板部件具有三个 插槽以与具有一个、两个或三个插槽的终端组件一起容纳高达三个模块，并且与现场传 感器和转换器对接。终端组件可以跨越两个邻接的背板部件。模块包括具有多个连接器 的插入卡，用于插到通信背板和终端组件上。 将会意识到的是，通信背板部件中具有三个插槽是一个设计选项，在不脱离如 所附权利要求限定的本专利技术的范围的情况下，具有更多(或更少)插槽的其它设计选项也 是可能的。 图3图示了控制器14的可能物理配置。在本专利技术的这个实施例中，通过将不同 类型的模块分组到分开的通信背板上，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种工业过程控制设备，包括：　　多个处理器和多个输入／输出模块，其中：　　每个处理器具有连接到多个输入／输出模块的单向命令线；并且　　每个输入／输出模块具有连接到多个处理器的单向响应线。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：肯尼思约翰墨菲，托马斯布鲁斯马尔，菲利普约翰阿加，伊恩大卫温琼斯，杰拉尔德罗伯特克里奇，
申请(专利权)人：ICS三重技术有限公司，
类型：发明
国别省市：GB[]