基于ＰＲＯＦＩＢＵＳ现场总线的具有协同热备份功能的双模冗余容错高可靠控制系统技术方案

基于ＰＲＯＦＩＢＵＳ现场总线的具有协同热备份功能的双模冗余容错高可靠控制系统，涉及一种电厂现场采集控制系统。本发明专利技术首创在电厂控制系统中采用具有仲裁模块的双模可靠性系统，采用软件和硬件相结合的方法，解决了现有的电厂现场控制系统的通信速率低、系统切换时间长导致的实时性差、任务迁移导致的现场丢失，以及系统可靠性差、网络容量低的问题。它的过程控制站和备份过程控制站均接入双冗余ＰＲＯＦＩＢＵＳ现场总线形成的Ａ网和Ｂ网，所述若干Ａ网从站和若干Ｂ网从站分别接入Ａ网和Ｂ网，过程控制站和备份过程控制站均与仲裁切换模块连接。本发明专利技术适用于电厂现场采集控制场合。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种高可靠性电厂现场采集控制系统。
技术介绍
目前，电厂现场控制系统都是采用低速的RS485串行通信，整个系统控制周期长、 实时性差。而且现有系统采用的双模DPU温备份工作方式，无仲裁切换模块，使得系统切换 时间长、现场恢复不完整，严重影响实时性。现有系统存在的主要问题有1、过程控制站与 现场采集前端、控制端的通信速率的低；2、双模DPU切换速度慢、数据易丢失，任务接替速 度慢且现场完整性较差；3、现有系统的可靠性较差、网络容量较低。
技术实现思路
本专利技术是为了解决现有的电厂现场控制系统的通信速率低、系统切换时间长导致 的实时性差、任务迁移导致现场丢失，以及系统可靠性差、网络容量低的问题，从而提供一 种基于PROFIBUS现场总线的具有协同热备份功能的双模冗余容错高可靠控制系统。基于PROFIBUS现场总线的具有协同热备份功能的双模冗余容错高可靠控制系 统，它包括过程控制站，它还包括备份过程控制站、仲裁切换模块、m个A网从站和η个B网 从站；其中m个A网从站挂接在A网总线上，η个B网从站挂接在B网总线上，所述A网为 双冗余PROFIBUS现场总线结构；所述B网为双冗余PROFIBUS现场总线结构；过程控制站用于分别将A网和B网连接入工业以太网上，备份过程控制站是过程控制 站备用设备，该备份过程控制站也用于分别将A网和B网连接入工业以太网上；过程控制站的仲裁控制信号输入端与仲裁切换模块的一号仲裁信号输出端连接；备份 过程控制站仲裁控制信号输入端与仲裁切换模块的二号仲裁信号输出端连接；过程控制站 的控制信号输出端与仲裁切换模块的一号控制信号输入端连接，备份过程控制站的控制信 号输出端与仲裁切换模块的二号控制信号输入端连接； m为大于或等于1且小于或等于32的整数； η为大于或等于1且小于或等于32的整数。有益效果本专利技术通过双冗余PROFIBUS现场总线实现数据传输，系统的通信速 率得以大幅度提高；且本专利技术采用双模整机热备份协同工作的方式，通过仲裁切换模块实 现过程控制站与备份过程控制站的快速无缝切换，系统切换时间短、实时性强、现场完整 无数据丢失，并且简化了系统硬件和软件的复杂度，大大降低了成本；本专利技术可以将64个 PROFIBUS从站划分到两个网络中，通过对两个网络的切换，实现主站分时对所有PROFIBUS 从站的控制，网络容量大。附图说明图1是本专利技术的系统结构示意图；图2是本专利技术具体实施方式二的结构示意图；图3是本专利技术具体实施方式三的结构示意图；图4是本专利技术具体实施方式十的结构示意图。具体实施例方式具体实施方式一、结合图1说明本具体实施方式，基于PR0FIBUS现场总线的具有协同热备份功能的双模冗余容错高可靠控制系统，它 包括过程控制站1，它还包括备份过程控制站2、仲裁切换模块5、m个A网从站3和η个B 网从站4;其中m个A网从站3挂接在A网总线上，η个B网从站4挂接在B网总线上，所述 A网为双冗余PR0FIBUS现场总线结构；所述B网为双冗余PR0FIBUS现场总线结构；过程控制站1用于分别将A网和B网连接入工业以太网上，备份过程控制站2是过程 控制站1备用设备，该备份过程控制站2也用于分别将A网和B网连接入工业以太网上；过程控制站1的仲裁控制信号输入端与仲裁切换模块5的一号仲裁信号输出端连接； 备份过程控制站2的仲裁控制信号输入端与仲裁切换模块5的二号仲裁信号输出端连接； 过程控制站1的控制信号输出端与仲裁切换模块5的一号控制信号输入端连接，备份过程 控制站2的控制信号输出端与仲裁切换模块5的二号控制信号输入端连接； m为大于或等于1且小于或等于32的整数； η为大于或等于1且小于或等于32的整数。所述双冗余PR0FIBUS现场总线为A网总线PR0FIBUS_1_A和A网冗余总线 PR0FIBUS-2_A ；所述B网由双冗余PR0FIBUS现场总线组成，所述双冗余PR0FIBUS现场总线 为B网总线PR0FIBUS-1_B和β网冗余总线PR0FIBUS_2_B ；过程控制站1分别通过四个PR0FIBUS接口接入A网总线PR0FIBUS-1_A、A网冗余总线 PR0FIBUS-2_A、B网总线PR0FIBUS_1_B和β网冗余总线PR0FIBUS_2_B ；备份过程控制站2 分别通过四个PR0FIBUS接口接入A网总线PR0FIBUS-1_A、A网冗余总线PR0FIBUS_2_A、B 网总线PR0FIBUS-1_B和B网冗余总线ra0FIBUS_2_B ；每个A网从站3分别通过两个PR0FIBUS接口分别接入A网总线PR0FIBUS_1_A和A网 冗余总线PR0FIBUS-2_A ；每个B网从站4分别通过两个PR0FIBUS接口分别接入B网总线 PR0FIBUS-1_B 和 B 网冗余总线 PR0FIBUS_2_B ；工作原理本系统采用系统级和部件级的冗余，带有仲裁切换的双模DPU、A网和B网均 采用双冗余的PR0FIBUS总线、DPU和前端双冗余的PR0FIBUS接口，方案具体说明如下系统将过程控制站(即DPU)和前端(62个，包括现场采集前端和控制前端)通过 PR0FIBUS现场总线连接。本系统采用双模热备份DPU的容错设计，双模DPU分A机和B机 作为一主一备，仲裁切换模块根据DPU的控制线和看门狗WDG信号通过逻辑控制发出仲裁 切换信号，主机具有总线控制权。PR0FIBUS网络容量为32个从站，所以将62个PR0FIBUS 从站编号ID0-ID61并划分到两个网络，ID0-ID31号为PR0FIBUSA网从站和ID32-ID61号 为PR0FIBUSB网从站，通过网络切换逻辑完成主站DPU在A、B两个网络的切换，主站DPU分 时控制两个网络。系统工作流程如下假设选择A机作为主机，B机作为备份机。此时A机控制线信号有效，B机控制线无效， A和B的WDG信号均无效，仲裁切换模块5根据A机和B机信号逻辑发出仲裁信号到A机和 B机，使得A机作为主机，B机作为备机，同时A机和B机可以读取仲裁切换模块5的仲裁信号，可以判断仲裁结果是否正确 ①双机正常工作情况主机A周期性的发送数据请求到PROFIBUS总线，获得前端从站采集的数据。主机A先发送控制信号到PROFIBUS网络切换逻辑模块，使得A机切换到PROFIBUSA网作为主站， A机主站使用1号接口即PROl-A接口发送数据，从站自适应主站选择的接口，此时使用 PR0FIBUS-1_A总线。当1号接口出现错误时，A机主站切换使用2号接口即PR02-A，此时 使用PR0FIBUS-2_AS线，从站自适应主站也使用2号接口 PR02。然后主机A再发送控制信 号到PROFIBUS网络切换模块逻辑切换到PR0FIBUSB网作为主站，并发送相同的数据请求到 B网，和A网一样B网从站自适应主站使用的PROFIBUS接口，PROl-B或PR02-B。A机可以 读取网络切换逻辑模块的输出控制信号，以检测切换结果是否正确，便于发现切换错误。备份机B机处于总线监听状态，双机仲裁切换模块发送的仲裁信号B将备份机的 发送功能屏蔽，备份机可以接收总线上从站数据，但不具有总线控制权。主机A机和备份机B机都将其获得的数据通过各自的PC/104接口上传至各自的 本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于ＰＲＯＦＩＢＵＳ现场总线的具有协同热备份功能的双模冗余容错高可靠控制系统，它包括过程控制站（１），其特征是：它还包括备份过程控制站（２）、仲裁切换模块（５）、ｍ个Ａ网从站（３）和ｎ个Ｂ网从站（４）；其中ｍ个Ａ网从站（３）挂接在Ａ网总线上，ｎ个Ｂ网从站（４）挂接在Ｂ网总线上，所述Ａ网为双冗余ＰＲＯＦＩＢＵＳ现场总线结构；所述Ｂ网为双冗余ＰＲＯＦＩＢＵＳ现场总线结构；过程控制站（１）用于分别将Ａ网和Ｂ网连接入工业以太网上，备份过程控制站（２）是过程控制站（１）备用设备，该备份过程控制站（２）也用于分别将Ａ网和Ｂ网连接入工业以太网上；过程控制站（１）的仲裁控制信号输入端与仲裁切换模块（５）的一号仲裁信号输出端连接；备份过程控制站（２）的仲裁控制信号输入端与仲裁切换模块（５）的二号仲裁信号输出端连接；过程控制站（１）的控制信号输出端与仲裁切换模块（５）的一号控制信号输入端连接，备份过程控制站（２）的控制信号输出端与仲裁切换模块（５）的二号控制信号输入端连接；ｍ为大于或等于１且小于或等于３２的整数；ｎ为大于或等于１且小于或等于３２的整数。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：崔刚，吴祥虎，付忠传，周连科，王秀峰，刘宏伟，左德承，董剑，张科超，王莹，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：93[中国|哈尔滨]