一种基于现场总线冗余网络拓扑结构的控制系统及其切换方法，主控系统和热备系统分别作为两张网络的主站，能同时控制该网络下的从站，都具有总线的控制权，另外主控系统和热备系统又分别作为对方网络中的从站，实现互相监督通信，增强了系统的稳定性和冗余性。在主控系统发生故障时，能无缝切换到热备系统工作。通过该拓扑结构，所有厂商的dp模块均能使用，同时不再需要dp/dpcoupler模块，降低了系统的风险成本，增强了整个系统的可靠性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种，尤其适用于长定子电缆轨旁开关站的通信控制系统。
技术介绍
与传统轮轨车辆不同，直线电机驱动的列车，其牵引驱动系统不是安装在车辆上， 而是靠给铺设在轨道上的同步长定子直线电机的三相定子绕组电缆供电，产生悬浮磁场和推动力，牵引车辆沿着轨道行进。通过轨旁开关站的开通关断，只需要给车辆所处的当前定子段供电，实现定子段分段供电，以节省能源提高效率。开关站的控制采用了现场总线 prof ibus dp 结构。现场总线是应用在生产现场与微机化测量控制设备之间实现双向串行多节点通信的系统，也称为开放式、全数字化、多点通信的底层控制网络。ftOfibus总线是德国国家标准DIN19245和欧洲标准EN50170的现场总线标准，广泛应用于通信、工业控制、交通等领域。Profibus dp主要面向工厂现场层应用，完成针对包括诸如可编程控制器、自动控制设备、传感器、执行器间的快速可靠的循环通信任务。网络的规模小但速度快，最快可达 12Mbps。截至到目前，dp的应用占整个prof ibus应用的80%，一般意义的prof ibus也是泛指 profibus-dp。profibus dp网络用于分散外设间的高速数据传输，适合于工业自动化领域的应用。如图1所示，ft~0fibUS dp是一主多从结构的网络，主站1可以与其所属的任意从站 (1一η)通信，构成了一个dp网络。不同dp网络的主站之间可以通信，但是主站不能直接控制别的dp网络中的隶属于别的主站的从站。工业现场特别是交通领域中，为了保证系统的稳定运行，常常需要多个主站对所有从站进行控制，并实现主站之间的热备，在某一主站失效的情况下，能自动切换到其他主站替代其工作。目前众多厂家在实现多主结构时，采用了类似于西门子公司的dp/dp coupler (dp/dp耦合器)，来实现两个不同dp网络之间的通信，而GE等公司甚至没有解决多主的产品和方案。如图2所示，主站1与从站1到η构成一个dp网络，主站2与从站n+1 到2η构成另一个dp网络。主站1和主站2之间通过dp/dp coupler通信，主站2作为主站1的热备，与主站1通信，当主站1或者主控dp网络11网络出现故障时，主站2就取代主站1工作，通信网络自动切换到热备dp网络22网络上工作。这种机制解决了多个主站对所有从站进行控制的问题，并实现主站之间的热备，但是对dp/dp coupler的依赖性很强，一旦该设备出现问题，如果主站1或主控dp网络11网络通信出现故障，主站2得不到及时反馈，可能导致该切换的时候失效，在正常工作时，也可能导致热备系统误以为主控dp 网络11网络故障，要取代其工作，从而引起不必要的动作和混乱。在长定子直线电机的牵引驱动中，定子段少则几十公里，必须依靠开关站的开通关断为定子段分段供电。开关站作为profibus dp的从站，受控于牵引控制系统，牵引控制系统和开关站都有备份装置，这就存在一个多主多从的结构，并且需要采用新的拓扑结构，避免使用 dp/dp coupler。2010年8月公布的一篇专利201010182745. 6提出了一种基于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，该专利技术基于PR0FIBUS现场总线具有热备功能的冗余控制系统，在电厂控制系统中采用具有仲裁模块的双模可靠性系统， 采用软硬件结合的方法，将过程控制站和备份过程控制站接入双冗余PR0FIBUS现场总线形成的A网和B网，若干A网从站和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。但是，该专利的主站冗余还是采用类似于西门子的技术，即切换模块配合软件控制的方法。具体到该专利中，过程控制站和备份过程控制站均与仲裁切换模块连接。该专利中过程控制站和备份过程控制站一主一备，仲裁切换模块接收两站的控制线和看门狗信号通过逻辑控制发出仲裁切换信号，使过程控制站具有总线控制权。备份过程控制站处于总线监听状态，双机切换仲裁模块发送的仲裁信号将备份过程控制站的发送功能屏蔽，备份过程控制站可以接收总线上从站数据，但不具有总线控制权。过程控制站再发送控制信号到PR0FIBUS网络切换模块，通过网络切换逻辑完成在两张冗余网络的切换，分时控制两个网络。
技术实现思路
本专利技术提供的一种，主控系统和热备系统分别作为两张网络的主站，能同时控制该网络下的从站，都具有总线的控制权，另外主控系统和热备系统又分别作为对方网络中的从站，实现互相监督通信，增强了系统的稳定性和冗余性。为了达到上述目的，本专利技术提供一种基于现场总线冗余网络拓扑结构的控制系统，该系统包含主控dp网络和热备dp网络，所述的主控dp网络包含主控主站和若干主控从站，所述的热备dp网络包含热备主站和若干热备从站。所述的主控主站和其中一个热备从站，作为两个主控dp节点，通过系统内部总线相互通信，组成主控系统，所述的主控主站作为主控dp网络的主站，所述的热备从站作为热备dp网络的从站。所述的热备主站和其中一个主控从站，作为两个热备dp节点，通过系统内部总线相互通信，组成热备系统，所述的热备主站作为热备dp网络的主站，所述的主控从站作为主控dp网络的从站。每一个被控设备中，至少同时设置一个主控从站和热备从站。正常工作时，主控系统通过主控dp网络的主控主站和所有主控从站通信，控制整个系统，并与热备系统通信，这时热备系统是作为主控dp网络网络中的主控从站与主控系统通信的。主控系统中的主控主站和热备系统中的主控从站之间设置心跳计数，用于监测主控dp网络的通讯线路是否正常，同样热备系统中的热备主站和主控系统中的热备从站间也设置心跳计数，来监测热备dp网络的通讯线路是否正常。主控系统中的主控主站和热备从站交互主控dp网络和热备dp网络是否正常工作的信息。同理，热备系统中的热备主站和热备从站交互主控dp网络和热备dp网络是否正常工作的信息。正常工作时，主控系统的主控主站通过主控dp网络，控制所有主控从站的被控设备。本专利技术还提供一种基于现场总线冗余网络拓扑结构的切换方法，该切换方法适用于从主控系统切换到热备系统，该方法包含以下步骤步骤1、主控主站启动，热备主站启动；步骤2、主控主站启动主控系统，主控主站通过主控dp网络与所有主控从站通信；步骤3、判断热备系统中的主控从站的心跳计数信息的更新是否正常，若是，跳转到步骤4，若否，跳转到步骤5;步骤4、判断主控主站是否能读到来自主控从站χ (1彡χ彡η)的状态信息，若是，跳转到步骤2，若否，跳转到步骤6;步骤5、判断主控主站是否能读到来自所有主控从站的状态信息，若是，跳转到步骤7， 若否，跳转到步骤8;步骤6、主控系统出现了故障模式3，主控主站通过内部总线将故障模式3的标志信息传递给热备从站，跳转到步骤9 ；步骤7、主控系统出现了故障模式2，主控主站通过内部总线将故障模式3的标志信息传递给热备从站，主控主站将启动命令传递给热备从站，跳转到步骤10;步骤8、主控系统出现了故障模式1，主控主站通过内部总线将故障模式3的标志信息传递给热备从站，热备系统中的主控从站将故障信息标志通过热备系统内部总线传递给热备系统的主站，跳转到步骤9;步骤9、主控系统中的热备从站通过热备dp网络将故障标志信息传递给热备系统本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种基于现场总线冗余网络拓扑结构的控制系统，其特征在于，该控制系统包含主控ｄｐ网络（１１）和热备ｄｐ网络（２２），所述的主控ｄｐ网络（１１）包含主控主站（１）和若干主控从站（１）到（ｎ＋１），所述的热备ｄｐ网络（２２）包含热备主站（２）和若干热备从站（ｎ＋２）到（２ｎ＋２）；所述的主控主站（１）和其中一个热备从站（２ｎ＋２），作为两个主控ｄｐ节点，通过系统内部总线相互通信，组成主控系统，所述的主控主站（１）作为主控ｄｐ网络（１１）的主站，所述的热备从站（２ｎ＋２）作为热备ｄｐ网络（２２）的从站；所述的热备主站（２）和其中一个主控从站（ｎ＋１），作为两个热备ｄｐ节点，通过系统内部总线相互通信，组成热备系统，所述的热备主站（２）作为热备ｄｐ网络（２２）的主站，所述的主控从站（ｎ＋１）作为主控ｄｐ网络（１１）的从站；每一个被控设备中，至少同时设置一个主控从站和热备从站。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘洪池，葛琼璇，王晓新，张树田，秦峰，史黎明，
申请(专利权)人：上海磁浮交通发展有限公司，上海磁浮交通工程技术研究中心，
类型：发明
国别省市：31
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