一种分散式控制系统网络架构技术方案

本实用新型专利技术涉及一种分散式控制系统网络架构，其特征在于：包括普通网段和超设计基准事故网段交换机组网连接，超设计基准事故网段的交换机与地震监测系统连接，并受地震监测系统信号触发控制，实现所述普通网段和超设计基准事故网段之间的功能自动切换；超设计基准事故网段的设备连接独立的不间断电源，超设计基准事故网段的网络及设备均为抗震I类设备；还包括实时数据网和非实时数据网，上位机和服务器同时连接到两种网络；控制器和上位机内置有硬件加密芯片；本实用新型专利技术通过硬件加密芯片实现网络中传输代码的可靠性；在BDBA工况下，DCS相应网络及设备不失效；将实时数据和非实时数据进行分流，降低网络负荷；模拟量SOE有利于发生事故后的追忆。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于自动化系统控制
，具体涉及ー种分散式控制系统网络架构。
技术介绍
目前分散式控制系统(Distributed Control System,以下简称DCS)已被广泛应用于各种过程控制行业。从其专利技术至今，已经历了多种DCS系统架构。在目前所使用的DCS架构中，在数据传输确定性，信息安全，数据负荷，满足特定苛刻环境条件等方面都已不能满足现有高可靠性エ业领域的应用要求，如核电站系统设备控制、エ艺參数监视、运行信息处理和事故记录分析等。具体表现在⑴现有DCS网络中传 输的代码是根据控制器、上位机和DCS网络中默认的数据传输协议和数据帧格式对数据直接传输。这样，只要对网络协议和数据帧格式有所了解就可以从网络中的任意位置对DCS网络中的设备进行数据读取和控制，这对信息安全是不利的W)对于现有DCS设计中，如出现超设计基准事故(Beyond Design Basis Accident,以下简称BDBA)エ况,则没有安全相关功能的DCS网络及设备将会失效并停止工作，进而造成ー些重要被控设备的失效；ω事件顺序记录(Sequence Of Event,以下简称S0E)是现有DCS中用于记录控制系统中事件发生顺序和事故后追忆的重要手段之一，现有DCS网络中通过事件发生的信号转换为数字量触发信号，通过触发SOE记录在系统中，而随着工艺系统设计的复杂度提升，对所需记录的事件也更多，传统意义上仅仅记录事件发生后的触发信号及其时间就已经不够了 ；⑷传统的DCS网络指的是DCS冗余实时数据网，也就是过程控制中所说的A/B网。因实时数据主要指控制器按标准时间间隔发送的数据以及需要有高速传输和响应的上位机发送的相关数据，由于现有过程控制对仪控系统的要求越来越高，使得DCS网络上的设备越来越多，而在DCS网络中所传输的信息量也越来越大，这样对DCS网络造成的负荷就会显著增加。
技术实现思路
鉴于现有技术中所存在的上述问题，本技术要解决的技术问题是提供ー种新的分散式控制系统网络架构，可以保证在现有对过程控制性能要求较高的领域中，在可靠性、信息安全和数据负荷方面能够满足较为苛刻的要求。为了实现以上目的，本技术采用的技术方案是ー种分散式控制系统网络架构，包括普通网段，其特征在于超设计基准事故网段与所述普通网段交換机组网连接，超设计基准事故网段的交換机与地震监测系统连接，并受地震监测系统信号触发控制，实现所述普通网段和超设计基准事故网段之间的功能自动切換；所述超设计基准事故网段的设备均为抗震I类设备，并连接独立不间断电源；所述普通网段包括实时数据网和非实时数据网，控制器连接到实时数据网，上位机和服务器同时连接到实时数据网和非实时数据网。所述控制器和上位机内置有硬件加密芯片。所述控制器连接模拟量事件顺序记录卡件和历史服务器。本技术的积极效果是⑴在控制器和上位机等网络设备中加入ー块身份认证芯片，通过芯片的硬件加密来实现网络中传输代码的可靠性和安全性；⑵专设超设计基准事故网段，可以在满足过程控制系统的エ艺要求中所提出的BDBAエ况下，DCS相应网络及设备仍不失效；⑶通过实时数据网与非实时数据网将实时数据和非实时数据进行分流，通过分流至不同的网络可以实现在不损失DCS网络可靠性与控制实时性的前提下降低网络负荷的目的；⑷模拟量SOE可以完整地记录某些重要的模拟量的变化情況，非常有利于发生事故后的追忆。以下结合附图和具体实施方式对本技术做进ー步说明。图I是本技术的交换机组网方式示意图；图2是本技术的网络配置示意图。具体实施方式为有效提高数据传输效率，增强信息安全程度、满足在苛刻环境条件下运行，从而确保系统可靠性要求得以实现，本技术的分散式控制系统网络架构，包括普通网段，其特征在于超设计基准事故网段与所述普通网段交換机组网连接(如图I所示)，超设计基准事故网段的交換机与地震监测系统连接，并受地震监测系统信号触发控制，实现所述普通网段和超设计基准事故网段之间的功能自动切換；所述超设计基准事故网段的设备均为抗震I类设备，并连接独立不间断电源；所述普通网段包括实时数据网和非实时数据网，控制器连接到实时数据网，上位机和服务器同时连接到实时数据网和非实时数据网(如图2所示)。以上所述控制器和上位机内置有硬件加密芯片。以上所述控制器连接模拟量事件顺序记录卡件和历史服务器(如图2所示)。为了实现BDBAエ况下，DCS网络及设备仍不失效，本技术所采用的方法为设立BDBA网段，该网段所采用的所有设备(交換机、DCS机拒、UPS电源等)硬件抗震等级要满足抗震I类要求，所有BDBA设备应备有一定容量的专用不间断电源UPS,并且该UPS电源应满足具体应用场合过程控制中的エ艺需求，保证BDBAエ况下的不间断供电时间，从而在本质上保证了 BDBAエ况下设备本身不会失效。在提高所使用DCS网络及设备(交換机、DCS机柜、UPS电源等)抗震等级和防护等级的基础上，BDBA网段与非BDBA网段在网络失效状态下自动切断隔离的功能实现，应通过由相应地震监测系统发出的信号来判断是否进入BDBAエ况，并触发相应交换机的BDBA自动切断功能，以保证在出现交换机掉电或发生故障的情况下能够在短时间内自动切断连接，而非通过人为手动的方式来切断该连接。BDBA网络中所使用的交換机通过系统内由地震监测系统获知的信号来判断是否发生BDBAエ况，使其能够自识别已发生的BDBAエ况。在普通エ况下，BDBA网络内的BDBA交换机实现一般交换机功能，构成DCS网络；当发生BDBAエ况时，所有BDBA交換机自动切断与非BDBA交換机的通讯，以实现単独组网。通常为普通交換机与BDBA交換机共同组网，其组网方式如图I所示，其中区分普通网段与BDBA网段。通过这种方式，能够避免在BDBAエ况下，因普通DCS网络中设备可能失效后造成的信号错误而引起BDBA相关设备的误动作。事件顺序记录(SOE)是现有DCS中用于记录控制系统中事件发生顺序和事故后追忆的重要手段之一。现有DCS网络中通过事件发生的信号转换为数字量触发信号，通过触发SOE记录在系统中。而随着工艺系统设计的复杂度提升，对所需记录的事件也 更多。传统意义上仅仅记录事件发生后的触发信号及其时间就已经不够了。本技术通过模拟量SOE卡件和历史服务器，可以将模拟量信号通过打上准确的时标来进行记录。这里涉及的SOE卡件指的是有一定采样频率的模拟量SOE卡件。具体的实现方式是，通过对需要监视的模拟量进行持续地不间断地扫描，并在每一个扫描周期开始时从系统时钟服务器获得时标，并将转换后的结果以带有时标的点的形式保存在数据库内。与传统的数字量SOE记录不同的是，模拟量SOE可以完整地记录某些重要的模拟量的变化情况，这对于发生事故后的追忆是非常重要的。考虑到模拟量SOE后会记录大量数据，而一般情况下，仅由数字量SOE即可完成控制所要求的事件顺序记录，所以模拟量SOE功能是根据需要启用的，可在发生某事件后通过系统触发信号启动该功能或在某些需要的时候通过手动启动该功能。在不启动该功能的情况下，相应的模拟量SOE卡件功能与普通的模拟量输入卡件一祥。模拟量SOE功能启动后会连续记录数据，而这些数据如实时地通过网络写入系统的历史服务器则本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分散式控制系统网络架构，包括普通网段，其特征在于：超设计基准事故网段与所述普通网段交换机组网连接，所述超设计基准事故网段的交换机与地震监测系统连接，并受地震监测系统信号触发控制，实现所述普通网段和超设计基准事故网段之间的功能自动切换；所述超设计基准事故网段的设备均为抗震I类设备，并连接独立不间断电源；？所述普通网段包括实时数据网和非实时数据网，控制器连接到实时数据网，上位机和服务器同时连接到实时数据网和非实时数据网。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：邱韶阳，王卫国，于晓东，项文蔚，王楠，何彦君，赵思彧，陈文浩，姜斌豪，
申请(专利权)人：国核自仪系统工程有限公司，
类型：实用新型
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