CN100585527C - 大型分布式控制系统层次型实时数据映射方法 - Google Patents

大型分布式控制系统层次型实时数据映射方法 Download PDF

Info

Publication number
CN100585527C
CN100585527C CN200810105674A CN200810105674A CN100585527C CN 100585527 C CN100585527 C CN 100585527C CN 200810105674 A CN200810105674 A CN 200810105674A CN 200810105674 A CN200810105674 A CN 200810105674A CN 100585527 C CN100585527 C CN 100585527C
Authority
CN
China
Prior art keywords
time data
ldpu
real time
layer
real
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN200810105674A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101271331A (zh
Inventor
焦邵华
刘刚
奚志江
张海棠
朱磊
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Sifang Automation Co Ltd
Beijing Sifang Engineering Co Ltd
Original Assignee
BEIJING SIFANG BONENG AUTOMATION EQUIPMENT Co Ltd
Sifang Electric (Group) Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by BEIJING SIFANG BONENG AUTOMATION EQUIPMENT Co Ltd, Sifang Electric (Group) Co Ltd filed Critical BEIJING SIFANG BONENG AUTOMATION EQUIPMENT Co Ltd
Priority to CN200810105674A priority Critical patent/CN100585527C/zh
Publication of CN101271331A publication Critical patent/CN101271331A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN100585527C publication Critical patent/CN100585527C/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P90/00—Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
    • Y02P90/02—Total factory control, e.g. smart factories, flexible manufacturing systems [FMS] or integrated manufacturing systems [IMS]

Landscapes

  • Data Exchanges In Wide-Area Networks (AREA)

Abstract

本发明涉及一种大型分布式控制系统(DCS)实时数据组织、通信和建立数据库的方法，包括：数据采集和测点计算在I/O层实现，I/O层按照不同种类定义最基本的实时数据组织模板，作为DCS系统的数据库映射的最小单元；I/O实时数据包通信给现场控制器(LDPU)层；LDPU的实时数据包直接通过控制网络通信与其它现场控制器(LDPU)、协调控制器(HDPU)共享；DCS系统的主站层(HMI/SCADA)的实时数据库由LDPU层实时数据包直接映射生成，实现HMI/SCADA层不同节点的实时数据同步。这种基于层次型概念的DCS系统实时数据组织方法提高了DCS系统的实时信息采集、挖掘、传输和应用的速度，提升了DCS系统的控制性能。相比于常规的以I/O测点为单位的数据组织方案而言具有巨大的优越性。

Description

大型分布式控制系统层次型实时数据映射方法
技术领域
本发明涉及大型火力发电厂、石油、化工、冶金、轨道交通等行业的自动化领域，尤其涉及用于自动化系统的内部实时数据组织和高速通信技术。
背景技术
人类历史过去的百年是电气和自动化技术实践的百年，自动化技术的发展为人类进步做了巨大的贡献，分布式控制系统DCS成为实现多个工业行业工厂自动化的基本控制系统。随着IT技术、现场总线技术的发展，新一代的DCS技术正在快速改变现代工厂的生产运行和管理模式，DCS系统的规模也在快速发展。如何实现更好性能的DCS系统的关键技术之一在于DCS系统的高速实时数据组织和内部通信。该项申报技术就是专门用于大型分布式DCS系统的内部实时数据的组织和高速通信的。
分布式自动化系统(以下简称DCS)是现代工业控制的最主要的控制系统，DCS系统广泛用于各个工业行业，包括电力、石油、化工、冶金、造纸、制药、食品、市政等行业，其中在电力和化工行业的应用最复杂，规模最大。DCS系统由I/O模块、现场总线模块、控制器、HMI/SCADA、信息集成技术、通信技术、冗余技术、不同行业的定制功能构成。大型或超大型DCS系统点数为1～10万点。
随着现代工业与IT技术的结合，DCS系统的控制规模正在逐步扩大，逐渐包括大量的常规I/O、现场总线接口的传感器和执行器，并通过通信接口集成辅助车间的监控系统。另一方面，DCS系统越来越分布化，I/O等硬件逐步下放到现场，和位于现场的传感器、执行器在一起，控制器层也越来越分散，整个控制系统的物理分布在半径为几百米或几公里的范围内，高速可靠的通信是DCS系统的关键技术。
随着现代工业制造水平的提高，DCS系统的控制实时性越来越高，从秒级的控制发展为100ms级的控制，目前正在向10ms级的控制发展。对于一个几万点规模的大型控制系统，10ms级的控制实时性要求整个DCS的内部实时数据计算、组织、通信必需要极高的效率和速度。
发明内容
本发明涉及一种大型分布式控制系统DCS实时数据组织、通信和建立自下而上映射数据库的方法和技术。DCS系统包括主站层(HMI/SCADA)、协调控制器(HDPU)和现场控制器(LDPU)以及包括现场总线设备在内的I/O层。实时数据组织和映射技术涉及主站层、控制器层和I/O层的数据库建立和数据通信，其中现场控制器和I/O层的通信采用现场总线网络；控制器层的通信，包括协调控制器和现场控制器之间、现场控制器和现场控制器之间的通信采用现场控制网络；主站层与协调控制器之间通信采用管理网络。
实时数据映射技术的关键是建立层次型实时数据组织方案；数据采集、计算、挖掘在I/O层实现，I/O层按照不同种类定义最基本的实时数据组织模板，作为DCS系统的数据库映射的最小单元；I/O实时数据包通信给现场控制器(LDPU)层，LDPU不解包直接入LDPU的实时数据库，LDPU建立自身的虚测点模板库，也作为LDPU层的数据库映射单元参与上一级数据库的建立；LDPU的实时数据包直接通过控制网络通信与其它现场控制器(LDPU)、协调控制器(HDPU)共享，HDPU不解包即可获得全部LDPU的全部数据，同时获得了全部I/O的实时数据；DCS系统的主站层(HMI/SCADA)经管理网络(O-NET)直接获得协调控制器(HDPU)的实时数据，不解包直接入实时数据库，同时实现HMI/SCADA层不同节点的实时数据同步。
这种基于层次型概念的DCS系统实时数据组织技术能够提高DCS系统的实时信息采集、挖掘、传输和应用的速度，提升了DCS系统的控制性能。相比于常规的以I/O测点为单位的数据组织方案而言具有巨大的优越性。
附图说明
图1示意了采用层次型实时数据映射技术的DCS系统结构；
图2示意了通过数量不等的AI、DI、DO单元映射生成LDPU的实时数据库；
图3示意了由多个现场控制器(LDPU)映射生成主站层实时数据库；
图4示意了不同LDPU之间交换需要的I/O层实时数据的过程。
具体实施方式
下面根据说明书附图和具体实施例对本发明的技术方案进行详细表述。
本发明的一种大型分布式控制系统DCS实时数据映射的步骤和方法如下：1.建立I/O层实时数据模板，并作为层次型实时数据映射的最基础单元
I/O种类定义为基础类模板和现场总线模板，其中基础类模板包括：定义AI、AO、DI、DO、PI实时数据模板；现场总线模板包括：电动机保护测控、厂用变保护测控、线路保护测控、备自投测控等模板。相同类型的I/O具有相同的数据库，只是测点值不同。
I/O单元对自身的测量计算点(实点)、自检和状态判别(虚点)实时写入该I/O的实时数据包(实时数据库)；现场总线I/O与基础类I/O没有区别，现场总线I/O的诊断信息、报警信息都作为测点存在于实时数据模块中。
现场控制器与I/O层通过现场总线通信，通信包括将I/O层实时数据包送给现场控制器，将现场控制器的下行控制命令传递给相应的I/O单元执行。
2.控制器层的实时数据组织
控制器(包括就地控制器LDPU和协调控制器HDPU)的实时数据库由该控制器自己的实时数据模块和该控制器所管辖的I/O层单元的实时数据库组成。控制器按属于它的I/O层单元的地址将这些I/O单元的实时数据库组成控制器的数据库，I/O单元的实时数据库和控制器的实时数据库完全对应，控制器自己的实时数据模块包括控制器的内部状态和诊断信息、控制器与I/O单元的通信状态信息等。
所谓数据映射是指在DCS系统体系中，位于下层的单元向上一层单元发送实时数据信息时，直接把实时数据包发送给上层单元，上层单元无需解包，将收到的数据包直接按下层单元的地址写入该单元的实时数据库。从而实现以数据包为单位的整个数据块搬移，具有最大的速度和效率。
3.控制器层之间的实时数据交换
就地控制器(LDPU)只与属于自己的I/O层通信，并直接获取I/O层设备的实时数据，由于过程控制的需要，LDPU还需要得到部分属于其它LDPU的I/O层设备的实时数据，这就需要LDPU之间存在实时数据交换。LDPU之间通过现场控制网络通信，LDPU可以配置为接收其它LDPU的实时数据包，并只存储本LDPU需要的其它LDPU的实时数据。
4.主站(HMI/SCADA)层实时数据组织
主站层与LDPU之间的实时数据映射与控制器层和I/O层的实时数据映射完全相同。I/O层实时数据库组成了LDPU层的实时数据库，而LDPU的实时数据库组成了主站层的实时数据库。主站层的实时数据库是整个DCS系统的全部实时数据。
采用层次型实时数据映射技术的大型分布式控制系统分为四层组成，如图1所示，分别为：
1)HMI/SCADA监控主站层
2)HDPU协调控制器层
3)LDPU现场控制器层
4)I/O层(包括现场总线I/O)
其中第一层HMI/SCADA对上可与生产过程的信息管理系统接口，第四层I/O层可经现场总线或硬接线接入现场传感器和执行器。至此构成了全厂的信息采集、控制、自动化和管理系统。。
I/O层包括常规I/O单元和现场总线单元，其它常规I/O如下：
■AI模拟量输入单元
■AO模拟量输出单元
■DI开关量输入单元
■DO开关量输出单元
■PI脉冲量输入单元
现场总线I/O如下：
■电动机保护测控单元
■厂用变保护测控单元
■备自投单元
■线路保护测控单元
■变压器差动保护单元
■低压测控单元
分别对以上I/O单元定义实时数据模板，LDPU位于就地，连接I/O单元。LDPU的实时数据由两部分构成，其一是属于这个LDPU的各个I/O单元；其二是LDPU自身的虚点。本项技术采用直接映射LDPU的各个I/O实时数据包入LDPU实时数据库的方式构建快速的LDPU实时数据包。
附图2示意了通过I/O的实时数据包映射生成现场控制器(LDPU)的实时数据库。
LDPU通过现场控制网络实时通信，使得每个LDPU都可以获得全部LDPU的实时数据。HDPU与LDPU之间也通过现场控制网络通信，一样从现场控制网络上获得全部LDPU的实时数据。
HMI/SCADA的实时数据组织完全建立在HDPU的实时数据库的基础上。HMI/SCADA节点通过TCP方式与HDPU通信，每个HMI节点实时订阅HDPU的实时数据，订阅时间周期小于100ms。HDPU的实时数据库直接映射到HMI节点的实时数据库中。

Claims (3)

1、一种用于大型分布式控制系统(DCS)的层次型实时数据库建库和通信方法，所述DCS系统包括主站层(HMI/SCADA)、协调控制器(HDPU)和现场控制器(LDPU)以及包括现场总线设备在内的I/O层，其中现场控制器(LDPU)和I/O层的通信采用现场总线网络，协调控制器(HDPU)和现场控制器(LDPU)之间、现场控制器(LDPU)和现场控制器(LDPU)之间的通信采用现场控制网络，主站层(HMI/SCADA)与协调控制器(HDPU)之间通信采用管理网络；该方法包括：
1)数据采集和测点计算在I/O层实现，按照不同类型的I/O单元建立I/O层的实时数据模板，作为大型分布式控制系统(DCS)层次型实时数据库的最小单元；
2)I/O实时数据包通信给现场控制器(LDPU)层，现场控制器(LDPU)不解包，该I/O实时数据包直接入现场控制器(LDPU)的实时数据库，现场控制器(LDPU)建立自身的实时测点模板，作为现场控制器(LDPU)层的数据库映射单元参与上一级数据库的建立；
3)现场控制器(LDPU)的实时数据包直接通过现场控制网络通信与其它现场控制器(LDPU)、协调控制器(HDPU)共享，协调控制器(HDPU)不解包即可获得全部现场控制器(LDPU)的全部数据，同时获得了全部I/O的实时数据；
4)主站层(HMI/SCADA)的实时数据库由现场控制器(LDPU)层的实时数据包直接映射生成，现场控制器(LDPU)层实时数据包不解包直接入主站实时数据库，同时实现主站层(HMI/SCADA)不同节点的实时数据同步。
2、根据权利要求1所述的实时数据库建库和通信方法，其特征为，所述I/O单元包括模拟量输入单元(AI)、开关量输入单元(DI)、开关量输出单元(DO)、模拟量输出单元(AO)、脉冲量输入单元(PI)，也包括实现不同保护控制功能的现场总线单元：电动机保护测控单元、厂用变保护测控单元、备自投单元、线路保护测控、低压测控单元。
3、根据权利要求2所述的实时数据库建库和通信方法，其特征为，所述I/O层的实时数据模板根据所述不同的I/O单元定义为基础类模板和现场总线模板，其中所述基础类模版包括模拟量输入单元(AI)实时数据模板、模拟量输出单元(AO)实时数据模板、开关量输入单元(DI)实时数据模板、开关量输出单元(DO)实时数据模板、脉冲量输入单元(PI)实时数据模板，现场总线模板包括电动机保护测控模板、厂用变保护测控模板、线路保护测控模板、备自投测控模板和低压测控模板。
CN200810105674A 2008-05-06 2008-05-06 大型分布式控制系统层次型实时数据映射方法 Active CN100585527C (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN200810105674A CN100585527C (zh) 2008-05-06 2008-05-06 大型分布式控制系统层次型实时数据映射方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN200810105674A CN100585527C (zh) 2008-05-06 2008-05-06 大型分布式控制系统层次型实时数据映射方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101271331A CN101271331A (zh) 2008-09-24
CN100585527C true CN100585527C (zh) 2010-01-27

Family

ID=40005338

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN200810105674A Active CN100585527C (zh) 2008-05-06 2008-05-06 大型分布式控制系统层次型实时数据映射方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN100585527C (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101893876B (zh) * 2009-05-20 2012-08-08 北京四方继保自动化股份有限公司 一种用于大型分布式控制系统的控制网络的方法
CN102053581B (zh) * 2009-11-10 2016-05-11 江苏云联科技有限公司 信息采集与控制方法及信息采集与控制系统
CN101969380B (zh) * 2009-11-23 2012-07-04 上海迪吉特控制系统有限公司 一种递阶容错的网状dcs通信网络的实现方法
EP2545478A4 (en) 2010-03-09 2014-12-31 Autodesk Inc SYSTEM AND METHOD FOR CONSTRUCTION MANAGEMENT AND OPERATIONS WITH MODELING OF BUILDING INFORMATION
CN102360357B (zh) * 2011-09-29 2014-12-10 南京国电南自轨道交通工程有限公司 Scada系统网状关系数据库节点的数据同步组件
CN103135536B (zh) * 2013-02-01 2014-12-10 天津理工大学 一种dcs系统与计算机生产仿真模型信息处理方法
CN106980306B (zh) * 2017-03-29 2019-10-11 北京广利核系统工程有限公司 一种核电站数据采集装置和方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN101271331A (zh) 2008-09-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100585527C (zh) 大型分布式控制系统层次型实时数据映射方法
CN110134833A (zh) 面向电网拓扑管理的图数据建模系统及方法
CN101976842B (zh) 基于电气分区的关键断面自动获取方法
CN109379420B (zh) 一种基于分布式架构的综合能源服务平台系统
EP2633600B1 (de) Verfahren zur kurzzyklischen datenerfassung, zum energiemonitoring und zur netzsteuerung im smart metering/smart grid unter verwendung einer verteilten, intelligenten middleware
CN110866320A (zh) 一种智能台区图形自动生成方法及系统
CN205983176U (zh) 一种工业物联网传感采集和柔性制造辅助装置
CN108009714A (zh) 一种基于bim的机电项目综合信息管理系统及方法
CN111598376A (zh) 一种基于信息驱动的对电网大数据进行辅助决策的方法及系统
CN112615935B (zh) 一种终端设备联网参考系统及其交互方法
CN112995001A (zh) 一种工业通讯网络系统
CN107133375A (zh) 一种基于欧氏距离线性化逼近的设施选址最优化方法
CN105302056B (zh) 一种基于rfid的车间机床分布式管理方法
CN104301435B (zh) 分布式集群传感器的数据集群编组方法和系统
CN101893876B (zh) 一种用于大型分布式控制系统的控制网络的方法
Zheng Research and analysis on the application of digital twin technology in urban rail transit
CN107464059A (zh) 一种基于历史信息的公交公司自动化排班控制方法
CN102375912B (zh) 一种不同工程软件系统间的数据集成装置及方法
CN111077851A (zh) 一种基于气相色谱雾计算框架的化工过程故障诊断系统
CN108227644A (zh) 一种设备替代方法、装置、存储介质及电子装置
CN104751275A (zh) 面向能耗的离散制造系统资源的动态配置方法
JP2021039732A (ja) データ伝送方法
CN105404741A (zh) 智能变电站智能电子设备的动态建模方法
CN103870930A (zh) 一种面向增量制造资源虚拟化的信息描述方法
CN104268348B (zh) 基于Intouch的可视化物流监控系统及其实现方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
ASS Succession or assignment of patent right

Owner name: BEIJING SIFANG JIBAO AUTOMATIC CO., LTD.

Free format text: FORMER OWNER: SIFANG ELECTRIC (GROUP) CO., LTD.

Effective date: 20100421

C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
COR Change of bibliographic data

Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 100085 BUILDING 6, YARD 1, NONGDA SOUTH ROAD, HAIDIAN DISTRICT, BEIJING CITY(GUIGUOLIANGCHENG) TO: 100084 BUILDING 6, YARD 1, NONGDA SOUTH ROAD, HAIDIAN DISTRICT, BEIJING CITY(GUIGUOLIANGCHENG)

TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20100421

Address after: 100084, No. 6 building, No. 1, Nongda South Road, Beijing, Haidian District (bright city, Silicon Valley)

Co-patentee after: Beijing Sifang Boneng Automation Equipment Co., Ltd.

Patentee after: Beijing Sifang Jibao Automation Co., Ltd.

Address before: 100085, No. 6 building, No. 1, Nongda South Road, Beijing, Haidian District (bright city, Silicon Valley)

Co-patentee before: Beijing Sifang Boneng Automation Equipment Co., Ltd.

Patentee before: Sifang Electric (Group) Co., Ltd.

ASS Succession or assignment of patent right

Free format text: FORMER OWNER: BEIJING SIFANG BONENG AUTOMATION EQUIPMENT CO., LTD.

C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
COR Change of bibliographic data

Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 100084 HAIDIAN, BEIJING TO: 100085 HAIDIAN, BEIJING

TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20110819

Address after: 100085 Beijing city on the base of the information industry on the street, No. four, No. 9, Haidian District

Patentee after: Beijing Sifang Jibao Automation Co., Ltd.

Address before: 100084, No. 6 building, No. 1, Nongda South Road, Beijing, Haidian District (bright city, Silicon Valley)

Co-patentee before: Beijing Sifang Boneng Automation Equipment Co., Ltd.

Patentee before: Beijing Sifang Jibao Automation Co., Ltd.

TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20190327

Address after: 100085 9, four street, Shang Di information industry base, Haidian District, Beijing.

Co-patentee after: Beijing Sifang Jibao Engineering Technology Co., Ltd.

Patentee after: Beijing Sifang Jibao Automation Co., Ltd.

Address before: 100085 9, four street, Shang Di information industry base, Haidian District, Beijing.

Patentee before: Beijing Sifang Jibao Automation Co., Ltd.