CN103543714B - 一种模块积木式控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种模块积木式控制系统，其特征在于，根据不同的控制要求和控制规模将至少三套开关电源、至少三块控制处理器、装有模拟量输入卡、模拟量输出卡、开关量输入卡和开关量输出卡的机架及至少三台交换机进行组合连接，构建简易型单机系统、基本型双机容错系统及完整型三机容错系统中的一种，根据不同系统的模块组件和接线方式的差异，自适应地识别与上述三种系统相对应的三种控制模式。本发明的优点在利用同一套分散控制系统所有部件，根据不同的控制要求和控制规模采用模块搭积木的方法，实现简易结构、基本结构和完整结构，以满足不同行业或同一行业不同控制区域的控制要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种模块积木式控制系统，通过控制模块的不同组合和接线来适应不同行业对分散控制系统(DCS)安全性的不一样的要求，属于自动控制仪表技术领域。
背景技术
随着5C技术——COMPUTER(计算机技术)、CONTROL(自动控制技术)、COMMUNICATION(通信技术)、CRT(显示技术)和CHANGE(转换技术)不断发展和完善，集散控制系统(DCS)也随着功能和规模不断增大以及系统设计的灵活性的不断增强，都广泛应用到各行各业。但是由于每个行业都有它自身的特点，因此对控制系统的安全性上的要求也是不一样的。
对于安全性要求不高的工业控制领域，例如民用产品的自动化生产线、风力发电某些单风机控制、市政某些领域(充电站)、水利某些领域、水处理某些领域、环保行业某些领域、桥梁某些领域(数据监测)等等，因为当某个控制器失效，只影响与之关联的生产线或控制区域，而这些生产线或控制区域并不影响设备安全，维护人员只要更换控制器重新启动生产线或控制区域即可。这种情况为了降低控制系统采购成本，分散控制系统采用单机系统即可。
对于安全性要求较高的大型过程控制领域，与目前传统的分散控制系统DCS一样，可用于大部分控制行业。例如电力、化工、石油、天然气、煤炭、矿山、治金、钢铁等等行业，当某个控制器失效，系统自动投入备用的控制器，对控制系统在控制器、网络通讯、电源等等方面具有冗余功能。这种情况分散控制系统要求采用双机冗余(或冗错)系统。
对于超高可靠性和安全性要求的控制领域，例如高铁、地铁、火箭、国防、石化某些领域(紧急停车系统)、核电、燃机等等，因为涉及到重大装备的安全保护级别，一旦出现问题，会造成很大的后果或负面效应，故要求控制系统能够保证同时有两个同类故障点而不影响设备安全运行。这种情况分散控制系统要求三冗错控制系统。
通常地，不同行业会选择适合它的不同型号的控制系统来满足自身的需要。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种能够适应不同行业的控制系统。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供了一种模块积木式控制系统，其特征在于，根据不同的控制要求和控制规模将至少三套开关电源、至少三块控制处理器、装有模拟量输入卡、模拟量输出卡、开关量输入卡和开关量输出卡的机架及至少三台交换机进行组合连接，构建简易型单机系统、基本型双机容错系统及完整型三机容错系统中的一种，根据不同系统的模块组件和接线方式的差异，自适应地识别与上述三种系统相对应的三种控制模式，其中，
简易型单机系统包括至少一组简易型单机系统控制单元组，每组易型单机系统控制单元组包括一套开关电源、一块控制处理器、机架及一台交换机，开关电源连接控制处理器及交换机，控制处理器连接机架上的模拟量输入卡、模拟量输出卡、开关量输入卡和开关量输出卡，同时，控制处理器通过交换机与工作站建立联接；
基本型双机容错系统包括至少一组基本型双机容错系统控制单元组，每组基本型双机容错系统控制单元组包括两套开关电源、两块控制处理器、机架及两台交换机，每套开关电源分别连接各自的控制处理器及交换机，每块控制处理器连接各自的机架上的模拟量输入卡、模拟量输出卡、开关量输入卡和开关量输出卡，同时，每块控制处理器通过各自的交换机与工作站建立联接；
完整型三机容错系统包括至少一组完整型三机容错系统控制单元组，每组完整型三机容错系统控制单元组包括三套开关电源、三块控制处理器、机架及三台交换机，每套开关电源分别连接各自的控制处理器及交换机，每块控制处理器连接各自的机架上的模拟量输入卡、模拟量输出卡、开关量输入卡和开关量输出卡，同时，每块控制处理器通过各自的交换机与工作站建立联接。
优选地，在所述简易型单机系统中，所述控制处理器与所述工作站之间的控制通讯总线和网络选用一根进行连接。
优选地，在所述基本型双机容错系统中，所述控制处理器与所述工作站之间的控制通讯总线和网络选用两根进行连接。
优选地，在所述完整型三机容错系统中，所述控制处理器与所述工作站之间的控制通讯总线和网络选用至少三根进行连接。
本发明的最基本原理为在增加元器件成本不多的情况下，在控制系统各个组件设计时考虑三种需求而使每个组件具有全功能的接口配置，当根据接线方式的差异，控制模式自辨识和自适应软件自动匹配控制模式的要求来决定控制系统所处的状态。
本发明的优点在利用同一套分散控制系统所有部件，根据不同的控制要求和控制规模采用模块搭积木的方法，实现简易结构、基本结构和完整结构，以满足不同行业或同一行业不同控制区域的控制要求。
附图说明
图1为简易型单机控制系统示意图；
图2为基本型双机容错控制系统示意图；
图3为完整型三机容错控制系统示意图。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
以下以两套操作员/工程师站，一组三个交换机，一组三冗错控制器，三层机槽，每机槽拥有开关量输入卡、开关量输出卡、模拟量输入卡和模拟量输出卡各两块，结合实施例来具体说明本发明。
本发明的技术方案是提供了一种模块积木式控制系统，包括根据不同的控制要求和控制规模将控制处理器、开关电源、交换机、工作站及装有模拟量输入卡、模拟量输出卡、开关量输入卡和开关量输出卡的无源底板机架进行组合连接，构建简易型单机系统、基本型双机容错系统及完整型三机容错系统中的一种，根据不同系统的模块组件和接线方式的差异，自适应地识别与上述三种系统相对应的三种控制模式。
根据图1所示的原理进行系统搭建，构成简易型单机系统，该系统包括三个简易型单机系统控制单元组，每个简易型单机系统控制单元组具有一套开关电源，一块控制处理器，三层机架，每层机架内有模拟量输入卡、模拟量输出卡、开关量输入卡和开关量输出卡各两块。这三个控制单元与两套工作站通过交换机进行联接，形成一个小型的单机分散控制系统，控制通讯总线和网络选用一根进行连接。此时准备的设备中有两个交换机没有使用。
根据图2所示的原理进行系统搭建，构成基本型双机容错系统，该系统包括一个基本型双机容错系统控制单元组，每个基本型双机容错系统控制单元组具有两套开关电源，一对两块控制处理器，三层机架，每层机架内有模拟量输入卡、模拟量输出卡、开关量输入卡和开关量输出卡各两块。这个控制单元与两套工作站通过交换机进行联接，形成一个小型的双机冗错分散控制系统，基本型双机容错系统。此时准备的设备中有一个控制器、一个交换机和一套开关电源没有使用。
根据图3所示的原理进行系统搭建，构成完整型三机容错系统，该系统包括一个完整型三机容错系统控制单元组，每个完整型三机容错系统控制单元组具有三套开关电源，一组三块控制处理器，三层机架，每层机架内有模拟量输入卡、模拟量输出卡、开关量输入卡和开关量输出卡各两块。这个控制单元与两套工作站通过交换机进行联接，形成一个小型的三机冗错分散控制系统，控制通讯总线和网络选用三根及以上进行连接。此时准备的设备均使用。
以上相同的设备，也可以根据不同行业或同一行业不同控制区域的控制要求以及控制规模的大小可以自由组合，以满足用户的实际需要。
Claims (4)
1.一种模块积木式控制系统，其特征在于，根据不同的控制要求和控制规模将至少三套开关电源，至少三块控制处理器，装有模拟量输入卡、模拟量输出卡、开关量输入卡和开关量输出卡的机架及至少三台交换机进行组合连接，构建简易型单机系统、基本型双机容错系统及完整型三机容错系统中的一种，根据不同系统的模块组件和接线方式的差异，自适应地识别与上述三种系统相对应的三种控制模式，其中，
简易型单机系统包括至少一组简易型单机系统控制单元组，每组简易型单机系统控制单元组包括一套开关电源、一块控制处理器、机架及一台交换机，开关电源连接控制处理器及交换机，控制处理器连接机架上的模拟量输入卡、模拟量输出卡、开关量输入卡和开关量输出卡，同时，控制处理器通过交换机与工作站建立联接；
基本型双机容错系统包括至少一组基本型双机容错系统控制单元组，每组基本型双机容错系统控制单元组包括两套开关电源、两块控制处理器、机架及两台交换机，每套开关电源分别连接各自的控制处理器及交换机，每块控制处理器连接各自的机架上的模拟量输入卡、模拟量输出卡、开关量输入卡和开关量输出卡，同时，每块控制处理器通过各自的交换机与工作站建立联接；
完整型三机容错系统包括至少一组完整型三机容错系统控制单元组，每组完整型三机容错系统控制单元组包括三套开关电源、三块控制处理器、机架及三台交换机，每套开关电源分别连接各自的控制处理器及交换机，每块控制处理器连接各自的机架上的模拟量输入卡、模拟量输出卡、开关量输入卡和开关量输出卡，同时，每块控制处理器通过各自的交换机与工作站建立联接。
2.如权利要求1所述的一种模块积木式控制系统，其特征在于，在所述简易型单机系统中，所述控制处理器与所述工作站之间的控制通讯总线和网络选用一根进行连接。
3.如权利要求1所述的一种模块积木式控制系统，其特征在于，在所述基本型双机容错系统中，所述控制处理器与所述工作站之间的控制通讯总线和网络选用两根进行连接。
4.如权利要求1所述的一种模块积木式控制系统，其特征在于，在所述完整型三机容错系统中，所述控制处理器与所述工作站之间的控制通讯总线和网络选用至少三根进行连接。
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