CN104375496A - 分布式控制系统及其控制方法 - Google Patents

分布式控制系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种分布式控制系统及其控制方法，该系统包括：中央控制器、编码模块、解码校验模块、执行器、校验模块，中央控制器与编码模块相连，中央控制器用于向编码模块发送控制信号；编码模块与解码校验模块通过多通道电缆相连，编码模块用于将接收到的控制信号编码；多通道电缆用于传输编码后的控制信号及反馈信号；解码校验模块用于对接收到的控制信号进行解码并向校验模块发送反馈信号；解码校验模块与执行器相连，解码校验模块用于根据解码出的控制信号采用相应的控制信号驱动每一控制信号对应的执行器；校验模块对接收到的反馈信号进行校验，并将校验结果反馈中央控制器。采用本发明可以在低成本下提高数字量控制的整体安全性。

Description

分布式控制系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及机电设备自动化控制技术领域，尤其涉及一种分布式控制系统及其控制方法。
背景技术
在分布式控制系统中，往往需要在控制中心控制在现场的执行器的动作。执行器的动作多由独立的高低电平控制信号控制，也称数字量控制。现有的数字量控制方法主要包括以下两种：
1、单通道电缆直连
图1为现有技术中点对点电缆直连控制系统结构示意图，如图1所示，通过点对点的方式，将控制信号通过单一通道传递到执行器。
该方式的不足在于：控制中心到现场的信号传输通道一般由接插件、电缆组成。在使用过程中，很可能因电缆破损、接插件虚接或短路、电磁干扰等问题造成执行器端信号异常，致使执行器误动作，使得执行器接收错误的信号而产生误动作。石油及天然气钻井设备现场往往安装了多台大型电力设备及变频设备，电磁污染严重，很容易对所传输的信号产生干扰。
2、单通道总线控制
图2为现有技术中单通道总线控制系统结构示意图，如图2所示，在执行器附近安装远程I/O模块，中央控制器通过单通道总线信号将控制命令传递给远程I/O模块，然后由远程I/O模块控制执行器动作。
该方式的不足在于：远程I/O模块与执行器间距离较近，此段信号收到损坏和干扰的概率降低，整个系统的安全性得到提高。总线信号具有校验功能，中央控制器和远程I/O的通讯状态也得以监控。但是总线信号频率较高，更易受到电磁干扰的影响；现场侧需要加设远程I/O模块，成本较高。
发明内容
本发明实施例提供一种分布式控制系统，用以在低成本下能够提高数字量控制的整体安全性，该分布式控制系统包括：
中央控制器、编码模块、解码校验模块、执行器，其中：
中央控制器与编码模块相连，中央控制器用于向编码模块发送控制信号；
编码模块与解码校验模块通过多通道电缆相连，其中，编码模块用于将接收到的控制信号编码；多通道电缆用于传输编码后的控制信号；解码校验模块用于对接收到的控制信号进行解码；
解码校验模块与执行器相连，解码校验模块用于根据解码出的控制信号采用相应的控制信号驱动每一控制信号对应的执行器；
所述分布式控制系统还包括：
校验模块，与解码校验模块通过多通道电缆相连、与中央控制器相连，其中，解码校验模块进一步用于向校验模块发送反馈信号；校验模块用于对接收到的反馈信号进行校验以检查控制信号传输的正确性，并将校验结果反馈中央控制器。
一个实施例中，编码模块具体用于在将接收到的控制信号编码时，将控制信号转换为多位二进制编码。
一个实施例中，编码模块为数字量输出模块，通过数字量输出模块的各通道同时输出多位数字量，形成多位编码；
或，编码模块为多路切换开关，通过开关的状态控制多个电路的通断，形成多位编码；
或，编码模块为编码电路，通过电气元件的控制形成多位编码。
一个实施例中，编码模块与解码校验模块通过多通道电缆相连，其中，每一路电缆传输一位二进制编码。
一个实施例中，解码校验模块为可编程逻辑控制器或解码校验电路。
一个实施例中，校验模块为可编程逻辑控制器或校验电路。
本发明实施例还提供一种上述分布式控制系统的控制方法，用以在低成本下能够提高数字量控制的整体安全性，该方法包括：
中央控制器确定驱动每一执行器的控制信号；
中央控制器将各控制信号传输至编码模块；
编码模块将各控制信号编码后，通过多通道电缆将控制信号传输至解码校验模块；
解码校验模块根据解码出的控制信号采用相应的控制信号驱动每一控制信号对应的执行器。
一个实施例中，编码模块将各控制信号编码，包括：编码模块将控制信号转换为多位二进制编码。
一个实施例中，编码模块与解码校验模块在通过多通道电缆传输控制信号时，每一路电缆传输一位二进制编码。
在本发明实施例中提供的技术方案中，由于控制中心和现场间采用多路电缆直连的方式进行传输，一般电磁干扰会同时影响多个相邻电缆的信号，而不会仅影响多股电缆中的一根，因此可有效避免电磁干扰造成的执行器误动作，提高了数字量控制的整体安全性。
由于在现场设置解码校验模块，每个执行器的动作对应一组特定的编码，某路电路的短路或断路可能造成无效编码，降低了因线路短路或断路误动作的几率，又进一步的提高了数字量控制的整体安全性。
同时，由于未采用高频信号，本发明实施例中提供的技术方案的抗干扰能力也优于传统的单通道总线控制方式。通过编码和解码校验电路，本发明实施例中提供的技术方案的实施成本也可远低于单通道总线控制方式。
进一步的，还可以在控制中心设置校验模块，校验模块对接收到的反馈信号进行校验以检查控制信号传输的正确性，并将校验结果反馈中央控制器。由于校验模块能够比较发出的控制信号和现场反馈的校验信号，可迅速发现信号异常，以及时启动应急和补救措施，又进一步的提高了数字量控制的整体安全性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
图1为现有技术中的点对点电缆直连控制系统结构示意图；
图2为现有技术中的单通道总线控制系统结构示意图；
图3为本发明实施例中的分布式控制系统结构示意图；
图4为本发明实施例中的分布式控制系统的控制方法实施流程示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
本发明实施例中提供的技术方案，在原有控制方法的基础上，结合了两种传统数字控制方式的优点，运用多通道电缆直连方式传输数字量控制信号，以较低成本提高了数字量控制的整体安全性。
具体的，在本发明实施例中提供的技术方案中，在控制中心设置编码模块，对每个执行器的动作进行多位二进制编码，利用多通道电缆直连的方式传递每一位编码的状态；在执行器附近设置解码校验模块，解码后就近驱动执行器；进一步的，现场的解码校验模块还可以向中央控制器反送回馈信号，中央控制器设置校验模块校验信号传输的正确性。下面进行具体说明。
图3为本发明实施例中分布式控制系统结构示意图，如图3所示，包括：中央控制器、编码模块、解码校验模块、执行器，其中：
中央控制器与编码模块相连，中央控制器用于向编码模块发送控制信号；
编码模块与解码校验模块通过多通道电缆相连，其中，编码模块用于将接收到的控制信号编码；多通道电缆用于传输编码后的控制信号；解码校验模块用于对接收到的控制信号进行解码；
解码校验模块与执行器相连，解码校验模块用于根据解码出的控制信号采用相应的控制信号驱动每一控制信号对应的执行器。
实施中，编码模块在将接收到的控制信号编码时，可以将控制信号转换为多位二进制编码。编码模块与解码校验模块通过多通道电缆相连，其中，每一路电缆传输一位二进制编码。控制中心和现场间采用多路电缆直连的方式进行传输，每一路电缆传输一个数字量的状态。一般电磁干扰会同时影响多个相邻电缆的信号，而不会仅影响多股电缆中的一根，因此通过合理编码，例如避免相邻几位同值，可有效识别电磁干扰造成的错误信号，避免电磁干扰造成的执行器误动作，提高了数字量控制的整体安全性。
实施中，现场设置解码校验模块，每个执行器的动作对应一组特定的编码，某路电路的短路或断路可能造成无效编码，降低了因线路短路或断路误动作的几率，又进一步的提高了数字量控制的整体安全性。
实施中，系统中还可以进一步包括：
校验模块，与解码校验模块通过多通道电缆相连、与中央控制器相连，其中，解码校验模块进一步用于向校验模块发送反馈信号；校验模块用于对接收到的反馈信号进行校验以检查控制信号传输的正确性，并将校验结果反馈中央控制器。
具体的，控制中心设置校验模块，比较发出的控制信号和现场反馈的校验信号，可迅速发现信号异常，以及时启动应急和补救措施，又进一步的提高了数字量控制的整体安全性。
因此，本发明实施例中提供的技术方案的可靠性优于传统的单通道电缆直连方式。
同时，由于未采用高频信号，本发明实施例中提供的技术方案的抗干扰能力也优于传统的单通道总线控制方式。通过合理设计编码和解码校验电路，本发明实施例中提供的技术方案的实施成本也可远低于单通道总线控制方式。
下面对控制系统的硬件功能模块具体实现方式进行说明。
实施中，编码模块可以进一步用于通过数字量输出模块的各通道同时输出多位数字量，形成多位编码；具体的，可以采用PLC(Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器)作为中央控制器，由数字量输出模块的各通道同时输出多位数字量，形成多位编码。
或，编码模块为多路切换开关，通过开关的状态控制多个电路的通断，形成多位编码；具体的，可以采用多路切换开关，通过开关的状态控制多个电路的通断，形成多位编码。
或，编码模块为编码电路，通过电气元件的控制形成多位编码；具体的，可以采用操作开关、继电器等电气元件，搭建编码电路，形成多位编码。
具体实施中，控制中心往往设有PLC系统，因此推荐采用PLC的方式。
实施中，编码模块与解码校验模块可以通过多通道电缆相连，其中，每一路电缆传输一个控制信号。具体的，在中央控制器和现场间进行信号传输时，可以采用多路电缆直连的方式进行传输，每一路电缆传输一个数字量的状态。
进一步的，对于执行器功耗较大或传输距离较远的情况，可在传输回路中加装接触器、继电器或中继器。
实施中，现场解码校验模块需要将多位编码转换为单位数字量，就近驱动执行器动作，解码校验模块可以为可编程逻辑控制器或解码校验电路。
具体的，采用PLC的方式下，可以通过数字量输入模块接收控制信号，经过逻辑判断后，通过数字量输出模块驱动执行器动作，并输出反馈信号。
采用解码校验电路的方式下，可以采用继电器等电子元件，搭建解码校验电路，根据不同的编码，驱动对应的执行器执行相应动作，并输出反馈信号。此种方式成本较低。
实施中，中央控制器侧的校验模块接收现场反馈的校验信号，与发送的控制信号进行比较，判断控制信号是否正确传输，校验模块可以为可编程逻辑控制器或校验电路。
具体的，采用PLC的方式下，可以通过数字量输入模块接收校验信号，经中央处理单元进行逻辑判断。
采用校验电路的方式下，可以采用继电器等电子元件，搭建校验电路。
由于控制中心往往设有PLC系统，因此推荐采用PLC的方式。
本发明实施例中提供的技术方案中还提供了该分布式控制系统的控制方法，下面进行说明。
图4为本发明实施例中分布式控制系统的控制方法实施流程示意图，如图4所示，可以包括如下步骤：
步骤401、中央控制器确定驱动每一执行器的控制信号；
步骤402、中央控制器将各控制信号传输至编码模块；
步骤403、编码模块将各控制信号编码后，通过多通道电缆将控制信号传输至解码校验模块；
步骤404、解码校验模块根据解码出的控制信号采用相应的控制信号驱动每一控制信号对应的执行器。
实施中，还可以进一步包括：
步骤405、解码校验模块向校验模块发送反馈信号；
步骤406、校验模块对接收到的反馈信号进行校验以检查控制信号传输的正确性，并将校验结果反馈中央控制器。
实施中，编码模块可以通过数字量输出模块的各通道同时输出多位数字量，形成多位编码；
或，编码模块通过开关的状态控制多个电路的通断，形成多位编码；
或，编码模块通过电气元件的控制形成多位编码。
实施中，编码模块在将各控制信号编码时，可以采用多位二进制编码。即，编码模块可以将控制信号转换为多位二进制编码。
实施中，编码模块与解码校验模块在通过多通道电缆传输控制信号时，每一路电缆传输一位二进制编码。
由上述实施例可见，本发明实施例中提供的技术方案是一种用多通道数字控制的方案。具体的，在该控制系统及控制方法中：
每个数字量对应一组二进制编码，利用多通道代替单通道传递数字量控制信号。
在控制中心设置编码模块，对每个执行器的动作进行多位二进制编码。
相邻两位编码按编码规则编码。
将多位编码转换为单位数字量，就近驱动执行器动作。
采用继电器等电子元件，搭建解码校验电路，根据不同的编码，驱动对应的执行器执行相应动作，并输出反馈信号。
在执行器和中央控制器设置校验模块，现场端校验模块向中央控制器反送回馈信号，中央控制器端校验模块校验信号传输的正确性。
本发明实施例中提供的技术方案通过采用多通道电缆直连的方式进行控制信号传输，设置编码、解码和校验环节，以较低成本有效提高了数字量控制的安全性。
本发明实施例中提供的技术方案特别适用于电磁环境恶劣而又要求高可靠性的应用场合，例如石油及天然气钻井设备领域。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种分布式控制系统，其特征在于，包括：中央控制器、编码模块、解码校验模块、执行器，其中：
中央控制器与编码模块相连，中央控制器用于向编码模块发送控制信号；
编码模块与解码校验模块通过多通道电缆相连，其中，编码模块用于将接收到的控制信号编码；多通道电缆用于传输编码后的控制信号；解码校验模块用于对接收到的控制信号进行解码；
解码校验模块与执行器相连，解码校验模块用于根据解码出的控制信号采用相应的控制信号驱动每一控制信号对应的执行器；
所述分布式控制系统还包括：
校验模块，与解码校验模块通过多通道电缆相连、与中央控制器相连，其中，解码校验模块进一步用于向校验模块发送反馈信号；校验模块用于对接收到的反馈信号进行校验以检查控制信号传输的正确性，并将校验结果反馈中央控制器。
2.如权利要求1所述的分布式控制系统，其特征在于，编码模块具体用于在将接收到的控制信号编码时，将控制信号转换为多位二进制编码。
3.如权利要求2所述的分布式控制系统，其特征在于，编码模块为数字量输出模块，通过数字量输出模块的各通道同时输出多位数字量，形成多位编码；
或，编码模块为多路切换开关，通过开关的状态控制多个电路的通断，形成多位编码；
或，编码模块为编码电路，通过电气元件的控制形成多位编码。
4.如权利要求2所述的分布式控制系统，其特征在于，编码模块与解码校验模块通过多通道电缆相连，其中，每一路电缆传输一位二进制编码。
5.如权利要求1所述的分布式控制系统，其特征在于，解码校验模块为可编程逻辑控制器或解码校验电路。
6.如权利要求1所述的分布式控制系统，其特征在于，校验模块为可编程逻辑控制器或校验电路。
7.一种如权利要求1至6任一项所述的分布式控制系统的控制方法，其特征在于，该方法包括：
中央控制器确定驱动每一执行器的控制信号；
中央控制器将各控制信号传输至编码模块；
编码模块将各控制信号编码后，通过多通道电缆将控制信号传输至解码校验模块；
解码校验模块根据解码出的控制信号采用相应的控制信号驱动每一控制信号对应的执行器。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，编码模块将各控制信号编码，包括：编码模块将控制信号转换为多位二进制编码。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，编码模块与解码校验模块在通过多通道电缆传输控制信号时，每一路电缆传输一位二进制编码。
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