CN104503354A - 数字化控制系统 - Google Patents

Abstract

一种数字化控制系统，涉及通信技术领域，所解决的是提高通讯能力及通讯可靠性的技术问题。该系统包括背板，及与背板互联的多个通用逻辑卡、多个信号后传输模块，各通用逻辑卡分成多个逻辑卡序列，其中的一个逻辑卡序列为S序列，其它逻辑卡序列为均为T序列；在T序列中，每块通用逻辑卡均与同一序列中的各通用逻辑卡以点对点通讯方式互联，并与其它T序列中对应位置的通用逻辑卡以点对点通讯方式互联；在S序列中的各通用逻辑卡以点对点通讯方式互联，且每块通用逻辑卡与各T序列中相应位置的通用逻辑卡以点对点通讯方式互联。本发明提供的系统，通讯能力及通讯可靠性好。

Description

数字化控制系统

技术领域

本发明涉及通信技术，特别是涉及一种数字化控制系统的技术。

背景技术

可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller, PLC）因其可靠性和可扩展性，目前已广泛应用于工业控制领域。一般来说，PLC由输入输出模块（I/O）和中央处理单元（CPU）构成，现场信号经过输入模块调理后，送到中央处理单元进行逻辑或算术运算，并根据相应的控制功能和算法，将输出结果经输出模块调理后，送到现场控制设备。随着通讯技术的迅速发展，PLC的网络通讯能力大大加强，不仅提供RS422/485串口通信，还提供了各种以太网接口，从而实现了分散控制功能和数据共享，以满足现代工业控制的发展需要。值得注意的是，PLC技术（源于上世纪70年代）自其创立以来，基本架构并未改变，从而带来了三个潜在的技术瓶颈。

瓶颈1：PLC技术不能实现单元控制功能，其输入输出单元是单独的模块，需要经过背板和中央处理单元进行数据交换。换言之，要实现最基本的控制功能，现有PLC技术至少需要三个模块，即输入模块、处理单元和输出模块，同时由于输入输出模块通常为多I/O点（16/32点）配置，对于基本的控制实现（可能仅需要几个I/O点），PLC的架构显得较复杂。此外，对于一些高可靠性的控制，比如核电站反应堆保护，控制功能的分散显得尤为重要，因为基于核心处理的控制方式，只要中央处理单元失效，就会造成相关的系列控制功能丧失。

瓶颈2：基于软件编程的控制所带来的不确定性。首先，因为软件设计的复杂性，设计中可能存在缺陷，由于软件测试并不能完全覆盖所有功能，潜在的危害不能及时发现，从而导致相同软件的共模故障。此外，现行代码多采用复杂指令集，其自身的复杂度就带来了潜在的运行故障风险。

瓶颈3：传统PLC及DCS系统的处理单元与输入模块，输出模块往往通过内部总线进行信息交互。对于该通讯总线结构，存在3个不足：①实时性差：在某时刻，只能有一个输入输出模块与处理模块进行信息交互；②可靠性差：由于处理单元只通过该一条通讯总线与输入模块，输出模块进行信息交互，当该通讯总线发生异常时，可能导致丧失整个输入与输出模块，PLC及DLC系统将完全崩溃；③可扩展性差：采用总线的通讯方式，其总线可承受的通讯站点数目受总线驱动能力的限制。

综上所述，现有的数字化控制系统存在着通讯能力差，且通讯可靠性差的缺陷。

发明内容

针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种通讯能力及通讯可靠性好的数字化控制系统。

为了解决上述技术问题，本发明所提供的一种数字化控制系统，包括多个通用逻辑卡、多个信号后传输模块，及用于通讯格式转换的背板，每个通用逻辑卡均通过数据线与背板互联，每个信号后传输模块均通过数据线与背板互联，其特征在于：

各通用逻辑卡分成多个逻辑卡序列，其中的一个逻辑卡序列为S序列，其它逻辑卡序列为均为T序列，其中的S序列中有m个通用逻辑卡，每个T序列中均有n个通用逻辑卡，且1≤m＜n；

在T序列中，每块通用逻辑卡均与同一序列中的各通用逻辑卡以点对点通讯方式互联，T[n-x]与其它T序列中的T[n-x]以点对点通讯方式互联，T[n-x]是指T序列中的第n-x个通用逻辑卡，x为大于等于1且小于n的整数；

在S序列中，每块通用逻辑卡均与同一序列中的各通用逻辑卡以点对点通讯方式互联，S[m-x]与各个T序列中的T[m-x]以点对点通讯方式互联，S[m-x]是指S序列中的第m-x个通用逻辑卡，T[m-x]是指T序列中的第m-x个通用逻辑卡，x为大于等于1且小于n的整数。

本发明提供的数字化控制系统，每个通用逻辑卡都是一个独立的控制单元，有信息处理和控制功能，通过网状的点对点通讯网络，通用逻辑模卡之间可以实现数据共享和级联控制，克服了现有系统由于通讯能力有限而导致的系统复杂化的问题，具有通讯能力及通讯可靠性好的特点。

附图说明

图1是本发明实施例的数字化控制系统的结构示意图；

图2是本发明实施例的数字化控制平台中的通用逻辑卡的通讯示意图。

具体实施方式

以下结合附图说明对本发明的实施例作进一步详细描述，但本实施例并不用于限制本发明，凡是采用本发明的相似结构及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。

如图1-图2所示，本发明实施例所提供的一种数字化控制系统，包括多个通用逻辑卡、多个信号后传输模块，及用于通讯格式转换的背板，每个通用逻辑卡均通过数据线与背板互联，每个信号后传输模块均通过数据线与背板互联，其特征在于：

各通用逻辑卡分成多个逻辑卡序列，其中的一个逻辑卡序列为S序列，其它逻辑卡序列为均为T序列，其中的S序列中有m个通用逻辑卡，每个T序列中均有n个通用逻辑卡A1-An，且1≤m＜n；

在T序列中，每块通用逻辑卡均与同一序列中的各通用逻辑卡以点对点通讯方式互联，T[n-x]与其它T序列中的T[n-x]以点对点通讯方式互联，T[n-x]是指T序列中的第n-x个通用逻辑卡，x为大于等于1且小于n的整数；

在S序列中，每块通用逻辑卡均与同一序列中的各通用逻辑卡以点对点通讯方式互联，S[m-x]与各个T序列中的T[m-x]以点对点通讯方式互联，S[m-x]是指S序列中的第m-x个通用逻辑卡，T[m-x]是指T序列中的第m-x个通用逻辑卡，x为大于等于1且小于n的整数。

图2中的S序列中有m个通用逻辑卡S1-Sm，其中一个T序列中有n个通用逻辑卡A1-An，其中一个T序列中有n个通用逻辑卡B1-Bn，其中一个T序列中有n个通用逻辑卡C1-Cn；S1分别与A1、B1、……、C1点对点通讯，S2分别与A2、B2、……、C2点对点通讯，Sm分别与Am、Bm、……、Cm点对点通讯，这样每个T序列可以汇总各序列内的信息并且与S序列进行信息交互，并通过S序列与其它T序列进行信息交互，同时T序列中的每个通用逻辑卡可以与其它T序列中的一个通用逻辑卡点对点通讯（比如A1与B1，A1与C1），且两个通用逻辑模块之间的通讯链路为冗余方式。

本发明实施例中，所述的点对点通讯链路以广播的形式发送信息包，不需要握手和确认。信息包具有固定的长度，内容大小也是确定的，每个通用逻辑卡所发信息包的目的地址都是预先定义好的，每个通用逻辑卡所接收的信息包的源地址都是预先定义好的，这样的协议使得通讯具有高度的确定性，所述通用逻辑卡发送的信息包格式为：

起始码+帧长度+目的地址+帧内容+结束码+源地址；

在祯长度、目的地址、源地址中，每个字节均采用高四位为特定ECC校验码，低四位为有效数据的编码方式，帧内容包括两个CRC校验字节。

本发明实施例中，所述通用逻辑卡上置有供电模块、通讯模块、I/O模块和逻辑模块，I/O模块采用子卡设计，通过通用逻辑卡上的预留插槽和主电路相连，以实现不同的I/O配置以满足相应的控制要求，如在通用逻辑模块上同时实现模拟量和开关量输入与模拟量输出功能，逻辑模块为FPGA，实现对各I/O模块的信息交互、逻辑运算、逻辑控制及在线诊断，为实现不同的控制逻辑并考虑维护要求，逻辑模块也按照子卡设计，通过通用逻辑卡上的预留插槽和主电路相连，通用逻辑卡上具有LED显示电路，通用逻辑卡用于实现单板卡控制功能，通过标准化的接口，进行任意I/O模块的配置，实现模块化控制功能，各I/O模块通过通用逻辑卡上的通讯电路将输入信息送到逻辑模块处理，并接受相应的输出信息；背板实现不同通用逻辑模块间的通讯功能，同时也将输入输出信号传送到信号后传输模块，信号后传输模块实现和现场信号与通讯信号的接口功能，LED显示电路将通用逻辑卡的状态通过指示灯显示出来，以便于状态监测和维护。

Claims (1)

1.一种数字化控制系统，包括多个通用逻辑卡、多个信号后传输模块，及用于通讯格式转换的背板，每个通用逻辑卡均通过数据线与背板互联，每个信号后传输模块均通过数据线与背板互联，其特征在于：

各通用逻辑卡分成多个逻辑卡序列，其中的一个逻辑卡序列为S序列，其它逻辑卡序列为均为T序列，其中的S序列中有m个通用逻辑卡，每个T序列中均有n个通用逻辑卡，且1≤m＜n；

在T序列中，每块通用逻辑卡均与同一序列中的各通用逻辑卡以点对点通讯方式互联，T[n-x]与其它T序列中的T[n-x]以点对点通讯方式互联，T[n-x]是指T序列中的第n-x个通用逻辑卡，x为大于等于1且小于n的整数；

在S序列中，每块通用逻辑卡均与同一序列中的各通用逻辑卡以点对点通讯方式互联，S[m-x]与各个T序列中的T[m-x]以点对点通讯方式互联，S[m-x]是指S序列中的第m-x个通用逻辑卡，T[m-x]是指T序列中的第m-x个通用逻辑卡，x为大于等于1且小于n的整数。