CN105681148A - 一种网络对时的网络控制单元ncu - Google Patents

一种网络对时的网络控制单元ncu Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种网络对时的网络控制单元NCU。包括CPU，以太网接口模块，模拟量接口模块和开关量接口模块；CPU通过以太网接口模块连接到远程控制服务器和同步时钟服务器；CPU通过模拟量接口模块和开关量接口模块连接到现场控制设备；CPU与同步时钟服务器的时钟同步；CPU实时接收远程控制服务器的网络闭环控制指令，并进行实时延时补偿；CPU将经过实时延时补偿后的网络闭环控制指令转换成模拟量远程控制指令和开关逻辑远程控制命令，再通过模拟量接口模块和开关量接口模块输送给现场控制设备。本发明自动进行网络对时，并对网络闭环控制指令进行实时延时补偿，适用于将不能参与网络闭环控制的现场控制设备接入到闭环控制网络中。

Description

一种网络对时的网络控制单元NCU
技术领域
本发明涉及网络闭环控制领域，具体涉及一种网络对时的网络控制单元NCU。
背景技术
现代工业系统设备，存在很多现场设备无法与网络连接，因为他们设计之初就没有网络闭环控制的要求。但是，随着工业系统的快速发展，需要区域网络中的现场控制设备参与到网络闭环控制中来才能保证系统的稳定性，提高系统运行的经济性，进而对现场中无网络接口的工业设备也提出了与系统同步时钟同步，并参与网络闭环控制的要求。
此类现场设备一般无法增加网络通道，但是一般都有冗余的模拟量通道和开关量通道。相比增加网络通道，增加模拟量通道和开光量通道要更加简易，成本费用更低。另外，此类现场设备还无法接收系统同步时钟，不能参与网络闭环控制。
现在市场上出现的网络控制单元NCU，均是针对某一具体产品内部部件而设计，如汽车领域中的网络控制单元NCU，功能复杂，造价居高，不具通用性。目前为止，还没有通用型的具有网络对时的网络控制单元NCU。
发明内容
本发明的目的是要提供一种网络对时的网络控制单元NCU，以解决现场控制设备无法参与到网络闭环控制系统的技术问题。
本发明解决上述技术问题，所采用的技术方案是：
一种网络对时的网络控制单元NCU，包括CPU，以太网接口模块和模拟量接口模块，所述以太网接口模块和模拟量接口模块均与所述CPU连接；
所述CPU通过以太网接口模块与外界网络控制系统连接，所述CPU通过模拟量接口模块与所述网络控制单元NCU所控制的现场控制设备连接，形成网络闭环控制系统。
其中，还包括开光量接口模块，所述开光量接口模块与所述CPU连接，所述CPU通过所述开光量接口模块与现场控制设备连接。
其中，所述网络控制系统，包括远程控制服务器、远程交换机、同步时钟服务器、以太网以及现场交换机，所述远程控制服务器和同步时钟服务器通过远程交换机连接到以太网，所述网络控制单元NCU通过现场交换机与以太网连接。
其中，所述CPU通过以太网接口模块连接到以太网，通过所述以太网连接到远程控制服务器，实时接收网络控制命令，转换为模拟量远程控制指令和开关逻辑远程控制指令，然后通过模拟量接口模块和开光量接口模块发送给现场控制设备，其中，所述网络控制系统是按照TCP/IP或UDP协议实现远程控制服务器和现场控制设备之间的网络通信；
所述CPU通过以太网接口模块连接到以太网，通过以太网连接到同步时钟服务器，按照NTP/SNTP协议进行网络对时，自动校准本地时间。
其中，所述CPU实时接收网络控制命令，自动计算从量测端到现场控制端的所有延时，对网络控制命令进行实时延时补偿；
所述CPU将实时延时补偿后的网络控制命令通过模拟量接口模块和开光量接口模块传送给现场控制设备，实现特定的现场控制逻辑。
其中，所述以太网接口模块，包括至少一个以太网接口。
其中，所述模拟量接口模块，包括至少一个模拟量输出通道。
其中，所述模拟量接口模块，还包括模拟量输入通道，所述模拟量输入通道的数量可以根据实际情况配置。
其中，所述开关量接口模块，包括开关量输出通道，所述开关量输出通道的数量可以根据实际情况配置。
其中，所述开关量接口模块，还包括开关量输入通道，所述开关量输入通道的数量可以根据实际情况配置。
本发明的有益效果是：
1.本发明涉及的网络对时的网络控制单元NCU简单，易用，适用范围广；
2.让原本不具备网络功能的现场控制设备升级，且方式安全，成本低；
3.自动补偿从量测端到现场控制端的所有延时，实现实时延时补偿，能让现场控制设备的同步网络闭环控制指令更精确；
4.通过软件配置，实现模拟量输入输出接口，提高了模拟量输入输出的灵活性，降低了复杂性；
5.通过软件配置，实现开关量输入输出接口，提高了开关量输入输出的灵活性，降低了复杂性；
6.结合以太网通信技术和软件重配置技术，本发明的网络对时的网络控制单元NCU，可以根据现场控制设备的现场配置修改控制逻辑，并具有远程配置和监控的功能。
附图说明
图1是本发明提供的一种网络对时的网络控制单元NCU的结构示意图。
图2是本发明提供的一种简易逻辑的网络闭环控制系统的结构示意图。
图3是本发明提供的一种复杂逻辑的网络闭环控制系统的结构示意图。
其中：
1—远程控制服务器；2—远程交换机；3—以太网；4—现场交换机；5—网络控制单元NCU；6—以太网接口模块；7—CPU；8—模拟量接口模块；9—开关量接口模块；10—现场控制设备；11—模拟量输入通道；12—模拟量输出通道；13—开关量输入通道；14—开关量输出通道；15—同步时钟服务器。
具体实施方式
为了能更好地理解本发明的上述技术方案，下面结合附图和实施例对本发明进行进一步描述。
实施例一、简易逻辑的网络闭环控制方案：
图1是本发明提供的一种网络对时的网络控制单元NCU5的结构示意图。如图1所示，本发明所述的一种网络对时的网络控制单元NCU5，包括CPU7，以太网接口模块6和模拟量接口模块8，所述以太网接口模块6和模拟量接口模块8均与所述CPU7连接；
所述CPU7通过以太网接口模块6与外界网络控制系统连接，所述CPU7通过模拟量接口模块8与所述网络控制单元NCU5所控制的现场控制设备10连接，形成网络闭环控制系统。
可见，本发明能够解决现场控制设备10无法参与到网络闭环控制系统的技术问题。本发明涉及的网络对时的网络控制单元NCU5简单，易用，适用范围广，让原本不具备网络功能的现场控制设备10升级，且方式安全，成本低。
图2是本发明提供的一种简易逻辑的网络闭环控制系统的结构示意图。如图2所示为由网络控制单元NCU5、现场控制设备10以及网络控制系统构成的网络闭环控制系统。其中，所述网络控制系统，包括远程控制服务器1、远程交换机2、同步时钟服务器15、以太网3以及现场交换机4，所述远程控制服务器1和同步时钟服务器15通过远程交换机2连接到以太网3，所述网络控制单元NCU5通过现场交换机4与以太网3连接。其中，远程控制服务器1，远程交换机2，以太网3，现场交换机4，现场控制设备10和同步时钟服务器15是网络闭环控制系统中原本存在的设备，网络控制单元NCU5是增加的设备。
网络控制单元NCU5通过以太网口模块6接入到现场交换机4，通过现场交换机4连接到网络闭环控制系统的以太网3，通过以太网3连接到远程控制服务器1和同步时钟服务器15。
网络控制单元NCU5通过模拟量接口模块8的模拟量输出通道12和模拟量输入通道11连接到现场控制设备10。
图2是本发明提供的一种简易逻辑的网络闭环控制系统的结构示意图。网络闭环控制系统的远程控制服务器1通过TCP/IP或UDP协议发送的网络控制指令，途径远程交换机2，以太网3和现场交换机4，到达网络控制单元NCU5；网络控制单元NCU5实时接收网络控制指令，并解析出相应的模拟量远程控制指令。
网络控制单元NCU5自动与同步时钟服务器15时钟同步。
网络控制单元NCU5自动计算从量测端到现场控制端的所有延时，将接收到的网络控制命令进行实时延时补偿，所述CPU7将实时延时补偿后的网络控制命令再通过模拟量输出通道12输送到现场设备10。现场控制设备10将本地状态通过模拟量输入通道11馈送给网络控制单元NCU5；网络控制单元NCU5再将此现场控制状态通过以太网3上传给远程控制服务器1。
可见，所述CPU7通过以太网接口模块6连接到以太网3，通过所述以太网3连接到远程控制服务器1，实时接收网络控制命令，转换为模拟量远程控制指令，然后通过模拟量接口模块8发送给现场控制设备10，其中，所述网络控制系统是按照TCP/IP或UDP协议实现远程控制服务器1和现场控制设备10之间的网络通信；
所述CPU7通过以太网接口模块6连接到以太网3，通过以太网3连接到同步时钟服务器15-，按照NTP/SNTP协议进行网络对时，自动校准本地时间。
需要说明的是，所述以太网接口模块6，包括至少一个以太网接口。
所述模拟量接口模块8，包括至少一个模拟量输出通道12，还包括模拟量输入通道11，所述模拟量输入通道11的数量可以根据实际情况配置。
实施例二、复杂逻辑的网络闭环控制方案：
图1是本发明提供的一种网络对时的网络控制单元NCU5的结构示意图。如图1所示，本发明所述的一种网络对时的网络控制单元NCU5，包括CPU7，以太网接口模块6、模拟量接口模块8以及开光量接口模块9，所述以太网接口模块6、模拟量接口模块8以及开光量接口模块9均与所述CPU7连接；
所述CPU7通过以太网接口模块6与外界网络闭环控制系统连接，所述CPU7通过模拟量接口模块8与所述网络控制单元NCU5所控制的现场控制设备10连接，所述CPU7通过所述开光量接口模块9与现场控制设备10连接，形成网络闭环控制系统。
可见，本发明能够解决现场控制设备10无法参与到网络闭环控制系统的技术问题。本发明涉及的网络对时的网络控制单元NCU5简单，易用，适用范围广，让原本不具备网络功能的现场控制设备10升级，且方式安全，成本低。
图3是本发明提供的一种复杂逻辑的网络闭环控制系统的结构示意图。如图3所示为由网络控制单元NCU5、现场控制设备10以及网络控制系统构成的网络闭环控制系统。其中，所述网络控制系统，包括远程控制服务器1、远程交换机2、同步时钟服务器15、以太网3以及现场交换机4，所述远程控制服务器1和同步时钟服务器15通过远程交换机2连接到以太网3，所述网络控制单元NCU5通过现场交换机4与以太网3连接。其中，远程控制服务器1，远程交换机2，以太网3，现场交换机4，现场控制设备10和同步时钟服务器15是网络闭环控制系统中原本存在的设备，网络控制单元NCU5是新增的设备。
网络控制单元NCU5通过以太网口模块6接入到现场交换机4，进而接入到网络闭环控制系统的以太网3，通过以太网3连接到远程控制服务器1和同步时钟服务器15。
网络控制单元NCU5通过模拟量接口模块8的模拟量输出通道12和模拟量输入通道11连接到现场控制设备10。
网络控制单元NCU5通过开关量接口模块9的开关量输出通道14和开关量输入通道13连接到现场控制设备10。
图3是本发明提供的一种复杂逻辑的网络闭环控制系统的结构示意图。网络闭环控制系统的远程控制服务器1通过TCP/IP或UDP协议发送的网络控制指令，途径远程交换机2，以太网3和现场交换机4，到达网络控制单元NCU5；网络控制单元NCU5实时接收网络控制指令，并解析出相应的模拟量远程控制指令和开关逻辑远程控制指令。
网络控制单元NCU5自动与同步时钟服务器15时钟同步。
网络控制单元NCU5自动计算从量测端到现场控制端的所有延时，将接收到的网络控制命令进行实时延时补偿，所述CPU7将实时延时补偿后的网络控制命令通过模拟量接口模块8和开光量接口模块9传送给现场控制设备10，实现特定的现场控制逻辑。
现场控制设备10将现场状态通过模拟量输入通道11馈送给网络控制单元NCU5；网络控制单元NCU5再将此现场状态通过以太网3上传给远程控制服务器1。
网络控制单元NCU5将开关逻辑远程控制指令通过开关量输出通道14输送给现场控制设备10。现场控制设备10将现场逻辑状态通过开关量输入通道13馈送给网络控制单元NCU5；网络控制单元NCU5再将此逻辑状态通过以太网3上传给远程控制服务器1。
可见，所述CPU7通过以太网接口模块6连接到以太网3，通过所述以太网3连接到远程控制服务器1，实时接收网络控制命令，转换为模拟量远程控制指令和开关逻辑远程控制指令，然后通过模拟量接口模块8和开光量接口模块9发送给现场控制设备10，其中，所述网络控制系统是按照TCP/IP或UDP协议实现远程控制服务器1和现场控制设备10之间的网络通信；
所述CPU7通过以太网接口模块6连接到以太网3，通过以太网3连接到同步时钟服务器15-，按照NTP/SNTP协议进行网络对时，自动校准本地时间。
需要说明的是，所述以太网接口模块6，包括至少一个以太网接口。
所述模拟量接口模块8，包括至少一个模拟量输出通道12，还包括模拟量输入通道11，所述模拟量输入通道11的数量可以根据实际情况配置。
所述开关量接口模块9，包括开关量输出通道14，所述开关量输出通道14的数量可以根据实际情况配置，还包括开关量输入通道13，所述开关量输入通道13的数量可以根据实际情况配置。
综上所述，所述CPU7通过模拟量接口模块8的模拟量输出通道12和模拟量输入通道11连接到现场控制设备10，通过开关量接口模块9的开关量输出通道14和开关量输入通道13连接到现场控制设备10。所述CPU7实时接收远程控制服务器1发送的网络闭环控制指令。所述CPU7从系统同步时钟服务器15获取系统当前时间，并对本地系统时间进行校准。所述CPU7按照特定算法计算从量测端到现场控制端的所有时延，将所接收的网络控制指令进行实时延时补偿，从而得到闭环延时补偿后的网络控制指令。所述CPU7将闭环延时补偿后的网络控制指令通过模拟量接口模块8的模拟量输出通道12和开关量接口模块9的开关量输出通道输14送到现场控制设备10。所述CPU7通过模拟量接口模块8的模拟量输入通道11和开关量接口模块9的开关量输入通道13接收现场控制设备10的反馈状态，再将此状态通过以太网发3送到远程控制服务器1，完成远程监测现场控制设备功能。本发明适用于接收网络闭环控制指令，并转换为模拟量远程控制指令和开关逻辑远程控制指令，输送给现场控制设备。
可见，本发明能够解决现场控制设备10无法参与到网络闭环控制系统的技术问题。本发明涉及的网络对时的网络控制单元NCU5不仅简单，易用，适用范围广，让原本不具备网络功能的现场控制设备10升级，方式安全，成本低；而且自动补偿从量测端到现场控制端的所有延时，实现实时延时补偿，能让现场控制设备10的同步网络闭环控制指令更精确；通过软件配置，实现模拟量输入输出接口，提高了模拟量输入输出的灵活性，降低了复杂性；通过软件配置，实现开关量输入输出接口，提高了开关量输入输出的灵活性，降低了复杂性；结合以太网通信技术和软件重配置技术，本发明的网络对时的网络控制单元NCU5，可以根据现场控制设备10的现场配置修改控制逻辑，并具有远程配置和监控的功能。
以上所述实施例及应用场景仅为本发明的较佳实施例及应用场景而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进及其在其他领域及场景的应用，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种网络对时的网络控制单元NCU（5），其特征在于，包括CPU（7），以太网接口模块（6）和模拟量接口模块（8），所述以太网接口模块（6）和模拟量接口模块（8）均与所述CPU（7）连接；
所述CPU（7）通过以太网接口模块（6）与外界网络控制系统连接，所述CPU（7）通过模拟量接口模块（8）与所述网络控制单元NCU（5）所控制的现场控制设备（10）连接，形成网络闭环控制系统。
2.根据权利要求1所述的一种网络对时的网络控制单元NCU（5），其特征在于，还包括开光量接口模块（9），所述开光量接口模块（9）与所述CPU（7）连接，所述CPU（7）通过所述开光量接口模块（9）与现场控制设备（10）连接。
3.根据权利要求2所述的一种网络对时的网络控制单元NCU（5），其特征在于，所述网络控制系统，包括远程控制服务器（1）、远程交换机（2）、同步时钟服务器（15）、以太网（3）以及现场交换机（4），所述远程控制服务器（1）和同步时钟服务器（15）通过远程交换机（2）连接到以太网（3），所述网络控制单元NCU（5）通过现场交换机（4）与以太网（3）连接。
4.根据权利要求3所述的一种网络对时的网络控制单元NCU（5），其特征在于，所述CPU（7）通过以太网接口模块（6）连接到以太网（3），通过所述以太网（3）连接到远程控制服务器（1），实时接收网络控制命令，转换为模拟量远程控制指令和开关逻辑远程控制指令，然后通过模拟量接口模块（8）和开光量接口模块（9）发送给现场控制设备（10），其中，所述网络控制系统是按照TCP/IP或UDP协议实现远程控制服务器（1）和现场控制设备（10）之间的网络通信；
所述CPU（7）通过以太网接口模块（6）连接到以太网（3），通过以太网（3）连接到同步时钟服务器（15）-，按照NTP/SNTP协议进行网络对时，自动校准本地时间。
5.根据权利要求4所述的一种网络对时的网络控制单元NCU（5），其特征在于，所述CPU（7）实时接收网络控制命令，自动计算从量测端到现场控制端的所有延时，对网络控制命令进行实时延时补偿；
所述CPU（7）将实时延时补偿后的网络控制命令通过模拟量接口模块（8）和开光量接口模块（9）传送给现场控制设备（10），实现特定的现场控制逻辑。
6.根据权利要求1所述的一种网络对时的网络控制单元NCU（5），其特征在于，所述以太网接口模块（6），包括至少一个以太网接口。
7.根据权利要求1所述的一种网络对时的网络控制单元NCU（5），其特征在于，所述模拟量接口模块（8），包括至少一个模拟量输出通道（12）。
8.根据权利要求7所述的一种网络对时的网络控制单元NCU（5），其特征在于，所述模拟量接口模块（8），还包括模拟量输入通道（11），所述模拟量输入通道（11）的数量可以根据实际情况配置。
9.根据权利要求2所述的一种网络对时的网络控制单元NCU（5），其特征在于，所述开关量接口模块（9），包括开关量输出通道（14），所述开关量输出通道（14）的数量可以根据实际情况配置。
10.根据权利要求9所述的一种网络对时的网络控制单元NCU（5），其特征在于，所述开关量接口模块（9），还包括开关量输入通道（13），所述开关量输入通道（13）的数量可以根据实际情况配置。
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