CN108173730A - 一种安全级dcs故障安全通信架构 - Google Patents

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王冬
胡义武
马刚
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Abstract

本发明属于核电DCS通信技术领域，具体涉及一种安全级DCS故障安全通信架构。安全级DCS控制站包括控制器模块、维护接口模块、点对点通信模块、多节点通信模块以及I/O模块；安全级DCS通信由5类内部通信和3类外部通信构成，内部通信包括维护总线、I/O总线、安全控制总线、安全环网总线以及冗余同步总线，外部通信包括维护网络、点对点网络以及多节点网络。安全级DCS内部通信采用多组物理层完全独立的总线进行通信，各自实现不同的功能，数据通信互不影响，其中任何一组总线故障不影响其他总线的通信，避免了故障的蔓延；各组总线采用独立的通信机制及协议，保证了通信的独立性、功能单一性及确定性。

Description

一种安全级DCS故障安全通信架构
技术领域
本发明属于核电DCS通信技术领域，具体涉及一种安全级DCS故障安全通信架构。
背景技术
数据通信是安全级DCS的重要组成部分，安全通信对DCS的安全性起着至关重要的作用。安全级DCS通常包括控制器模块、通信模块、I/O模块等，各模块之间通过总线进行通信，完成数据交互。现有的DCS通信架构中，控制器与多个通信模块之间一般通过同一总线进行通信，各组通信功能不独立，影响系统的响应时间及可靠性；此外，现有的DCS架构中，控制器模块与多个I/O模块之间的通信通常通过一个专用的通信接口模块实现，此种架构的缺点在于：增加了系统复杂度，故障点增多，系统可靠性降低；进行协议转换，提高了通信协议的复杂度，影响通信的可靠性；增加专用通信接口模块，成本提高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种安全级DCS故障安全通信架构，以克服现有技术存在的上述不足。
为达到上述目的，本发明所采取的技术方案为：
一种安全级DCS故障安全通信架构，安全级DCS控制站包括控制器模块、维护接口模块、点对点通信模块、多节点通信模块以及I/O模块；安全级DCS通信由5类内部通信和3类外部通信构成，内部通信包括维护总线、I/O总线、安全控制总线、安全环网总线以及冗余同步总线，外部通信包括维护网络、点对点网络以及多节点网络；
维护总线用于维护接口模块与控制器模块、点对点通信模块、多节点通信模块以及I/O模块之间的通信，实现工程师站对控制站内各模块的监视、维护及下装；I/O总线用于控制器模块与I/O模块之间的通信，实现现场数据的输入或输出；安全控制总线用于控制器模块与点对点通信模块之间的通信，实现安全级DCS的点对点通信；安全环网总线用于控制器模块与多节点通信模块之间的通信，实现安全级DCS的多节点通信；冗余同步总线用于实现安全级DCS控制站内部主备冗余控制器模块之间的数据冗余及同步；维护网络用于工程师站与维护接口模块之间的通信，实现工程师站与安全级DCS控制站的维护通信；点对点网络用于不同DCS控制站中点对点通信模块之间的通信，实现安全级DCS控制站之间的点对点通信；多节点网络用于控制站、安全显示站、网关站中多节点通信模块之间的通信，实现安全级DCS控制站与其他控制站、安全显示站或网关站间的大容量数据通信。
所述的维护总线为双路冗余，物理层采用RS-485，半双工，通信采用主从轮询机制，维护接口模块为主节点，其他模块为从节点。
所述的I/O总线为双路冗余，物理层采用RS-485，半双工，通信采用令牌机制，控制器模块与I/O模块轮流做主节点，一个控制周期内，每个ID轮流发送数据。
所述的安全控制总线为双路冗余，物理层采用M-LVDS，半双工，通信采用令牌机制，控制器模块与点对点通信模块轮流做主节点，一个控制周期内，每个ID轮流发送数据。
所述的安全环网总线为双路冗余，物理层采用M-LVDS，半双工，通信采用令牌机制，控制器模块与多节点通信模块轮流做主节点，一个控制周期内，每个ID轮流发送数据。
所述的冗余同步总线为双路冗余，物理层采用M-LVDS，全双工，异步传输。
所述的维护网络物理层采用以太网，传输介质采用光纤。
所述的点对点网络为单向安全级通信网络，发送与接收采用独立的链路，节点之间采用异步传输，不建立链接，无握手信号，传输介质采用光纤。
所述的多节点网络物理层采用以太网，传输介质为光纤，采用冗余双环结构。
本发明所取得的有益效果为：
安全级DCS内部通信采用多组物理层完全独立的总线进行通信，各自实现不同的功能，数据通信互不影响，其中任何一组总线故障不影响其他总线的通信，避免了故障的蔓延；各组总线采用独立的通信机制及协议，保证了通信的独立性、功能单一性及确定性。控制器模块与I/O模块之间直接通过总线通信，采用令牌环通信机制，提高系统的可靠性。
附图说明
图1为安全级DCS故障安全通信架构示意图；
图2为维护总线示意图；
图3为I/O总线示意图；
图4为安全控制总线示意图；
图5为安全环网总线示意图；
图6为冗余同步总线示意图；
图7为维护网络示意图；
图8为点对点网络示意图；
图9为多节点网络示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实例对本发明进行详细说明。
如图1所示，安全级DCS控制站包括控制器模块、维护接口模块、点对点通信模块、多节点通信模块以及I/O模块；安全级DCS通信由5类内部通信和3类外部通信构成，内部通信包括：维护总线(RS485)、I/O总线(RS485)、安全控制总线(M-LVDS)、安全环网总线(M-LVDS)以及冗余同步总线(M-LVDS)；外部通信包括：维护网络(以太网)、点对点网络(M-LVDS)以及多节点网络(以太网)。
如图2所示，维护总线用于维护接口模块与控制器模块、点对点通信模块、多节点通信模块以及I/O模块之间的通信，实现工程师站对控制站内各模块的监视、维护及下装。维护总线为双路冗余，物理层采用RS-485，半双工，通信采用主从轮询机制，维护接口模块为主节点，其他模块为从节点。
如图3所示，I/O总线用于控制器模块与I/O模块之间的通信，实现现场数据的输入或输出。I/O总线为双路冗余，物理层采用RS-485，半双工，通信采用令牌机制，控制器模块与I/O模块轮流做主节点，一个控制周期内，每个ID轮流发送数据。
如图4所示，安全控制总线用于控制器模块与点对点通信模块之间的通信，实现安全级DCS的点对点通信。安全控制总线为双路冗余，物理层采用M-LVDS，半双工，通信采用令牌机制，控制器模块与点对点通信模块轮流做主节点,一个控制周期内，每个ID轮流发送数据。
如图5所示，安全环网总线用于控制器模块与多节点通信模块之间的通信，实现安全级DCS的多节点通信。安全环网总线为双路冗余，物理层采用M-LVDS，半双工，通信采用令牌机制，控制器模块与多节点通信模块轮流做主节点，一个控制周期内，每个ID轮流发送数据。
如图6所示，冗余同步总线用于实现安全级DCS控制站内部主备冗余控制器模块之间的数据冗余及同步。冗余同步总线为双路冗余，物理层采用M-LVDS，全双工，异步传输。
如图7所示，维护网络用于工程师站与维护接口模块之间的通信，实现工程师站与安全级DCS控制站的维护通信。维护网络物理层采用以太网，传输介质采用光纤。
如图8所示，点对点网络用于不同DCS控制站中点对点通信模块之间的通信，实现安全级DCS控制站之间的点对点通信。点对点网络为单向安全级通信网络，发送与接收采用独立的链路，节点之间采用异步传输、不建立链接、无握手信号，传输介质采用光纤。
如图9所示，多节点网络用于控制站、安全显示站、网关站中多节点通信模块之间的通信，实现安全级DCS控制站与其他控制站、安全显示站或网关站间的大容量数据通信。多节点网络物理层采用以太网，传输介质为光纤，采用冗余双环结构，提高了通信的可靠性。

Claims (9)

1.一种安全级DCS故障安全通信架构，其特征在于：安全级DCS控制站包括控制器模块、维护接口模块、点对点通信模块、多节点通信模块以及I/O模块；安全级DCS通信由5类内部通信和3类外部通信构成，内部通信包括维护总线、I/O总线、安全控制总线、安全环网总线以及冗余同步总线，外部通信包括维护网络、点对点网络以及多节点网络；
维护总线用于维护接口模块与控制器模块、点对点通信模块、多节点通信模块以及I/O模块之间的通信，实现工程师站对控制站内各模块的监视、维护及下装；I/O总线用于控制器模块与I/O模块之间的通信，实现现场数据的输入或输出；安全控制总线用于控制器模块与点对点通信模块之间的通信，实现安全级DCS的点对点通信；安全环网总线用于控制器模块与多节点通信模块之间的通信，实现安全级DCS的多节点通信；冗余同步总线用于实现安全级DCS控制站内部主备冗余控制器模块之间的数据冗余及同步；维护网络用于工程师站与维护接口模块之间的通信，实现工程师站与安全级DCS控制站的维护通信；点对点网络用于不同DCS控制站中点对点通信模块之间的通信，实现安全级DCS控制站之间的点对点通信；多节点网络用于控制站、安全显示站、网关站中多节点通信模块之间的通信，实现安全级DCS控制站与其他控制站、安全显示站或网关站间的大容量数据通信。
2.根据权利要求1所述的安全级DCS故障安全通信架构，其特征在于：所述的维护总线为双路冗余，物理层采用RS-485，半双工，通信采用主从轮询机制，维护接口模块为主节点，其他模块为从节点。
3.根据权利要求1所述的安全级DCS故障安全通信架构，其特征在于：所述的I/O总线为双路冗余，物理层采用RS-485，半双工，通信采用令牌机制，控制器模块与I/O模块轮流做主节点，一个控制周期内，每个ID轮流发送数据。
4.根据权利要求1所述的安全级DCS故障安全通信架构，其特征在于：所述的安全控制总线为双路冗余，物理层采用M-LVDS，半双工，通信采用令牌机制，控制器模块与点对点通信模块轮流做主节点，一个控制周期内，每个ID轮流发送数据。
5.根据权利要求1所述的安全级DCS故障安全通信架构，其特征在于：所述的安全环网总线为双路冗余，物理层采用M-LVDS，半双工，通信采用令牌机制，控制器模块与多节点通信模块轮流做主节点，一个控制周期内，每个ID轮流发送数据。
6.根据权利要求1所述的安全级DCS故障安全通信架构，其特征在于：所述的冗余同步总线为双路冗余，物理层采用M-LVDS，全双工，异步传输。
7.根据权利要求1所述的安全级DCS故障安全通信架构，其特征在于：所述的维护网络物理层采用以太网，传输介质采用光纤。
8.根据权利要求1所述的安全级DCS故障安全通信架构，其特征在于：所述的点对点网络为单向安全级通信网络，发送与接收采用独立的链路，节点之间采用异步传输，不建立链接，无握手信号，传输介质采用光纤。
9.根据权利要求1所述的安全级DCS故障安全通信架构，其特征在于：所述的多节点网络物理层采用以太网，传输介质为光纤，采用冗余双环结构。
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