CN108508740A - 一种具备冗余功能的综合自动化控制系统 - Google Patents

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程鹏
李宏伟
柴顺
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    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B9/00—Safety arrangements
    • G05B9/02—Safety arrangements electric
    • G05B9/03—Safety arrangements electric with multiple-channel loop, i.e. redundant control systems

Abstract

本发明提供一种具备冗余功能的综合自动化控制系统，包括服务器、工业以太网络、控制单元以及现场总线，所述工业以太网络包括Client/Server以太网络以及控制以太网络，上位机通过Client/Server以太网络与服务器相连，所述服务器通过控制以太网络与控制单元相连，所述控制单元通过现场总线与生产设备相连。本发明所述的系统采用两套控制系统，可在主控制系统的任一部件出现故障时，自动切换至备用系统的对应部件，从而保证生产过程不被中断，大大降低了系统的故障率。提高了系统的可靠程度。

Description

一种具备冗余功能的综合自动化控制系统
技术领域
本发明涉及自动化控制系统技术领域，特别涉及一种具备冗余功能的综合自动化控制系统。
背景技术
传统的自动化控制系统没有冗余功能，或者有的只有控制器做了冗余功能，当自动化控制系统发生故障时，整个自动化控制系统将失灵，这将造成生产线或者环保设备等设备停止运行，给生产线造成经济损失或环保数据超标。
发明内容
鉴以此，本发明提出一种具备冗余功能的综合自动化控制系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
本发明的技术方案是这样实现的，一种具备冗余功能的综合自动化控制系统，包括服务器、工业以太网络、控制单元以及现场总线，所述工业以太网络包括Client/Server以太网络以及控制以太网络，上位机通过Client/Server以太网络与服务器相连，所述服务器通过控制以太网络与控制单元相连，所述控制单元通过现场总线与生产设备相连。
优选的，所述服务器、Client/Server以太网络以及控制以太网络、控制单元、现场总线均为冗余架构，所述服务器包括主服务器以及冗余服务器，所述Client/Server以太网络包括主Client/Server以太网络以及冗余Client/Server以太网络，所述控制以太网络包括主控制以太网络以及冗余控制以太网络，所述控制单元包括主控制单元以及冗余控制单元，所述现场总线包括主现场总线以及冗余现场总线。
优选的，所述主服务器、主Client/Server以太网络及主控制以太网络、主控制单元、主现场总线构成一个完整的主控制系统，所述冗余服务器、冗余Client/Server以太网络及冗余控制以太网络、冗余控制单元、冗余现场总线构成一个冗余控制系统。
优选的，所述主服务器初始工作状态为Service，所述冗余服务器初始工作状态为Standby模式，所述主控制器初始工作状态为Primary模式，所述冗余控制器初始工作状态为Redundant模式，所述主通讯卡片初始工作状态为Primary模式，所述冗余通信卡片初始工作状态为Redundant模式。
优选的，当所述主控制系统的任意部件不可用时，能将控制信号自动切换至冗余控制系统的对应部件。
优选的，所述控制单元包括控制器与通信卡片，所述控制器与通信卡片也为冗余架构，所述控制器包括主控制器以及冗余控制器，所述通信卡片包括主通信卡片以及冗余通信卡片。
优选的，所述控制以太网与控制器相连，所述控制器通过通信卡片向现场总线发送信号。
与现有技术相比，本发明的有益效果是，本发明所提供的一种具备冗余功能的综合自动化控制系统，能以现有的系统为依托，实现设备的冗余架构，在出现系统部件出现故障时，能立刻将控制信号切换到备用系统部件上，从而保证生产的正常运行，其配置方便、安装使用简单，系统响应速度快，可大幅度降低系统的故障率，可以大幅提生产线的运行效率和降低因故障率带来的成本损失。
附图说明
图1为本发明实施例的系统流程示意图；
图2为本发明实施例的整体结构示意图。
图中，1为主Client/Server以太网络，2为冗余Client/Server以太网络，3为主服务器，4为冗余服务器，5为主控制以太网络，6为冗余控制以太网络，7为主控制器，8为冗余控制器，9为主通信卡片，10为冗余通信卡片，11为主现场总线，12为冗余现场总线。
具体实施方式
为了更好理解本发明技术内容，下面提供具体实施例，并结合附图对本发明做进一步的说明。
实施例1
参见图1与图2，一种具备冗余功能的综合自动化控制系统，包括服务器、工业以太网络、控制单元以及现场总线，所述控制单元包括控制器以及通信卡片，所述工业以太网是基于IEEE 802.3的强大的区域和单元网络，包括Client/Server以太网络以及控制以太网络，所述Client/Server以太网络用于服务器和上位机之间的数据通讯，所述控制以太网络用于服务器和控制单元之间的数据通讯，上位机通过Client/Server以太网络向服务器传输数据相连，所述服务器通过控制以太网络与向控制单元传递控制命令，所述控制单元通过现场总线与生产设备相连，所述服务器主要用于数据记录与储存、事件记录与储存、报警记录与储存；
所述控制器主要负责整个生产过程控制中的马达、阀门等设备的启、停、顺序控制等的程序处理、指令发出操作。
所述通信卡片负责控制器与IO卡、现场智能设备的通讯；
所述现场总线网络主要负责提供各种智能设备与控制器进行通讯。
具体的，所述服务器、Client/Server以太网络以及控制以太网络、控制单元、现场总线均为冗余架构，所述服务器包括主服务器3以及冗余服务器4，所述Client/Server以太网络包括主Client/Server以太网络1以及冗余Client/Server以太网络2，所述控制单元包括主控制单元以及冗余控制单元，所述主控制单元主控制器7以及主通信卡片9，所述冗余控制单元包括冗余控制器8与冗余通信卡片10，所述现场总线包括主现场总线11以及冗余现场总线12。所述主服务器3、主Client/Server以太网络1及主控制以太网络5、主控制器7和主通信卡片9、主现场总线11构成一个完整的主控制系统，所述冗余服务器4、冗余Client/Server以太网络2及冗余控制以太网络6、冗余控制器8与冗余通信卡片10、冗余现场总线12构成一个冗余控制系统，当所述主控制系统的任意部件不可用时，能将控制信号自动切换至冗余控制系统的对应部件，使系统的控制流程不会中断，从而使生产线的生产流程不会中断，大大提高了生产线的生产效率。
具体的，所述控制以太网与控制器相连，所述控制以太网络可向控制器发送能控制生产设备阀门的控制信号，所述控制器通过通信卡片向现场总线发送控制信号，从而对现场的生产设备进行控制。
工作原理为：系统正常工作时，两套控制系统并行工作，主服务器3初始工作状态为Service，冗余服务器4初始工作状态为Standby模式，主服务器3与冗余服务器4、主控制单元与冗余控制单元运行相同的控制程序，主服务器3通过主控制以太网络5连接主控制器7，所述冗余服务器4通过冗余以太网络连接冗余控制器8，在正常状况下，冗余服务器4的输出是被禁止的，主控制系统工作，冗余服务器4数据与主服务器3同步刷新，两台服务器同步实现数据记录与储存、事件记录与储存、报警记录与储存的功能，任何一台服务器参数、数据进行更改时，另外一台也进行相应的修改，运行中若有一台服务器故障，不会影响另外一台服务器继续工作。
当主控制系统的主服务器3发生故障时，其工作状态由Service变为Error模式，主服务器3输出被禁止，,这时冗余服务器4检测到主服务器3故障，冗余服务器4工作状态会立即由Standby改变Service模式，开启冗余服务器4的输出，由冗余服务器4继续对主控制器7发送控制信息，使整体控制流程不会中断，保证生产线的正常运行，从而很好的避免自动化控制系统故障停机。当主服务器维修好重新运行后，其工作状态自动变为Standby模式。
实施例2
本实施例2与实施例1的区别在于，当主控制系统的主Client/Server以太网络1发生故障时，立即切换到冗余Client/Server以太网络2，上位机通过冗余Client/Server以太网络2向主服务器3传递信息，保证控制信息的正常传递，确保服务器不会因故障而中断对设备的控制。
实施例3
本实施例3与实施例1的区别在于，当主控制系统的主控制以太网络5发生故障时，立即切换到冗余控制以太网络6，通过冗余控制以太网络6向主控制器7发送控制命令，继续承担数据传输的功能，从而保证以太网络运行的可靠性与稳定性。
实施例4
本实施例4与实施例1的区别在于，主控制器7初始工作状态为Primary模式，冗余控制器8初始工作状态为Redundant模式。当主控制器7发生故障时,冗余控制器8检测到主控制器7故障，此时冗余控制器8的工作状态会由Redundant模式自动转换为Primary模式，冗余控制器8通过主通信卡片9向现场总线发送控制消息，承担阀门控制的工作，确保控制器回路正常运行。当主控制器7维修好重新运行起来后，主控制器7工作状态自动变为Redundant模式。
实施例5
本实施例5与实施例1的区别在于，所述主通讯卡片，其初始工作状态为Primary模式，所述冗余通信卡片10，其初始工作状态为Redundant模式。当主通讯卡片出现故障时，冗余通信卡片10会立即自动切换为Primary模式，主控制器7通过冗余通信卡片10向现场总线发送控制消息，并承担此通讯工作，保证通信的正常进行。当主通信卡片9维修好并运行后，其工作状态自动变为Standby模式。
实施例6
本实施例6与实施例1的区别在于，所述主通信卡片9与冗余通信卡片10上均设有主接口与副接口，所述主接口与主现场总线11相连，副接口与冗余现场总线12相连，当主接口发生故障时，主控制器7通过副接口与冗余现场总线12相连，通过冗余现场总线12操控现场设备，从而对现场设备进行控制。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种具备冗余功能的综合自动化控制系统，其特征在于，包括服务器、工业以太网络、控制单元以及现场总线，所述工业以太网络包括Client/Server以太网络以及控制以太网络，上位机通过Client/Server以太网络与服务器相连，所述服务器通过控制以太网络与控制单元相连，所述控制单元通过现场总线与生产设备相连。
2.根据权利要求1所述的一种具备冗余功能的综合自动化控制系统，其特征在于，所述服务器、Client/Server以太网络以及控制以太网络、控制单元、现场总线均为冗余架构，所述服务器包括主服务器以及冗余服务器，所述Client/Server以太网络包括主Client/Server以太网络以及冗余Client/Server以太网络，所述控制以太网络包括主控制以太网络以及冗余控制以太网络，所述控制单元包括主控制单元以及冗余控制单元，所述现场总线包括主现场总线以及冗余现场总线。
3.根据权利要求2所述的一种具备冗余功能的综合自动化控制系统，其特征在于，所述主服务器初始工作状态为Service，所述冗余服务器初始工作状态为Standby模式，所述主控制器初始工作状态为Primary模式，所述冗余控制器初始工作状态为Redundant模式，所述主通讯卡片初始工作状态为Primary模式，所述冗余通信卡片初始工作状态为Redundant模式。
4.根据权利要求2所述的一种具备冗余功能的综合自动化控制系统，其特征在于，所述主服务器、主Client/Server以太网络及主控制以太网络、主控制单元、主现场总线构成一个完整的主控制系统，所述冗余服务器、冗余Client/Server以太网络及冗余控制以太网络、冗余控制单元、冗余现场总线构成一个冗余控制系统。
5.根据权利要求4所述的一种具备冗余功能的综合自动化控制系统，其特征在于，当所述主控制系统的任意部件出现故障时，能将控制信号自动切换至冗余控制系统的对应部件。
6.根据权利要求1所述的一种具备冗余功能的综合自动化控制系统，其特征在于，所述控制单元包括控制器与通信卡片，所述控制器与通信卡片也为冗余架构，所述控制器包括主控制器以及冗余控制器，所述通信卡片包括主通信卡片以及冗余通信卡片。
7.根据权利要求6所述的一种具备冗余功能的综合自动化控制系统，其特征在于，所述控制以太网与控制器相连，所述控制器通过通信卡片向现场总线发送信号。
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