CN112445186B - 工厂总线的改造方法、工厂总线及分散控制系统 - Google Patents

工厂总线的改造方法、工厂总线及分散控制系统 Download PDF

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Abstract

工厂总线的改造方法，包括以下步骤：重新设置子环网内用于连接主环网的一对传输交换机。在一对传输交换机分隔而成的两个子环网段上分别设置子环网交换机，且保证每一个个子环网段上的所有子环网交换机上用于连接通讯卡件的的端口数之和大于等于子环网内自动控制柜的数量。将子环网内的各自动控制柜内的一对冗余通讯卡件中的一个冗余通讯卡件连接一个子环网段上的交换机，另一个冗余通讯卡件连接另一个子环网段上的交换机。本发明提供的工厂总线的改造方法，当子环网中出现任意两处断点时，都不会造成自动控制器的通讯丢失，能够以较低成本提高分散控制系统的可靠性。本发明还提供了涉及上述改造方法的工厂总线及分散控制系统。

Description

工厂总线的改造方法、工厂总线及分散控制系统
技术领域
本发明涉及一种改造方法，尤其涉及一种工厂总线的改造方法，以及涉及上述改造方法的工厂总线及分散控制系统。
背景技术
分散控制系统(Distributed Control System，简称DCS)在工业控制中得到广泛应用。工厂总线是分散控制系统的重要组成部分，例如在西门子TELEPERM XP(简称TXP)型分散控制系统中，工厂总线包括一个主环网和数个子环网，各子环网通过交换机连接主环网形成通讯链路。在子环网内出现单个网络断点时，子环网会切换为具有全部传输能力的总线结构，不影响网络内信息传递。然而在遇到两个网络断点时，仍然会造成两个网络断点之间的自动控制柜内的自动控制器(automation processor，简称AP)通讯丢失。
发明内容
本发明的目的是提供一种工厂总线的改造方法，能够以较低成本提高分散控制系统的可靠性。
本发明的另一目的是提供一种工厂总线，能够使分散控制系统具有更高的可靠性。
本发明的再一目的是提供一种分散控制系统，具有更高的可靠性。
本发明提供一种工厂总线的改造方法，包括以下步骤：
重新设置子环网内用于连接主环网的一对传输交换机。在一对传输交换机分隔而成的两个子环网段上分别设置子环网交换机，且保证每一个子环网段上的所有子环网交换机的上用于连接通讯卡件的端口数之和大于等于子环网内自动控制柜的数量。将子环网内的各自动控制柜内的一对冗余通讯卡件中的一个冗余通讯卡件连接一个子环网段上的子环网交换机，另一个冗余通讯卡件连接另一个子环网段上的子环网交换机。
本发明提供的工厂总线的改造方法，当子环网中出现任意两处断点时，都不会造成自动控制器的通讯丢失，能够以较低成本提高分散控制系统的可靠性。
在改造方法的一种示意性实施方式中，优先使用自动控制柜内的交换机做为子环网交换机。
在改造方法的一种示意性实施方式中，在一对传输交换机分隔而成的两个子环网段上分别设置子环网交换机的步骤具体为：将自动控制柜内的交换机分别设置于两个子环网段，且在两个子环网段上的数量差小于等于一。通过将自动控制柜内的交换机大致平均分配至两个子环网段，可以充分利用现有的自动控制柜内的交换机，减少额外添加的交换机的数量，进一步降低成本。
在改造方法的一种示意性实施方式中，将子环网内的各自动控制柜内的一对冗余通讯卡件中的一个冗余通讯卡件连接一个子环网段上的子环网交换机，另一个冗余通讯卡件连接另一个子环网段上的子环网交换机的步骤具体为：将一对冗余通讯卡件中的一个冗余通讯卡件连接至所在的自动控制柜内的交换机，另一个冗余通讯卡件优先连接至另一子环网段上相邻的自动控制柜内的交换机。
在改造方法的一种示意性实施方式中，各自动控制柜内的一对冗余通讯卡件可以是一个自动控制器的两个冗余的通讯卡件，也可以是两个冗余的自动控制器的各一个通讯卡件。
在改造方法的一种示意性实施方式中，还包括步骤：在子环网内重新设置用于连接主环网的一对传输交换机之前，将一个子环网分成数个子环网。将原来一个子环网内的自动控制器分配至数个子环网，增加了子环网并减少了子环网中自动控制柜的数量，降低了在单个子环网中发生多处断点的概率，进一步提高环网可靠性。
本发明还提供了一种工厂总线，包括一个主环网和至少一个子环网。主环网包括数个主环网交换机。各主环网交换机能够双向通讯，数个主环网交换机串联并形成环状结构。各子环网包括两个传输交换机、数个子环网交换机和数对冗余通讯卡件。各传输交换机能够双向通讯，两个传输交换机还一一对应地连接两个主环网交换机。各子环网交换机能够双向通讯，数个子环网交换机和两个传输交换机串联并形成环状结构，且在两个传输交换机之间形成并联的两个子环网段，两个子环网段上分别串联有子环网交换机。冗余通讯卡件一一对应地连接子环网交换机，且各对冗余通讯卡件中的一个冗余通讯卡件连接两个子环网段中的一个子环网段上的子环网交换机，另一个冗余通讯卡件连接另一个子环网段上的子环网交换机。
本发明提供的工厂总线，当子环网中出现任意两处断点时，都不会造成自动控制器的通讯丢失，提高了分散控制系统的可靠性。
在工厂总线的一种示意性实施方式中，子环网交换机全部为自动控制柜内的交换机，或者子环网交换机中的一个为独立的交换机，其余全部为自动控制柜内的交换机。
在工厂总线的一种示意性实施方式中，各对冗余通讯卡件可以是一个自动控制柜内的一个自动控制器的两个冗余的通讯卡件或两个冗余的自动控制器的各通讯卡件。
在工厂总线的一种示意性实施方式中，主环网交换机之间、主环网交换机和传输交换机之间、传输交换机和子环网交换机之间及子环网交换机之间通过光纤连接，冗余通讯卡件和子环网交换机之间通过双绞线连接。
本发明还提供了一种分散控制系统，包括上述的工厂总线。
下文将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施例，对工厂总线的改造方法、工厂总线及分散控制系统的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。
附图说明
以下附图仅对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。
图1为工厂总线的改造方法的一示意性实施方式的流程图。
图2为工厂总线的一示意性实施方式结构示意图。
图3为工厂总线出现两个断点时的一种状态示意图。
图4为工厂总线出现两个断点时的另一种状态示意图。
图5为工厂总线的改造方法的另一示意性实施方式的流程图。
图6为工厂总线的另一示意性实施方式的结构示意图。
标号说明
10 主环网
12 主环网交换机
20 子环网
22 传输交换机
24 子环网交换机
25 冗余通讯卡件
30 自动控制柜
40 断点
具体实施方式
为了对发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式，在各图中相同的标号表示结构相同或结构相似但功能相同的部件。
在本文中，“示意性”表示“充当实例、例子或说明”，不应将在本文中被描述为“示意性”的任何图示、实施方式解释为一种更优选的或更具优点的技术方案。
图1为工厂总线的改造方法的示意性流程图。图2为工厂总线的结构示意图。参照图1并结合图2，该方法包括：
S20：重新设置子环网内用于连接主环网的一对传输交换机。
分散控制系统通常包括数个自动控制柜30，各自动控制柜30的机架上安装有自动控制器，自动控制器由多个卡件组成，其中通讯卡件用于与其他设备通讯。原有的子环网20中的一对传输交换机22，其分别接入主环网10以形成通讯链路，用于子环网20中的自动控制柜30内的自动控制器通过通讯卡件与主环网10通讯。由于现有的子环网20中的各自动控制柜30中的冗余通讯卡件25仅连接相邻的自动控制柜30，因此对传输交换机22的位置没有特殊要求。在步骤S20中，将一对传输交换机22分别移动到子环网20内距离最远的两侧，将子环网20分成两个能够覆盖所有设备的子环网段，方便两个传输交换机22之间的设备接入。
S30：在一对传输交换机分隔而成的两个子环网段上分别设置子环网交换机，且保证每一个子环网段上的所有子环网交换机上用于连接通讯卡件的的端口数之和大于等于子环网内自动控制柜的数量。
子环网交换机24用于连接自动控制柜30内的通讯卡件，使自动控制柜30内的自动控制器能够通过通讯链路与主环网10通讯。自动控制柜30内通常包括用于将通讯卡件接入子环网的交换机，自动控制柜30内交换机在用于接入子环网的端口外，通常还包括两个用于连接通讯卡件的端口。在示意性实施方中，优先使用自动控制柜30内的交换机做为子环网交换机23，将自动控制柜30内的交换机分别设置于两个子环网段，且在两个子环网段上的数量差小于等于一。自动控制柜30内的交换机大致平均分配至两个子环网段，若自动控制柜30的数量为偶数个时，则不需要额外添加单独的交换机做为子环网交换机24就可以满足每一个子环网段上用于连接通讯卡件的端口数之和等于子环网内自动控制柜的数量。若自动控制柜30的数量为奇数个时，则只需要添加一个单独的交换机就可以满足每一个子环网段上用于连接通讯卡件的端口数之和大于或等于子环网内自动控制柜的数量。借此可以优先利用现有的自动控制柜30内的交换机，减少额外添加的交换机的数量，进一步降低成本。
S40：将子环网内的各自动控制柜内的一对冗余通讯卡件中的一个冗余通讯卡件连接一个子环网段上的子环网交换机，另一个冗余通讯卡件连接另一个子环网段上的子环网交换机。
自动控制柜30内通常设置有一对冗余通讯卡件25。若各自动控制柜30内包括一对冗余的自动控制器，一对自动控制器同时运行，其中一个出现故障后可快速切换至另一个自动控制器，因此各自动控制器的各一个通讯卡件构成一对冗余通讯卡件25。另外也可以是在一个自动控制器上设置一对通讯卡件，一对通讯卡件同时运行，其中一个出现故障后可快速切换至另一个通讯卡件以实现冗余通讯功能。在步骤S40中，具体为将一对冗余通讯卡件25中的一个冗余通讯卡件25中连接至所在的自动控制柜30内的交换机，另一个冗余通讯卡件25中连接至另一子环网段上相邻的自动控制柜内30的交换机。冗余通讯卡件25在与其他自动控制柜30的交换机连接时，尽可能地选择距离靠近的自动控制柜30的交换机，优化接线方案以达到减少接线成本的目的。
图3和图4分别为工厂总线出现两个断点40时的一种状态示意图。参照图3，当改造后的工厂总线的子环网20出现两个断点40，并且两个断点40分别位于两个子环网段时，各自动控制柜30内仍启动当前使用的冗余通讯卡件25，各子环网交换机24则切换为分别沿背向断点40的方向传输数据，并通过一侧的传输交换机22与主环网10通讯。参照图4，当改造后的工厂总线的子环网20出现两个断点40，并且两个断点40位于同一个子环网段时，则位于两个断点40之间的各自动控制柜30则切换到连接另一个子环网段的冗余通讯卡件25，各子环网交换机24的传输方向不变，仍通过原来使用的传输交换机22与主环网10通讯。借此，经过上述改造方法改造的工厂总线，当子环网20中出现任意两处断点时，都不会造成自动控制器的通讯丢失，能够以较低成本提高分散控制系统的可靠性。
图5为工厂总线的改造方法的另一示意性实施方式的流程图。图6为工厂总线的另一示意性实施方式的示意图。参照图5和图6，在示意性实施方式中，与图1所示的示意性实施方式中相同的步骤不在赘述，其区别在于改造方法还包括步骤：在子环网内重新设置用于连接主环网10的一对传输交换机之前，将一个子环网分成数个子环网。具体参照图6，通过添加传输交换机22将原来的一个子环网20分成数个子环网20，并将原来一个子环网20中的自动控制柜30分别设置到两个子环网20中，即图6中两个子环网20中的自动控制柜30的数量与图1中一个子环网20中的自动控制柜30的数量相同。通过增加子环网20的数量并减少子环网中自动控制柜30的数量，增加了应对多处断点时的容错，进一步提高了工厂总线的可靠性。
本发明还提供了一种工厂总线，参照图2，在示意性实施方式中，工厂总线包括一个主环网10和至少一个子环网20。主环网10包括数个主环网交换机12。各主环网交换机12能够双向通讯，数个主环网交换机12通过光纤串联并形成环状结构。各子环网20包括两个传输交换机22、数个子环网交换机24和数对冗余通讯卡件25。各传输交换机22能够双向通讯，两个传输交换机22还通过光纤一一对应地连接两个主环网交换机12。各子环网交换机24能够双向通讯，数个子环网交换机24和两个传输交换机22通过光纤串联并形成环状结构，且在两个传输交换机22之间形成并联的两个子环网段，两个子环网段上分别串联有子环网交换机24。各对冗余通讯卡件25中的一个冗余通讯卡件25通过双绞线连接两个子环网段中的一个子环网段上的子环网交换机24，另一个冗余通讯卡件25通过双绞线连接另一个子环网段上的子环网交换机24，各对冗余通讯卡件25可以是一个自动控制柜30内的一个自动控制器的两个冗余的通讯卡件或两个冗余的自动控制器的各一个通讯卡件。如图6中所示，各对冗余通讯卡件25所连接的子环网交换机24中的一个连接于两个传输交换机22之间位于上方的子环网段，另一个连接于两个传输交换机22之间位于下方的子环网段。
在示意性实施方式中，参照图2，子环网交换机24可以是自动控制柜内30的交换机。自动控制柜30的数量为偶数个，连接于两个子环网段上的自动控制柜内30的交换机的数量相等，子环网交换机24全部为自动控制柜30内的交换机，冗余通讯卡件25中的一个连接至所在的自动控制柜30内的交换机，另一个连接至另一子环网段上相邻的自动控制柜内30的交换机。然而并不限于此，若自动控制柜30的数量为奇数个，则设置为两个子环网段上的自动控制柜内30的交换机的数量相差一个，在子环网交换机24的数量较少的子环网段上额外添加一个独立的交换机以满足使用。借此优先利用自动控制柜内30的交换机做为子环网交换机24，减少额外添加的交换机的数量，进一步降低成本。
本发明提供的工厂总线，参照图3，当工厂总线的子环网20出现两个断点40，并且两个断点40分别位于两个子环网段时，各自动控制柜30内仍启动当前使用的冗余通讯卡件25，各子环网交换机24则切换为分别沿背向断点40的方向传输数据，并通过一侧的传输交换机22与主环网10通讯。参照图4，当工厂总线的子环网20出现两个断点40，并且两个断点40位于同一个子环网段时，位于两个断点40之间的各自动控制柜30则切换到连接另一个子环网段的冗余通讯卡件25，各子环网交换机24的传输方向不变，仍通过原来使用的传输交换机22与主环网10通讯。借此，本发明提供的工厂总线，当子环网20中出现任意两处断点时，都不会造成自动控制器的通讯丢失，能够以较低成本提高分散控制系统的可靠性。
本发明还提供了一种分散控制系统，在示意性实施方式中，分散控制系统包括上述的工厂总线。
应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方案或变更，如特征的组合、分割或重复，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.工厂总线的改造方法，其特征在于，包括以下步骤：
重新设置子环网内用于连接主环网的一对传输交换机；
在所述一对传输交换机分隔而成的两个子环网段上分别设置子环网交换机，且保证每一个子环网段上的所有子环网交换机上用于连接通讯卡件的端口数之和大于等于子环网内自动控制柜的数量；及
将所述子环网内的各自动控制柜内的一对冗余通讯卡件中的一个冗余通讯卡件连接一个子环网段上的所述子环网交换机，另一个冗余通讯卡件连接另一个子环网段上的所述子环网交换机。
2.如权利要求1所述的改造方法，其特征在于，优先使用自动控制柜内的交换机做为子环网交换机。
3.如权利要求2所述的改造方法，其特征在于，在所述一对传输交换机分隔而成的两个子环网段上分别设置子环网交换机的步骤具体为：
将自动控制柜内的交换机分别设置于所述两个子环网段，且在所述两个子环网段上的数量差小于等于一。
4.如权利要求3所述的改造方法，其特征在于，将所述子环网内的各自动控制柜内的一对冗余通讯卡件中的一个冗余通讯卡件连接一个子环网段上的所述子环网交换机，另一个冗余通讯卡件连接另一个子环网段上的所述子环网交换机的步骤具体为：
将所述一对冗余通讯卡件中的一个冗余通讯卡件连接至所在的自动控制柜内的交换机，另一个冗余通讯卡件优先连接至另一子环网段上相邻的自动控制柜内的交换机。
5.如权利要求1所述的改造方法，其特征在于，各自动控制柜内的一对冗余通讯卡件可以是一个自动控制器的两个冗余的通讯卡件，也可以是两个冗余的自动控制器的各一个通讯卡件。
6.如权利要求1所述的改造方法，其特征在于，还包括步骤：在子环网内重新设置用于连接主环网的一对传输交换机之前，将一个子环网分成数个子环网。
7.工厂总线，其特征在于包括：
一个主环网(10)，其包括数个主环网交换机(12)，各所述主环网交换机(12)能够双向通讯，所述数个主环网交换机(12)串联并形成环状结构；及
至少一个子环网(20)，各所述子环网(20)包括：
两个传输交换机(22)，各所述传输交换机(22)能够双向通讯，所述两个传输交换机(22)一一对应地连接两个所述主环网交换机(12)，
数个子环网交换机(24)，各所述子环网交换机(24)能够双向通讯，所述数个子环网交换机(24)和所述两个传输交换机(22)串联并形成环状结构，且在所述两个传输交换机(22)之间形成并联的两个子环网段，所述两个子环网段上分别串联有所述子环网交换机(24)，和
数对冗余通讯卡件(25)，所述冗余通讯卡件(25)一一对应地连接所述子环网交换机(24)，且各对所述冗余通讯卡件(25)中的一个所述冗余通讯卡件(25)连接所述两个子环网段中的一个子环网段上的所述子环网交换机(24)，另一个所述冗余通讯卡件(25)连接另一个子环网段上的所述子环网交换机(24)。
8.如权利要求7所述的工厂总线，其特征在于，所述子环网交换机(24)全部为自动控制柜(30)内的交换机，或者所述子环网交换机(24)中的一个为独立的交换机，其余全部为自动控制柜(30)内的交换机。
9.如权利要求7所述的工厂总线，其特征在于，各对所述冗余通讯卡件(25)可以是一个自动控制柜(30)内的一个自动控制器的两个冗余的通讯卡件或两个冗余的自动控制器的各一个通讯卡件。
10.如权利要求7所述的工厂总线，其特征在于，所述主环网交换机(12)之间、所述主环网交换机(12)和所述传输交换机(22)之间、所述传输交换机(22)和所述子环网交换机(24)之间及所述子环网交换机(24)之间通过光纤连接，所述冗余通讯卡件(25)和所述子环网交换机(24)之间通过双绞线连接。
11.分散控制系统，其特征在于，包括如权利要求7至10中任一项所述的工厂总线。
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