CN114172933A - 一种dcs与外挂智能控制器的通讯系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种DCS与外挂智能控制器的通讯系统，包括智能控制器、modbus通讯组件和OPC服务器，DCS通过所述modbus通讯组件、所述OPC服务器与通信网关连接，其中，所述智能控制器根据输出传输要求使得所述DCS通过所述modbus通讯组件的高速数据通道与所述通信网关进行高速数据传输，通过所述OPC服务器的标准数据通道与所述通信网关进行表述速度数据传输。通过采用在DCS与外挂智能控制器之间设置双通道进行通讯，一方面互相备份，能够实现数据求稳定传输，另一方面，采用不同的数据传输方式，实现更加高效、可靠的通信。

Description

一种DCS与外挂智能控制器的通讯系统

技术领域

本发明涉及过程控制及自动化技术领域，具体涉及了一种DCS与外挂智能控制器的通讯系统。

背景技术

随着化石能源等的大量消耗，虽然有新能源作为补充，但是传统化石能源在能源消费比例中还是占据主导地位，依然是主要的对大气、水等造成污染的主体，因此，在提高能源利用效率的同时，降低污染物的排放也是其中的重点。

随着火电厂脱硝超低排放改造的实施，不少火电机组的实际NOx控制效果并不理想，甚至还有一些火电机组，其脱硝喷氨自动控制不能正常投入，造成SCR出口NOx波动大及氨逃逸量超标等严重问题。

造成这一问题的根本原因是采用DCS常规的控制算法，无法实现具有非线性、时变性及大扰动特性的脱硝系统的优化控制。

采用DCS外挂控制系统，在外挂控制系统上运行高级控制算法，可以解决该问题，而如何实现DCS与外挂智能控制系统之间的数据传输，并保证数据传输稳定，满足算法实时性要求是一个难点。

发明内容

本发明的目的是提供了一种DCS与外挂智能控制器的通讯系统，实现DCS与外挂智能控制器之间的数据传输，保证数据传输稳定、满足算法实时性要求。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种DCS与外挂智能控制器的通讯系统，包括智能控制器、modbus通讯组件和OPC服务器，DCS通过所述modbus通讯组件、所述OPC服务器与通信网关连接，其中，所述智能控制器根据输出传输要求使得所述DCS通过所述modbus通讯组件的高速数据通道与所述通信网关进行高速数据传输，通过所述OPC服务器的标准数据通道与所述通信网关进行表述速度数据传输。

其中，还包括与所述智能控制器、所述modbus通讯组件和所述OPC服务器连接的备用通信网关，用于在所述通信网关出现故障后进行工作接替。

其中，还包括设置在所述备用通信网关、所述通信网关之间的心跳模块，用于检测所述通信网关的工作状态，实现在所述通信网关发生故障之后启动所述备用通信网关进行工作接替

其中，所述心跳模块包括以网线为主的第一心跳线和以RS485协议的电缆线为第二心跳线，其中，只有所述第一心跳线和所述第二心跳线同时断开后，所述备用通讯网关才会接替所述通讯网关的工作。

其中，还包括设置在所述通讯网关、所述智能控制器之间的AMQP通讯器，用于实现所述通讯网关、所述智能控制器之间的通讯，包括实时数据通道、控制数据通道、异常上报通道、控制命令通道。

其中，所述通讯网关包括DCS MODBUS代理模块、DCS OPC代理模块、智能控制器代理模块、主控模块、日志模块、配置模块，其中，所述DCS MODBUS代理模块与所述modbus通讯组件连接，所述DCS OPC代理模块与所述OPC服务器连接，所述智能控制器代理模块与所述AMQP通讯器连接，基于AMQP协议通过所述AMQP通讯器与所述智能控制器通讯；所述主控模块用于控制所述DCS MODBUS代理模块、所述DCS OPC代理模块、所述智能控制器代理模块、所述日志模块、所述配置模块的启动，关闭及相互之间的数据交互；所述日志模块用于日志的采集，存储，维护；所述配置模块用于对所述DCS MODBUS代理模块的相关配置，包括MODBUS通讯地址，寄存器类型，及用于所述DCS OPC代理模块的相关配置，包括OPC服务器，寄存器类型，及用于测点信息的配置，及用于AMQP协议的相关配置，包括订阅主题，发布主题，所述AMQP通讯器的IP。

其中，还包括与所述通讯网关、所述智能控制器连接的协议转换模块，用于在接到控制指令后，将MODBUS协议转为AMQP协议、将OPC协议转为所述AMQP协议、将所述AMQP协议转为所述MODBUS协议、将所述AMQP协议转为所述OPC协议。

其中，还包括与所述通信网关、所述协议转换模块连接的显示器，用于显示所述通信网关的当前的数据通道类型、是否发生故障以及所述协议转换模块发生的协议转换类型信息。

其中，还包括与所述通信网关、所述智能控制器连接的报警模块，用于在所述通信网关发生故障、所述智能控制器从所述异常上报通道接收到异常信息后发出报警信息。

其中，还包括与所述报警模块连接的维护模块，用于将所述报警信息发送到指定的维护人员。

本发明实施例所提供的DCS与外挂智能控制器的通讯系统，与现有技术相比，具有以下优点：

本发明实施例提供的所述DCS与外挂智能控制器的通讯系统，通过采用在DCS与外挂智能控制器之间设置双通道进行通讯，即所述智能控制器根据输出传输要求使得所述DCS通过所述modbus通讯组件的高速数据通道与所述通信网关进行高速数据传输，通过所述OPC服务器的标准数据通道与所述通信网关进行表述速度数据传输，一方面高速数据通道与标准数据通道互相备份，能够实现数据求稳定传输，在其中一个通道发生故障之后，另一通过能够实现数据的亟需传输，提高通讯的可靠性，另一方面，采用不同的数据传输方式，如果需要的数据量小，但是时效性高，这时可以采用高速通道，而如果数据量较大，可以采用标准通道，实现了不同需求采用不同通道进行数据传输的效果，保证数据传输稳定、满足算法实时性要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的DCS与外挂智能控制器的通讯系统的一种具体实施方式的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图1，图1为本发明实施例提供的DCS与外挂智能控制器的通讯系统的一种具体实施方式的结构示意图。

在一种具体实施方式中，所述DCS与外挂智能控制器的通讯系统，包括智能控制器50、modbus通讯组件20和OPC服务器30，DCS10通过所述modbus通讯组件20、所述OPC服务器30与通信网关40连接，其中，所述智能控制器50根据输出传输要求使得所述DCS10通过所述modbus通讯组件20的高速数据通道与所述通信网关40进行高速数据传输，通过所述OPC服务器30的标准数据通道与所述通信网关40进行表述速度数据传输。

通过采用在DCS10与外挂智能控制器之间设置双通道进行通讯，即所述智能控制器50根据输出传输要求使得所述DCS10通过所述modbus通讯组件20的高速数据通道与所述通信网关40进行高速数据传输，通过所述OPC服务器30的标准数据通道与所述通信网关40进行表述速度数据传输，一方面高速数据通道与标准数据通道互相备份，能够实现数据求稳定传输，在其中一个通道发生故障之后，另一通过能够实现数据的亟需传输，提高通讯的可靠性，另一方面，采用不同的数据传输方式，如果需要的数据量小，但是时效性高，这时可以采用高速通道，而如果数据量较大，可以采用标准通道，实现了不同需求采用不同通道进行数据传输的效果，保证数据传输稳定、满足算法实时性要求。

一个实施例中，通讯网关与DCS的数据通讯具备高速数据通道和标准数据通道两条通道，高速数据通道支持高实时数据传输，达到100ms一次读写频率，采用modbus协议实现；标准数据通道侧重于大容量数据传输，支持点数超过2万点，采用OPC协议实现；针对不同测点信息需求选择不同的数据通道。例如，有的智能应用需要的是大量的点做分析建模，但对实时性要求不高，则可以将需要的测点配置在标准数据通道，而对于实时控制类的应用，需要的测点信息数量不多，只有几百个，但是对实时性要求非常高，则可以将需要的测点信息配置在高速数据通道。

通过采用双通道的方式，不仅配置灵活，而且双通道之间可以实时测点互补，当某一通道故障时，另外一个通道可将测点信息复制到该通道，保证了数据的高可用。

由于通信网关40可能会发生故障，使得通信的可靠性下降，为了解决这一技术问题，在一个实施例中，所述DCS与外挂智能控制器的通讯系统还包括与所述智能控制器50、所述modbus通讯组件20和所述OPC服务器30连接的备用通信网关，用于在所述通信网关40出现故障后进行工作接替。

通过备用通讯网关的设置，实现主备冗余方案部署，当主通讯网关故障时，备用通讯网关接替工作，实现了通信的可靠性。

更进一步，为了提高对通讯网关的状态，提高工作可靠性，在一个实施例中，所述DCS与外挂智能控制器的通讯系统还包括设置在所述备用通信网关40、所述通信网关40之间的心跳模块，用于检测所述通信网关40的工作状态，实现在所述通信网关40发生故障之后启动所述备用通信网关进行工作接替。

通过心跳模块可以高效的实现对通信网关40的实时的进行状态检测，本申请中对于心跳模块的结构不做限定。

由于现有的心跳检测机构虽然能够有较高的检测精度以及时效性，但是可能由于偶然因素等造成检测失误，如意外发生造成的检测错误，为了解决这一技术问题，在一个实施例中，所述心跳模块包括以网线为主的第一心跳线和以RS485协议的电缆线为第二心跳线，其中，只有所述第一心跳线和所述第二心跳线同时断开后，所述备用通讯网关才会接替所述通讯网关的工作。

.两台通讯网关之间通过双路心跳线连接，一条心跳线为网线，一条心跳线为RS485协议的电缆线；只有当双路心跳线都断开时，备用通讯网关接替主通讯网关的工作，避免了因为心跳链路错误导致的意外切换。

本申请中包括但是不局限于采用上述的心跳模块进行通信网关40状态检测。

更进一步，为了提高通信效率，在一个实施例中，所述DCS与外挂智能控制器的通讯系统还包括设置在所述通讯网关、所述智能控制器50之间的AMQP通讯器，用于实现所述通讯网关、所述智能控制器50之间的通讯，包括实时数据通道、控制数据通道、异常上报通道、控制命令通道。

通过实时数据通道、控制数据通道、异常上报通道、控制命令通道，可以实现不同的数据在不同的数据通道进行传输，提高数据传输效率，不会出现数据传输造成拥堵等情况，而且在其中有的通道出现异常之下，还可以实现临时备用的情况。

实时数据通道：是指发电厂DCS系统的各个检测点的实时数据，通过通讯网关处理之后，发布到AMQP消息总线上，智能控制器50订阅该消息主题，接收这些实时数据。

控制数据通道：是指智能控制器50基于实时数据通道接收到的实时数据，经过控制算法处理后，得到的控制数据，发布到AMQP消息总线上，通讯网关订阅该消息主题，接收这些控制数据，在通讯网关内部经过相应处理，发送至发电厂DCS系统。

异常上报通道：是指通讯网关在运行过程中，如果出现和发电厂DCS系统通讯错误，或者程序内部错误等异常情况，将异常情况发送至AMQP消息总线上，智能控制器50订阅该消息主题，接收这些异常消息，进行相应处理。

控制命令通道：是指智能控制器50接收到通讯网关发送的异常消息后，做出的相应判断，发送对应的控制指令，将这些控制指令发送至AMQP消息总线上，通讯网关订阅该消息主题，接收这些控制命令，进行相应处理。

需要指出的是，本申请对于AMQP通讯器获得的数据通道不做限定，如果需要还可以设置更多的数据通道。

通讯网关和智能控制器50之间采用的是AMQP协议通讯，该协议支持一个通讯网关同时向后端多个智能控制器50发送实时数据，并同时接收多个智能控制器50传回的控制指令。相对于常用的MQTT协议，它支持各种消息循环，经典或传统消息队列，组合以及保存和转发。

本申请中对于通信网关40的结构不做限定，在一个实施例中，所述通讯网关包括DCS MODBUS代理模块、DCS OPC代理模块、智能控制器50代理模块、主控模块、日志模块、配置模块，其中，所述DCS MODBUS代理模块与所述modbus通讯组件20连接，所述DCS OPC代理模块与所述OPC服务器30连接，所述智能控制器50代理模块与所述AMQP通讯器连接，基于AMQP协议通过所述AMQP通讯器与所述智能控制器50通讯；所述主控模块用于控制所述DCSMODBUS代理模块、所述DCS OPC代理模块、所述智能控制器50代理模块、所述日志模块、所述配置模块的启动，关闭及相互之间的数据交互；所述日志模块用于日志的采集，存储，维护；所述配置模块用于对所述DCS MODBUS代理模块的相关配置，包括MODBUS通讯地址，寄存器类型，及用于所述DCS OPC代理模块的相关配置，包括OPC服务器30，寄存器类型，及用于测点信息的配置，及用于AMQP协议的相关配置，包括订阅主题，发布主题，所述AMQP通讯器的IP。

通过DCS MODBUS代理模块、DCS OPC代理模块、智能控制器50代理模块、主控模块、日志模块、配置模块等实现多功能的效果，不工作人员可以根据需要实现对于新的功能的需求而实现新的模块的设置。

本申请中通讯网关内部多个模块之间采用高速消息通讯，每个模块都有发送队列和接收队列，假如DCS代理模块要往智能控制器50代理模块发送数据，则只需要将数据放在自己模块的发送队列，通讯网关的主控模块将监听每个模块的发送队列，一旦发现有数据，则根据消息内容转发至目的模块的接收队列。该种技术架构保证了充足的扩展性，以及极低的数据延时性，数据从DCS到智能控制器50的链路中，在通讯网关内部的停留时间极低。

由于在不同的模块之间可能采用不同的通信协议，实现相互之间的通讯的难度变得较大，为了解决这一技术问题，在一个实施例中，所述DCS与外挂智能控制器的通讯系统还包括与所述通讯网关、所述智能控制器50连接的协议转换模块，用于在接到控制指令后，将MODBUS协议转为AMQP协议、将OPC协议转为所述AMQP协议、将所述AMQP协议转为所述MODBUS协议、将所述AMQP协议转为所述OPC协议。

通过不同协议的转换，可以实现对于不同的模块之间的通信，提高了各种模块之间的通讯高效性。

本申请中通讯网关具备数据保持功能，当智能控制器50出现故障时，通讯网关会将从智能控制器50接收到的数据保持在最后一个值，保证DCS接收到的数据是正常的。通讯网关与外部系统的链路具备链路检测功能，具备断线重连功能。

为了实现高效的管理，在一个实施例中，所述DCS与外挂智能控制器的通讯系统还包括与所述通信网关40、所述协议转换模块连接的显示器，用于显示所述通信网关40的当前的数据通道类型、是否发生故障以及所述协议转换模块发生的协议转换类型信息。

通过显示器，实时显示各种正常以及异常情况，实现对整个通讯系统的高效管理，提高了管理效率。

本申请中低于显示器以及显示内容不做限定。

更进一步，为了提高管理效率以及维护效率，在一个实施例中，所述DCS与外挂智能控制器的通讯系统还包括与所述通信网关、所述智能控制器连接的报警模块，用于在所述通信网关发生故障、所述智能控制器从所述异常上报通道接收到异常信息后发出报警信息。

本申请对于报警模块的报警方式不做限定。

更进一步，在一个实施例中，所述报警模块还包括与所述报警模块连接的维护模块，用于将所述报警信息发送到指定的维护人员。

本申请中的报警模块，可以先将报警信息发送到指定的维护中心进行任务分配，也可以是直接将报警信息发送到指定维护人员，甚至是配合定位装置，将报警信息发送到最近的维护人员，从而提高维护效率。

本申请对于维护模块的信息发送方式以及内容不做限定。

本申请中的DCS与外挂智能控制器的通讯系统的运行方式如下：

首先创建主控模块线程，该线程负责剩余其他模块的线程创建，以及读取配置文件。

主控模块创建后，会首先读取配置文件，依据配置文件进行其他模块的操作。主控模块会依次创建DCS MODBUS代理线程、DCS OPC代理线程、智能控制器代理线程、日志线程。

DCS MODBUS代理模块启动流程如下所示：

1)创建DCS MODBUS代理线程；

2)创建消息收发队列，用于和系统内其他模块的通讯；

3)连接redis数据库；

4)连接DCS系统；

5)循环接收发DCS系统发送过来的数据；

6)对该数据进行处理后，转发至智能控制器代理模块；

智能控制器代理模块启动流程如下所示：

1)创建智能控制器代理线程；

2)创建消息收发队列，用于和系统内其他模块的通讯；

3)连接redis数据库；

4)连接AMQP服务器；

5)循环接收外部控制系统发送过来的数据；

6)对该数据进行处理后，转发至DCS代理模块；

日志模块启动流程如下所示：

1)创建日志线程；

2)创建消息收发队列，用于和系统内其他模块的通讯；

3)创建日志存储文件；

4)循环接收系统内其他模块发送过来的日志消息；

5)将日志消息存储至日志文件内；

6)对日志文件进行维护，包括检测日志文件大小是否超出限额，如果超出限额，则重新创建一个新的日志文件；检测旧的日志文件是否超出设定的有效日期，如果超出有效日志，则删除旧日志。

综上所述，本发明实施例提供的所述DCS与外挂智能控制器的通讯系统，通过采用在DCS与外挂智能控制器之间设置双通道进行通讯，即所述智能控制器根据输出传输要求使得所述DCS通过所述modbus通讯组件的高速数据通道与所述通信网关进行高速数据传输，通过所述OPC服务器的标准数据通道与所述通信网关进行表述速度数据传输，一方面高速数据通道与标准数据通道互相备份，能够实现数据求稳定传输，在其中一个通道发生故障之后，另一通过能够实现数据的亟需传输，提高通讯的可靠性，另一方面，采用不同的数据传输方式，如果需要的数据量小，但是时效性高，这时可以采用高速通道，而如果数据量较大，可以采用标准通道，实现了不同需求采用不同通道进行数据传输的效果，保证数据传输稳定、满足算法实时性要求。

以上对本发明所提供的DCS与外挂智能控制器的通讯系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种DCS与外挂智能控制器的通讯系统，其特征在于，包括智能控制器、modbus通讯组件和OPC服务器，DCS通过所述modbus通讯组件、所述OPC服务器与通信网关连接，其中，所述智能控制器根据输出传输要求使得所述DCS通过所述modbus通讯组件的高速数据通道与所述通信网关进行高速数据传输，通过所述OPC服务器的标准数据通道与所述通信网关进行表述速度数据传输。

2.如权利要求1所述DCS与外挂智能控制器的通讯系统，其特征在于，还包括与所述智能控制器、所述modbus通讯组件和所述OPC服务器连接的备用通信网关，用于在所述通信网关出现故障后进行工作接替。

3.如权利要求2所述DCS与外挂智能控制器的通讯系统，其特征在于，还包括设置在所述备用通信网关、所述通信网关之间的心跳模块，用于检测所述通信网关的工作状态，实现在所述通信网关发生故障之后启动所述备用通信网关进行工作接替。

4.如权利要求3所述DCS与外挂智能控制器的通讯系统，其特征在于，所述心跳模块包括以网线为主的第一心跳线和以RS485协议的电缆线为第二心跳线，其中，只有所述第一心跳线和所述第二心跳线同时断开后，所述备用通讯网关才会接替所述通讯网关的工作。

5.如权利要求4所述DCS与外挂智能控制器的通讯系统，其特征在于，还包括设置在所述通讯网关、所述智能控制器之间的AMQP通讯器，用于实现所述通讯网关、所述智能控制器之间的通讯，包括实时数据通道、控制数据通道、异常上报通道、控制命令通道。

6.如权利要求5所述DCS与外挂智能控制器的通讯系统，其特征在于，所述通讯网关包括DCS MODBUS代理模块、DCS OPC代理模块、智能控制器代理模块、主控模块、日志模块、配置模块，其中，所述DCS MODBUS代理模块与所述modbus通讯组件连接，所述DCS OPC代理模块与所述OPC服务器连接，所述智能控制器代理模块与所述AMQP通讯器连接，基于AMQP协议通过所述AMQP通讯器与所述智能控制器通讯；所述主控模块用于控制所述DCS MODBUS代理模块、所述DCS OPC代理模块、所述智能控制器代理模块、所述日志模块、所述配置模块的启动，关闭及相互之间的数据交互；所述日志模块用于日志的采集，存储，维护；所述配置模块用于对所述DCS MODBUS代理模块的相关配置，包括MODBUS通讯地址，寄存器类型，及用于所述DCS OPC代理模块的相关配置，包括OPC服务器，寄存器类型，及用于测点信息的配置，及用于AMQP协议的相关配置，包括订阅主题，发布主题，所述AMQP通讯器的IP。

7.如权利要求6所述DCS与外挂智能控制器的通讯系统，其特征在于，还包括与所述通讯网关、所述智能控制器连接的协议转换模块，用于在接到控制指令后，将MODBUS协议转为AMQP协议、将OPC协议转为所述AMQP协议、将所述AMQP协议转为所述MODBUS协议、将所述AMQP协议转为所述OPC协议。

8.如权利要求7所述DCS与外挂智能控制器的通讯系统，其特征在于，还包括与所述通信网关、所述协议转换模块连接的显示器，用于显示所述通信网关的当前的数据通道类型、是否发生故障以及所述协议转换模块发生的协议转换类型信息。

9.如权利要求8所述DCS与外挂智能控制器的通讯系统，其特征在于，还包括与所述通信网关、所述智能控制器连接的报警模块，用于在所述通信网关发生故障、所述智能控制器从所述异常上报通道接收到异常信息后发出报警信息。

10.如权利要求9所述DCS与外挂智能控制器的通讯系统，其特征在于，还包括与所述报警模块连接的维护模块，用于将所述报警信息发送到指定的维护人员。

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