CN114205180A - 用于油气管道的高速总线传输系统 - Google Patents

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王国浩
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Abstract

本发明涉及油气管道的高速总线技术领域,是一种用于油气管道的高速总线传输系统,其包括包括监控单元、控制单元、PHB模块和安装在油气管道上的设备单元;PHB模块包括第一PHB总线、PHB主站和多个PHB从站,第一PHB总线呈环形,PHB主站和多个PHB从站均连接在第一PHB总线上。本发明结构合理而紧凑,其通过根据需要设置PHB从站的数量,使PHB从站的数量与设备单元中设备的数量一致,实现多节点连接,从而不需要使用大量的电缆对控制单元与设备单元的设备之间进行点对点的控制回路连接方式,减少单个现场电缆的使用,节约机柜、机柜内卡件端子、桥架、安装散材的工程量,降低施工周期以及后期运营维护的工作量。

Description

用于油气管道的高速总线传输系统
技术领域
本发明涉及油气管道的高速总线技术领域,是一种用于油气管道的高速总线传输系统。
背景技术
国际上影响较大的现场总线有PROFIBUS、FF、HART,占有市场份额的80%左右。FF、PROFIBUS、HART已大量用于石油、化工行业的过程控制领域,目前多数的PLC、DCS系列产品均支持PROFIBUS和FF总线的数据传输。PROFIBUS、FF、HART均属于传统总线技术,因其传输速率低(只有几Mbit/s)、延时高、可挂接的设备少等缺点,无法真正在石油化工领域的现场控制层进行大规模推广。
目前传统的接线方式:控制系统与现场仪表之间,采用的均是点对点设备连线,这种接线方式会出现大量的电缆,也因此会增加机柜、机柜内卡件端子、桥架、安装散材的工程量,并且会增加施工周期,对于施工建设和后期运营维护造成不少的工作量。
发明内容
本发明提供了一种用于油气管道的高速总线传输系统,克服了上述现有技术之不足,其能有效解决传统的控制系统与现场仪表之间采用点对点设备连线存在的会出现大量的电缆,导致后期运营维护工作量增大的问题。
本发明的技术方案是通过以下措施来实现的:一种用于油气管道的高速总线传输系统,包括监控单元、控制单元、PHB模块和安装在油气管道上的设备单元;PHB模块包括第一PHB总线、PHB主站和多个PHB从站,第一PHB总线呈环形,PHB主站和多个PHB从站均连接在第一PHB总线上,控制单元分别与监控单元和PHB主站连接,每个PHB从站均与一个设备单元连接。
下面是对上述发明技术方案的进一步优化或/和改进:
上述设备单元可包括多个仪表、多个电动执行器和多个物位计,PHB从站的数量与仪表、电动执行器和物位计的总数量一致且一一对应连接。
上述监控单元可包括主监控模块和备监控模块,主监控模块和备监控模块连接,主监控模块和备监控模块均与控制单元连接。
上述PHB主站可包括主PHB主站和备PHB主站,主PHB主站和备PHB主站连接,主PHB主站和备PHB主站均分别与第一PHB总线和控制单元连接。
上述控制单元可包括主控模块和备控模块,主控模块分别与主监控模块、备监控模块、主PHB主站和备PHB主站连接,备控模块分别与主监控模块、备监控模块、主PHB主站和备PHB主站连接。
上述PHB模块还可包括PHB代理,PHB主站上设有ETH通信模块,PHB代理分别与ETH通信模块和第一PHB总线连接;或/和,PHB模块还包括呈环形的第二PHB总线,PHB主站和多个PHB从站均分别连接在第一PHB总线和第二PHB总线上。
上述还可包括T型端子,PHB主站和多个PHB从站均通过T型端子与第一PHB总线和第二PHB总线连接。
本发明结构合理而紧凑,使用方便,其通过根据需要设置PHB从站的数量,使PHB从站的数量与设备单元中设备的数量一致,实现多节点连接,从而不需要使用大量的电缆对控制单元与设备单元的设备之间进行点对点的控制回路连接方式,减少单个现场电缆的使用,节约机柜、机柜内卡件端子、桥架、安装散材的工程量,降低施工周期以及后期运营维护的工作量。
附图说明
附图1为本发明实施例的单环形网络连接结构示意图。
附图2为本发明实施例的双环形网络连接结构示意图。
具体实施方式
本发明不受下述实施例的限制,可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。
下面结合实施例及附图对本发明作进一步描述:
如附图1、2所示,该用于油气管道的高速总线传输系统包括监控单元、控制单元、PHB模块和安装在油气管道上的设备单元;PHB模块包括第一PHB总线、PHB主站和多个PHB从站,第一PHB总线呈环形,PHB主站和多个PHB从站均连接在第一PHB总线上,控制单元分别与监控单元和PHB主站连接,每个PHB从站均与一个设备单元连接。
上述设备单元包括仪表、电动执行器和物位计等油气管道用设备。
上述第一PHB总线是基于IPV6带宽、高实时性通信总线,具备以下特征:总线带宽100Mbps,数据分发支持周期发送和非周期发送,采用了正交频分(OFDM)高带宽传输技术作为PHB的物理层技术,两线非桥接媒介,实现了多节点、高带宽、高实时、可远距离传输的高性能,节点数200个,同步精度10ns,最小时间周期8us,传输距离500米,单网段单点网络延时0.1ms以内,单网段200点网络延时50ms以内;第一PHB总线上任意节点的接入和离开不影响其他节点的正常通信功能。
上述技术方案中PHB主站对PHB网络通信资源统一分配,对PHB网络中所有设备节点进行数据采集和控制命令下发处理。
上述技术方案中每个PHB从站均为连接在第一PHB总线上的一个节点,在PHB网络中被动接收PHB主站分配通信资源,并按照PHB主站配置要求完成数据上报和控制命令处理,PHB从站具有智能计算和分析功能,其处理方式可以依赖PHB主站配置,且处理结果也可根据配置决定上送给PHB主站进一步处理。
本发明通过采用PHB主站和多个PHB从站均连接在环形的第一PHB总线上,实现单环网络冗余,多个PHB从站与PHB主站之间采用单上行的网络模型构架,即多个PHB从站采集设备单元信号,并将采集到的信号输出至PHB主站,经PHB主站输出至控制单元,进一步输出至监控单元,由此通过将设备单元与PHB从站连接,将PHB从站与呈环形的第一PHB总线连接,在实际工作时,可根据需要设置PHB从站的数量,使PHB从站的数量与设备单元中设备的数量一致,实现多节点连接,从而不需要使用大量的电缆对控制单元与设备单元的设备之间进行点对点的控制回路连接方式,减少单个现场电缆的使用,节约机柜、机柜内卡件端子、桥架、安装散材的工程量,降低施工周期以及后期运营维护的工作量。
可根据实际需要,对上述用于油气管道的高速总线传输系统作进一步优化或/和改进:
根据需要,设备单元包括多个仪表、多个电动执行器和多个物位计,PHB从站的数量与仪表、电动执行器和物位计的总数量一致且一一对应连接。
上述技术方案中的电动执行器用于控制油气管道上的阀门;可根据需要选择仪表、电动执行器和物位计的数量,并选择相对应数量的PHB从站置于现场中,使每个仪表、电动执行器和物位计均与对应的PHB从站连接,从而使每个仪表、电动执行器和物位计在现场即可具备通信功能,每个PHB从站均按照PHB主站配置要求完成数据上报和控制命令处理,便于直接传送信号,且该信号传送在现场完成,实现了对设备单元的分散控制。
如附图1、2所示,监控单元包括主监控模块和备监控模块,主监控模块和备监控模块连接,主监控模块和备监控模块均与控制单元连接。
上述技术方案中,主监控模块和备监控模块之间连接进行数据和控制冗余备份;在备监控模块接收不到主监控模块的数据和控制信号时,备监控模块主动切换工作;在主监控模块接收不到备监控模块的数据和控制信号时,主监控模块主动切换工作,由此实现主备切换工作,便于对设备单元的数据进行实时接收和处理。
如附图1、2所示,PHB主站包括主PHB主站和备PHB主站,主PHB主站和备PHB主站连接,主PHB主站和备PHB主站均分别与第一PHB总线和控制单元连接。
上述技术方案中,控制单元根据需要部署主PHB主站和备PHB主站,正常情况下,主PHB主站正常运行,备PHB主站备用,当控制单元接收不到主PHB主站输出的信号时,认定此时主PHB主站发生故障,控制单元控制备PHB主站接收信号,由此完成主备PHB主站的切换。
上述技术方案中,主PHB主站和备PHB主站连接用于数据备份。
如附图1、2所示,控制单元包括主控模块和备控模块,主控模块分别与主监控模块、备监控模块、主PHB主站和备PHB主站连接,备控模块分别与主监控模块、备监控模块、主PHB主站和备PHB主站连接。
上述技术方案中,主控模块和备控模块连接,实现主控模块和备控模块之间的数据和控制冗余备份。
上述技术方案共有以下四种工作方式,具体为:主PHB主站和主控模块工作、主PHB主站和备控模块工作、备PHB主站和主控模块工作、备PHB主站和备控模块工作;其中,主PHB主站和主控模块工作的工作过程如下:主PHB主站输出信号至主控模块和备控模块,其中输出至备控模块的信号不作处理,此时,备PHB主站无信号输出或备PHB主站输出至主控模块和备控模块的信号均不作处理;当主控模块接收不到主PHB主站发出的信号时,认定此时主PHB主站故障,则主控模块切换至备PHB主站正常工作,即备PHB主站输出信号至主控模块和备控模块,其中输出至备控模块的信号不作处理,此时,主PHB主站无信号输出或主PHB主站输出至主控模块和备控模块的信号均不作处理。
其他工作方式,即主PHB主站和备控模块工作、备PHB主站和主控模块工作、备PHB主站和备控模块工作的工作过程与上述主PHB主站和主控模块工作的工作过程相同,此处不再赘述。
由此通过主控模块和备控模块控制主PHB主站和备PHB主站,在主PHB主站故障时,主控模块或备控模块控制主PHB主站和备PHB主站切换工作,从而能够在主PHB主站故障时,备PHB主站对设备单元的所有设备节点进行数据采集和控制命令的下发处理,提高信号传输的可靠性。
根据需要,PHB模块还包括PHB代理,PHB主站上设有ETH通信模块,PHB代理分别与ETH通信模块和第一PHB总线连接。
上述通过设置PHB代理,在PHB网络中,若PHB主站和PHB从站之间的链路距离较远,超过了IEC 61158 Type28总线物理层在单个网络中传输能力时,PHB代理将作为独立的设备存在于现场中,通过与PHB主站和多个PHB从站连接,解析PHB主站下发的配置和控制,并实时下发给所有PHB从站进行处理,同时还可将PHB从站上送的数据封装后上传至PHB 主站;一般情况下,PHB代理可以与PHB主站同时存在,PHB代理与PHB主站之间采用ETH通信模块通信。
上述技术方案中,PHB代理的数量与PHB主站的数量一致,即PHB代理也包括主PHB代理和备PHB代理,主PHB代理分别与主PHB主站、备PHB主站和第一PHB总线连接,备PHB代理分别与主PHB主站、备PHB主站和第一PHB总线连接。
如附图2所示,PHB模块还包括呈环形的第二PHB总线,PHB主站和多个PHB从站均分别连接在第一PHB总线和第二PHB总线上。
上述技术方案中,通过PHB主站和多个PHB从站均分别与第一PHB总线和第二PHB总线连接,实现双环形网络冗余,可同时实现信号的上行和下行传输方式,其中下行传输方式为,监控单元输出信号分别经控制单元、PHB主站和PHB从站输出至对应的设备单元,便于设备单元的控制,提高通信性能。
根据需要,还包括T型端子,PHB主站和多个PHB从站均通过T型端子与第一PHB总线和第二PHB总线连接。
上述通过T型端子使PHB从站分别与第一PHB总线和第二PHB总线连接,第一PHB总线和第二PHB总线的环形网络实现通道冗余,其中,每个与第一PHB总线连接PHB从站实现2个物理通道连接PHB主站;每个分别与第一PHB总线和第二PHB总线连接的PHB从站实现4物理通道连接PHB主站,由此实现多通道网络冗余。
以上技术特征构成了本发明的实施例,其具有较强的适应性和实施效果,可根据实际需要增减非必要的技术特征,来满足不同情况的需求。

Claims (10)

1.一种用于油气管道的高速总线传输系统,其特征在于包括监控单元、控制单元、PHB模块和安装在油气管道上的设备单元;PHB模块包括第一PHB总线、PHB主站和多个PHB从站,第一PHB总线呈环形,PHB主站和多个PHB从站均连接在第一PHB总线上,控制单元分别与监控单元和PHB主站连接,每个PHB从站均与一个设备单元连接。
2.根据权利要求1所述的用于油气管道的高速总线传输系统,其特征在于设备单元包括多个仪表、多个电动执行器和多个物位计,PHB从站的数量与仪表、电动执行器和物位计的总数量一致且一一对应连接。
3.根据权利要求1或2所述的用于油气管道的高速总线传输系统,其特征在于监控单元包括主监控模块和备监控模块,主监控模块和备监控模块连接,主监控模块和备监控模块均与控制单元连接。
4.根据权利要求1或2所述的用于油气管道的高速总线传输系统,其特征在于PHB主站包括主PHB主站和备PHB主站,主PHB主站和备PHB主站连接,主PHB主站和备PHB主站均分别与第一PHB总线和控制单元连接。
5.根据权利要求3所述的用于油气管道的高速总线传输系统,其特征在于PHB主站包括主PHB主站和备PHB主站,主PHB主站和备PHB主站连接,主PHB主站和备PHB主站均分别与第一PHB总线和控制单元连接。
6.根据权利要求5所述的用于油气管道的高速总线传输系统,其特征在于控制单元包括主控模块和备控模块,主控模块分别与主监控模块、备监控模块、主PHB主站和备PHB主站连接,备控模块分别与主监控模块、备监控模块、主PHB主站和备PHB主站连接。
7.根据权利要求1或2或5或6所述的用于油气管道的高速总线传输系统,其特征在于PHB模块还包括PHB代理,PHB主站上设有ETH通信模块,PHB代理分别与ETH通信模块和第一PHB总线连接;或/和,PHB模块还包括呈环形的第二PHB总线,PHB主站和多个PHB从站均分别连接在第一PHB总线和第二PHB总线上。
8.根据权利要求3所述的用于油气管道的高速总线传输系统,其特征在于PHB模块还包括PHB代理,PHB主站上设有ETH通信模块,PHB代理分别与ETH通信模块和第一PHB总线连接;或/和,PHB模块还包括呈环形的第二PHB总线,PHB主站和多个PHB从站均分别连接在第一PHB总线和第二PHB总线上。
9.根据权利要求4所述的用于油气管道的高速总线传输系统,其特征在于PHB模块还包括PHB代理,PHB主站上设有ETH通信模块,PHB代理分别与ETH通信模块和第一PHB总线连接;或/和,PHB模块还包括呈环形的第二PHB总线,PHB主站和多个PHB从站均分别连接在第一PHB总线和第二PHB总线上。
10.根据权利要求7所述的用于油气管道的高速总线传输系统,其特征在于还包括T型端子,PHB主站和多个PHB从站均通过T型端子与第一PHB总线和第二PHB总线连接。
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