CN114384849A - 一种安全仪表系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种安全仪表系统，由于本申请中利用网关交换机作为中间管理者进行数据的双向发送，实现了各个IO模块以及多个控制器之间的数据通信，因此控制器的数量与IO模块的数量这两者互不干扰，也即可以灵活的根据需求单独更改安全仪表系统中控制器的数量或者IO模块的数量，提高了系统改动的灵活性。
Description
技术领域
本发明涉及安全仪表系统领域，特别是涉及一种安全仪表系统。
背景技术
安全仪表系统广泛的应用于各行各业，其主要包括控制器以及各个IO模块(分为输入模块以及输出模块)，输入模块可以将现场输入信号传输给控制器，输出模块则可以将控制器发送的输出信号输出到现场，为了提高系统稳定性，目前的安全仪表系统都会为控制器以及各个IO模块进行冗余设计，但是目前的安全仪表系统中的控制器与IO模块之间的耦合度较高，在调整其中一者的数量时也必须要相应地调整另一者的数量，无法单独对控制器或IO模块的数量进行调整，灵活性较差。
因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是本领域技术人员目前需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种安全仪表系统，利用网关交换机作为中间管理者进行数据的双向发送，实现了各个IO模块以及多个控制器之间的数据通信，因此控制器的数量与IO模块的数量这两者互不干扰，也即可以灵活的根据需求单独更改安全仪表系统中控制器的数量或者IO模块的数量，提高了系统改动的灵活性。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种安全仪表系统，包括：
多个控制器，用于对接收到的现场信号进行处理并得到输出信号；
第一端分别与各个所述控制器连接的网关交换机，用于将IO模块发送的现场信号分别发送至每个所述控制器，并将每个所述控制器发送的所述输出信号均发送至所述输出信号对应的所述IO模块；
与所述网关交换机的第二端连接，与现场接口一一对应连接的所述IO模块，用于将从现场接收到的所述现场信号发送至所述网关交换机，将所述网关交换机发送的所述输出信号输出至现场；
其中，每个所述现场信号对应的IO模块的数量为预设数量。
优选地，所述网关交换机具体用于：
将IO模块发送的指定总线协议的现场信号转换为以太网协议；
将以太网协议的所述现场信号分别发送至每个所述控制器；
将每个所述控制器发送的以太网协议的所述输出信号转换为所述指定总线协议；
将所述指定总线协议的所述输出信号均发送至所述输出信号对应的所述IO模块。
优选地，所述网关交换机包括：
第一处理器，用于将接收到的指定总线协议的现场信号转换为以太网协议后发送至各个第一以太网接口装置，将接收到的以太网协议的所述输出信号转换为所述指定总线协议后发送至第一总线接口装置；
第一端与所述第一处理器连接，第二端用于与各个所述IO模块连接的所述第一总线接口装置，用于将IO模块发送的指定总线协议的现场信号发送至所述第一处理器，将所述第一处理器发送的所述输出信号发送至所述IO模块；
第一端与所述第一处理器连接，第二端与对应的所述控制器连接的多个所述第一以太网接口装置，用于将对应的所述控制器发送的以太网协议的所述输出信号传输至所述第一处理器，将所述第一处理器发送的以太网协议的所述现场信号传输至对应的所述控制器。
优选地，所述控制器包括：
第二处理器，用于处理接收到的现场信号并得到待输出信号，将结合第三处理器发送的所述待输出信号确定出的最终的输出信号通过以太网交换芯片发送至协处理器；
所述第三处理器，用于处理接收到的现场信号并得到待输出信号，将结合所述第二处理器发送的所述待输出信号确定出的最终的输出信号通过所述以太网交换芯片发送至所述协处理器；
所述以太网交换芯片；
协处理器，用于将接收的以太网协议的所述现场信号通过所述以太网交换芯片分别发送至所述第一处理器以及所述第二处理器，将接收到的所述输出信号通过第二以太网接口装置输出至所述网关交换机；
第二以太网接口装置，用于将所述网关交换机发送的以太网协议的所述现场信号发送至所述协处理器。
优选地，所述IO模块包括：
第四处理器，用于根据自身接收到的以及第五处理器从现场接收到的待发送现场信号确定出最终的现场信号，将所述现场信号通过第六处理器发送至第二总线接口装置；
所述第五处理器，用于根据自身接收到的以及所述第四处理器从现场接收到的待发送现场信号确定出最终的现场信号，将所述现场信号通过所述第六处理器发送至第二总线接口装置；
所述第六处理器；
第二总线接口装置，用于将所述网关交换装置发送的所述输出信号通过所述第六处理器分别发送至所述第四处理器以及所述第五处理器，将所述第六处理器发送的所述现场信号发送至所述网关交换机。
优选地，该安全仪表系统还包括：
第一端连接网络终端，第二端与所述网关交换机连接的多个通讯模块，均用于结合所述网关交换机实现所述控制器与所述网络终端之间的通信。
优选地，所述通讯模块包括：
第七处理器，用于将网络终端发送的数据通过第三以太网接口装置以及所述网关交换机发送至各个所述控制器，将各个所述控制器通过所述网关交换机以及所述第三以太网接口装置发送的数据发送至所述网络终端；
所述第三以太网接口装置。
优选地，所有的所述总线接口装置均为相同类型的总线接口装置。
优选地，所有的所述总线接口装置均为RS485类型的总线接口装置。
优选地，所述网关交换机为多个。
本发明提供了一种安全仪表系统，由于本申请中利用网关交换机作为中间管理者进行数据的双向发送，实现了各个IO模块以及多个控制器之间的数据通信，因此控制器的数量与IO模块的数量这两者互不干扰，也即可以灵活的根据需求单独更改安全仪表系统中控制器的数量或者IO模块的数量，提高了系统改动的灵活性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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为本发明提供的一种安全仪表系统的结构示意图；
图2为本发明提供的另一种安全仪表系统的结构示意图；
图3为本发明提供的一种安全仪表系统的数据流图；
图4为本发明提供的一种网关交换机的结构示意图；
图5为本发明提供的一种控制器的结构示意图；
图6为本发明提供的一种IO模块的结构示意图；
图7为本发明提供的一种通讯模块的结构示意图。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种安全仪表系统，利用网关交换机作为中间管理者进行数据的双向发送，实现了各个IO模块以及多个控制器之间的数据通信，因此控制器的数量与IO模块的数量这两者互不干扰，也即可以灵活的根据需求单独更改安全仪表系统中控制器的数量或者IO模块的数量，提高了系统改动的灵活性。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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为本发明提供的一种安全仪表系统的结构示意图，该安全仪表系统包括：
多个控制器1，用于对接收到的现场信号进行处理并得到输出信号；
第一端分别与各个控制器1连接的网关交换机2，用于将IO模块3发送的现场信号分别发送至每个控制器1，并将每个控制器1发送的输出信号均发送至输出信号对应的IO模块3；
与网关交换机2的第二端连接，与现场接口一一对应连接的IO模块3，用于将从现场接收到的现场信号发送至网关交换机2，将网关交换机2发送的输出信号输出至现场；
其中，每个现场信号对应的IO模块3的数量为预设数量。
具体的，考虑到如上背景技术中的技术问题，又结合考虑到交换机能够起到中间站的作用进行数据的双向传输，并且两端的设备数量无需互相对应，因此本申请中在多个控制器1以及与现场接口一一对应连接的IO模块3之间设置了网关交换器，其可以将控制器1以及IO模块3发送的数据传输至对端，在实现两者数据通信的基础之上解除了两者之间的耦合性，用户可以根据需求灵活地改动任一者的数量。
其中，现场信号可以为多种类型，例如可以为现场数字量输入DI信号、现场模拟量输入AI信号、现场数字量输出DO信号、现场模拟量输出DO信号以及现场脉冲输入AI信号等，本发明实施例在此不做限定。
具体的，为了提高IO模块3的稳定性，本发明实施例中设置了冗余的IO模块3，每个现场信号对应的IO模块3的数量可以进行自主设定，例如可以为1-N任一个数量等，本发明实施例在此不做限定。
其中，值得一提的是，当现场信号为输入信号(例如DI信号、AI信号以及PI信号等)时，其对应的IO模块3为输入模块，通常只负责将现场信号传输至网关交换机2，反之当现场信号为输出信号(例如DO信号以及AO信号等)时，其对应的IO模块3为输出模块，通常只负责将控制器1通过网关交换机2发送的输出信号传输至现场。
本发明提供了一种安全仪表系统，由于本申请中利用网关交换机作为中间管理者进行数据的双向发送，实现了各个IO模块以及多个控制器之间的数据通信，因此控制器的数量与IO模块的数量这两者互不干扰，也即可以灵活的根据需求单独更改安全仪表系统中控制器的数量或者IO模块的数量，提高了系统改动的灵活性。
为了更好地对本发明实施例进行说明，请参考图2以及图3，图2为本发明提供的另一种安全仪表系统的结构示意图，图3为本发明提供的一种安全仪表系统的数据流图，在上述实施例的基础上：
作为一种优选的实施例，网关交换机2具体用于：
将IO模块3发送的指定总线协议的现场信号转换为以太网协议；
将以太网协议的现场信号分别发送至每个控制器1；
将每个控制器1发送的以太网协议的输出信号转换为指定总线协议；
将指定总线协议的输出信号均发送至输出信号对应的IO模块3。
具体的，考虑到IO模块3通常为总线型，也即其采用的数据协议通常为总线协议，本发明实施例中使用了总线型的IO模块3，相应的在网关交换机2上只需预留一个总线接口，即可通过单独的总线接口连接所有的IO模块3，对于网关交换机2的接口数量要求较小，降低了网关交换机2的体积以及成本。
当然，除了该具体形式外，IO模块3还可以为使用以太网协议的IO模块3，本发明实施例在此不做限定。
为了更好地对本发明实施例进行说明，请参考图4，图4为本发明提供的一种网关交换机2的结构示意图，作为一种优选的实施例，网关交换机2包括：
第一处理器，用于将接收到的指定总线协议的现场信号转换为以太网协议后发送至各个第一以太网接口装置，将接收到的以太网协议的输出信号转换为指定总线协议后发送至第一总线接口装置；
第一端与第一处理器连接，第二端用于与各个IO模块3连接的第一总线接口装置，用于将IO模块3发送的指定总线协议的现场信号发送至第一处理器，将第一处理器发送的输出信号发送至IO模块3；
第一端与第一处理器连接，第二端与对应的控制器1连接的多个第一以太网接口装置，用于将对应的控制器1发送的以太网协议的输出信号传输至第一处理器，将第一处理器发送的以太网协议的现场信号传输至对应的控制器1。
具体的哦，在图2中，较粗的线为以太网线路，较细的线为总线线路，与网关交换器通过细线直接连接的各模块为IO模块3，根据现场信号的不同这些IO模块3的预设数量包括1-3三种情况，而IO模块3与对应的现场信号之间设置了接口板TB，对应于图2，图3为安全仪表系统的数据流图，左侧为输入信号(输入信号来源于传感器)，右侧为输出信号(输出信号流向执行器)。
具体的，图4中的FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程逻辑门阵列)即为第一处理器，Ethernet PHY为以太网芯片，RS485/LVDS(Low VoltageDifferential Signaling，低电压差分信号)为总线芯片，以太网芯片与图中未给出的以太网接口共同构成第一以太网接口装置，总线芯片与图中未给出的总线接口共同构成第一总线接口装置。
具体的，本发明实施例中的网关交换机2具有结构简单以及成本低等优点。
当然，除了该具体构造外，网关交换机2还可以为其他具体类型，本发明实施例在此不做限定。
为了更好地对本发明实施例进行说明，请参考图5，图5为本发明提供的一种控制器1的结构示意图，作为一种优选的实施例，控制器1包括：
第二处理器，用于处理接收到的现场信号并得到待输出信号，将结合第三处理器发送的待输出信号确定出的最终的输出信号通过以太网交换芯片发送至协处理器；
第三处理器，用于处理接收到的现场信号并得到待输出信号，将结合第二处理器发送的待输出信号确定出的最终的输出信号通过以太网交换芯片发送至协处理器；
以太网交换芯片；
协处理器，用于将接收的以太网协议的现场信号通过以太网交换芯片分别发送至第一处理器以及第二处理器，将接收到的输出信号通过第二以太网接口装置输出至网关交换机2；
第二以太网接口装置，用于将网关交换机2发送的以太网协议的现场信号发送至协处理器。
具体的，图5中的CPI 1为第二处理器，CPU 2为第三处理器，以太网芯片与图中未给出的以太网接口共同构成第二以太网接口装置。
具体的，本发明实施例中的控制器1具有结构简单以及成本低等优点，且两个CPU形成了冗余机制，能够提高控制器1的稳定性。
当然，除了该具体构造外，控制器1还可以为其他具体类型，本发明实施例在此不做限定。
具体的，根据自身处理接收到的现场信号得到的待输出信号以及另一处理器发送的待输出信号确定出的最终的输出信号的具体过程可以为：
当自身得到的待输出信号与另一处理器发送的待输出信号相同时，则将其中任一者作为最终的输出信号，当自身得到的待输出信号与另一处理器发送的待输出信号不同时，则选择两者中的安全性较高的一者作为最终的输出信号。且该策略在后续的IO模块3中也适用。
为了更好地对本发明实施例进行说明，请参考图6，图6为本发明提供的一种IO模块3的结构示意图，作为一种优选的实施例，IO模块3包括：
第四处理器，用于根据自身接收到的以及第五处理器从现场接收到的待发送现场信号确定出最终的现场信号，将现场信号通过第六处理器发送至第二总线接口装置；
第五处理器，用于根据自身接收到的以及第四处理器从现场接收到的待发送现场信号确定出最终的现场信号，将现场信号通过第六处理器发送至第二总线接口装置；
第六处理器；
第二总线接口装置，用于将网关交换装置发送的输出信号通过第六处理器分别发送至第四处理器以及第五处理器，将第六处理器发送的现场信号发送至网关交换机2。
具体的，图6中的MCU(Micro Control Unit，微控制单元)1为第四处理器，MCU 2为第五处理器，FPGA为第六处理器，总线芯片与图中未给出的总线接口共同构成第二总线接口装置。
具体的，本发明实施例中的IO模块3具有结构简单以及成本低等优点，且两个处理器形成了冗余机制，能够提高控制器1的稳定性。
当然，除了该具体构造外，IO模块3还可以为其他具体类型，本发明实施例在此不做限定。
为了更好地对本发明实施例进行说明，请参考图7，图7为本发明提供的一种通讯模块的结构示意图，作为一种优选的实施例，该安全仪表系统还包括：
第一端连接网络终端，第二端与网关交换机2连接的多个通讯模块，均用于结合网关交换机2实现控制器1与网络终端之间的通信。
为了便于网络终端与安全仪表系统之间的数据通信，本发明实施例还设置了通讯模块，且多个通讯模块形成了冗余机制。
作为一种优选的实施例，通讯模块包括：
第七处理器，用于将网络终端发送的数据通过第三以太网接口装置以及网关交换机2发送至各个控制器1，将各个控制器1通过网关交换机2以及第三以太网接口装置发送的数据发送至网络终端；
第三以太网接口装置。
具体的，图7中的CPU为第七处理器，以太网芯片与图中未给出的以太网接口共同构成第三以太网接口装置。
具体的，本发明实施例中的通讯模块具有结构简单以及成本低等优点。
当然，除了该具体构造外，通讯模块还可以为其他具体构造，本发明实施例在此不做限定。
作为一种优选的实施例，所有的总线接口装置均为相同类型的总线接口装置。
具体的，为了系统构建的高效便利，本发明实施例中所有的总线接口装置均为相同类型的总线接口装置。
当然，各个总线接口装置也可以为不同类型，本发明实施例在此不做限定。
作为一种优选的实施例，所有的总线接口装置均为RS485类型的总线接口装置。
具体的，RS485类型的总线接口装置具体稳定性强以及成本低等优点。
当然，除了RS485类型外，总线接口装置还可以为其他类型，本发明实施例在此不做限定。
作为一种优选的实施例，网关交换机2为多个。
具体的，为了提高系统稳定性，本发明实施例中可以设置多个网关交换机2，也即为网关交换机2也设置了冗余机制，当其中一个网关交换机2故障时，其他的网关交换机2仍然能够正常地执行工作。
其中，值得一提的是，在图5-图7中，以太网接口装置/总线接口装置的数量与网关交换机2的数量相对应。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种安全仪表系统，其特征在于，包括：
多个控制器，用于对接收到的现场信号进行处理并得到输出信号；
第一端分别与各个所述控制器连接的网关交换机，用于将IO模块发送的现场信号分别发送至每个所述控制器，并将每个所述控制器发送的所述输出信号均发送至所述输出信号对应的所述IO模块；
与所述网关交换机的第二端连接，与现场接口一一对应连接的所述IO模块，用于将从现场接收到的所述现场信号发送至所述网关交换机，将所述网关交换机发送的所述输出信号输出至现场；
其中，每个所述现场信号对应的IO模块的数量为预设数量。
2.根据权利要求1所述的安全仪表系统，其特征在于，所述网关交换机具体用于：
将IO模块发送的指定总线协议的现场信号转换为以太网协议；
将以太网协议的所述现场信号分别发送至每个所述控制器；
将每个所述控制器发送的以太网协议的所述输出信号转换为所述指定总线协议；
将所述指定总线协议的所述输出信号均发送至所述输出信号对应的所述IO模块。
3.根据权利要求2所述的安全仪表系统，其特征在于，所述网关交换机包括：
第一处理器，用于将接收到的指定总线协议的现场信号转换为以太网协议后发送至各个第一以太网接口装置，将接收到的以太网协议的所述输出信号转换为所述指定总线协议后发送至第一总线接口装置；
第一端与所述第一处理器连接，第二端用于与各个所述IO模块连接的所述第一总线接口装置，用于将IO模块发送的指定总线协议的现场信号发送至所述第一处理器，将所述第一处理器发送的所述输出信号发送至所述IO模块；
第一端与所述第一处理器连接，第二端与对应的所述控制器连接的多个所述第一以太网接口装置，用于将对应的所述控制器发送的以太网协议的所述输出信号传输至所述第一处理器，将所述第一处理器发送的以太网协议的所述现场信号传输至对应的所述控制器。
4.根据权利要求3所述的安全仪表系统，其特征在于，所述控制器包括：
第二处理器，用于处理接收到的现场信号并得到待输出信号，将结合第三处理器发送的所述待输出信号确定出的最终的输出信号通过以太网交换芯片发送至协处理器；
所述第三处理器，用于处理接收到的现场信号并得到待输出信号，将结合所述第二处理器发送的所述待输出信号确定出的最终的输出信号通过所述以太网交换芯片发送至所述协处理器；
所述以太网交换芯片；
协处理器，用于将接收的以太网协议的所述现场信号通过所述以太网交换芯片分别发送至所述第一处理器以及所述第二处理器，将接收到的所述输出信号通过第二以太网接口装置输出至所述网关交换机；
第二以太网接口装置，用于将所述网关交换机发送的以太网协议的所述现场信号发送至所述协处理器。
5.根据权利要求4所述的安全仪表系统，其特征在于，所述IO模块包括：
第四处理器，用于根据自身接收到的以及第五处理器从现场接收到的待发送现场信号确定出最终的现场信号，将所述现场信号通过第六处理器发送至第二总线接口装置；
所述第五处理器，用于根据自身接收到的以及所述第四处理器从现场接收到的待发送现场信号确定出最终的现场信号，将所述现场信号通过所述第六处理器发送至第二总线接口装置；
所述第六处理器；
第二总线接口装置，用于将所述网关交换装置发送的所述输出信号通过所述第六处理器分别发送至所述第四处理器以及所述第五处理器，将所述第六处理器发送的所述现场信号发送至所述网关交换机。
6.根据权利要求1所述的安全仪表系统，其特征在于，该安全仪表系统还包括：
第一端连接网络终端，第二端与所述网关交换机连接的多个通讯模块，均用于结合所述网关交换机实现所述控制器与所述网络终端之间的通信。
7.根据权利要求6所述的安全仪表系统，其特征在于，所述通讯模块包括：
第七处理器，用于将网络终端发送的数据通过第三以太网接口装置以及所述网关交换机发送至各个所述控制器，将各个所述控制器通过所述网关交换机以及所述第三以太网接口装置发送的数据发送至所述网络终端；
所述第三以太网接口装置。
8.根据权利要求5所述的安全仪表系统，其特征在于，所有的所述总线接口装置均为相同类型的总线接口装置。
9.根据权利要求5所述的安全仪表系统，其特征在于，所有的所述总线接口装置均为RS485类型的总线接口装置。
10.根据权利要求1至9任一项所述的安全仪表系统，其特征在于，所述网关交换机为多个。
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