CN114390111A - 一种可组态的过程控制系统顺序事件记录实现装置及方法 - Google Patents
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Abstract
一种可组态的过程控制系统顺序事件记录实现装置及方法，该装置包括过程控制器和IO模块；IO模块包括处理器插件和采集插件，处理器插件按照预定周期读取采集插件的采集数据，实现顺序时间记录SER的采集；IO模块采用基于标准IEC61850 GOOSE通信协议的过程总线将所述顺序事件记录传输至所述过程控制器。本发明的装置和方法可将传统的基于控制器‑IO单元的系统架构下的控制系统通过软件方法，实现在不新增硬件成本，保持原有架构不变，布线情况不变模式下，通过在控制器和IO单元的处理器插件通过系统软件的方式实现高精度的顺序事件记录系统，相比行业内现有的方案，在不新增投资的情况下，大幅度降低成本，系统集成便捷，控制精度高，提升技术水平。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统中工业过程控制技术领域，具体涉及一种可组态的过程控制系统顺序事件记录实现装置及方法。
背景技术
在工业自动化领域，在很多场合，为了追查事故的原因，往往要对关键信号进行状态监测，从时间序列上分析关键状态的状态变化规律，记录状态变化时刻的状态属性，包含状态信息，事件信息，附加信息等，这样我们就可以分析在事故中是因为哪个因素导致的事故，有时标的事件记录的集合就称为顺序事件记录。顺序事件记录目前在电力系统，工业自动化，过程控制等自动化领域均有大量的应用需求，提高其系统的可靠性，提高分辨率与精度，提升易用性，降低系统成本是很有必要的。
目前，在工业过程控制领域或者电力系统领域，顺序事件记录系统在很多场合的配置很有必要，当前行业上的主要的做法有：1.采用专用的顺序事件记录系统；2.采用专用的顺序事件记录卡，通过专用的硬件实现集成到控制器中；3.在控制系统中通过现场总线上送的软报文数据，通过软件方式实现。上述的技术主要有以下的缺陷或者不足：1.采用专用的顺序事件记录系统，项目应用的成本较高，系统构成复杂，不够集约化；2.在控制系统中集成顺序事件记录卡，能满足精度要求，但是成本也较高，且在一个控制系统中存在容量的限制；3.控制器中采用现场总线的软报文生成的顺序事件，成本较低，容量也不受限制，但是传统的现场总线速度都不高，如Profibus总线的速率均在10ms以上。顺序事件记录的分辨率不够高。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种可组态的过程控制系统顺序事件记录实现装置及方法，主要通过在不改变现有控制系统的系统架构的基础上，通过在控制系统的控制器和IO单元中采用软件的方式实现高分辨率，容量可组态配置，不新增专用采集插件的方式实现顺序事件记录。
为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案实现：
本发明的第一方面提供了一种可组态的过程控制系统顺序事件记录实现装置，包括过程控制器和IO模块；
所述IO模块包括处理器插件和采集插件，处理器插件按照预定周期读取采集插件的采集数据，实现顺序时间记录SER的采集；
IO模块采用基于标准IEC61850 GOOSE通信协议的过程总线将所述顺序事件记录传输至所述过程控制器。
进一步的，每个所述IO模块采用三重设计，包括三个IO单元，实现三取二冗余设置。
进一步的，包括多个所述过程控制器，采用冗余网络配置，分别通过LAN网连接至OWS系统。
进一步的，所述IO模块的处理器插件基于死区-滤波时间判断方法对所述顺序事件记录SER进行采集，并通过标准通信协议GOOSE通信协议按一定的格式发送给过程控制器，所述死区-滤波时间判断方法包括：
当在tc时刻检测到状态量信号发生了电平的变化，记录当前的时标，进入死区时间判断；
死区时间内允许出现抖动，经过死区时间后，如果检测到该状态量信号仍处于变化后的电平，则进入滤波时间判断；
滤波时间内不允许出现抖动，如果该状态量信号在滤波时间内经判断始终处于变化后的电平，则被确认为有效变位，生成一条变位时间为tc的SER事件，否则无SER事件生成。
进一步的，所述顺序事件记录的最小分辨率为0.1ms。
进一步的，过程控制器接收到SER信息后，将其转换为特定时间格式的SER信息，按系统配置需求配置唯一的ID号，同时存储于本地缓存FIFO中，等待传输至后台系统。
进一步的，所述过程控制器和IO模块采用基于IEEE61131 CFC的图形化组态编程语言，对顺序事件记录进行组态化配置，完成全过程系统中顺序事件记录的ID范围、传送对象选择、传输格式转换和SER转存。
本发明的第二方面提供了一种可组态的过程控制系统顺序事件记录实现方法，包括如下步骤：
IO模块基于死区-滤波时间判断方法对顺序事件记录SER进行采集；
IO模块将采集的顺序事件记录SER通过标准通信协议GOOSE通信协议按一定的格式发送给过程控制器；
过程控制器接收到SER信息后，将其转换为特定时间格式的SER信息，按系统配置需求配置唯一的ID号，同时存储于本地缓存FIFO中，等待传输至后台系统。
进一步的，所述死区-滤波时间判断方法包括：
当在tc时刻检测到状态量信号发生了电平的变化，记录当前的时标，进入死区时间判断；
死区时间内允许出现抖动，经过死区时间后，如果检测到该状态量信号仍处于变化后的电平，则进入滤波时间判断；
滤波时间内不允许出现抖动，如果该状态量信号在滤波时间内经判断始终处于变化后的电平，则被确认为有效变位，生成一条变位时间为tc的SER事件，否则无SER事件生成。
进一步的，所述顺序事件记录的最小分辨率为0.1ms。
综上所述，本发明提供了一种可组态的过程控制系统顺序事件记录实现装置及方法，该装置包括过程控制器和IO模块；IO模块包括处理器插件和采集插件，处理器插件按照预定周期读取采集插件的采集数据，实现顺序时间记录SER的采集；IO模块采用基于标准IEC61850 GOOSE通信协议的过程总线将所述顺序事件记录传输至所述过程控制器。本发明的装置和方法可将传统的基于控制器-IO单元的系统架构下的控制系统通过软件方法，实现在不新增硬件成本，保持原有架构不变，布线情况不变模式下，通过在控制器和IO单元的处理器插件通过系统软件的方式实现高精度的顺序事件记录系统，相比行业内现有的方案，在不新增投资的情况下，大幅度降低成本，系统集成便捷，控制精度高，提升技术水平。
本发明具有如下有益技术效果：
1、不改变现有的控制系统架构和配置，硬件可组态配置，软件可采用基于IEEE61131 CFC的功能块配置，提升开发效率和程序可靠性，降低成本。
2、提出的算法能兼顾死区配置和滤波配置，提升顺序事件记录的可配置性，并实现了精度达到0.1ms的事件分辨率，适用应用场景更多。
3、采用了高速的标准通信协议IEC61850 GOOSE传输，提升了传输速率和系统的互操作性。
附图说明
图1是本发明实施例的可组态的过程控制系统顺序事件记录实现装置示意图；
图2是IO单元基于死区-滤波时间判断算法实现事件记录采集示意图；
图3是IO单元顺序事件生成过程示意图；
图4是控制器接收和存储顺序事件过程示意图。
图5是控制器接收及转存SER图形化编程界面；
图6是本发明实施例的可组态的过程控制系统顺序事件记录实现方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
术语解释：
SER：顺序事件记录(Sequence of Events Recorder)
IEEE61131：工业自动化标准
GOOSE IEC61850：标准规定的一种过程层通信协议
如图1所示，该图是一种可组态的过程控制系统装置示意图，本发明的第一方面提供了一种可组态的过程控制系统顺序事件记录实现装置，包括过程控制器和IO模块；所述IO模块包括处理器插件和采集插件，处理器插件按照预定周期读取采集插件的采集数据，实现顺序时间记录SER的采集；IO模块采用基于标准IEC61850 GOOSE通信协议的过程总线将所述顺序事件记录传输至所述过程控制器。IO模块采用三重设计，包括三个IO单元，实现三取二冗余设置；包括多个所述过程控制器，控制器采用冗余网络配置，分别通过LAN网连接至OWS系统。任意网络上的两两设备可以相互通信实现数据共享。
如图2所示，该图是IO单元基于死区-滤波时间判断算法实现事件记录采集示意图。IO单元处理器插件通过背板按一定周期读取采集插件的采集数据，每个顺序事件的生成需要符合死区-滤波时间判断算法，被确认后的事件才能够通过标准GOOSE通信协议按一定的格式发送给控制系统。IO单元的处理器插件运行基于死区和滤波算法的状态量采集程序,最小顺序事件记录可达到0.1ms事件分辨率。
所述死区-滤波时间判断方法包括：当在tc时刻检测到状态量信号发生了从低电平到高电平的变化，记录当前的时标，并进入死区时间算法判断。死区时间内描述的是一次系统状态变化的过程，允许出现抖动，经过死区时间后，如果检测到该状态量信号仍处于高电平，则进入滤波时间算法判断。滤波时间内判断是否发生的是一次真实的变位，不允许出现抖动，如果该状态量信号在滤波时间内经算法判断始终处于高电平，则被确认为有效变位，生成一条变位时间为tc的SER事件，并通过标准通信协议GOOSE通信协议按一定的格式发送给控制系统，否则无SER事件生成。
如图3所示，该图是IO单元顺序事件生成过程示意图。在tc时刻，bit2发生了从0到1的变化，进入死区-滤波时间算法判断，在死区时间Dead Time内，发生了一次抖动，死区时间Dead Time结束后bit2仍然为1；此后在滤波时间Fliter Time内bit3始终为1，没有抖动发生，此次变化被判断为一次真实变位，滤波时间Fliter Time结束后，生成一条变位时间为tc的SER事件，并通过GOOSE通信协议发送给控制系统。
如图4所示，该图是控制器接收和存储顺序事件过程示意图。IO单元在t2c时刻检测到bit2发生一次有效变位并生成一条SER，在t3c和t4c时刻检测到bit3和bit4各发生一次有效变位并生成2条SER，在t2c1、t3c1和t4c1时刻检测到bit2、bit3和bit4各发生一次有效变位并生成3条SER，生成的SER通过标准GOOSE通信协议发送给控制器。控制器接收到状态量报文后，将其转换为特定时间格式的SER信息，按系统配置需求配置全系统唯一的ID号实现事件记录的区分，同时存储于本地缓存FIFO中，等待传输至后台系统。
控制器和IO采集装置中均带有图形化开发环境，采用基于IEEE61131CFC的图形化组态编程语言实现对于顺序事件的组态化配置，完成全过程系统中顺序事件的ID范围，传送对象选择，传输格式转换和SER转存等功能。如图5所示，该图是控制器接收及转存SER图形化编程界面。功能块GSBTR2实现单点状态量-时间格式的GOOSE数据的接收功能，同时将SER信息编号、状态位和时标写入一个FIFO缓存区，其中，缓存区的起始地址由功能块输入管脚SAF配置，GOOSE数据集第一个状态量的信息编号由功能块输入管脚FMN配置，对于GOOSE数据集中更多的状态量，信息编号的增量为1。控制器SER缓存区中的顺序事件通过站域总线完成事件的上送，顺序事件的上送采用请求/确认机制，防止事件丢失，在OWS系统中完成数据的存储、处理与显示。
本发明的第二方面提供了一种可组态的过程控制系统顺序事件记录实现方法，如图6所示，包括如下步骤：
步骤S100，IO模块基于死区-滤波时间判断方法对顺序事件记录SER进行采集；
步骤S200，IO模块将采集的顺序事件记录SER通过标准通信协议GOOSE通信协议按一定的格式发送给过程控制器；
步骤S300，过程控制器接收到SER信息后，将其转换为特定时间格式的SER信息，按系统配置需求配置唯一的ID号，同时存储于本地缓存FIFO中，等待传输至后台系统。
综上所述，本发明提供了一种可组态的过程控制系统顺序事件记录实现装置及方法，该装置包括过程控制器和IO模块；IO模块包括处理器插件和采集插件，处理器插件按照预定周期读取采集插件的采集数据，实现顺序时间记录SER的采集；IO模块采用基于标准IEC61850 GOOSE通信协议的过程总线将所述顺序事件记录传输至所述过程控制器。本发明的装置和方法可将传统的基于控制器-IO单元的系统架构下的控制系统通过软件方法，实现在不新增硬件成本，保持原有架构不变，布线情况不变模式下，通过在控制器和IO单元的处理器插件通过系统软件的方式实现高精度的顺序事件记录系统，相比行业内现有的方案，在不新增投资的情况下，大幅度降低成本，系统集成便捷，控制精度高，提升技术水平。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
Claims (10)
1.一种可组态的过程控制系统顺序事件记录实现装置，其特征在于，包括过程控制器和IO模块；
所述IO模块包括处理器插件和采集插件，处理器插件按照预定周期读取采集插件的采集数据，实现顺序时间记录SER的采集；
IO模块采用基于标准IEC61850 GOOSE通信协议的过程总线将所述顺序事件记录传输至所述过程控制器。
2.根据权利要求1所述的可组态的过程控制系统顺序事件记录实现装置，其特征在于，每个所述IO模块采用三重设计，包括三个IO单元，实现三取二冗余设置。
3.根据权利要求1或2所述的可组态的过程控制系统顺序事件记录实现装置，其特征在于，包括多个所述过程控制器，采用冗余网络配置，分别通过LAN网连接至OWS系统。
4.根据权利要求1-3任一项所述的可组态的过程控制系统顺序事件记录实现装置，其特征在于，所述IO模块的处理器插件基于死区-滤波时间判断方法对所述顺序事件记录SER进行采集，并通过标准通信协议GOOSE通信协议按一定的格式发送给过程控制器，所述死区-滤波时间判断方法包括：
当在tc时刻检测到状态量信号发生了电平的变化，记录当前的时标，进入死区时间判断；
死区时间内允许出现抖动，经过死区时间后，如果检测到该状态量信号仍处于变化后的电平，则进入滤波时间判断；
滤波时间内不允许出现抖动，如果该状态量信号在滤波时间内经判断始终处于变化后的电平，则被确认为有效变位，生成一条变位时间为tc的SER事件，否则无SER事件生成。
5.根据权利要求4所述的可组态的过程控制系统顺序事件记录实现装置，其特征在于，所述顺序事件记录的最小分辨率为0.1ms。
6.根据权利要求4或5所述的可组态的过程控制系统顺序事件记录实现装置，其特征在于，过程控制器接收到SER信息后，将其转换为特定时间格式的SER信息，按系统配置需求配置唯一的ID号，同时存储于本地缓存FIFO中，等待传输至后台系统。
7.根据权利要求1-6任一项所述的可组态的过程控制系统顺序事件记录实现装置，其特征在于，所述过程控制器和IO模块采用基于IEEE61131 CFC的图形化组态编程语言，对顺序事件记录进行组态化配置，完成全过程系统中顺序事件记录的ID范围、传送对象选择、传输格式转换和SER转存。
8.一种可组态的过程控制系统顺序事件记录实现方法，其特征在于，包括如下步骤：
IO模块基于死区-滤波时间判断方法对顺序事件记录SER进行采集；
IO模块将采集的顺序事件记录SER通过标准通信协议GOOSE通信协议按一定的格式发送给过程控制器；
过程控制器接收到SER信息后，将其转换为特定时间格式的SER信息，按系统配置需求配置唯一的ID号，同时存储于本地缓存FIFO中，等待传输至后台系统。
9.根据权利要求8所述的可组态的过程控制系统顺序事件记录实现方法，其特征在于，所述死区-滤波时间判断方法包括：
当在tc时刻检测到状态量信号发生了电平的变化，记录当前的时标，进入死区时间判断；
死区时间内允许出现抖动，经过死区时间后，如果检测到该状态量信号仍处于变化后的电平，则进入滤波时间判断；
滤波时间内不允许出现抖动，如果该状态量信号在滤波时间内经判断始终处于变化后的电平，则被确认为有效变位，生成一条变位时间为tc的SER事件，否则无SER事件生成。
10.根据权利要求8或9所述的可组态的过程控制系统顺序事件记录实现方法，其特征在于，所述顺序事件记录的最小分辨率为0.1ms。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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