CN114895622A - 一种地下低温低湿特藏洞库环境控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种地下低温低湿特藏洞库环境控制系统，包括中心级、现场级和末端级三级结构；其中，所述中心级的控制设备数据信号连接多个现场级的控制设备，每个所述现场级的控制设备信号连接多个末端级的控制设备；所述中心级、现场级和末端级的各个控制设备中的可编程逻辑控制器均为包括数据处理模块和数据校验模块的双层结构。其解决了目前控制系统存在可靠性差、冗余度差、系统架构搭建不合理、系统稳定性差的问题。
Description
技术领域
本发明属于地下低温低湿特藏洞库环境控制技术领域，具体涉及一种地下低温低湿特藏洞库环境控制系统。
背景技术
地下工程、隧道工程特别是地下特藏洞库工程的环境控制及智能运营是一个重大课题。地下空间的温度、湿度等条件的合理设置对特藏物资及人员工作环境将有直接影响。目前常见的环境控制系统除了暖通设备自身空调工艺之外，通常采用DDC控制系统、传统PLC控制系统、DCS控制系统等。通过对洞库内各主要机电设备进行集中监测和遥控，包括空调系统设备、通风排风设备、给排水系统、照明设备、供配电系统及其他重要的机电设备，收集、记录、保存及管理有关系统的重要信息及数据，达到提高运行效率，保证环境需要，节省能源，节省人力，最大限度安全延长设备寿命的目的。
但是目前控制系统存在可扩展性差、掉电后程序存储不易、自诊断能力差以及抗干扰和恶劣工业环境能力差等问题，造成现场以及中心的控制数据不稳定，无法实现数据的稳定实时传输。采用什么样的控制模式，能实现数据的稳定实时传输，特别是在地下洞库的恶劣自然环境同时又保藏特藏物资的情况下实现稳定实时传输是一个重要课题。
发明内容
本发明的目的是提供一种地下低温低湿特藏洞库环境控制系统，以解决目前控制系统存在可靠性差、冗余度差、系统架构搭建不合理、系统稳定性差的问题。
本发明采用以下技术方案：一种地下低温低湿特藏洞库环境控制系统，包括中心级、现场级和末端级三级结构；其中，所述中心级的控制设备数据信号连接多个现场级的控制设备，每个所述现场级的控制设备信号连接多个末端级的控制设备；
所述中心级、现场级和末端级的各个控制设备中的可编程逻辑控制器均为包括数据处理模块和数据校验模块的双层结构；
其中，所述数据处理模块用于接收规则化处理过的原始数据并对其进行处理，处理后的结果和所述原始数据均载入所述数据校验模块；所述数据校验模块用于对处理后的结果和所述原始数据进行处理及校验，双层校验后，若两个结果一致则进入输出处理模式；若两个结果有出入或差错，则返回所述数据处理模块重新进行处理。
进一步的，中心级的控制设备包括核心工业千兆以太网交换机；所述现场级的控制设备按照设备类别及区域位置设置现场级可编程逻辑控制器来完成数据的采集和处理；在所述末端级设置数据接口模块及对应通信设备设施。
进一步的，数据处理模块和数据校验模块连接一电池组，所述电池组包括冗余电源A和冗余电源B，所述冗余电源A和所述冗余电源B同时在线；
其中，正常工作状态下，所述冗余电源A和所述冗余电源B用于分别为数据处理模块和数据校验模块中任意一个服务；当其中任一冗余电源出现故障，则另一冗余电源用于通过切换装置将为数据处理模块和数据校验模块同时服务。
进一步的，末端级的控制设备为中央处理器、电源、通信模块及管理系统中的各种接口及附件。
本发明的有益效果是：本发明的双层结构数据处理和数据校验模块+冗余电源的现场PLC控制器+末端链路模块的控制方法能有效减少地下洞库极端恶劣环境下的数据传输和控制稳定性问题。本发明的方法简单有效，实时方便，逻辑清晰，经实践证明是行之有效的解决地下恶劣环境控制稳定性的方法之一。该方法能有效稳定的控制地下环境设备及其他各重要机电设备，实现末端设备、中间层传输链路、控制中心数据的稳定实时传输，满足地下恶劣环境的控制要求，实现较好的控制效果。
附图说明
图1为本发明一种地下低温低湿特藏洞库环境控制系统的控制系统构架图；
图2为本发明一种地下低温低湿特藏洞库环境控制系统的双层数据架构数据处理逻辑结构图；
图3为本发明一种地下低温低湿特藏洞库环境控制系统的双层结构数据处理及数据校验-末端链路-冗余电源系统逻辑结构图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
如图1所示，本发明提供了一种地下低温低湿特藏洞库环境控制系统，包括中心级、现场级和末端级三级结构；其中，所述中心级的控制设备数据信号连接多个现场级的控制设备，每个所述现场级的控制设备信号连接多个末端级的控制设备。中心级、现场级和末端级的各个控制设备中的可编程逻辑控制器均为包括数据处理模块和数据校验模块的双层结构；
其中，如图2所示，所述数据处理模块用于接收规则化处理过的原始数据并对其进行处理，处理后的结果和所述原始数据均载入所述数据校验模块；所述数据校验模块用于对处理后的结果和所述原始数据进行处理及校验，双层校验后，若两个结果一致则进入输出处理模式；若两个结果有出入或差错，则返回所述数据处理模块重新进行处理。
考虑地下特藏洞库工程的特殊性，特别是对于环境温度湿度的超高要求及对数据传输稳定性和冗余性的要求，在数据梳理环节，在常规的控制系统在数据输入及数据处理环节之外，本发明在数据处理的逻辑环节，为了考虑数据稳定，将现有的数据处理主设备，分解为数据处理模块和数据校验模块，在数据处理模块处理完成数据发送给数据校验模块，数据校验模块完成校验且无误之后，方可发出指令，若校验出现问题，则应将数据流引入初始端，重新进行数据处理，直至数据校验模块通过校验。
考虑地下特藏洞库的数据量大、数据类型多、数据点位分散的特点，本方法设计了末端分散处理模块的方式，即在分散的数据点设置数据输入模块，采集数据并传输，此方法既完成了控制，又节省了大量的工程造价，具有较高的实用性和经济性，有一定的推广价值。
在一些实施例中，所述中心级的控制设备包括核心工业千兆以太网交换机；所述现场级的控制设备按照设备类别及区域位置设置现场级可编程逻辑控制器来完成数据的采集和处理；在所述末端级设置数据接口模块及对应通信设备设施。
在一些实施例中，如图3所示，数据处理模块和数据校验模块连接一电池组，所述电池组包括冗余电源A和冗余电源B，所述冗余电源A和所述冗余电源B同时在线；
其中，正常工作状态下，所述冗余电源A和所述冗余电源B用于分别为数据处理模块和数据校验模块中任意一个服务；当其中任一冗余电源出现故障，则另一冗余电源用于通过切换装置将为数据处理模块和数据校验模块同时服务。从而保障了电源供电的稳定性和冗余性。
在一些实施例中，末端级的控制设备为中央处理器、电源、通信模块及管理系统中的各种接口及附件。末端级架构，主要指各种接口及附件，包括I/0、485/232、RJ-45、AI/AO、DI/DO等，把完整架构中的中央处理器、电源、通信模块及管理系统、附件等进行优化，仅保留各种接口及必要附件。从而适应类似洞库类项目的数据离散且数量巨大、地理区域位置分散，即提高了实用性，又大大减少了类似工程项目的投资和建设成本，具有一定的推广价值。
本发明针对地下特藏低温低湿洞库存在的大量环境控制设备，包括深度除湿组合式新风处理机组、深度除湿二次回风组合式空气处理机组、组合式空气处理机组、消防加压机、消防排烟风机、消防补风机、送(排)风机、空气处理机组、新风机组(初效过滤，中效过滤)等所包含的电动调节风阀控制信号、调节阀反馈信号、新风温度、新风湿度、化学物质检测信号、新风电动调节阀反馈信号、新风电动调节阀控制信号、回风电动调节阀反馈信号、汇丰电动调节阀控制信号、回风温度、CO浓度探测信号、回风湿度、过滤器阻塞信号、电动调节水阀反馈信号、电动调节水阀控制信号、新风风机启停控制信号、电辅助加热器启停控制信号、工作状态信号、转轮除湿机启停控制信号、工作状态信号、转轮除湿机故障状态信号、工作状态信号、手自动转换信号、变频器频率控制信号、变频器频率反馈信号、回风电动调节阀反馈信号、控制信号等，以上几十种设备类型、上千信号数据进行规范化规则化处理，获得准确的输入信道。
本发明针对大量的环控设备组建三级架构、构建中心级、现场级、末端级三级结构。在分控室构建中心级控制设备，包括核心工业千兆以太网交换机、采用通用工业协议(CIP)、以太网/IP、PROF-INET等协议，设置双元件映像寄存器及双电源的可编程逻辑控制器来完成数据的梳理和处理。在现场级则按照设备类别及区域位置设置现场级可编程逻辑控制器来完成数据的采集和处理。在末端则设置数据接口模块及对应通信设备设施。
本发明针对大量需稳定传输的数据通过双层结构的数据处理模块和数据校验模块、双电源、双层程式执行模式来保证数据的稳定性和冗余度。考虑数据的重要性，在可编程逻辑控制器在数据处理的映像寄存器采用双重处理模式，即经过规则化处理后的数据需要同时输入两个映像寄存器设备，通过时序控制和两者数据输出的数据的对比运算后，给出准确结果。此外，考虑可编程逻辑控制器存在掉电后数据丢失的可能性，所有的中心级设备和现场级设备均设置在线备用电源，通过电源管理系统，在主电源掉线情况下备用电源可实现无缝对接。
本发明针对大量分散的数据点，采用末端级架构，既保证了高稳定性、高冗余度又合理降低了项目建造成本。考虑本项目存在大量的离散数据，分散在不同的区域位置，若大量设置该高规格的可编程成逻辑控制器，则大大加大了项目投资和建设成本，故根据数据类型和区域位置设置末端数据传输模块，将数据就近接入现场级设备。
本发明的双层结构数据处理和数据校验模块+冗余电源的现场PLC控制器+末端链路模块的控制方法能有效减少地下洞库极端恶劣环境下的数据传输和控制稳定性问题。本发明的方法简单有效，实时方便，逻辑清晰，经实践证明是行之有效的解决地下恶劣环境控制稳定性的方法之一。该方法能有效稳定的控制地下环境设备及其他各重要机电设备，实现末端设备、中间层传输链路、控制中心数据的稳定实时传输，满足地下恶劣环境的控制要求，实现较好的控制效果。一种地下特藏低温低湿洞库工程高可靠性、高冗余度的控制方法，解决了现有地下洞库控制系统控制性能不适用于特藏洞库的问题。常规的控制方法如DDC控制系统、传统PLC控制系统、DCS控制系统存在可靠性差、冗余度差、系统架构搭建不合理、系统稳定性差等问题。
Claims (4)
1.一种地下低温低湿特藏洞库环境控制系统，其特征在于，包括中心级、现场级和末端级三级结构；其中，所述中心级的控制设备数据信号连接多个现场级的控制设备，每个所述现场级的控制设备信号连接多个末端级的控制设备；
所述中心级、现场级和末端级的各个控制设备中的可编程逻辑控制器均为包括数据处理模块和数据校验模块的双层结构；
其中，所述数据处理模块用于接收规则化处理过的原始数据并对其进行处理，处理后的结果和所述原始数据均载入所述数据校验模块；所述数据校验模块用于对处理后的结果和所述原始数据进行处理及校验，双层校验后，若两个结果一致则进入输出处理模式；若两个结果有出入或差错，则返回所述数据处理模块重新进行处理。
2.如权利要求1所述的一种地下低温低湿特藏洞库环境控制系统，其特征在于，所述中心级的控制设备包括核心工业千兆以太网交换机；所述现场级的控制设备按照设备类别及区域位置设置现场级可编程逻辑控制器来完成数据的采集和处理；在所述末端级设置数据接口模块及对应通信设备设施。
3.如权利要求1或2所述的一种地下低温低湿特藏洞库环境控制系统，其特征在于，所述数据处理模块和数据校验模块连接一电池组，所述电池组包括冗余电源A和冗余电源B，所述冗余电源A和所述冗余电源B同时在线；
其中，正常工作状态下，所述冗余电源A和所述冗余电源B用于分别为数据处理模块和数据校验模块中任意一个服务；当其中任一冗余电源出现故障，则另一冗余电源用于通过切换装置将为数据处理模块和数据校验模块同时服务。
4.如权利要求1或2所述的一种地下低温低湿特藏洞库环境控制系统，其特征在于，所述末端级的控制设备为中央处理器、电源、通信模块及管理系统中的各种接口及附件。
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