CN118075321A - 复杂机电液气系统控制网络架构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种复杂机电液气系统控制网络架构。在本发明中，通过将网络架构内的各个网络单元，分别与主数据传输单元和副数据传输单元单独通信连接，构成主副星形网络，从物理特性上实现了网络链路的冗余，从而可根据网络状态实时切换网络链路，进而提高了系统网络通信的安全性和可靠性。

Description

复杂机电液气系统控制网络架构

技术领域

本发明涉及网络信息的技术领域，特别是涉及一种复杂机电液气系统控制网络架构。

背景技术

在现代化工业生产中，不同的工业控制设备间通常采用网络连接的方式进行信号通信，以满足对现场设备工作状态的监测和控制。

现有的工业控制设备间一般只采用单条网络链路，在工业控制设备运行作业时，如果通信故障或者中断，将会导致工业控制设备工作异常甚至无法进行作业，给企业带来巨大的损失。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的复杂机电液气系统控制网络架构，能够解决在单条网络链路通信故障或者中断时，导致工业控制设备工作异常甚至无法进行作业的问题。

具体地，本发明提供了一种复杂机电液气系统控制网络架构，包括：

设备现场，所述设备现场设置有多个被控单元和多个现场工控主机，多个所述被控单元与多个所述现场工控主机一一对应连接，所述被控单元配置成执行相应的作业，所述现场工控主机配置成控制对应的所述被控单元动作；

集中控制室，所述集中控制室内设置有多个集中控制单元控制器、主数据传输单元和副数据传输单元；每个所述集中控制单元控制器通信连接至少一个所述被控单元或至少一个所述现场工控主机，每个所述集中控制单元控制器均设置有双网口模块；每个所述集中控制单元控制器均通过所述双网口模块分别连接所述主数据传输单元和所述副数据传输单元；

遥操控制室，所述遥操控制室内设置有数据接收单元和遥操工控主机，所述数据接收单元分别与所述主数据传输单元和所述副数据传输单元通信连接，所述数据接收单元与所述遥操工控主机通信连接；

多个所述被控单元、多个集中控制单元控制器、所述主数据传输单元、所述副数据传输单元、所述数据接收单元和所述遥操工控主机相互连接构成主副星形网络；或者，

多个所述被控单元、多个所述现场工控主机、多个所述集中控制单元控制器、所述主数据传输单元、所述副数据传输单元、所述数据接收单元和所述遥操工控主机相互连接构成主副星形网络；或者，

所述现场工控主机配置成支持同IP冗余，且所述现场工控主机的控制器设置有双网口模块，多个所述现场工控主机、所述主数据传输单元、所述副数据传输单元、所述数据接收单元和所述遥操工控主机相互连接构成主副星形网络。

可选地，所述集中控制室内还设置有集中工控主机，多个所述集中控制单元控制器均与所述集中工控主机通信连接；或者，

多个所述现场工控主机与所述集中工控主机通信连接；或者，

多个所述被控单元与所述集中工控主机通信连接；

所述集中工控主机配置成支持同IP冗余，且所述集中工控主机的控制器设置有双网口模块，所述集中工控主机通过所述双网口模块分别连接所述主数据传输单元和所述副数据传输单元。

可选地，所述网络架构还包括多个集中功能服务器，多个所述集中功能服务器均与所述集中工控主机通信连接；

所述集中功能服务器配置成支持同IP冗余，且所述集中功能服务器的控制器设置有双网口模块，所述集中工控主机通过所述双网口模块分别连接所述主数据传输单元和所述副数据传输单元。

可选地，所述网络架构还包括遥操功能服务器，所述遥操功能服务器与所述数据接收单元连接。

可选地，所述遥操工控主机与所述遥操功能服务器均配置成支持同IP冗余，且所述遥操工控主机与所述遥操功能服务器的控制器均设置有双网口模块，所述遥操功能服务器、所述遥操工控主机和所述数据接收单元相互通信连接，以形成环形网络。

可选地，多个所述被控单元包括执行机构、动力强电系统、控制弱电系统、驱动气系统和驱动液压系统。

可选地，所述现场工控主机的控制器、集中控制单元控制器和所述集中工控主机的控制器均与所述被控单元的执行器和监测传感器通信连接；

所述现场工控主机、所述集中控制单元控制器和所述集中工控主机的控制器均与所述被控单元通过模拟量信号、开关量信号或网络电缆连接。

可选地，所述数据接收单元、所述主数据传输单元和副数据传输单元均为具有多个光纤接口的交换机。

可选地，所述主数据传输单元和副数据传输单元分别通过网络线缆与各现场工控主机的控制器网口模块、独立数字测量或控制单元连接。

可选地，所述现场工控主机通过具有多个光纤接口的交换机与所述集中控制单元控制器和所述集中工控主机通信连接。

在本发明的一种复杂机电液气系统控制网络架构中，通过将网络架构内的各个网络单元，分别与主数据传输单元和副数据传输单元单独通信连接，构成主副星形网络，从物理特性上实现了网络链路的冗余，从而可根据网络状态实时切换网络链路，进而提高了系统网络通信的安全性和可靠性。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是本发明一个实施例的复杂机电液气系统控制网络架构的整体示意性结构图。

具体实施方式

下面参照图1来描述本发明实施例的一种复杂机电液气系统控制网络架构。在本实施例的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征，也即包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体的限定。当某个特征“包括或者包含”某个或某些其涵盖的特征时，除非另外特别地描述，这指示不排除其它特征和可以进一步包括其它特征。

除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”、“固定”“耦合”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。本领域的普通技术人员，应该可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，在本实施例的描述中，第一特征在第二特征“之上”或“之下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。也即在本实施例的描述中，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”、或“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

如图1所示,本发明实施例提供了一种复杂机电液气系统控制网络架构，包括设备现场、集中控制室和遥操控制室。设备现场设置有多个被控单元9，被控单元9配置成执行相应的作业。

集中控制室内设置有多个集中控制单元控制器6、主数据传输单元4和副数据传输单元5。每个集中控制单元控制器6通信连接一个被控单元9，每个集中控制单元控制器6均设置有双网口模块，每个集中控制单元控制器6均通过双网口模块分别连接主数据传输单元4和副数据传输单元5。

遥操控制室内设置有数据接收单元3和遥操工控主机1。数据接收单元3分别与主数据传输单元4和副数据传输单元5通信连接，数据接收单元3与遥操工控主机1通信连接。

多个被控单元9、多个集中控制单元控制器6、主数据传输单元4、副数据传输单元5、数据接收单元3和遥操工控主机1相互连接构成主副星形网络。

在本发明的该实施例中，集中控制单元控制器6设置双网口模块，每个集中控制单元控制器6均通过双网口模块分别连接主数据传输单元4和副数据传输单元5。在正常工作时，只使用主数据传输单元4进行通信。集中控制单元控制器6采集相应的被控单元9的系统参数，并通过主数据传输单元4传送给遥操工控主机1，遥操工控主机1根据采集到系统参数发送相应的控制信号给被控单元9，以控制被控单元9执行相应的命令，从而实现了系统的远端操控。当集中控制单元控制器6连接主数据传输单元4的通信线路出现故障时，可以将通信线路切换到副数据传输单元5，通过副数据传输单元5传输给遥操工控主机1。多个被控单元9、多个集中控制单元控制器6、主数据传输单元4、副数据传输单元5、数据接收单元3和遥操工控主机1相互连接构成主副星形网络，从物理特性上实现了网络链路的冗余，从而可根据网络状态实时切换网络链路，进而提高了系统网络通信的安全性和可靠性。

在本发明的另一些实施例中，如图1所示,设备现场还设置有多个现场工控主机10。多个被控单元9与多个现场工控主机10一一对应连接。现场工控主机10配置成控制对应的被控单元9动作。每个集中控制单元控制器6通信连接一个现场工控主机10。多个被控单元9、多个现场工控主机10、多个集中控制单元控制器6、主数据传输单元4、副数据传输单元5、数据接收单元3和遥操工控主机1相互连接构成主副星形网络。

在本发明的该实施例中，在正常工作时，现场工控主机10可以直接采集相应的被控单元9的系统参数，现场工控主机10可以将采集的系统参数传输给相应的集中控制单元控制器6，集中控制单元控制器6通过主星形网络传送给遥操工控主机1，遥操工控主机1根据采集到系统参数发送相应的控制信号给被控单元9，以控制被控单元9执行相应的命令，从而实现了系统的远端操控。

同时，通过设置现场工控主机10，可以通过现场工控主机10发出控制命令，来控制被控单元9执行相应的作业，从而实现就地操控。

在本发明的又一些实施例中，如图1所示,现场工控主机10配置成支持同IP冗余，现场工控主机10的控制器设置有双网口模块。现场工控主机10通过双网口模块分别连接主数据传输单元4和副数据传输单元5。现场工控主机10直接与遥操工控主机1通信连接，来实现远端操控。现场工控主机10通过双网口模块分别连接主数据传输单元4和副数据传输单元5，以形成多星形网络结构，且不同星形网络之间对同一个对象的链路可冗余备份。

在本发明的一些替代性实施例中，集中控制室内可以只有一个集中控制单元控制器6，多个被控单元9通信连接在一个集中控制单元控制器6上。也可以有多个集中控制单元控制器6，每个集中控制单元控制器6至少连接有一个被控单元9，且同一个被控单元9只与一个集中控制单元控制器6连接。

在本发明的一些实施例中，如图1所示,集中控制室内还设置有集中工控主机7，各个集中控制单元控制器6均与集中工控主机7通信连接。集中工控主机7与遥操工控主机1通信连接。集中控制单元控制器6采集的参数传输给集中工控主机7，集中工控主机7再传输给遥操工控主机1进行远端操控。通过设置集中工控主机7，将集中控制单元控制器6采集的信息直接传输给集中工控主机7进行集中控制，也可以实现在集中控制室内对被控单元9进行操控。

在本发明的另一些实施例中，如图1所示,各个被控单元9直接与集中工控主机7通信连接，集中工控主机7与遥操工控主机1通信连接。可以实现在集中控制室和遥操控制室内对被控单元9进行操控。

在本发明的又一些实施例中，如图1所示,各个现场工控主机10直接与集中工控主机7通信连接，集中工控主机7与遥操工控主机1通信连接。可以实现在集中控制室和遥操控制室内对被控单元9进行操控。

进一步地，在本发明的一些实施例中，如图1所示,集中工控主机7配置成支持同IP冗余，集中工控主机7的控制器设置有双网口模块。集中工控主机7通过双网口模块分别连接主数据传输单元4和副数据传输单元5。

在本发明的该实施例中，在正常工作时，只使用主数据传输单元4进行通信，以进行远端操控。当集中工控主机7连接主数据传输单元4的通信线路出现故障时，可以将通信线路切换到副数据传输单元5，通过副数据传输单元5传输给遥操工控主机1，进行远端操控，进而提高了系统网络通信的安全性和可靠性。

在本发明的一些实施例中，如图1所示,网络架构还包括多个集中功能服务器8，多个集中功能服务器8均与集中工控主机7通信连接。集中功能服务器8配置成支持同IP冗余，集中功能服务器8的控制器设置有双网口模块。集中功能服务器8通过双网口模块分别连接主数据传输单元4和副数据传输单元5。

在本发明的该实施例中，集中工控主机7采集的参数信息可以传输给集中功能服务器8，通过集中功能服务器8与遥操工控主机1进行通信，以实现远端操控。当集中功能服务器8连接主数据传输单元4的通信线路出现故障时，可以将通信线路切换到副数据传输单元5，通过副数据传输单元5传输给遥操工控主机1，进行远端操控，进而提高了系统网络通信的安全性和可靠性。

在本发明的一些实施例中，如图1所示,控制网络架构还包括遥操功能服务器2，遥操功能服务器2与数据接收单元3连接。遥操功能服务器2和遥操工控主机1均配置成支持同IP冗余，且遥操功能服务器2的控制器和遥操工控主机1的控制器均设置有双网口模块。数据接收单元3、遥操工控主机1和遥操功能服务器2通信连接形成环形网络。环形网络上的任一点断路不影响系统工作，提高系统可靠性。

在本发明的一些实施例中，如图1所示,集中功能服务器8可以设置在集中控制室中，也可以设置在独立场所。遥操功能服务器2可以设置在遥操控制室中，也可以设置在独立场所。

在本发明的一些实施例中，现场工控主机10、集中工控主机7和遥操工控主机1内部配置有支持同IP的冗余网卡，以支持同IP冗余。双网口模块为EN2TR双网口模块。

在本发明的一些实施例中，多个被控单元9包括执行机构、动力强电系统、控制弱电系统、驱动气系统和驱动液压系统。

在本发明的一些实施例中，现场工控主机10的控制器、集中控制单元控制器6和集中工控主机7的控制器均与被控单元9的执行器和监测传感器通信连接，以采集被控单元9的相关参数。

现场工控主机10、集中控制单元控制器6和集中工控主机7的控制器与被控单元9通过模拟量信号、开关量信号或网络电缆连接。

在本发明的一些实施例中，数据接收单元3、主数据传输单元4和副数据传输单元5均为具有多个光纤接口的交换机。

在本发明的一些实施例中，主数据传输单元4和副数据传输单元5分别通过网络线缆与各现场工控主机10的控制器网口模块、独立数字测量或控制单元连接。

在本发明的一些实施例中，现场工控主机10通过具有多个光纤接口的交换机与集中控制单元控制器6和集中工控主机7通信连接。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (10)

1.一种复杂机电液气系统控制网络架构，其特征在于，包括：

设备现场，所述设备现场设置有多个被控单元和多个现场工控主机，多个所述被控单元与多个所述现场工控主机一一对应连接，所述被控单元配置成执行相应的作业，所述现场工控主机配置成控制对应的所述被控单元动作；

集中控制室，所述集中控制室内设置有多个集中控制单元控制器、主数据传输单元和副数据传输单元；每个所述集中控制单元控制器通信连接至少一个所述被控单元或至少一个所述现场工控主机，每个所述集中控制单元控制器均设置有双网口模块；每个所述集中控制单元控制器均通过所述双网口模块分别连接所述主数据传输单元和所述副数据传输单元；

遥操控制室，所述遥操控制室内设置有数据接收单元和遥操工控主机，所述数据接收单元分别与所述主数据传输单元和所述副数据传输单元通信连接，所述数据接收单元与所述遥操工控主机通信连接；

多个所述被控单元、多个集中控制单元控制器、所述主数据传输单元、所述副数据传输单元、所述数据接收单元和所述遥操工控主机相互连接构成主副星形网络；或者，

多个所述被控单元、多个所述现场工控主机、多个所述集中控制单元控制器、所述主数据传输单元、所述副数据传输单元、所述数据接收单元和所述遥操工控主机相互连接构成主副星形网络；或者，

所述现场工控主机配置成支持同IP冗余，且所述现场工控主机的控制器设置有双网口模块，多个所述现场工控主机、所述主数据传输单元、所述副数据传输单元、所述数据接收单元和所述遥操工控主机相互连接构成主副星形网络。

2.根据权利要求1所述的复杂机电液气系统控制网络架构，其特征在于，所述集中控制室内还设置有集中工控主机，多个所述集中控制单元控制器均与所述集中工控主机通信连接；或者，

多个所述现场工控主机与所述集中工控主机通信连接；或者，

多个所述被控单元与所述集中工控主机通信连接；

所述集中工控主机配置成支持同IP冗余，且所述集中工控主机的控制器设置有双网口模块，所述集中工控主机通过所述双网口模块分别连接所述主数据传输单元和所述副数据传输单元。

3.根据权利要求2所述的复杂机电液气系统控制网络架构，其特征在于，所述网络架构还包括多个集中功能服务器，多个所述集中功能服务器均与所述集中工控主机通信连接；

所述集中功能服务器配置成支持同IP冗余，且所述集中功能服务器的控制器设置有双网口模块，所述集中工控主机通过所述双网口模块分别连接所述主数据传输单元和所述副数据传输单元。

4.根据权利要求1所述的复杂机电液气系统控制网络架构，其特征在于，所述网络架构还包括遥操功能服务器，所述遥操功能服务器与所述数据接收单元连接。

5.根据权利要求4所述的复杂机电液气系统控制网络架构，其特征在于，所述遥操工控主机与所述遥操功能服务器均配置成支持同IP冗余，且所述遥操工控主机与所述遥操功能服务器的控制器均设置有双网口模块，所述遥操功能服务器、所述遥操工控主机和所述数据接收单元相互通信连接，以形成环形网络。

6.根据权利要求1所述的复杂机电液气系统控制网络架构，其特征在于，多个所述被控单元包括执行机构、动力强电系统、控制弱电系统、驱动气系统和驱动液压系统。

7.根据权利要求1所述的复杂机电液气系统控制网络架构，其特征在于，

所述现场工控主机的控制器、集中控制单元控制器和所述集中工控主机的控制器均与所述被控单元的执行器和监测传感器通信连接；

所述现场工控主机、所述集中控制单元控制器和所述集中工控主机的控制器均与所述被控单元通过模拟量信号、开关量信号或网络电缆连接。

8.根据权利要求1所述的复杂机电液气系统控制网络架构，其特征在于，所述数据接收单元、所述主数据传输单元和副数据传输单元均为具有多个光纤接口的交换机。

9.根据权利要求1所述的复杂机电液气系统控制网络架构，其特征在于，所述主数据传输单元和副数据传输单元分别通过网络线缆与各现场工控主机的控制器网口模块、独立数字测量或控制单元连接。

10.根据权利要求1所述的复杂机电液气系统控制网络架构，其特征在于，所述现场工控主机通过具有多个光纤接口的交换机与所述集中控制单元控制器和所述集中工控主机通信连接。