CN203643819U - 智能前端控制器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供的前端控制器，采用X86处理器作为中央处理器，主要完成网络通讯和逻辑解算；采用ARM作为协处理器，完成现场模拟量和开关量的处理以及与X86处理器的通讯；可实现工业现场装置的就地控制，不仅降低了电缆成本，也减小了控制系统响应时间。中央处理器通过网络通讯与控制中心进行数据交换，以构建网络化的数据采集和监控系统，满足企业的各种复杂控制要求，保证生产过程安全稳定运行。中央处理器与协处理器之间通过双口RAM进行数据传送，通过控制量协调中央处理器与协处理器之间的读写操作，从而避免中央处理器与协处理器之间的读写操作冲突造成的数据错误，进一步提高了前端控制器的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及一种前端控制器，特别地涉及一种实现工业现场就地控制的智能前端控制器。
背景技术
目前，分散控制系统（Distributed Control System，简称DCS）广泛应用于工业领域，DCS是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统，其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活、组态方便。主要特点是高可靠性、开放性、控制功能丰富。
但是，在生产过程中，往往有一些工艺过程的被控对象分布比较分散，而且每个被控对象的点数比较少，对于这种多点布置的小规模系统，采用传统的DCS会增加电缆成本；如果采用远程IO，不仅增加了通讯的时间和系统响应时间，而且不能做到就地控制。基于上述原因，本领域技术人员致力于开发小规模、可多点分散布置就地控制的智能前端控制器。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，本实用新型提供一种适合于输入输出点数较少、可多点分散布置就地控制的智能前端控制器，以构建网络化的数据采集和监控系统，满足企业的各种复杂控制要求，保证生产过程安全稳定运行。
本实用新型采用双处理器，采用X86处理器作为中央处理器，主要完成网络通讯和逻辑解算；采用ARM作为协处理器，完成现场模拟量和开关量的处理以及与X86处理器的通讯；本实用新型提供的前端控制器，可实现工业现场装置的就地控制，不仅降低了电缆成本，也减小了控制系统响应时间。
本实用新型提供的前端控制器，通过网络通讯与控制中心进行数据交换，以构建网络化的数据采集和监控系统，满足企业的各种复杂控制要求，保证生产过程安全稳定运行。
本实用新型提供一种前端控制器，其特征在于，包括输入通道、输出通道、FPGA、协处理器和中央处理器，输入通道、输出通道与FPGA连接，
输入通道用于输入现场数据；
FPGA模块设置双口RAM，双口RAM用于中央处理器与协处理器之间的数据传送；
协处理器用于对输入通道采集的现场数据进行处理，传送给中央处理器，并对中央处理器传送的控制信号进行处理；
中央处理器用于对收到的现场数据进行逻辑解算，产生控制信号，并将控制信号传送给协处理器；
所述组态模块用于实现控制逻辑；
输出通道用于输出控制信号；
中央处理器与控制中心通过通讯链路连接。
进一步地，输入通道包括开关量输入通道和/或模拟量输入通道，可采集现场的开关量信号和/或模拟量信号。
进一步地，输出通道包括开关量输入通道和/或模拟量输出通道，可输出开关量信号和/或模拟量信号。
进一步地，输入通道为一个或多个，当输入通道为多个时，可同时采集多个现场数据。
进一步地，输出通道为一个或多个，当输出通道为多个时，可同时输出多个控制信号。
进一步地，双口RAM包括输入双口RAM和输出双口RAM，输入双口RAM用于协处理器向中央处理器传送数据，输出双口RAM用于中央处理器向协处理器传送数据。
进一步地，双口RAM被配置为：双口RAM包括第一RAM、第二RAM和信号量，当信号量表明：中央处理器与协处理器两者之一正在操作第一RAM，中央处理器与协处理器两者之中的另一个操作第二RAM。通过控制量协调中央处理器与协处理器之间的读写操作，从而避免中央处理器与协处理器之间的读写操作冲突造成的数据错误，进一步提高了前端控制器的可靠性。
进一步地，中央处理器与控制中心之间的通讯链路为以太网，以构建网络化的数据采集和监控系统，满足企业的各种复杂控制要求，保证生产过程安全稳定运行。
进一步地，前端控制器还包括RS-485通讯链路，采用主从方式连接RS-485从设备。
进一步地，RS-485通讯链路为两路，两路RS-485为双重冗余，一路RS-485通讯链路故障不会影响前端控制器的正常工作，从而进一步提高前端控制器的可靠性。
与现有技术相比，本实用新型提供的前端控制器具有以下有益效果：
（1）采用X86处理器作为中央处理器，主要完成网络通讯和逻辑解算；采用ARM作为协处理器，完成现场模拟量和开关量的处理以及与X86处理器的通讯；可实现工业现场装置的就地控制，不仅降低了电缆成本，也减小了控制系统响应时间。
（2）中央处理器通过网络通讯与控制中心进行数据交换，以构建网络化的数据采集和监控系统，满足企业的各种复杂控制要求，保证生产过程安全稳定运行；
（3）中央处理器与协处理器之间通过双口RAM进行数据传送，通过控制量协调中央处理器与协处理器之间的读写操作，从而避免中央处理器与协处理器之间的读写操作冲突造成的数据错误，进一步提高了前端控制器的可靠性。
附图说明
图1是本实用新型的一个实施例的前端控制器系统结构示意图；
图2是图1所示的前端控制器的双口RAM操作示意图；
图3是图1所示的前端控制器的RS-485通讯示意图。
具体实施方式
本实用新型采用双处理器，采用X86处理器作为中央处理器，主要完成网络通讯和逻辑解算；采用ARM作为协处理器，完成现场模拟量和开关量的处理以及与X86处理器的通讯；两个处理器相对独立、分工明确、协调工作，共同完成信号采集、逻辑解算和通讯功能。本实用新型提供的前端控制器，可实现工业现场装置的就地控制，不仅降低了电缆成本，也减小了控制系统响应时间。
本实用新型提供的前端控制器，通过网络通讯与控制中心进行数据交换，以构建网络化的数据采集和监控系统，满足企业的各种复杂控制要求，保证生产过程安全稳定运行。
如图1所示，本实用新型的一个实施例的前端控制器，包括输入通道、输出通道、FPGA、协处理器和中央处理器，输入通道、输出通道与FPGA连接，
输入通道用于输入现场数据；
FPGA模块设置双口RAM，双口RAM用于中央处理器与协处理器之间的数据传送；
协处理器用于对输入通道采集的现场数据进行处理，传送给中央处理器，并对中央处理器传送的控制信号进行处理；
中央处理器包括组态模块，组态模块用于对收到的现场数据进行逻辑解算，产生控制信号，并将控制信号传送给协处理器；
输出通道用于输出控制信号；
中央处理器与控制中心通过通讯链路连接。
本实施例中，采用Vortex X86处理器作为中央处理器，主频为600MHz；采用M0516ARM作为协处理器，主频为50MHz。
输入通道包括开关量输入通道和/或模拟量输入通道，可采集现场的开关量信号和/或模拟量信号。
输出通道包括开关量输入通道和/或模拟量输出通道，可输出开关量信号和/或模拟量信号。
输入通道为一个或多个，当输入通道为多个时，可同时采集多个现场数据。
输出通道为一个或多个，当输出通道为多个时，可同时输出多个控制信号。
本实施例中的前端控制器，配置如下：
输入通道：8路模拟量输入（mA/V）与24路开关量输入（继电器干触点输入）；
输出通道：1路模拟量输出（4-20mA）与12路DO开关量输出（继电器干触点输出。
如图2所示，所述双口RAM包括输入双口RAM和输出双口RAM，所述输入双口RAM用于所述协处理器向所述中央处理器传送数据，所述输出双口RAM用于所述中央处理器向所述协处理器传送数据。
为了保证主处理器和协处理器通讯的可靠性，本实施例中的前端控制器在RAM的存取上设计了基于信号量的乒乓操作，无论是中央处理器还是协处理器在对双口RAM操作之前，先读信号量。
以现场信号的输入操作为例，ARM协处理器把采集到的输入信号，写到输入区之前，首先读信号量，如果信号量指示输入数据区A正在被X86中央处理器使用，ARM协处理器写输入数据区B。
以现场信号的输出操作为例，X86中央处理器把逻辑运算产生的输出信号，写到输出区之前，首先读信号量，如果信号量指示输出数据区C正在被ARM协处理器使用，X86中央处理器把输出数据写到输出数据区D。
通过控制量协调中央处理器与协处理器之间的读写操作，从而避免中央处理器与协处理器之间的读写操作冲突造成的数据错误，进一步提高了前端控制器的可靠性。
中央处理器与控制中心之间的通讯链路为以太网，以构建网络化的数据采集和监控系统，满足企业的各种复杂控制要求，保证生产过程安全稳定运行。
如图3所示，本实施例中的前端控制器还包括RS-485通讯链路，采用主从方式连接RS-485从设备，通讯速率可以灵活配置，通讯协议采用MODBUS协议。
本实施例中的前端控制器的RS-485通讯链路为两路，两路RS-485为双重冗余，一路RS-485通讯链路故障不会影响前端控制器的正常工作，从而进一步提高前端控制器的可靠性。
组态模块包括网络驱动、核心控制层与输入输出驱动，网络驱动用于与控制中心的HMI站进行信息交互；核心控制层用于算法组态、逻辑解算和闭环控制；输入输出驱动，用于对现场的输入输出信号进行扫描。
与现有技术相比，本实用新型提供的前端控制器采用X86处理器作为中央处理器，主要完成网络通讯和逻辑解算；采用ARM作为协处理器，完成现场模拟量和开关量的处理以及与X86处理器的通讯；可实现工业现场装置的就地控制，不仅降低了电缆成本，也减小了控制系统响应时间。中央处理器通过网络通讯与控制中心进行数据交换，以构建网络化的数据采集和监控系统，满足企业的各种复杂控制要求，保证生产过程安全稳定运行。中央处理器与协处理器之间通过双口RAM进行数据传送，通过控制量协调中央处理器与协处理器之间的读写操作，从而避免中央处理器与协处理器之间的读写操作冲突造成的数据错误，进一步提高了前端控制器的可靠性。本实用新型提供的前端控制器可实现工业现场装置的就地控制，可广泛应用于电力、石油、化工、冶金、环保等工业企业的生产过程，满足控制对象分散布置，以及现场IO点数较少的应用场合。
以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种前端控制器，其特征在于，包括输入通道、输出通道、FPGA模块、组态模块、协处理器和中央处理器，所述输入通道、所述输出通道、所述协处理器、所述中央处理器与所述FPGA模块连接；
所述输入通道用于输入现场数据；
所述FPGA模块设置双口RAM，所述双口RAM用于所述中央处理器与所述协处理器之间的数据传送；
所述协处理器用于对所述输入通道采集的所述现场数据进行处理，传送给所述中央处理器，并对所述中央处理器传送的控制信号进行处理；
所述中央处理器用于对收到的所述现场数据进行逻辑解算，产生控制信号，并将所述控制信号传送给所述协处理器；
所述组态模块用于实现控制逻辑；
所述输出通道用于输出所述控制信号；
所述中央处理器与控制中心通过通讯链路连接。
2.如权利要求1所述的前端控制器，其特征在于，所述输入通道包括开关量输入通道和/或模拟量输入通道。
3.如权利要求1所述的前端控制器，其特征在于，所述输出通道包括开关量输入通道和/或模拟量输出通道。
4.如权利要求1所述的前端控制器，其特征在于，所述输入通道为一个或多个。
5.如权利要求1所述的前端控制器，其特征在于，所述输出通道为一个或多个。
6.如权利要求1所述的前端控制器，其特征在于，所述双口RAM包括输入双口RAM和输出双口RAM，所述输入双口RAM用于所述协处理器向所述中央处理器传送数据，所述输出双口RAM用于所述中央处理器向所述协处理器传送数据。
7.如权利要求1所述的前端控制器，其特征在于，所述双口RAM被配置为：所述双口RAM包括第一RAM、第二RAM和信号量，当所述信号量表明：所述中央处理器与所述协处理器两者之一正在操作所述第一RAM，所述中央处理器与所述协处理器两者之中的另一个操作所述第二RAM。
8.如权利要求1所述的前端控制器，其特征在于，所述中央处理器与控制中心之间的通讯链路为以太网。
9.如权利要求1所述的前端控制器，其特征在于，所述前端控制器还包括RS-485通讯链路，所述RS-485通讯链路用于连接所述前端控制器与RS-485从设备。
10.如权利要求9所述的前端控制器，其特征在于，所述RS-485通讯链路为两路。
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| CN106200465A (zh) * | 2016-07-19 | 2016-12-07 | 柳州六品科技有限公司 | 一种用于上位机的智能化自动控制装置 |
| CN110045698A (zh) * | 2019-04-11 | 2019-07-23 | 重庆川仪控制系统有限公司 | 一种基于dcs控制系统的控制器 |
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