CN203827364U - 双星形光纤冗余测控网络系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种双星形光纤冗余测控网络系统，包括操作管理层和现场层两部分；所述操作管理层包括工程师站、操作员站、属性服务器、连接服务器，工业级以太交换机，操作管理层所属各部分使用标准工业以太网连接；所述以太网采用双星形拓扑结构；所述现场层包括LCS控制站、RCS远程站；所述LCS控制站包括AC 800M控制器，现场层网络中AC 800M控制器、控制站以及远程站；LCS控制站之间采用DP电缆进行连接通信；所述操作管理层和现场层通过系统网络来实现通信连接，实现现场控制器与工程师站和操作员站之间及控制器之间的数据通信；所述控制器之间与操作员站之间、控制器与S800 I/O从站的通信总线均为冗余配置，提供了高度的容错能力以保障系统的长时间稳定运行。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种用于水泥厂生产作业的综合自动化测控网络系统，属于工业信息控制技术领域。
背景技术
工业测控网络系统，属于工业信息技术领域。整个网络系统的信息获取、信息分析与处理、网络通信以及控制器的自动化控制，涉及到包括工业信息技术领域在内的多个技术领域，是一项综合性的工业工程技术。工业信息技术以及自动化的发展随着社会技术的进步，从理论研究、技术实现、工程应用不断发展、演变、经历了不同发展阶段。到了21世纪，整个信息管理已出现了松散型的集成。自动化控制已融入了部分管理功能，如将现场流程图、报警信息、产品资料、维修记录、生产报告、标准操作规程等信息实时组合，以分析过程状态，保证生产计划的实施与生产任务的完成。工厂管理和企业管理合并为一体形成业务流程管理。现在的工业企业的信息集成已经到了将业务运作和过程控制一体化的时代，因此综合性的工业自动化测控网络系统是现代工业中工厂自动化的重要部分。
在工业现场（如水泥工厂），目前采用的工业测控网络系统，往往都是通过由过程站、操作站和编程站等组成，并且可以与外部计算机通讯，构成工厂管理控制系统。由于系统的软硬件配置的差异以及通讯网络的组织结构的缺陷等原因，各种测控系统所实现的功能作用以及使用性能差别很大。其中系统软硬件的组态选型，是很关键的一步，选择的不合适，或将造成硬件资源的浪费，或将满足不了系统控制的要求。在系统的可靠性和扩展实用性方面，不同的系统组织结构也会有不同的效果。因此，提出一种一体化集成程度高的符合高标准高要求的工业测控网络系统是必要的。
实用新型内容
实用新型目的：本实用新型针对目前技术的缺陷和不足，结合现有工业软硬件设备和技术，提出一种双星形光纤冗余测控网络系统，以满足工艺运行工况的要求。为确保整个工艺装置安全、连续、稳定高效地运行，该测试控制系统采用冗余连接/属性服务器，冗余通讯网络。使得系统具备完整的故障自诊断功能，任何系统故障都有报警显示，方便用户排除故障，系统可以在不断电的情况下更换故障卡件。系统中所采用的软硬件设备都以经过考核验证后的硬件和软件为基础。系统硬件按模块化设计和搭配，并可以做到在线更换和调整，实现了系统的可靠性，并且该系统具有高操作性、高开放性等特点。
技术方案：一种双星形光纤冗余测控网络系统，包括操作管理层和现场层两部分；所述操作管理层包括工程师站、操作员站、属性服务器、连接服务器，工业级以太交换机，操作管理层所属各部分使用标准工业以太网连接；所述以太网采用双星形拓扑结构；所述现场层包括LCS控制站、RCS远程站；所述LCS控制站包括AC 800M控制器，现场层网络中AC 800M控制器、控制站以及远程站；LCS控制站之间采用DP电缆进行连接通信；所述操作管理层和现场层通过系统网络来实现通信连接，实现现场控制器与工程师站和操作员站之间及控制器之间的数据通信；所述控制器之间与操作员站之间、控制器与S800 I/O从站的通信总线均为冗余配置。
所述双星形光纤冗余测控网络系统网络采用的是标准10Mb/s/100Mb/s工业以太网（TCP/IP协议），根据现场的实际情况，通信介质采用超五类双绞线（RJ45）。远距离和全室外的网络介质采用光缆，采用OPC通信协议实现多系统间的数据交换，各接口均为RJ45，所有RJ45接口速率均为10/100MB自适应，网络拓扑结构为双星形的光纤以太网络。
所述现场层包括LCS控制站、RCS远程站，采用冗余的profibus DP协议，最大通信速率为12Mb/s，DP设备如远程S800 I/O站、现场主设备变频器等采用Profibus DP通信标准与AC 800M控制器Profibus DP主接口模件进行通信，PA设备如现场智能仪表等采用Profibus PA通信标准与AC 800M控制器Profibus DP主接口模件进行通信。
有益效果：与现有技术相比，本实用新型所提供的双星形光纤冗余测控网络系统，通过从操作管理层网络层面的冗余配置、采用网络拓扑结构为双星形的光纤以太网络以及AC 800M控制器的冗余操作，实现了整个自动化工业测控网络系统的冗余，因此系统提供了高度的容错能力以保障系统的长时间稳定运行。系统中I/O，控制器，控制网络，连接服务器，属性服务器以及操作站等都可以选择冗余配置并且具备故障时的自动切换功能，以最大限度的保障系统运转的稳定性。
双星形光纤冗余测控网络系统地操作性强，操作员站互为备用，即任何一台操作员站出现故障时，其功能都可以在其它操作员站上实现。系统的设计采用诊断至模件级的自诊断功能，使其具有高度的可靠性，其范围包括主机、网络、电源、控制器、I/O卡件直至I/O点。
双星形光纤冗余测控网络系统开放性高，系统具有灵活的通信协议配置，支持多种协议标准：TCP/IP、ModuleBus、Profibus DP&DP-V1/PA、Modbus RTU、Modbus TCP/IP、MasterBus 300、INSUM、OPC等等。
双星形光纤冗余测控网络系统扩展性强，系统采用分布式冗余网络结构，用户可以方便地增加网络接点。主干网（以太网，遵循TCP/IP协议）通信速率为100Mb/s；Profibus DP总线通信速率为12Mb/s，一条Profibus DP总线上最多可以挂接124个从站；ModuleBus总线通信协议，通过ModuleBus总线最多可以挂接7个从站。
附图说明
图1是双星形光纤冗余测控网络系统结构图；
图2是AC 800M控制器连接示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本实用新型。
如图1所示，双星形光纤冗余测控网络系统由控制器、数据通信系统、冗余连接、属性服务器、工程师站和操作员站组成。控制器采用ABB IndustrialIT AC800M控制器，人机界面基于Process Graphics进行编辑，数据通信系统采用100M冗余工业以太网，系统采用的是冗余服务器/客户端结构。
双星形光纤冗余测控网络系统主要包括操作管理层和现场层两大部分，其中工程师站、操作员站1~5、属性服务器1~3、连接服务器1~4以及以太交换机1~2构成操作管理层，工程师站、操作员站、属性服务器、连接服务器均采用冗余配置，利用超五类双绞线作为通信介质，远距离和全室外的网络介质采用光纤，通过RJ45端口分别接入以太交换机1、2的RJ45端口，形成主、从两个网络。属性服务器作为整个系统的核心，管理包括属性路径以及一些服务关于对象管理，对象名称，以及结构，安全等；可以同时作为域服务器和DNS使用，采用二选一或三选二冗余，属性服务器是同步机制，一台运行，一台实时同步，出现故障后，第二台切换到运行状态。连接服务器运行连接服务，用于访问控制器以及其他数据源，采用二选一冗余。连接服务器是并行机制，两台同时运行，一台出现故障后，另一台保持原来的状态不变。
而由控制站（LCS00~LCS04）、远程站(RCS01，RCS04)构成现场层，其中控制站包括AC 800M控制器1~5，远程站RCS01是LCS01的远程站，远程站RCS04是LCS04的远程站。连接操作控制层的光纤通过以太交换机1、2的RJ45端口引出的然后经过光纤转换器，转换成使用双绞线连接到AC 800M控制器的RJ45端口上，使操作控制层与现场层实现连接通信。同时实现了控制器的冗余，控制器实现了多种冗余选项，即可实现最大的可用性，控制和I/O 子系统中所有关键领域包括控制网络、现场总线、内部总线、电源、CPU 和I/O均可采用冗余。主电路中发生故障时会平滑切换到备用电路，确保运行无间断。如某个控制器发生故障，则可通过子系统的通讯总线隔离与切换方案，保持现场总线通讯冗余功能不受损害。而现场层网络中AC 800M控制器、控制站(LCS)以及远程站(RCS)之间采用DP电缆进行连接通信，采用冗余的profibus DP协议，最大通信速率为12Mb/s，DP设备如远程S800 I/O站、现场主设备变频器等采用Profibus DP通信标准与AC 800M控制器Profibus DP主接口模件进行通信，PA设备如现场智能仪表等采用Profibus PA通信标准与AC 800M控制器Profibus DP主接口模件进行通信。
工程师站和操作员站所用的计算机是Dell Precision，型号T5500，操作系统32-bit (x86) 英文版Windows 7，CPU ntel Core 2 Duo E6750 (2.66GHz, 4MB,1333MHz)，内存4GB DDR3 1066 ECC Dual Channel Memory (2x2GB)，显卡256MB PCIe x16 ATI FirePro V3750, Dual Monitor DVI or VGA Graphics Card，显示器22" LCD（TFT），硬盘﹥250G,(15,000rpm) SAS Hard Drive，网卡Additional Broadcom NetXtreme 10/100/1000 Gigabit Ethernet controller-PCI Express card。工程师站的计算机安装了ABB IndustrialIT 800xA标准软件，Process Graphics和Control BuilderM编程软件，运行在Windows 7操作系统上，实现系统全局编程与调试。工程师站使用工业以太网与过程站及其它设备进行通信，可以实现硬件编辑、过程站编程、操作员站组态一体化编程及调试；Control BuilderM软件支持现场总线设备的数据读取与编程功能；Control BuilderM软件支持两大类编程方式：IEC61131-3标准、控制模件（Control Module）编程，根据实际控制要求可任意选用指令表（IL）、梯形图（LD）、功能块图（FBD）、结构文本（ST）、顺序功能表（SFC）等方式。 操作员站的计算机安装800xA base软件，运行在Windows 7操作系统上，每一个操作员站都是冗余数据网络上（工业以太网）的一个节点，操作员站冗余使用，即任何一台出现故障时，其功能都可以在其它操作站上实现，操作员站之间数据及画面完全可以共享，即虽然操作员站的使用各有分工，但任何显示和控制功能均能在任一操作员站上完成。
属性服务器和连接服务器所配置的是标准工业级DELL塔式服务器，计算机品牌DELL R710，操作系统32-bit (x86) 英文版Windows Server 2008 Standard edition with Service Pack 2，CPU Intel Quad-Core Xeon E5530 2.4GHz/8MB，内存4GB FB 1066MHz Memory (2x2GB dual rank DIMMs)，显卡Gigabit NIC, Cu, PCIe，显示器KVM，硬盘2 x 300GB SAS 15k 3.5" HD Hot Plug，网卡Intel PRO 1000PT Dual Port Server Adapter，电源Redundant Power Supply Unit。属性服务器安装了800xA标准软件，运行在Windows 2003 server操作系统上，负责整个系统的运行，属性管理，以及授权管理。连接服务器安装了800xA标准软件，AC800M Connect, OPC Server等软件，运行在32-bit (x86) 英文版Windows Server 2008 Standard edition with Service Pack 2操作系统上，负责整个系统的数据读取和传输以及历史数据的存储。在本系统中我们采用1台属性服务器兼做域服务器，安装了RNRP网络管理软件，运行在Windows 2008 server操作系统上，域服务器通过工业以太网和服务器网络进行连接，负责整个系统的访问权限管理。
以太交换机使用的是赫斯曼品牌的SPIDER 4TX/1FX、SPIDER 4TX/1FX-SM EEC型号的交换机，传输速率10Mbps/100Mbps，传输模式：全/半双工自适应，端口数 8口-16口，模块化插槽数 2，馈电电流：10（mA），馈电电压：24（V），功耗：20（VA）。
现场站LCS配置了1个AC800M控制器，CPU类型为PM866，5个Profibus模件CI854，用于与现场通讯设备和I/O模块通信；I/O站分布则配置了7个本地S800I/O站，7个站通过光纤Modem模件，连接到AC800M控制器的光纤ModuleBus接口上；I/O站非冗余； Profibus DP现场总线采用双绞线电源供电模式，配置了16个电源模件，型号为SD832；AC800M控制器供电模式为冗余方式，供电电流为5A；S800 I/O站系统供电模式为冗余方式，供电电流为5A；系统模件具有较强的容错能力，所有模件可以带电插拔更换。
远程站RCS配置了1个远程S800I/O站，通过Profibus通讯模件，连接到AC800M控制器的Profibus master接口CI854上；I/O站非冗余；Profibus DP现场总线采用双绞线，电源供电模式，配置了2个电源模件，型号为SD832；S800 I/O站系统供电模式为冗余方式，供电电流为5A。
如图2所示，现场站LCS中的AC800M控制器单元是整个系统实现功能的核心部分，控制器采用的是ABB IndustrialIT AC800M控制器，包括1个型号为PM866的控制器主单元（CPU）（64MB），5个型号为CI854的Profibus DP-V1通信接口模件，2个型号为SD832的供电电源（5A），1个型号为SS832的冗余电源分选器。从以太交换机1、2的RJ45端口输出的信息通过光纤分别输入光纤转换器(SWITCH1、SWITCH2)的RJ45端口，经过转换器作用，信号从SWITCH1，SWITCH2的RJ45端口输输出，通过双绞线输入到AC800M控制器PM866模块的RJ45端口中。实现了AC800M控制器的冗余连接，构成了网络拓扑结构为双星形的光纤以太网络。
本地S800I/O站通过光纤Modem模件，采用光纤作为通信介质，连接到AC800M控制器的光纤ModuleBus接口上，实现本地S800I/O站与AC800M控制器的通信。
控制器的CI854模块的Profibus DP-V1通信接口模件采用冗余的profibus DP协议与DP、PA设备进行通信连接。工业现场的主设备变频器等DP设备采用Profibus DP通信标准，通过DP电缆接入控制器的CI854模块的Profibus DP-V1通信接口，与AC 800M控制器Profibus DP主接口模件进行通信。而现场智能仪表等PA设备则采用Profibus PA通信标准先通过PA电缆连接DP/PA耦合器（型号为西门子6ES7157-0AC83-0XA0 ）的PA端口输入，从DP/PA耦合器的DP端口输出转为Profibus DP通信标准，通过DP电缆接入控制器的CI854模块的Profibus DP-V1通信接口，实现与AC 800M控制器Profibus DP主接口模件进行通信。
Claims (4)
1.一种双星形光纤冗余测控网络系统，其特征在于：包括操作管理层和现场层两部分；所述操作管理层包括工程师站、操作员站、属性服务器、连接服务器和两个工业级以太交换机；工程师站、操作员站、属性服务器、连接服务器部分间并行连接到主从网络上，再由主从网络分别连接到工业级以太交换机（1）和以太交换机（2）上；所述以太网采用双星形拓扑结构；所述现场层包括LCS控制站、RCS远程站；所述LCS控制站包括AC 800M控制器，现场层网络中AC 800M控制器、控制站以及远程站；LCS控制站之间采用DP电缆进行连接通信；所述现场层RCS远程站通过光纤远距离连接到相对应的LCS控制站上 ，现场层的LCS控制站通过冗余方式连接到操作管理层中的以太交换机（1）和以太交换机（2）上，所述操作管理层和现场层通过系统网络来实现通信连接，实现现场控制器与工程师站和操作员站之间及控制器之间的数据通信。
2.如权利要求1所述的双星形光纤冗余测控网络系统，其特征在于：所述控制器之间与操作员站之间、控制器与S800 I/O从站的通信总线均为冗余配置。
3.如权利要求1所述的双星形光纤冗余测控网络系统，其特征在于：所述以太网采用双星形拓扑结构，任何一台操作员站出现故障时，其功能都可以在另一台操作员站上实现。
4.如权利要求1所述的双星形光纤冗余测控网络系统，其特征在于：所述操作管理层和现场层通过系统网络来实现通信连接，系统采用分布式冗余网络结构，方便增加网络接点。
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