CN211741913U - 一种图形化逻辑解译器和dcs控制站 - Google Patents

一种图形化逻辑解译器和dcs控制站 Download PDF

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Abstract

本实用新型涉及工业过程自动化控制技术领域，具体涉及一种图形化逻辑解译器和DCS控制站，所述图形化逻辑解译器包括内核、通信模块、设定模块、存储模块；所述DCS控制站，包括主机、备机、主交换机、副交换机，所述主机、备机为通用工业计算机；以及图形化逻辑解译器，所述解译器嵌入开放式操作系统，所述解译器的存储模块存储有可内核上运行的组态程序；本实用新型由于采用通用工业计算机，计算速度得到极大提升；同时采用开放式操作系统，使得DCS控制站可以同时并发处理更多任务，实时性能也得到极大提升；由于采用了组态软件和自主核心的在线修改技术，使得操作人员非常直观的能够运用软件，减少了编程难度。

Description

一种图形化逻辑解译器和DCS控制站
技术领域
本实用新型涉及工业过程自动化控制技术领域，具体涉及一种图形化逻辑解译器和DCS控制站。
背景技术
工业过程自动化控制领域是一个较为封闭的行业，目前DCS控制站都采用专用的控制站(专用的芯片、专用的网络、专用的系统)，由每个厂家定制化生产，带来的问题是成本高、备品备件持续供应困难和产品更新迭代慢。
目前的DCS专用控制站，考虑设计规格和散热问题，基本采用低阶CPU，计算性能差，受限于CPU、操作系统和核心技术等，控制网络通信的带宽在10M、 100M内，编程组态方式的可视化和易用性也差，缺乏全面性系统诊断能力。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种速度更快、操作也更加方便简单、同时也能更好地降低成本的图形化逻辑解译器和DCS控制站。
为了解决上述技术问题，本实用新型采用的第一种技术方案为：
一种图形化逻辑解译器，包括
内核；进行初始化、程序解译计算、在线修改处理、主备同步压缩、冗余切换判断和系统异常诊断；
通信模块，进行实时通信；
设定模块，进行输入输出块的属性设定；
以及存储模块，对数据进行存盘。
为了解决上述技术问题，本实用新型采用的第二种技术方案为：
一种DCS控制站，包括主机、备机、主交换机、副交换机，
所述主机分别与备机、主交换机、副交换机通讯连接；所述备机与主交换机、副交换机通讯连接；
所述主交换机和副交换机互为冗余；
所述主机、备机为通用工业计算机；
以及采用上述图形化逻辑解译器，所述解译器嵌入开放式操作系统，所述解译器的存储模块存储有可内核上运行的组态程序。
本实用新型的有益效果在于：由于采用基于Intel X86架构的通用工业计算机，比起传统单片机CPU计算能力，计算速度得到极大提升；同时采用QNX 多线程技术，使得DCS控制站可以同时并发处理更多任务，DCS控制站的实时性能也得到极大提升；操作更简单，由于采用了组态软件和自主核心的在线修改技术，使得操作人员非常直观的能够运用软件，完成现场调试，大大减少了编程难度。
附图说明
图1为本实用新型具体实施方式的一种图形化逻辑解译器的架构图；
图2为本实用新型具体实施方式的一种DCS控制站的架构图；
图3为本实用新型具体实施方式的一种DCS控制站的实现方法的流程图；
具体实施方式
为详细说明本实用新型的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
一种图形化逻辑解译器，包括
内核；进行初始化、程序解译计算、在线修改处理、主备同步压缩、冗余切换判断和系统异常诊断；
通信模块，进行实时通信；
设定模块，进行输入输出块的属性设定；
以及存储模块，对数据进行存盘。
进一步的，还包括诊断模块。
从上述描述可知，通过诊断模块的设置，能够负责实时监测硬件设备的健康状态，一旦发生异常，即可发出警报，通知现场进行及时维护处理，降低系统异常。
进一步的，还包括GPS时钟同步模块。
从上述描述可知，通过时钟同步模块，能够方便DCS控制站GPS时钟进行同步。
进一步的，所述设定模块包括模组设定块和硬件设定修改块。
从上述描述可知，通过块设定块，能够负责物理输入输出模组的属性设定；通过硬件设定修改块，能够完成IP地址的设定。
进一步的，所述通信模块包括物理输入输出块、主机备机状态通信块、站间共享数据通信广播块、对外通信服务端块、点对点通信块以及ModbusTCP通信块。
从上述描述可知，通过物理输入输出块，实现与实体的物理输入输出模块实时通信，刷新输入输出数据，实现现场设备的控制；通过主机备机同步通信块和站间共享数据通信广播块，负责主机(控制器)与备机(控制器)之间的实时通信任务，完成实时同步和主备切换的判断；通过对外通信服务端块，能够负责第三方程序与DCS控制站的数据交互；通过点对点通信块，能够负责不同DCS控制站之间的点对点通信任务执行；通过ModbusTCP通信块，能够负责对外提供标准的ModbusTCP协议通信。
一种DCS控制站，包括主机、备机、主交换机、副交换机，
所述主机分别与备机、主交换机、副交换机通讯连接；所述备机与主交换机、副交换机通讯连接；
所述主交换机和副交换机互为冗余；
所述主机、备机为通用工业计算机；
以及采用上述图形化逻辑解译器，所述解译器嵌入开放式操作系统，所述解译器的存储模块存储有可内核上运行的组态程序。
从上述描述可知，通过主机、备机为通用工业计算机，解决传统专用控制站带来的高成本、备品备件难以持续供应和计算性能不足的问题；采用最新的 CPU和集成制造技术，产品的迭代更新更容易，极大提升DCS控制站的计算性能；通过开放式操作系统，解决传统专用控制系统带来的不开放、不兼容、系统资源缺乏、单CPU运行的问题；现有的开放式操作系统具有开放、实时，稳定的特点，结合其微内核，多任务，多CPU(主机/备机)核心技术，使得DCS 控制站从传统的单任务改变为可以多任务多CPU执行，极大提升计算能力，使得控制站可以按照任务的优先级有效分配执行序，等级最高的任务可以确保执行的实时性，如控制逻辑的计算和物理输入输出，这两个任务直接影响到控制系统的实时性和安全性，就可以分配单独的CPU资源和最高执行序等级；通过主机、备机、主交换机、副交换机之间的通讯连接，实现三重化通信冗余。
进一步的，所述主机、备机为采用Intel X86架构的通用工业计算机。
进一步的，所述主机和备机采用毫秒级的系统诊断日志。
从上述描述可知，通过采用毫秒级的系统诊断日志，解决传统DCS控制站受限于计算资源和存储空间不足带来的系统诊断能力缺乏问题；得益于CPU计算能力提升和多并发任务的实现，新一代DCS控制站采用内置全面的系统诊断技术，实现DCS控制站软硬件故障毫秒级的全面诊断，将每一个毫秒级发生的硬件异常和软件异常都记录在DCS控制站的高速内存内，供快速发现和分析 DCS控制系统异常原因，降低工厂现场停车的概率和时间。
一种DCS控制站的实现方法，包括：
步骤一、初始化系统内存，创建共享内存，加载失电保存区的程序和数据，加载功能块的动态链接库算法，初始化系统时间；
步骤二、依据控制组态的IO配置，通过以太网，与IO块进行实时通信，获取AI/DI的数值，将数值存储到IO对应的内存空间；
步骤三、依据使用者组态的程序，按照任务、程序、功能块的顺序执行；
步骤四、将本站的网络通信输出广播到整个网络的共享区，同时将其余站的广播输出区搬运到本站的广播输入共享区，实现不同控制站之间的数据共享；
步骤五、主机将控制程序中间计算的结果数据同步到备机，覆盖更新备机的计算结果；
步骤六、依据控制组态的IO配置，通过以太网，与IO块进行实时通信，将AO/DO的数值，实时刷新输出到输出模块后返回步骤二。
有益效果：通过步骤一确保时间同步，通过步骤四通过实现不同控制站之间的数据共享；通过步骤五确保切换时的计算误差最小化。
进一步的，所述步骤五还包括：
所述主机每100毫秒将控制程序中间计算的结果数据同步到备机，覆盖更新备机的计算结果。
实施例一
一种图形化逻辑解译器，包括
内核；进行初始化、程序解译计算、在线修改处理、主备同步压缩、冗余切换判断和系统异常诊断；
通信模块，进行实时通信；
设定模块，进行输入输出块的属性设定；
存储模块，对数据进行存盘；
诊断模块，进行实时监测硬件设备的健康状态；
以及GPS时钟同步模块，控制DCS控制站GPS时钟进行同步。
所述设定模块包括模组设定块，进行物理输入输出模组的属性设定以及硬件设定修改块，进行IP地址的设定。
所述通信模块包括物理输入输出块、主机备机状态通信块、站间共享数据通信广播块、对外通信服务端块、点对点通信块以及ModbusTCP通信块。
其中：
X1：内核；
X2：IO通信驱动客户端程序；
X3：IPC硬件诊断程序；
X4：主备机状态通信客户端/服务端程序；
X5：主备机同步通信客户端/服务端程序；
X6：站间共享数据通信/接受程序；
X7：IO模组设定程序；
X8：外部通信服务端程序；
X9：GPS时钟同步程序；
X10：数据存盘程序；
X11：IPC硬件硬件设置修改程序；
X13：站间点对滴点客户端程序；
X14：Modbus TCP/IP客户端通信程序；
X15：OPC客户端通信程序。
实施例二
一种DCS控制站，包括主机、备机、主交换机、副交换机，所述主机、备机为采用Intel X86架构的通用工业计算机。
所述主机分别与备机、主交换机、副交换机通讯连接；所述备机与主交换机、副交换机通讯连接；
所述主交换机和副交换机互为冗余；
以及采用实施例一的图形化逻辑解译器，所述解译器嵌入QNX开放式操作系统，所述解译器的存储模块存储有可内核上运行的组态程序。
所述DCS控制站还包括IO模块，所述IO模块通过IO通信适配器分别与主交换机、副交换机通讯连接；
所述主机和备机采用毫秒级的系统诊断日志。
其中：
CPU_A：主机(DCS控制站的冗余控制器)；
CPU_B：备机(DCS控制站的冗余控制器)；
HOSTA/HOSTB：HMI(DCS操作站)的千兆工业以太网冗余通信接口；
HOSTD：DCS控制站站间通信千兆工业以太网冗余通信接口；
RIO_0/RIO_1：DCS控制站IO模块千兆工业以太网冗余通信接口；
Swtich_0：主交换机(控制层千兆工业以太网交换机)；
Swtich_1：副交换机(控制层千兆工业以太网交换机)；
Node：IO机架；
MCU：IO通信适配器；
CDXX：IO模块；
实施例三
一种实施例二所述DCS控制站的实现方法，包括：
步骤一、初始化系统内存，创建共享内存，加载失电保存区的程序和数据，加载功能块的动态链接库算法，初始化系统时间；
步骤二、依据控制组态的IO配置，通过以太网，与IO块进行实时通信，获取AI/DI的数值，将数值存储到IO对应的内存空间；
步骤三、依据使用者组态的程序，按照任务、程序、功能块的顺序执行；
步骤四、将本站的网络通信输出广播到整个网络的共享区，同时将其余站的广播输出区搬运到本站的广播输入共享区，实现不同控制站之间的数据共享；
步骤五、所述主机每100毫秒将控制程序中间计算的结果数据同步到备机，覆盖更新备机的计算结果；
步骤六、依据控制组态的IO配置，通过以太网，与IO块进行实时通信，将AO/DO的数值，实时刷新输出到输出模块后返回步骤二。
有益效果：通过步骤一确保时间同步，通过步骤四通过实现不同控制站之间的数据共享；通过步骤五确保切换时的计算误差最小化。
以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种图形化逻辑解译器，其特征在于，包括
内核；进行初始化、程序解译计算、在线修改处理、主备同步压缩、冗余切换判断和系统异常诊断；
通信模块，进行实时通信；
设定模块，进行输入输出块的属性设定；
以及存储模块，对数据进行存盘。
2.根据权利要求1所述的图形化逻辑解译器，其特征在于，还包括诊断模块。
3.根据权利要求1所述的图形化逻辑解译器，其特征在于，还包括GPS时钟同步模块。
4.根据权利要求1所述的图形化逻辑解译器，其特征在于，所述设定模块包括模组设定块和硬件设定修改块。
5.根据权利要求1所述的图形化逻辑解译器，其特征在于，所述通信模块包括物理输入输出块、主机备机状态通信块、站间共享数据通信广播块、对外通信服务端块、点对点通信块以及ModbusTCP通信块。
6.一种DCS控制站，其特征在于，包括主机、备机、主交换机、副交换机，
所述主机分别与备机、主交换机、副交换机通讯连接；所述备机与主交换机、副交换机通讯连接；
所述主交换机和副交换机互为冗余；
所述主机、备机为通用工业计算机；
以及采用权利要求1-5任意一项所述图形化逻辑解译器，所述解译器嵌入开放式操作系统，所述解译器的存储模块存储有可内核上运行的组态程序。
7.根据权利要求6所述的DCS控制站，其特征在于，所述主机、备机为采用Intel X86架构的通用工业计算机。
8.根据权利要求6所述的DCS控制站，其特征在于，所述主机和备机采用毫秒级的系统诊断日志。
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