ITMI20150039U1

ITMI20150039U1 - DISTRIBUTED CONTROL SYSTEM

Info

Publication number: ITMI20150039U1
Application number: ITMI2015U000039U
Authority: IT
Inventors: Gilles Crepet
Original assignee: General Electric Technology Gmbh
Priority date: 2015-02-19
Filing date: 2015-02-19
Publication date: 2016-08-19

Description

Descrizione di un modello di utilità avente titolo: “SISTEMA DI CONTROLLO DISTRIBUITO” Description of a utility model entitled: "DISTRIBUTED CONTROL SYSTEM"

La presente descrizione è relativa a un sistema di controllo distribuito. Più in particolare, la presente descrizione è relativa alla comunicazione tra moduli adiacenti o moduli all'interno di una stessa unità o scatola rack del sistema di controllo distribuito. This description relates to a distributed control system. More particularly, the present description relates to the communication between adjacent modules or modules within the same unit or rack box of the distributed control system.

Un sistema di controllo distribuito implica tipicamente il controllo di un dispositivo, di un processo di produzione o di una centrale elettrica monitorando le sue caratteristiche. I moderni sistemi di controllo distribuito utilizzano tipicamente un apparecchio automatizzato quale un elaboratore di dati digitali per monitorare un sistema quale un impianto e per regolare automaticamente i parametri operativi. A distributed control system typically involves controlling a device, manufacturing process, or power plant by monitoring its characteristics. Modern distributed control systems typically use an automated apparatus such as a digital data processor to monitor a system such as a plant and to automatically adjust operating parameters.

Oltre all’apparecchio automatizzato, i moderni sistemi di controllo distribuito comprendono anche un'interfaccia uomo-macchina. A tal fine, il sistema di controllo distribuito tiene traccia dei cambiamenti del sistema e visualizza segnali di allarme o altri indizi del suo stato, del suo buon funzionamento e di altre caratteristiche. L'interfaccia uomo-macchina consente poi livelli superiori di controllo del sistema nel complesso. L'interfaccia consente ad un operatore di interagire con il sistema di controllo distribuito e di regolare i parametri operativi del sistema laddove necessario. In addition to the automated device, modern distributed control systems also include a human-machine interface. To this end, the distributed control system tracks changes in the system and displays warning signals or other clues to its status, good operation and other characteristics. The man-machine interface then allows higher levels of control of the system as a whole. The interface allows an operator to interact with the distributed control system and to adjust the operating parameters of the system where necessary.

Un sistema di controllo distribuito è tipicamente costituito da dispositivi di campo e da controllori. Le funzioni di questi moduli possono essere combinate o possono sovrapporsi. I dispositivi di campo includono dispositivi del tipo a sensore e del tipo ad attuatore. I dispositivi di campo del tipo a sensore misurano le caratteristiche quali pressione, temperatura o flusso massico. I dispositivi di campo forniscono inoltre attuatori quali valvole e posizionatori che eseguono idraulicamente, pneumaticamente, magneticamente o in altro modo il controllo desiderato. A distributed control system typically consists of field devices and controllers. The functions of these modules can be combined or can overlap. Field devices include sensor-type and actuator-type devices. Sensor-type field devices measure characteristics such as pressure, temperature, or mass flow. Field devices also provide actuators such as valves and positioners that perform the desired control hydraulically, pneumatically, magnetically, or otherwise.

I controllori generano le impostazioni per i dispositivi di campo del tipo ad attuatore in base alle misurazioni effettuate dal dispositivo di campo del tipo a sensore. A tal fine, si implementa un algoritmo di controllo nel controllore. Il controllo proporzionale, integrale e derivativo (PID) è un esempio ben noto di un algoritmo di controllo. Reti neurali e logica fuzzy sono esempi più avanzati di algoritmi di controllo. L'algoritmo di controllo mantiene un sistema a un livello desiderato o lo porta a tale livello. Fa ciò riducendo al minimo le differenze tra le caratteristiche misurate dai dispositivi di campo del tipo a sensore e un valore di riferimento (setpoint) predefinito. The controllers generate the settings for the actuator-type field devices based on the measurements made by the sensor-type field device. To this end, a control algorithm is implemented in the controller. Proportional, integral and derivative (PID) control is a well known example of a control algorithm. Neural networks and fuzzy logic are more advanced examples of control algorithms. The control algorithm maintains a system at a desired level or brings it to that level. It does this by minimizing the differences between the characteristics measured by sensor-type field devices and a predefined setpoint.

È possibile utilizzare un sistema di controllo distribuito, a titolo di esempio non limitativo, per ottenere le migliori prestazioni, la massima disponibilità e la massima affidabilità di un impianto. In particolare, un sistema di controllo distribuito può essere utilizzato per migliorare l'efficienza di generazione di una centrale elettrica. Altri utilizzi dei sistemi di controllo distribuito comprendono controllo di processo nella produzione, griglie di alimentazione nonché in insediamenti residenziali e istituzionali in cui vengono mantenute molte caratteristiche ambientali. It is possible to use a distributed control system, by way of non-limiting example, to obtain the best performance, maximum availability and maximum reliability of a plant. In particular, a distributed control system can be used to improve the generation efficiency of a power plant. Other uses of distributed control systems include process control in manufacturing, power grids as well as in residential and institutional settlements where many environmental characteristics are maintained.

I dispositivi di campo, i controllori e l'interfaccia uomo-macchina comunicano o su collegamenti accoppiati galvanicamente o su collegamenti non galvanici. I collegamenti accoppiati galvanicamente sono tipicamente costituiti da cavi elettrici che vanno da un modulo all'altro. La comunicazione viene effettuata trasferendo cariche elettriche attraverso il cavo. I collegamenti non galvanici comprendono, ma senza limiti, collegamenti ottici basati su luce a infrarossi o laser, collegamenti elettrici quali onde magnetiche o elettriche, collegamenti acustici quali ultrasuoni, elettromeccanici ad esempio piezoelettrici. I collegamenti non galvanici non fanno affidamento sul trasferimento diretto di cariche elettriche attraverso i cavi (possono essere suono, trasformatori, condensatori, luce con gli accoppiatori ottici). Per tale ragione, aria o altra atmosfera, barriere/condotti/guide/tubi non conduttivi, fibre ottiche o guide ottiche o guide sonore sono considerati isolamenti non galvanici nell’ambito del contesto della presente descrizione. Field devices, controllers and the human-machine interface communicate either over galvanically coupled or non-galvanic links. Galvanically coupled connections typically consist of electrical cables running from module to module. Communication is done by transferring electrical charges through the cable. Non-galvanic connections include, but are not limited to, optical connections based on infrared or laser light, electrical connections such as magnetic or electric waves, acoustic connections such as ultrasonic, electromechanical such as piezoelectric. Non-galvanic connections do not rely on the direct transfer of electrical charges through cables (they can be sound, transformers, capacitors, light with optocouplers). For this reason, air or other atmosphere, non-conductive barriers / ducts / guides / pipes, optical fibers or optical guides or sound guides are considered non-galvanic insulation within the context of this description.

I collegamenti di comunicazione tra i dispositivi di campo, i controllori e l'interfaccia uomo-macchina devono soddisfare numerosi requisiti tecnici contrastanti: negli ambienti disturbati, il numero di collegamenti accoppiati galvanicamente tra i moduli di comunicazione è ridotto al minimo. La sovratensione elettrica transitoria potrebbe essere in altro modo trasferita da un modulo a un secondo modulo attraverso un cavo. La sovratensione transitoria trasferita potrebbe quindi distruggere il secondo modulo o disturbarlo o influenzare il suo comportamento, il che in particolare non è accettabile nel contesto dei moduli di sicurezza. The communication links between field devices, controllers and the human-machine interface must meet numerous conflicting technical requirements: in disturbed environments, the number of galvanically coupled links between the communication modules is reduced to a minimum. The transient electrical surge could otherwise be transferred from one module to a second module via a cable. The transferred transient overvoltage could then destroy the second module or disturb it or influence its behavior, which is not particularly acceptable in the context of safety modules.

Ambienti difficili dal punto di vista meccanico o facilità di manutenzione per la sostituzione a caldo di un modulo potrebbero anche richiedere una riduzione al minimo del numero delle connessioni meccaniche tra i moduli. Tale necessità si applica, in particolare, ai collegamenti di comunicazione che coinvolgono connessioni meccaniche. Un tipico esempio di tale ambiente sarà un sistema di controllo distribuito utilizzato in un processo di produzione. I collegamenti meccanici quali fili conduttori coassiali possono essere, ad esempio, danneggiati da elevatori a forca. Mechanically challenging environments or ease of maintenance for hot swapping a module may also require minimizing the number of mechanical connections between modules. This need applies, in particular, to communication links involving mechanical connections. A typical example of such an environment will be a distributed control system used in a production process. Mechanical connections such as coaxial lead wires can be damaged, for example, by forklifts.

Collegamenti non galvanici a lungo raggio tra i moduli di un sistema di controllo distribuito creano potenzialità di intrusione. Se il collegamento non galvanico fosse, ad esempio, stabilito attraverso una rete di area locale senza fili (WLAN), un “attacker” (attaccante) potrebbe tentare di compromettere un sistema utilizzando un normale computer portatile. Un attacco contro il sistema di controllo distribuito sarebbe quanto possibile da qualsiasi posto entro il raggio della WLAN. Quest'ultimo potrebbe essere di fatto di diverse centinaia di metri. La gravità di tale attacco è ulteriormente inasprita dato che molte delle applicazioni dei sistemi di controllo distribuito quali impianti (centrali elettriche) sono elementi essenziali della infrastruttura (elettrica). Di conseguenza, vi è la necessità di affidarsi preferibilmente a collegamenti non galvanici a corto raggio nei sistemi di controllo distribuito. Long range non-galvanic connections between modules in a distributed control system create potential for intrusion. If the non-galvanic link were, for example, established through a wireless local area network (WLAN), an “attacker” could attempt to compromise a system using a normal laptop. An attack on the distributed control system would be as far as possible from anywhere within range of the WLAN. The latter could actually be several hundred meters long. The severity of this attack is further exacerbated as many of the applications of distributed control systems such as plants (power plants) are essential elements of the (electrical) infrastructure. Consequently, there is a need to preferably rely on short-range non-galvanic links in distributed control systems.

Inoltre, sarà impossibile per un “attacker” intercettare un collegamento di comunicazione quando non vi è alcuna comunicazione poiché il collegamento non è attivo (inattivo) o dematerializzato o localizzato (infrarosso, ultrasuoni, Li-Fi fedeltà della luce,…). I collegamenti di comunicazione tra dispositivi di campo e tra controllori dovrebbero dunque essere inattivi sempre quando possibile. È pertanto uno scopo della presente descrizione realizzare una comunicazione tra i moduli di un sistema di controllo distribuito che sia la più discreta possibile. Furthermore, it will be impossible for an "attacker" to intercept a communication link when there is no communication since the link is not active (inactive) or dematerialized or localized (infrared, ultrasound, Li-Fi light fidelity, ...). Communication links between field devices and controllers should therefore always be inactive whenever possible. It is therefore an aim of the present description to achieve a communication between the modules of a distributed control system that is as discrete as possible.

La cybersicurezza al giorno d'oggi rappresenta un vero pericolo per le infrastrutture elettriche quali centrali elettrice e griglie di alimentazione. Questa è la ragione per cui un sistema di controllo distribuito deve implementare metodi stabiliti di crittografia nonché protocolli proprietari e crittografia. L'utilizzo di protocolli proprietari e crittografia ottiene sicurezza attraverso indecifrabilità. In altri termini, un attacker potrebbe non essere in grado di intercettare le comunicazioni tra dispositivi di campo e tra controllori perché non è a conoscenza dei protocolli. Cybersecurity today poses a real danger to electrical infrastructures such as power plants and power grids. This is the reason why a distributed control system must implement established encryption methods as well as proprietary protocols and encryption. The use of proprietary protocols and cryptography obtains security through indecipherability. In other words, an attacker may not be able to intercept communications between field devices and between controllers because they are not aware of the protocols.

Per via dei limiti tecnici e finanziari, una interruzione forzata di una centrale elettrica dopo il guasto di un modulo del sistema di controllo distribuito potrebbe non essere disponibile. È pertanto prassi comune implementare nei sistemi di controllo distribuito ridondanza tecnica utilizzando una pluralità di dispositivi di campo e di controllori. Tipicamente, un singolo dispositivo di campo o un singolo controllore potrebbe rompersi o essere lasciato fuori servizio senza compromettere il funzionamento di tutto il sistema. Di conseguenza, il collegamento di comunicazione per il monitoraggio, per ordini di commutare e/o interbloccare gli scambi di dati tra i moduli di un sistema di controllo distribuito devono supportare la parallelizzazione e/o la commutazione tra due moduli tecnicamente ridondanti in caso di guasto di un modulo. Due to technical and financial limitations, a forced shutdown of a power plant after the failure of a distributed control system module may not be available. It is therefore common practice to implement technical redundancy in distributed control systems using a plurality of field devices and controllers. Typically, a single field device or controller could fail or be left out of service without affecting the operation of the entire system. Consequently, the communication link for monitoring, for orders to switch and / or interlock data exchanges between modules of a distributed control system, must support parallelization and / or switching between two technically redundant modules in the event of a failure. of a module.

Una particolare situazione si verifica quando il dispositivo di campo o un controllore deve essere sostituito mentre il sistema è attivo. L'interruzione di tutto l'impianto (centrale elettrica) o di un processo di produzione insieme al dispositivo di controllo di distribuzione potrebbe essere inaccettabile in questa situazione. Di conseguenza, vi è la necessità di evitare l'interruzione del sistema di controllo distribuito quando uno dei suoi moduli deve essere sostituito. A particular situation arises when the field device or a controller needs to be replaced while the system is active. The interruption of the whole plant (power plant) or of a production process together with the distribution controller could be unacceptable in this situation. Consequently, there is a need to avoid disruption of the distributed control system when one of its modules needs to be replaced.

La presente descrizione è orientata alla soddisfazione di tale necessità e al superamento delle difficoltà summenzionate. The present description is aimed at satisfying this need and overcoming the aforementioned difficulties.

La presente descrizione riguarda sistemi di controllo distribuito migliorati. Per arrivare ad un sistema di controllo distribuito che sia intrinsecamente sicuro e che implementi la ridondanza, un gruppo di controllori o di dispositivi di campo è disposto in una unità rack, preferibilmente in un'unità rack da 19 pollici o da 23 pollici. I moduli all'interno di questo rack comunicano attraverso un collegamento non galvanico, quindi non vi è alcun accoppiamento galvanico attraverso il collegamento di comunicazione, vi sarà inoltre indipendenza meccanica tra i moduli. This description relates to improved distributed control systems. To arrive at a distributed control system that is intrinsically safe and implements redundancy, a group of controllers or field devices is arranged in a rack unit, preferably in a 19-inch or 23-inch rack unit. The modules within this rack communicate through a non-galvanic link, so there is no galvanic coupling across the communication link, there will also be mechanical independence between the modules.

Un collegamento non galvanico a corto raggio viene utilizzato per rendere ulteriormente sicuro il sistema di controllo distribuito. La distanza coperta dal collegamento a corto raggio è tipicamente limitata alle distanze fisiche tra i controllori disposti all'interno di una unità rack. Vale a dire, i controllori possono inviare e ricevere in modo affidabile segnali entro un'unità rack. A short range non-galvanic link is used to further secure the distributed control system. The distance covered by the short-range link is typically limited to the physical distances between controllers located within a rack unit. That is, controllers can reliably send and receive signals within a rack unit.

Il collegamento galvanico a corto raggio può essere stabilito, a titolo esemplificativo non limitativo, attraverso un mezzo isolato quale aria o altra atmosfera / barriere / condotti / tubi / guide / fibre ottiche attraverso una soluzione a infrarossi, laser o Li-Fi, attraverso ultrasuoni, o attraverso comunicazione in radiofrequenza a corto raggio quale banda ultralarga (UWB), attraverso trasformatore o accoppiamento capacitivo o attraverso accoppiamento elettro-meccanico. The short-range galvanic connection can be established, by way of non-limiting example, through an isolated medium such as air or other atmosphere / barriers / ducts / pipes / guides / optical fibers through an infrared, laser or Li-Fi solution, through ultrasound , or through short-range radio frequency communication such as ultra-wide band (UWB), through transformer or capacitive coupling or through electro-mechanical coupling.

Un collegamento non galvanico può non trasferire informazioni di stato mentre si trova nella modalità inattive. Pertanto risulta impossibile spiare o intercettare la comunicazione non galvanica tra una coppia di moduli. La sicurezza del sistema di controllo distribuito è ulteriormente potenziata commutando il collegamento non galvanico nella modalità inattivo sempre quando possibile. A non-galvanic link may not transfer status information while in idle mode. Therefore, it is impossible to spy on or intercept the non-galvanic communication between a pair of modules. The safety of the distributed control system is further enhanced by switching the non-galvanic link to idle mode whenever possible.

Anche se una spia riuscisse a intercettare la comunicazione tra due moduli, il potenziale utilizzo di crittografia o protocollo proprietario gli impedirebbe di ottenere i dati di puro testo (decrittati). La crittografia viene incrementata, a titolo esemplificativo non limitativo, attraverso algoritmi crittografici stabiliti quali standard di crittografia avanzata (AES), standard di crittografia di dati (DES), codice di Ron 4 (RC4) o blowfish. Il collegamento non galvanico può inoltre fare affidamento su protocolli proprietari con o senza crittografia per rendere ancora più difficile l'intercettazione della comunicazione tra due moduli. Even if a spy were to intercept communication between two modules, the potential use of proprietary encryption or protocol would prevent it from obtaining the plain text (decrypted) data. Encryption is enhanced, but not limited to, through established cryptographic algorithms such as Advanced Encryption Standards (AES), Data Encryption Standards (DES), Ron Code 4 (RC4), or Blowfish. The non-galvanic link can also rely on proprietary protocols with or without encryption to make it even more difficult to intercept communication between two modules.

Si contempla pertanto di combinare le tecniche summenzionate per potenziare ulteriormente la sicurezza del sistema di controllo distribuito. It is therefore contemplated to combine the above-mentioned techniques to further enhance the security of the distributed control system.

La ridondanza tecnica viene ottenuta attraverso scambio di stato, dati o interblocco tra i moduli. I moduli descritti nel presente sono in grado di scambiare tra loro informazioni di stato nonché i dati diagnostici. Sono inoltre in grado di sincronizzarsi. La sincronizzazione nonché lo scambio di informazioni di stato e di dati diagnostici sono ottenuti attraverso il collegamento non galvanico. Una coppia di moduli analogici possono comprendere ciascuno, ad esempio, un'unità di monitoraggio e un invertitore per la comunicazione ottica. I moduli (invertitori dei moduli analogici) scambieranno quindi dati attraverso un collegamento ottico. Technical redundancy is achieved through exchange of status, data or interlocking between modules. The modules described herein are capable of exchanging status information as well as diagnostic data with each other. They are also able to synchronize. Synchronization as well as the exchange of status information and diagnostic data are achieved via the non-galvanic connection. A pair of analog modules may each comprise, for example, a monitoring unit and an inverter for optical communication. The modules (analog module inverters) will then exchange data via an optical link.

Questo tipo di collegamento è particolarmente utile quando un modulo deve essere sostituito mentre il sistema di controllo distribuito è in servizio. Per via dello scambio di informazioni di stato tra la coppia di moduli, i due moduli possono avere uno stato identico. In caso di guasto di uno dei due moduli, l'altro modulo può assumere il ruolo del primo modulo e sostituirlo nella sua funzione all'interno del sistema di controllo distribuito. In questo modo, il modulo guasto può essere sostituito senza compromettere il funzionamento del sistema di controllo distribuito. This type of connection is particularly useful when a module needs to be replaced while the distributed control system is in service. Due to the exchange of status information between the module pair, the two modules can have identical status. In case of failure of one of the two modules, the other module can assume the role of the first module and replace it in its function within the distributed control system. In this way, the failed module can be replaced without compromising the functioning of the distributed control system.

Sarà inoltre possibile aggiungere un modulo a un sistema di controllo distribuito esistente che si sincronizza con un modulo che è già parte del sistema. Inoltre, è possibile scollegare un modulo guasto e sostituirlo con un modulo nuovo. Il modulo nuovo quindi si sincronizzerà con un modulo già esistente e diventerà parte del sistema di controllo distribuito. Il collegamento non galvanico può inoltre supportare lo scambio di dati tra i moduli. Soluzioni ottiche (ovvero Li-Fi con larghezza di banda recentemente migliorata) potrebbero persino consentire l'implementazione di bus ottici tra diversi moduli di un rack per lo scambio di dati (ad esempio tra una CPU e moduli I/O). L'invenzione copre anche bus bidirezionali ridondanti o non ridondante (segnali di indirizzo dati controllo inclusi segnali di sincronizzazione). Copre anche tipi di bus seriali (un collegamento non galvanico bidirezionale) e/o tipi di bus paralleli (con diversi collegamenti non galvanici bidirezionali). You will also be able to add a module to an existing distributed control system that synchronizes with a module that is already part of the system. Also, you can disconnect a failed module and replace it with a new one. The new module will then synchronize with an existing module and become part of the distributed control system. The non-galvanic connection can also support data exchange between modules. Optical solutions (i.e. Li-Fi with recently improved bandwidth) could even allow the implementation of optical buses between different modules of a rack for data exchange (for example between a CPU and I / O modules). The invention also covers redundant or non-redundant bidirectional buses (control data address signals including synchronization signals). It also covers serial bus types (a bi-directional non-galvanic link) and / or parallel bus types (with several bi-directional non-galvanic links).

Gli obiettivi che precedono e molti dei conseguenti vantaggi della presente invenzione potranno essere più facilmente apprezzati quando questi saranno meglio compresi facendo riferimento alla seguente descrizione dettagliata considerata insieme ai disegni allegati, in cui: The foregoing objectives and many of the consequent advantages of the present invention can be more easily appreciated when these are better understood by referring to the following detailed description taken together with the attached drawings, in which:

la figura 1 fornisce una vista frontale tridimensionale di una unità rack 1. Figure 1 provides a three-dimensional front view of a rack unit 1.

La figura 2 è una vista schematica con dettagli della comunicazione tra moduli adiacenti m e n. Figure 2 is a schematic view with details of the communication between adjacent modules m and n.

la figura 3 mostra schematicamente un gruppo di nove moduli IO che vengono sincronizzati da una fonte comune. Questa fonte può essere tecnicamente ridondante. Figure 3 schematically shows a group of nine IO modules which are synchronized from a common source. This source can be technically redundant.

La figura 4 mostra schematicamente 10 moduli 10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f, 10g, 10h, 10i, 10j da sincronizzare e/o per scambiare dati. Figure 4 schematically shows 10 modules 10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f, 10g, 10h, 10i, 10j to be synchronized and / or to exchange data.

La figura 1 fornisce una vista frontale tridimensionale di una unità rack 1. In una forma di realizzazione preferita, l'unità rack 1 sarà un'unità rack da 19 pollici o da 23 pollici. Queste unità sono larghe 48,26 cm o 58,42 cm, rispettivamente. Figure 1 provides a three-dimensional front view of a rack unit 1. In a preferred embodiment, the rack unit 1 will be a 19-inch or 23-inch rack unit. These units are 48.26cm or 58.42cm wide, respectively.

Il rack 1 fornisce un alloggiamento 2. L'alloggiamento 2 alloggia una pluralità di moduli 3a, 3b, 3bc, 3d, 3e, 3f, 3g, 3h, 3i, 3j. I moduli 3a, 3b, 3bc, 3d, 3e, 3f, 3g, 3h, 3i, 3j sono disposti l'uno di fianco all'altro. Ciascun modulo può essere fissato mediante un foro di montaggio 4 e una vite. L'alloggiamento 2 può anche prevedere binari lungo cui i moduli 3a, 3b, 3bc, 3d, 3e, 3f, 3g, 3h, 3i, 3j possono scorrere verso l’interno dell'alloggiamento 2. The rack 1 provides a housing 2. The housing 2 houses a plurality of modules 3a, 3b, 3bc, 3d, 3e, 3f, 3g, 3h, 3i, 3j. The modules 3a, 3b, 3bc, 3d, 3e, 3f, 3g, 3h, 3i, 3j are arranged side by side. Each module can be secured using a mounting hole 4 and a screw. The housing 2 can also provide tracks along which the modules 3a, 3b, 3bc, 3d, 3e, 3f, 3g, 3h, 3i, 3j can slide towards the inside of the housing 2.

Ciascun modulo 3a, 3b, 3bc, 3d, 3e, 3f, 3g, 3h, 3i, 3j all'interno dell'alloggiamento 2 può fornire una o diverse indicazioni visibili 5 per condividere informazioni con un operatore. In una forma di realizzazione preferita, le indicazioni visibili sono diodi a emissione luminosa (LED). Each module 3a, 3b, 3bc, 3d, 3e, 3f, 3g, 3h, 3i, 3j inside the housing 2 can provide one or several visible indications 5 for sharing information with an operator. In a preferred embodiment, the visible indications are light emitting diodes (LEDs).

L'unità rack 1 può inoltre comprendere un commutatore di potenza 6. Il commutatore di potenza 6 connette o disconnette l'alimentazione di rete ai moduli 3a, 3b, 3bc, 3d, 3e, 3f, 3g, 3h, 3i, 3j dell'unità rack 1. Preferibilmente, è prevista anche un'indicazione relativamente allo stato (acceso o spento) del commutatore di potenza 6. The rack unit 1 can also comprise a power switch 6. The power switch 6 connects or disconnects the mains power supply to the modules 3a, 3b, 3bc, 3d, 3e, 3f, 3g, 3h, 3i, 3j of the rack unit 1. Preferably, an indication is also provided regarding the status (on or off) of the power switch 6.

La figura 2 è una vista schematica con dettagli della comunicazione tra moduli adiacenti m e n. La figura 2 mostre due moduli analogici, ciascun modulo comprendendo una pluralità di unità. I moduli m e n mostrati in figura 2 comprendono ciascuno le unità denominate gestione del modulo AO, denominate FPGA (matrice di porta programmabile in campo), denominate condizionamento del segnale di uscita, denominate monitoraggio del modulo associato e denominate invertitore con comunicazione ottica. AO sta per uscita analogica ed è un esempio e qualsiasi tipo di modulo può utilizzare l'invenzione per implementare la ridondanza. Figure 2 is a schematic view with details of the communication between adjacent modules m and n. Figure 2 shows two analog modules, each module comprising a plurality of units. The m and n modules shown in Figure 2 each include units called AO module management, called FPGA (Field Programmable Port Matrix), called output signal conditioning, called associated module monitoring, and called optical communication inverter. AO stands for analog output and is an example and any type of module can use the invention to implement redundancy.

Una matrice di porta programmabile in campo (FPGA). La FPGA tipicamente elaborerà i dati e invierà istruzioni a un dispositivo di campo del tipo ad attuatore. Queste istruzioni, tuttavia, dovranno essere condizionate, in modo che le istruzioni possano essere trasmesse al dispositivo di campo del tipo ad attuatore. La figura 2 mostra ciascun modulo che comprende un'unità responsabile del Condizionamento del Segnale di Uscita. Il Condizionamento del Segnale in Uscita esegue la fase di convertire l'uscita dalla FPGA in un formato che consente la trasmissione al dispositivo di campo del tipo ad attuatore. A field programmable gate matrix (FPGA). The FPGA will typically process the data and send instructions to an actuator-type field device. These instructions, however, will need to be conditioned so that the instructions can be transmitted to the actuator-type field device. Figure 2 shows each module comprising a unit responsible for Output Signal Conditioning. Output Signal Conditioning performs the step of converting the output from the FPGA into a format that allows transmission to the actuator-type field device.

L'unità denominata Monitoraggio del Modulo Associato mostrata in figura 2 traccia cambiamenti del modulo e raccoglie indizi sul suo stato, sul suo buon funzionamento e su altre caratteristiche. Ciascuno dei due moduli mostrato in figura 2 comprende una unità denominata Monitoraggio di Modulo associato e una unità denominata Invertitore o un commutatore di uscite con comunicazione ottica. Queste ultime unità condizionano i segnali digitali o analogici dall'unità denominata Monitoraggio di Modulo Associato convertendoli in segnali ottici. I moduli di uscita analogici m e n comunicano tra loro attraverso le loro unità denominate invertitore con comunicazione ottica. A tal fine, le due unità denominate Invertitore con comunicazione ottica devono essere connesse tra loro. Tale connessione è indicata in figura 2 con frecce tratteggiate. Preferibilmente, si utilizza un collegamento non galvanico per connettere le due unità denominate Invertitore con comunicazione ottica. Dato che i moduli di uscita analogici m e n sono disposti l'uno vicino all'altro, il collegamento non galvanico potrebbe e di fatto dovrebbe essere di corto raggio. La connessione è preferibilmente bidirezionale. Le due frecce tratteggiate che indicano una connessione bidirezionale sono mostrate in figura 2. The unit named Monitoring of the Associated Module shown in Figure 2 tracks changes in the module and collects clues about its status, its good functioning and other characteristics. Each of the two modules shown in Figure 2 comprises a unit called Associated Module Monitoring and a unit called Inverter or an optical communication output switch. The latter units condition the digital or analog signals from the unit called Associated Module Monitoring by converting them into optical signals. The analog output modules m and n communicate with each other through their units called inverter with optical communication. To do this, the two units called Inverter with optical communication must be connected to each other. This connection is indicated in figure 2 with dashed arrows. Preferably, a non-galvanic connection is used to connect the two units called Inverter with optical communication. Since the analog output modules m and n are arranged close to each other, the non-galvanic connection could and in fact should be short-range. The connection is preferably bidirectional. The two dashed arrows indicating a bidirectional connection are shown in figure 2.

I moduli di uscita analogica m e n dato che comunicano tra loro, possono scambiare informazioni relative allo stato nonché ai dati diagnostici. I Moduli di Uscita Analogici avranno quindi uno stato identico. In caso di guasto di uno dei Moduli di Uscita analogici m, l'altro Modulo di Uscita analogico n funzionerà come se fosse il modulo di uscita analogico m. In altri termini, la ridondanza tecnica viene ottenuta attraverso l'uso di un collegamento non galvanico a corto raggio. Since the analog output modules m and n communicate with each other, they can exchange status information as well as diagnostic data. The Analog Output Modules will therefore have an identical state. If one of the m Analog Output Units fails, the other n Analog Output Unit will function as if it were the m Analog Output Unit. In other words, technical redundancy is achieved through the use of a short-range non-galvanic link.

La figura 3 mostra schematicamente un gruppo di nove moduli IO (moduli di ingresso-uscita) 7a, 7b, 7c, 7d, 7e, 7f, 7g, 7h, 7i. Ciascun modulo IO della pila è associato a un convertitore 8a, 8b, 8c, 8d, 8e, 8f, 8g, 8h, 8i. I Moduli di Uscita analogici e gli Invertitori con comunicazione ottica di figura 2 sono particolari esempi dei moduli IO e dei convertitori di figura 3. Moduli IO adiacenti possono comunicare tra loro attraverso collegamenti non galvanici a corto raggio. Una freccia 9 indica questo tipo di collegamento tra i convertitori 8f e 8g. Questa implementazione di moduli è soltanto un esempio dell'invenzione e può essere applicata a tutti i tipi di associazioni di moduli e unità rack. Figure 3 schematically shows a group of nine IO modules (input-output modules) 7a, 7b, 7c, 7d, 7e, 7f, 7g, 7h, 7i. Each IO module of the stack is associated with a converter 8a, 8b, 8c, 8d, 8e, 8f, 8g, 8h, 8i. The analog output modules and inverters with optical communication of figure 2 are particular examples of the IO modules and converters of figure 3. Adjacent IO modules can communicate with each other through non-galvanic short-range connections. An arrow 9 indicates this type of connection between the 8f and 8g converters. This module implementation is only one example of the invention and can be applied to all types of module and rack unit associations.

Il collegamento non galvanico a corto raggio tra i moduli può essere utile anche per l'interblocco. Le porte di un ascensore, per esempio, richiedono interblocco, in modo che una porta non si apra fino a quando l'ascensore non si trova sullo stesso piano. Un modulo di interblocco leggerà in questo caso la posizione dell'ascensore da un dispositivo di campo del tipo a sensore. Tale modulo di interblocco genererebbe un segnale di interblocco da inviare ai moduli di controllo per le porte di un ascensore su ciascun piano. Il modulo di interblocco invierà questo segnale a tutti i moduli di controllo per le porte di ascensore che non devono aprirsi. La comunicazione tra il modulo di interblocco e i moduli della scelta delle porte di ascensore può essere stabilita attraverso un collegamento non galvanico a corto raggio. Idealmente si utilizza un collegamento bidirezionale, in modo che i moduli di controllo per le porte di ascensore controllino periodicamente che il modulo di interblocco sia attivo. The non-galvanic short-range connection between the modules can also be useful for interlocking. Elevator doors, for example, require interlocking, so that a door does not open until the elevator is on the same floor. In this case, an interlock module will read the lift position from a sensor-type field device. Such an interlock module would generate an interlock signal to be sent to the control modules for the doors of an elevator on each floor. The interlock module will send this signal to all control modules for elevator doors that should not open. Communication between the interlock module and the elevator door choice modules can be established through a short range non-galvanic link. Ideally, a bidirectional link is used, so that the control modules for the elevator doors periodically check that the interlock module is active.

La figura 4 mostra schematicamente dieci moduli 10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f, 10g, 10h, 10i, 10j da sincronizzare. Ciascun modulo comprende un'unità di convertitore, anche se non sono mostrate unità di convertitore in figura 4. La figura 4 mostra anche un emettitore di impulsi. L'emettitore di impulsi è preferibilmente disposto insieme ai moduli 10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f, 10g, 10h, 10i, 10j nello stesso alloggiamento 2 della stessa unità rack 1. Anche l'emettitore di impulsi 11 utilizzerà tipicamente lo stesso collegamento non galvanico a corto raggio per emettere, a titolo esemplificativo non limitativo, impulsi in radiofrequenza, ottici o acustici. Tipicamente il ritardo tra impulsi successivi sarà di cinque secondi. Figure 4 schematically shows ten modules 10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f, 10g, 10h, 10i, 10j to be synchronized. Each module includes a converter unit, although no converter units are shown in Figure 4. Figure 4 also shows a pulse emitter. The pulse emitter is preferably arranged together with the modules 10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f, 10g, 10h, 10i, 10j in the same housing 2 of the same rack unit 1. The pulse emitter 11 will also typically use the same short-range non-galvanic connection to emit, by way of non-limiting example, radio frequency, optical or acoustic pulses. Typically the delay between successive pulses will be five seconds.

Il percorso di segnale per gli impulsi è indicato dalle frecce tratteggiate in figura 4. Le unità di convertitore dei moduli 10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f, 10g, 10h, 10i, 10j ricevono questi impulsi e li utilizzano per sincronizzare i loro clock interni. Di conseguenza, il clock interno di ciascun modulo è sincronizzato sulla stessa fonte. The signal path for the pulses is indicated by the dashed arrows in figure 4. The converter units of the modules 10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f, 10g, 10h, 10i, 10j receive these pulses and use them to synchronize the their internal clocks. Consequently, the internal clock of each module is synchronized to the same source.

La sincronizzazione tra i moduli attraverso un collegamento non galvanico a corto raggio può essere particolarmente utile quando un qualsiasi altro bus tra i moduli non implementi la sincronizzazione o non fornisca i percorsi di segnali liberi per la sincronizzazione. Synchronization between modules over a short-range non-galvanic link can be particularly useful when any other bus between modules does not implement synchronization or does not provide free signal paths for synchronization.

Lo stesso schema può essere applicato anche allo scambio di informazioni e può essere la base per un bus bidirezionale ottico tre moduli e una CPU, per esempio (basata ad esempio su Li-Fi). Il percorso di segnale può essere materializzato da un mezzo isolato quale aria o altri atmosfera/barriere/condotti/tubi/guide ottiche o sonore/fibra ottica. Il percorso di segnale può essere unidirezionale o bidirezionale, seriale e/o parallelo, semplice o ridondante. The same scheme can also be applied to information exchange and can be the basis for a three-module optical bidirectional bus and a CPU, for example (based on Li-Fi for example). The signal path can be materialized by an isolated medium such as air or other atmosphere / barriers / ducts / tubes / optical or sound guides / optical fiber. The signal path can be unidirectional or bidirectional, serial and / or parallel, simple or redundant.

Sebbene la presente invenzione sia stata completamente descritta in riferimento alle forme di realizzazione preferite, è chiaro che è possibile introdurre modifiche all'interno della sua portata, non si consideri l'applicazione limitata a queste forme di realizzazione, ma ai contenuti delle seguenti rivendicazioni. Although the present invention has been fully described with reference to the preferred embodiments, it is clear that it is possible to introduce modifications within its scope, do not consider the limited application to these embodiments, but to the contents of the following claims.

NUMERI DI RIFERIMENTO REFERENCE NUMBERS

1 unità rack 1 rack unit

1 alloggiamento 1 bay

3a, 3b, 3bc, 3d, 3e, 3f, 3g, 3h, 3i, 3j moduli 4 foro di montaggio 3a, 3b, 3bc, 3d, 3e, 3f, 3g, 3h, 3i, 3j modules 4 mounting hole

5 indicazione visibile 5 visible indication

6 commutatore di potenza 6 power switch

7a, 7b, 7c, 7d, 7e, 7f, 7g, 7h, 7i moduli di ingresso-uscita 7a, 7b, 7c, 7d, 7e, 7f, 7g, 7h, 7i input-output modules

8a, 8b, 8c, 8d, 8e, 8f, 8g, 8h, 8i convertitori 9 collegamento non galvanico tra i due convertitori 10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f, 10g, 10h, 10i, 10j moduli 8a, 8b, 8c, 8d, 8e, 8f, 8g, 8h, 8i converters 9 non-galvanic connection between the two converters 10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f, 10g, 10h, 10i, 10j modules

11 emettitore di impulsi 11 pulse emitter

Claims

CLAIMS 1. Distributed control system comprising a housing (2), at least one module (7a, 7b, 7c, 7d, 7e, 7f, 7g, 7h, 7i) positioned in the housing (2), at least one module is associated with a converter (8a, 8b, 8c, 8d, 8e, 8f, 8g, 8h, 8i), the converter (8a, 8b, 8c, 8d, 8e, 8f, 8g, 8h, 8i) is configured to communicate signals through a non-galvanic communication link, where the converter (8a, 8b, 8c, 8d, 8e, 8f, 8g, 8h, 8i) is configured to condition the module input to allow internal signal processing by the module (7a, 7b, 7c , 7d, 7e, 7f, 7g, 7h, 7i), characterized by the fact that the range of the non-galvanic communication link is substantially limited to the size of the housing (2).

2. Distributed control system according to claim 1, where the housing (2) is provided by a rack unit (1).

3. Distributed control system according to claim 2, where the bay (2) is provided by a 23-inch rack unit (1).

4. Distributed control system according to claim 2, where the bay (2) provided by a 19-inch rack unit (1).

Distributed control system according to any one of claims 1 to 4 where at least one converter is configured to condition the output of the module to allow the transmission of the signals generated by the module through the non-galvanic communication link.

Distributed control system according to any one of claims 1 to 5, wherein the communication link is established through (as an example among many solutions) an infrared connection.

7. Distributed control system according to any one of claims 1 to 5, wherein the communication link is established through optics (fiber, infrared, Li-Fi…).

Distributed control system according to any one of claims 1 to 5, wherein the communication link is established through ultrasound.

Distributed control system according to any one of claims 1 to 5, wherein the communication link is established through short-range radio frequency communication.

10. Distributed control system according to claim 9, where the communication link established through ultra-broadband communication.

11. Distributed control system according to any one of claims 1 to 10, where the communication through the communication link is encrypted.

Distributed control system according to any one of claims 1 to 11, wherein the communication link is configured to switch into the idle mode.

Distributed control system according to any one of claims 1 to 12, further comprising a pulse emitter (11) configured to transmit pulses of limited duration through the non-galvanic communication link and / or bidirectional data.

14. Distributed control system according to claim 13, further comprising a pulse emitter (11) configured to emit synchronization pulses (for example every five seconds).