NO880707L

NO880707L - ADAPTIVE CONTROL SYSTEMS.

Info

Publication number: NO880707L
Application number: NO880707A
Authority: NO
Inventors: Michael Leonard Woodhouse; Michael Garth Notley; Raymond John Wales
Original assignee: Approved Prod Technology Ltd
Priority date: 1986-06-20
Filing date: 1988-02-17
Publication date: 1988-04-18
Also published as: NO880707D0

Description

ADAPTIVE STYRESYSTEMERADAPTIVE CONTROL SYSTEMS

Oppfinnelsens områdeField of the invention

Den foreliggende oppfinnelse vedrører adaptive styresystemer, og mer spesielt selvreparerende overvåknings- og styrenettverk ved slike systemer. Selv om der benyttes styresystemer på forskjellige teknologiske områder og disse blir betjent ved en flerhet av kraftkilder, f.eks. elektrisitet, mekaniske organer eller fluidumtrykk, er oppfinnelsen ikke begrenset til noen av disse. The present invention relates to adaptive control systems, and more particularly to self-repairing monitoring and control networks in such systems. Even if control systems are used in different technological areas and these are operated by a plurality of power sources, e.g. electricity, mechanical organs or fluid pressure, the invention is not limited to any of these.

Kjent teknikkKnown technique

Et styresystem går ut på et organ ved hjelp av hvilket en variabel størrelse eller et sett av variable størrelser til-dannes for å stemme overens med en foreskreven norm. Styresystemer kan enten holde verdiene av de styrte størrelser konstant, eller det kan bevirke at disse størrelser varierer på en forhåndsbestemt måte. Kjente sofistikerte styresystemer gjør bruk av en teknikk som er kjent som adaptiv styr-ing, som går ut på den egenskap hos systemet å modifisere sin egen drift for å oppnå den best mulige driftsmodus. Et adaptivt system er istand til å fremskaffe kontinuerlig informasjon om den foreliggende tilstand hos systemet, sammen-ligner den foreliggende systemutnyttelse i forhold til en ønsket, optimal utnyttelse, og virker slik at det endrer systemet i henhold til dette. A control system involves an organ by means of which a variable quantity or a set of variable quantities is created to conform to a prescribed norm. Control systems can either keep the values of the controlled quantities constant, or it can cause these quantities to vary in a predetermined manner. Known sophisticated control systems make use of a technique known as adaptive control, which is based on the property of the system to modify its own operation in order to achieve the best possible operating mode. An adaptive system is capable of obtaining continuous information about the current state of the system, compares the current system utilization in relation to a desired, optimal utilization, and acts so that it changes the system in accordance with this.

Datamaskiner er blitt anvendt i forbindelse med industrielle styresystemer på en rekke måter. Datamaskinen kan brukes i en sekundær overvåkningsrolle for å endre de innstilte punk-ter i et primært anleggs-styresystem, enten direkte eller ved initiering av manuelt inngrep. En feilfunksjon hos den datamaskin som benyttes på denne måte, vil ikke kunne skade anlegget som sådan. Alternativt kan en datamaskin erstatte en gruppe av enkelt-sløyfe-analogstyreinnretninger, eller der kan benyttes datamaskiner ved alle anleggs-styresitua- sjoner samtidig i et system, noe som gir prioritet til visse handlinger i henhold til et eller annet hierarki av styreinnretninger og under-styreinnretninger. Computers have been used in connection with industrial control systems in a number of ways. The computer can be used in a secondary monitoring role to change the set points in a primary plant control system, either directly or by initiating manual intervention. A malfunction of the computer used in this way will not damage the system as such. Alternatively, a computer can replace a group of single-loop analog control devices, or computers can be used in all plant control situations simultaneously in a system, which gives priority to certain actions according to some hierarchy of control devices and sub- control devices.

Fordelene med å bruke datamaskiner ved slike styresystemer er vel kjent. Datamaskinen kan programmeres på enkel måte for utførelse av et vidt spekter av separate oppgaver, og den er forholdsvis enkel å programmere på nytt, slik at datamaskinen kan utføre en reversert mengde av oppgaver eller reagere på gitte situasjoner på alternative måter. En slik fornyet programmering må nødvendigvis ikke alltid involvere en endring i det fysiske utstyr av styresystemet. The advantages of using computers for such control systems are well known. The computer can be easily programmed to perform a wide range of separate tasks, and it is relatively easy to reprogram, so that the computer can perform a reversed set of tasks or react to given situations in alternative ways. Such renewed programming does not necessarily always have to involve a change in the physical equipment of the control system.

I forbindelse med all bruk av en datamaskin, med unntak av den enkleste overvåkingsbruk, i forbindelse med et styresystem av den ovenfor omtalte art, vil datamaskinen være sentral i forhold til styresystemet og utgjør en kritisk del av nettverket. En feil ved datamaskinen i slike kjente data-maskinbaserte styresystemer vil uungåelig føre til feil i selve styresystemet, med potensielle alvorlige finansielle og sikkerhetsmessige konsekvenser. Dersom f.eks. styresystemet overvåker og styrer driften av et kjernekraftverk, vil en feil ved systemet innebære katastrofale verdensomspen-nende virkninger. In connection with all use of a computer, with the exception of the simplest monitoring use, in connection with a control system of the kind mentioned above, the computer will be central in relation to the control system and constitutes a critical part of the network. A computer error in such known computer-based control systems will inevitably lead to errors in the control system itself, with potentially serious financial and security consequences. If e.g. control system monitors and controls the operation of a nuclear power plant, a failure of the system will have catastrophic worldwide effects.

Tekniske problemer som skal løses ved oppfinnelsenTechnical problems to be solved by the invention

Det er en hensikt med den foreliggende oppfinnelse å skaffe et overvåknings- og styrenettverk som er passende for et datamaskinstyrt adaptivt styresystem, som kan reparere seg selv, og hvori datamaskinen ikke er en kritisk del av styresystemet . It is an object of the present invention to provide a monitoring and control network suitable for a computer controlled adaptive control system, which can repair itself, and in which the computer is not a critical part of the control system.

Videre er det en hensikt med oppfinnelsen å fremskaffe et styresystem hvor hovedsakelig like kretser, eller byggeblokker, blir benyttet som noder i nettverket, og idet slike nettverk med større kompleksitet kan konstrueres på en enkel måte. Furthermore, it is a purpose of the invention to provide a control system in which mainly similar circuits, or building blocks, are used as nodes in the network, and since such networks with greater complexity can be constructed in a simple way.

En ytterligere hensikt med den foreliggende oppfinnelse er å skaffe nevnte byggeblokker i en form og på en slik innbyrdes koblet måte at de og deres innbyrdes koblinger kan plasseres innenfor et farefullt område, samtidig som datamaskinen og andre mer verdifulle deler av styresystemet kan plasseres sikkert utenfor det risikofylte område. A further purpose of the present invention is to provide said building blocks in a form and in such an interconnected manner that they and their interconnections can be placed within a dangerous area, while at the same time the computer and other more valuable parts of the control system can be placed safely outside it risky area.

Omtale av oppfinnelsenMention of the invention

I henhold til oppfinnelsen, ved en side av denne, vil et adaptivt styresystemnettverk innbefatte en sløyfe av understyreenheter, idet hver av disse også er forbundet med en understyreenhet av høyere orden i et hierarkisk nettverk. En slik nettverkskonstruksjon kan betegnes som en sløyfe- og According to the invention, at one side of this, an adaptive control system network will include a loop of sub-control units, each of which is also connected to a sub-control unit of a higher order in a hierarchical network. Such a network construction can be described as a loop and

-stjerne-konstruksjon.- star construction.

I henhold til oppfinnelsen, ved en annen side av denne, er der fremskaffet et adaptivt styresystemnettverk som omfatter programmerbare node-lignende elementer og grener derimellom, som er slik programmert at under drift vil ledd med feil mellom node-elementene bli automatisk re-rutet via andre node-elementer, samtidig som node-elementer blir substituert for node-elementer med feil og utfører kommunikasjons-, overvåkings- eller styreoppgavene for de node-elementer som er beheftet med feil. According to the invention, on another side of this, an adaptive control system network has been provided which comprises programmable node-like elements and branches between them, which are programmed in such a way that during operation links with errors between the node elements will be automatically re-routed via other node elements, at the same time that node elements are substituted for node elements with errors and perform the communication, monitoring or control tasks for the node elements that are affected by errors.

I henhold til oppfinnnelsen, ved en mer spesiell side av denne, vil et overvåkings- og styrenettverk for et datamaskinstyrt adaptivt styresystem innbefatte ved nodene for nevnte nettverk en flerhet av hovedsakelig like programmerbare under-styreenhetskretser anordnet i en sløyfe- og According to the invention, in a more particular aspect thereof, a monitoring and control network for a computer controlled adaptive control system will include at the nodes of said network a plurality of substantially identical programmable sub-controller circuits arranged in a loop and

-stjerne-konstruksjon som tillater kommunikasjon mellom en programmerbar master-nettverks-styreenhet og en flerhet av styreinnretninger, f.eks. følere, brytere og påvirkningsorganer, idet hver understyreenhetskrets innbefatter et programl ager, en mikroprosessor og organer for å kommunisere med master-nettverk-styreenheten direkte eller via en understyreenhet av høyere orden, en understyreenhet av lavere -star construction that allows communication between a programmable master network controller and a plurality of control devices, e.g. sensors, switches and actuators, each sub-controller circuit including a program layer, a microprocessor and means for communicating with the master network controller directly or via a higher-order sub-controller, a lower-order sub-controller

orden direkte eller via en understyreenhet av lavere orden, og to tilstøtende understyreenheter i en sløyfe av understyreenheter av den samme hierarkiske orden, samtidig som master-nettverk-styreenheten og understyreenheten blir programmert for å reagere på en feil i et ledd mellom en hvilken som helst understyreenhet og master-nettverk-styreenheten ved re-ruting av nevnte ledd via en annen understyreenhet og re-programmering av understyreenhetene i henhold til dette, og å reagere på en feil hos en understyreenhet ved påvirkning av en understyreenhet i nærheten av den understyreenhet som er beheftet med feil, og i den samme sløyfe, for derved passende å overta dennes overvåkings-, styre- eller kommunikasjonsfunksjoner. order directly or via a lower-order sub-controller, and two adjacent sub-controllers in a loop of sub-controllers of the same hierarchical order, while the master network controller and the sub-controller are programmed to react to a fault in a link between any sub-controller and the master-network-controller by re-routing said link via another sub-controller and re-programming the sub-controllers accordingly, and reacting to a failure of a sub-controller by influencing a sub-controller in the vicinity of the sub-controller which is tainted with errors, and in the same loop, thereby suitably taking over its monitoring, control or communication functions.

Fortrinnsvis vil master-nettverk-styreenheten kommunisere direkte med bare en understyreenhet. Master-nettverk-styreenheten kan være forbundet med en hovedramme-datamaskin og kan være midlertidig forbundet med en programmeringsboks på hvilket driftssted ingeniører til å begynne med kan programmere nettverket. Preferably, the master network controller will communicate directly with only one slave controller. The master network controller may be connected to a mainframe computer and may be temporarily connected to a programming box at which site engineers can initially program the network.

Fortrinnsvis bør også nettverk-master-styreenheten og understyreenhetene være sammenbundet ved hjelp av fiberoptiske kommunikasjonslinker, slik at de blir elektrisk isolert fra hverandre. I sistnevnte tilfelle, dersom hver understyreenhet har en effektiv kraftomformer som er konstruert for drift fra en lavspenning som tilføres fra en felles d.c. kraftkilde via en Zener-diode-barriere i stedet for at den innbefatter sitt eget batterilager, så vil kraftkilden, Zener-diode-barrieren, master-nettverk-styreenheten, hovedramme-datamaskinen og programmeringsboksen være lokalisert i et sikkert område, mens understyreenhets-nettverket og følerene, påvirkningsorganene og bryterene kan være plassert i et forholdsvis risikofylt område. Kontinuerlig drift i det risikofylte område vil bli sikret idet understyreenhetene med meget lavt kraftforbruk kan da rommes i små hus uten unødig temperaturstigning, forutsatt at alle komponenter i understyreenhetene blir valgt med normerte verdier slik at ingen arbeider ved en temperatur som er mye høyere enn den Preferably, the network master control unit and the sub-control units should also be connected by means of fiber optic communication links, so that they are electrically isolated from each other. In the latter case, if each sub-control unit has an efficient power converter designed to operate from a low voltage supplied from a common d.c. power source via a Zener diode barrier rather than containing its own battery storage, then the power source, Zener diode barrier, master network controller, mainframe computer and programming box will be located in a secure area, while the sub-controller network and the sensors, actuators and switches may be located in a relatively risky area. Continuous operation in the risky area will be ensured, as the sub-control units with very low power consumption can then be accommodated in small houses without undue temperature rise, provided that all components in the sub-control units are selected with standardized values so that no one works at a temperature that is much higher than

lokale omgivende temperatur.local ambient temperature.

Det vil være innlysende at selv om hoveddelen av understyreenhetene kan være av maken konstruksjon, sa vil de som kreves for direkte forbindelse med følerne, bryterne og påvirkningsorganene i styresystemet, i det følgende betegnet som understyreenheter av typen A, ville kunne være forskjellige i noen henseender i forhold til dem som kommuniserer med understyreenheter av lavere orden, som i det følgende vil bli betegnet som understyreenheter av typen B. It will be apparent that although the main part of the sub-control units may be of similar construction, those required for direct connection with the sensors, switches and actuators in the control system, hereinafter referred to as sub-control units of type A, would be different in some respects in relation to those that communicate with sub-control units of a lower order, which will be referred to in the following as sub-control units of type B.

Understyreenheter av typen A er i stand til å kunne festes til en flerhet av elektroniske følere, og til å kunne be-tjene en flerhet av påvirkningsorganer. Typiske følere kan innebære panelbrytere, vibrasjonsfølere, røkdetektorer, flammegass-detektorer, varmedetektorer, doppler nærhets-detektorer, etc. Typisk påvirkningsorganer kan innbefatte indikatorlamper, styreventiler, sprinklere, nød-nedkoblings-innretninger, "klaxons", dørlukkere, etc. Sub-control units of type A are able to be attached to a plurality of electronic sensors, and to be able to operate a plurality of influencing organs. Typical sensors may include panel switches, vibration sensors, smoke detectors, flame gas detectors, heat detectors, doppler proximity detectors, etc. Typical actuation devices may include indicator lights, control valves, sprinklers, emergency shutdown devices, klaxons, door closers, etc.

Det vil nå være klart for fagfolk på området at kjente styresystemnettverk som er uttenkt slik at der foreligger mange baner mellom to noder, i teorien vil fortsette å være virksomme selv om et stort antall av baner ble avbrutt, men dersom disse baner førte til en sentral datamaskin, eller en hvilken som helst annen singel node, og denne sentrale datamaskin eller singel node skulle svikte, vil hele nettverket svikte. Ifølge oppfinnelsen vil imidlertid node-elementene, dvs. understyreenhetene, ha et nivå av lokal intelligens med eksekutiv kapabilitet, i form av en programmerbar mikroprosessor, slik at tapet av en understyreenhet vil påvirke det lokale område, men ikke driften av nettverket som en helhet. It will now be clear to those skilled in the art that known control system networks which are designed so that there are many paths between two nodes will, in theory, continue to be effective even if a large number of paths were interrupted, but if these paths led to a central computer, or any other single node, and should this central computer or single node fail, the entire network will fail. According to the invention, however, the node elements, i.e. the sub-control units, will have a level of local intelligence with executive capability, in the form of a programmable microprocessor, so that the loss of a sub-control unit will affect the local area, but not the operation of the network as a whole.

Der vil nå bli beskrevet et kommunikasjonsnettverk i form av et ikke-begrensende eksempel av en anvendelse av det adaptive styresystemnettverk i henhold til oppfinnelsen. Det skal forstås at oppfinnelsen kan anvendes på mange andre teknologiske områder hvor der kreves styresystemer, og den foreliggende oppfinnelse er ikke på noen måte begrenset til kommunikasjonsnettverk. Ved det eksempel som skal beskrives, vil der bli vist til de vedføyde tegningsfigurer. A communication network will now be described in the form of a non-limiting example of an application of the adaptive control system network according to the invention. It should be understood that the invention can be used in many other technological areas where control systems are required, and the present invention is in no way limited to communication networks. For the example to be described, reference will be made to the attached drawings.

Kort omtale av tegningsfigureneBrief description of the drawing figures

Fig. 1 er et skjematisk blokkdiagram over et adaptivt styresystemnettverk i henhold til oppfinnelsen. Fig. 2 er et skjematisk blokkdiagram over en understyreenhet av typen A brukt ved nettverket ifølge fig. 1. Fig. 3 er et skjematisk blokkdiagram over en understyreenhet av typen B som blir brukt i nettverket ifølge fig. 1. Fig. 4 er et skjematisk blokkdiagram over de kraftforsyn-ingsarrangementer som brukes ved nettverket på fig. 1. Fig. 1 is a schematic block diagram of an adaptive control system network according to the invention. Fig. 2 is a schematic block diagram of a sub-control unit of type A used in the network according to fig. 1. Fig. 3 is a schematic block diagram of a sub-control unit of type B which is used in the network according to fig. 1. Fig. 4 is a schematic block diagram of the power supply arrangements used in the network of Fig. 1.

Foretrukken utførelsesform for oppfinnelsen i forbindelse med et kommunikasjonsnettverk Preferred embodiment of the invention in connection with a communication network

På fig. 1 er der vist et kommunikasjonsnettverk som omfatter en flerhet av understyreenheter som kommuniserer med hverandre og en master-nettverks-styreenhet via fiberoptiske datalinker. Hver understyreenhet, enten en type A slik som vist ved 1, 2 eller 3 eller av typen B slik det er vist ved 4 og 5, omfatter minst tre optiske sender- og mottagerpar for å utgjøre en sløyfe- og stjerne-konstruksjon. Et par kommuniserer via en fiberoptisk datalink 6 med en type B understyreenhet, 4 eller 5, eller en master-nettverk-styreenhet 7, over den. De andre to par kommuniserer via en fiberoptisk datalink 8 med to tilstøtende understyreenheter som danner en del av en sløyfe av understyreenheter. In fig. 1 there is shown a communication network comprising a plurality of sub-control units that communicate with each other and a master network control unit via fibre-optic data links. Each sub-controller, either a type A as shown at 1, 2 or 3 or of type B as shown at 4 and 5, comprises at least three optical transmitter and receiver pairs to form a loop and star construction. A pair communicates via a fiber optic data link 6 with a type B sub-controller, 4 or 5, or a master network controller 7, above it. The other two pairs communicate via a fiber optic data link 8 with two adjacent sub-controllers which form part of a loop of sub-controllers.

Alle typer B understyreenheter virker som rene kommunika-sjonsnoder i nettverket og har ingen mulighet for forbindelse med eksternt elektrisk utstyr. Type B understyreenheten 4 som er av høyeste orden av understyreenhet i nettverks hierarkiet, omfatter en fiberoptisk datalink 9 til master-nettverk-styreenheten 7 som inneholder alle de tre hoved-datalinkelementer (en oppover, to sideveis) av sløyfe- og stjerne-konstruksjonen. Master-nettverk-styreenheten 7 ut-gjøres av en trådforbindelse med en hovedramme-datamaskin 10 via et grensesnittkort 11, f.eks. et grensesnittkort av typen RS-232. All type B sub-control units act as pure communication nodes in the network and have no possibility of connection with external electrical equipment. The type B subcontroller 4 which is of the highest order of subcontrollers in the network hierarchy comprises a fiber optic data link 9 to the master network control unit 7 which contains all three main datalink elements (one upward, two sideways) of the loop and star construction. The master network control unit 7 consists of a wire connection with a mainframe computer 10 via an interface card 11, e.g. an interface card of the RS-232 type.

Understyreenhetene 1, 2 og 3 av typen A er trådforbundet med forskjellige styreinnretninger, f.eks. følere eller brytere 12 eller påvirkningsorganer 13. Styreinnretninger som er nødvendige for en vellykket drift av systemet, er forbundet med to eller flere understyreenheter av typen A. Inngangs-følerne er elektrisk isolert fra hverandre. Ved eksemplet som er vist, er hver understyreenhet av typen A i stand til å avføle strøm som gjennomløper opp til 16 sløyfer av 20 mA og kan svitsje opp til 16 svaksstrømssløyfer. The sub-control units 1, 2 and 3 of type A are wired to various control devices, e.g. sensors or switches 12 or impactors 13. Control devices that are necessary for the successful operation of the system are connected to two or more sub-control units of type A. The input sensors are electrically isolated from each other. In the example shown, each type A sub-controller is capable of sensing current flowing through up to 16 loops of 20 mA and can switch up to 16 low-current loops.

En programmeringsboks 14 kan være midlertidig forbundet med master-nettverk-styreenheten 7. A programming box 14 can be temporarily connected to the master network control unit 7.

Ved dette eksempel vil alle understyreenheter være konstruert til å motstå, og er plassert i, et risikofylt område 15 som er vist ved området under skillelinjen 16. Datamaskinen 10, master-nettverk-styreenheten 7 og programmeringsboksen 14 befinner seg i et sikkert område 17, som f.eks. kan være et kontrollrom. Platedrivene og utskriftenhetene, fremviser-innretninger, etc. (ikke vist) som har tilknytning til datamaskinen, vil også være plassert i den sikre omgivelse i kontrollrommet. De eneste forbindelser mellom det sikre området 17 og det farefylte området 15 utgjøres av fiberoptiske datalinker, som ikke leder elektrisitet, eller lav-spente linjer som fører likestrømskraft fra terminalene fra en Zener-diode-barriere, slik det vil bli omtalt senere under henvisning til fig. 4. In this example, all sub-controllers will be designed to withstand, and are located in, a risky area 15 which is shown by the area below the dividing line 16. The computer 10, the master network controller 7 and the programming box 14 are located in a secure area 17, like for example. can be a control room. The disk drives and printing units, projectors, etc. (not shown) associated with the computer will also be located in the secure environment of the control room. The only connections between the safe area 17 and the hazardous area 15 are made by fiber optic data links, which do not conduct electricity, or low-voltage lines which carry direct current power from the terminals of a Zener diode barrier, as will be discussed later with reference to fig. 4.

En understyreenhet av typen A er vist i ytterligere detalj på fig. 2. Understyreenheten omfatter en flerhet av trykte kretskort som er sammenstillet til et standard hyllesystem, og er bygget inn i et deksel, slik det er vist skjematisk ved 18, sammen med slike terminaler som er påkrevet for forbindelse av krafttilførsel og ytre kretser. Kretskortene innbefatter et sentralt prosessorkort 19, et kraftomform-ingskort 20, et strøm/spenning-kort 21, et kommunikasjons-mottagerkort 22', 22'', 22<1>'<1>, et kommunikajonssenderkort 23 ' , 23 ' ' , 23 ' ' ' , et fiberoptisk forforsterkerkort 24 og et LED-kort 25. A sub-control unit of type A is shown in further detail in fig. 2. The sub-control unit comprises a plurality of printed circuit boards assembled into a standard shelf system, and is built into a cover, as shown schematically at 18, together with such terminals as are required for connection of power supply and external circuits. The circuit boards include a central processor board 19, a power conversion board 20, a current/voltage board 21, a communication receiver board 22', 22'', 22<1>'<1>, a communication transmitter board 23', 23'', 23 ' ' ' , a fiber optic preamplifier board 24 and an LED board 25.

Kraftomformingskortet 20 blir matet med likestrømskraft fra terminaler fra en Zener-diode-barriere 28 (se fig. 4) som er plassert i det sikre område 17. Den spenning som leveres til kortet 20 er avhengig av graden av strøm som trekkes, og varierer mellom 28 V når belastningen er liten, og ned til 12 V når maksimaleffekt blir levert fra Zener-diode-barrieren 28. Kortet 20 innbefatter en brytermodus for forover konvertering (ikke vist) for å kompensere for disse varia-sjoner i innspenning og for å omforme effekten til en stabilisert tilførsel på 5 V som blir matet til hvert av de andre kort i systemet, nemlig 19, 21, 22, 23, 24 og 25. The power conversion board 20 is supplied with direct current power from the terminals of a Zener diode barrier 28 (see Fig. 4) which is placed in the safe area 17. The voltage supplied to the board 20 is dependent on the degree of current drawn, and varies between 28 V when the load is light, and down to 12 V when maximum power is supplied from the Zener diode barrier 28. Board 20 includes a forward conversion switching mode (not shown) to compensate for these variations in input voltage and to convert the effect of a stabilized supply of 5 V which is fed to each of the other cards in the system, namely 19, 21, 22, 23, 24 and 25.

Kortet for den sentrale behandlingsenhet (CPU) 19 er en standard CMOS mikroprosessorkrets som innbefatter en 16-kanals analog-til-digital (A/D) omformer 19' som har en inngang forbundet med strøm/spenning-omformerkortet 21. A/D-omformeren 19' måler den sløyfestrøm som strømmer i hver av de 16 innkretser. Utgangene 19' fra CPU 19 driver via en parallell grensesnittsadapter en gruppe av VMOS transistorer (ikke vist). På fig. 2 er CPU 19 vist forbundet med kommuni-kas jonssenderen og mottagerkortene 22 og 23 ved hjelp av en busslinje 29 som representerer skjematisk de organer som CPU 19 kommuniserer med, samtidig som disse kort styres og over-våkes i henhold til de programinstruksjoner som ligger i lageret (ikke vist) av CPU 19. The central processing unit (CPU) board 19 is a standard CMOS microprocessor circuit that includes a 16-channel analog-to-digital (A/D) converter 19' having an input connected to the current/voltage converter board 21. the converter 19' measures the loop current flowing in each of the 16 circuits. The outputs 19' from the CPU 19 drive via a parallel interface adapter a group of VMOS transistors (not shown). In fig. 2, the CPU 19 is shown connected to the communication transmitter and the receiver cards 22 and 23 by means of a bus line 29 which schematically represents the bodies with which the CPU 19 communicates, at the same time that these cards are controlled and monitored according to the program instructions contained in the storage (not shown) of CPU 19.

Strøm/spenning-kortet 21 omformer den avfølte strøm i de ytre følere 12 til en linjært relatert spenning som egner seg for A/D-omforming ved hjelp av CPU 19. Inngangsterminal-ene er elektrisk isolert ved hjelp av passende organer fra The current/voltage board 21 converts the sensed current in the external sensors 12 into a linearly related voltage suitable for A/D conversion by means of the CPU 19. The input terminals are electrically isolated by means of suitable means from

følerene 12.the sensors 12.

Kommunikasjonssenderen og LED-kortet 23 og 25 danner en trekanals koder og et fiberoptisk datautsendelsessystem. På fig. 2 er de tre kanaler CHl, CH2 og CH3 vist separat og med separate sender- og mottagerbaner. Følgelig vil de partier av sender- og LED-kortet som driver hver senderkanal, blitt tegnet som separate enheter 23', 23'' og 23''' med separate sender-optiske hoder 27', 27'' og 27'<11>. I praksis vil disse enheter kunne kombineres på et eneste kort 23. Alle tre senderkretser er like og hver inneholder et mikroprosessor-buss-grensesnitt 30, og et først inn først ut (FIFO) lager 31, hvori meldinger kan samles før utsendelse, samt en seriedanner 32 og en koder 33. For oversiktens skyld er disse enheter vist bare med hensyn til sender 23' som har tilknytning til optisk kode 27' og CHl. Data blir overført ved 167 K biter/sekund over den fiberoptiske link. LED'er transformatorkoblet (ikke vist) med 5 V tilførselen ved hjelp av omformer 20. CHl er forbundet med en understyreenhet av typen B av høyere orden i nettverkshierarkiet, mens CH2 og CH3 er forbundet med andre understyreenheter av typen A eller typen B i en sløyfe av understyreenheter av samme orden i nettverkshierarkiet. The communication transmitter and the LED board 23 and 25 form a three-channel coder and a fiber optic data transmission system. In fig. 2, the three channels CH1, CH2 and CH3 are shown separately and with separate transmitter and receiver paths. Accordingly, the portions of the transmitter and LED board driving each transmitter channel will be drawn as separate units 23', 23'' and 23'' with separate transmitter optical heads 27', 27'' and 27'<11> . In practice, these units will be able to be combined on a single card 23. All three transmitter circuits are similar and each contains a microprocessor-bus interface 30, and a first-in first-out (FIFO) store 31, in which messages can be collected before sending, as well as a serializer 32 and an encoder 33. For the sake of clarity, these units are shown only with regard to transmitter 23' which is connected to optical encoder 27' and CH1. Data is transmitted at 167 K bits/second over the fiber optic link. LEDs transformer-coupled (not shown) with the 5 V supply by means of converter 20. CHl is connected to a sub-controller of type B of a higher order in the network hierarchy, while CH2 and CH3 are connected to other sub-controllers of type A or type B in a loop of subordinate control units of the same order in the network hierarchy.

Kommunikasjonsmottageren 22 og forforsterkeren 24 danner med sitt kort et trekanals-fiberoptisk mottagersystem som er komplementært i forhold til transmisjonssystemet. Slik det The communication receiver 22 and the preamplifier 24 form with their card a three-channel fiber optic receiver system which is complementary in relation to the transmission system. As it

også fremgår av fig. 2, hvor de tre kanaler CHl, CH2 og CH3 er blitt vist separat, så har også disse tilhørende mottag-ere 22', 22'' og 22'"' og sine tilhørende optiske mottager-hoder 26', 26'' og 26''', men i likhet med senderkretsene vil disse i praksis være kombinert på et eneste trykt kretskort. Forforsterkeren 24 i de tre like mottagerkretser, detekterer stømmer som blir fremskaffet av en PIN fotodiode 34 som reaksjon på PPM lyspulser som ankommer nedover langs den trekanals-fiberoptiske datalink CHl, CH2 og CH3. Disse strømmer blir forsterket til CMOS logikknivåer, dekodet i dekoderen 35, omformet til parallellform i serie med paral-lellomformer 36 og matet inn i mottageren FIFO-lagrene 37, also appears from fig. 2, where the three channels CH1, CH2 and CH3 have been shown separately, these also have associated receivers 22', 22'' and 22'"' and their associated optical receiver heads 26', 26" and 26 ''', but like the transmitter circuits these will in practice be combined on a single printed circuit board. The preamplifier 24 in the three identical receiver circuits detects currents produced by a PIN photodiode 34 in response to PPM light pulses arriving down the three-channel -fiber optic data links CH1, CH2 and CH3 These streams are amplified to CMOS logic levels, decoded in the decoder 35, converted to parallel form in series parallel converter 36 and fed into the receiver FIFO stores 37,

slik at CPU 19 kan motta meldingene om kommando bussgrense-snittet 38. Forforsterkeren blir optimalisert for å fremskaffe akkurat tilstrekkelig båndbredde for den pulsbredde som blir benyttet for minimalt kraftforbruk. so that the CPU 19 can receive the messages on the command bus interface 38. The preamplifier is optimized to provide just enough bandwidth for the pulse width that is used for minimal power consumption.

Understyreenhetene av typen B, et eksempel på hvilket er vist på fig. 3, utgjør en variant av typen A understyreenhets-konstruksjonen. På fig. 3 er type B komponentene make til komponentene av type A i henhold til fig. 2, og er gitt tilsvarende henvisningstall i den sammenheng. Type B understyreenheter kan ikke akseptere elektriske signalinnganger fra følere, brytere og påvirkningsorganer, men må nødvendig-vis kommunisere via fiberoptiske linker med andre understyreenheter av lavere orden. Således kan det av fig. 3 ses at type B understyreenheter ikke inneholder et strøm/spenning-kort 21, men istedet inneholder de flere sender/mot-tager-kort 22^23^, 22^23^, 22^23^....22<n>23<n>og tilhørende motta- og send optiske hoder 26 4 27 4, The sub-control units of type B, an example of which is shown in fig. 3, constitutes a variant of the type A sub-control unit construction. In fig. 3, the type B components are similar to the components of type A according to fig. 2, and corresponding reference numbers are given in that context. Type B sub-controllers cannot accept electrical signal inputs from sensors, switches and actuators, but must necessarily communicate via fiber-optic links with other lower-order sub-controllers. Thus, from fig. 3 it can be seen that type B sub-control units do not contain a current/voltage board 21, but instead contain several transmitter/receiver boards 22^23^, 22^23^, 22^23^....22<n> 23<n>and associated receive and transmit optical heads 26 4 27 4,

5 5 6 6 n n 5 5 6 6 n n

26~*27~", 26 ^2 7^ .... 26n2 7n . De ytterligere26~*27~", 26 ^2 7^ .... 26n2 7n . The further

send/motta-kort kommuniserer med CPU 19 via passende data-buss-grensesnittenheter og databusslinjen 29. send/receive board communicates with CPU 19 via appropriate data bus interface devices and data bus line 29.

Fig. 4 viser på hvilken måte hver type A og type B understyreenhet, f.eks. henholdsvis 1 og 4, får sin krafttilfør-sel fra en 24 V likestrømskraftforsyning 36 som er plassert i det sikre område 17, via en 28 V 300 ohm Zener-diode-barriere 28, som også befinner seg i det sikre område. Et eksempel på en slik barriere 28 utgjøres av en MTL 128 frem-stilt av Measurement Technology Ltd. Fig. 4 shows how each type A and type B sub-control unit, e.g. 1 and 4 respectively, receives its power supply from a 24 V direct current power supply 36 which is located in the safe area 17, via a 28 V 300 ohm Zener diode barrier 28, which is also located in the safe area. An example of such a barrier 28 is constituted by an MTL 128 produced by Measurement Technology Ltd.

Inngående kretser til understyreenheter av typen A, f.eks. føleren 12' på 20 mA, bryterføleren 12'' eller spesielt kon-struerte kretser representert ved 12'<1>', blir ført til understyreenheter, f.eks. 1, via Zener-barrieren 28 som vist. Mer enn en inngående krets kan tilkobles hver barriere forutsatt en tillatelig barrierebelastning. En inngående krets kan være forbundet med en hvilken som helst type A understyreenhet i den sløyfe som omfatter understyreenheter av lavere orden, forutsatt at prioriteten i nevnte sløyfe er Input circuits for sub-control units of type A, e.g. the sensor 12' of 20 mA, the switch sensor 12'' or specially constructed circuits represented by 12'<1>', are led to sub-control units, e.g. 1, via the Zener barrier 28 as shown. More than one incoming circuit can be connected to each barrier, provided there is a permissible barrier load. An incoming circuit may be connected to any type A subcontroller in the loop that includes lower-order subcontrollers, provided that the priority in said loop is

korrekt.correct.

Utgangsbelastninger 13 som er forbundet med type A understyreenheter, f.eks 1, kan utgjøres av lamper, LED 1 er med strømbegrensningsmotstander, LED'er med styrt strøm, mimikk-indikatorer, releer eller opto-koblere, etc. Utgangskretsene blir altså ført via barrieren 28 og pånytt kan mer enn en slik krets være forbundet med hver barriere forutsatt tillatelig barrierebelastning. Output loads 13 which are connected to type A sub-control units, e.g. 1, can be made up of lamps, LED 1 is with current limiting resistors, LEDs with controlled current, mimic indicators, relays or opto-couplers, etc. The output circuits are thus carried via the barrier 28 and again more than one such circuit can be connected to each barrier provided permissible barrier load.

Fiberoptiske datalinker mellom understyreenheter er utelatt fra fig. 4 for oversiktens skyld. Fiber optic data links between sub-controllers are omitted from fig. 4 for the sake of overview.

Driften av det viste nettverk vil nå korthet bli omtalt under henvisning til alle de vedføyde tegningsfigurer slik det måtte passe. The operation of the network shown will now be briefly discussed with reference to all the attached drawings as appropriate.

De CPU'er 19 som omfattes av understyreenhetene, blir til å begynne med programmert for å inneholde utøvende driftsreg-ler som skal bestemmes av de målte systemparametre..Disse regler blir sammenfattet på grunnlag av informasjon som blir tilført av systemets ingeniør på brukerstedet og blir spesi-fisert i forhold til det spesielle brukersted og system som nettverket er forbundet med. Informasjonen blir videre be-fordret ved hjelp av et spesielt grensesnitt (ikke vist) og lagret i programmeringsboksen 14. The CPUs 19 that are covered by the sub-control units are initially programmed to contain executive operating rules to be determined by the measured system parameters. These rules are summarized on the basis of information supplied by the system's engineer at the user site and are specified in relation to the particular user site and system to which the network is connected. The information is further requested using a special interface (not shown) and stored in the programming box 14.

Programmeringsboksen 14 blir midlertidig forbundet med nettverk-master-styreenheten 7. Den fremskaffer utøvende regler for hver av understyreenhetene fra den lagrede informasjon og overfører disse til de designerte understyreenheter via de fiberoptiske datalinker 6, 8 og 9. På denne måte vil en operasjonsmessig strategi blir spredt gjennom nettverket, som da vil inneholde et stort antall av lokale intelligente noder i form av understyreenhetene. Det er derfor unødvendig å sende ingeniører til hver understyreenhet og feil blir redusert til et minimum. Understyreenhetene blir programmert nesten simultant, hvilket innebærer at de problemer som skyldes at nettverket er ute av takt, blir unngått. The programming box 14 is temporarily connected to the network master control unit 7. It provides executive rules for each of the sub-control units from the stored information and transfers these to the designated sub-control units via the fiber optic data links 6, 8 and 9. In this way, an operational strategy will be spread through the network, which will then contain a large number of local intelligent nodes in the form of the sub-control units. It is therefore unnecessary to send engineers to each sub-control unit and errors are reduced to a minimum. The sub-control units are programmed almost simultaneously, which means that the problems caused by the network being out of sync are avoided.

Under normale betingelser vil understyreenheter av typen A, f.eks. 1, overvåke de lokalt tilkoblede følere 12. Når der opptrer en eller annen forandring, vil understyreenhetene gjøre to ting: a) De vil sende ut en melding til nettverk-master-styreenheten 7 og informere denne om Under normal conditions, sub-controllers of type A, e.g. 1, monitor the locally connected sensors 12. When some change occurs, the sub-control units will do two things: a) They will send out a message to the network master control unit 7 and inform it of

endringen.the change.

b) De inspiserer sine lokalt opprettholdte utøv-ende regel-tabeller for å se om en eller annen b) They inspect their locally maintained executing rule tables to see if any

form for virksomhet er nødvendig.form of business is required.

De nødvendige handlinger som er et resultat av en endring, eller en logisk kombinasjon av endringer som er definert ved de utøvende regler, vil kunne resultere i enten: a) å initiere en endring overfor et lokalt påvirkningsorgan 13, f.eks. en al arm-"klaxon" eller en utstrømning av en gass, etc., eller b) å sende ut en melding til nettverk-master-styreenheten 7 eller til en eller annen ytterligere understyreenhet i nettverket. The necessary actions that are the result of a change, or a logical combination of changes defined by the executive rules, could result in either: a) initiating a change towards a local influencing body 13, e.g. an al arm "klaxon" or an outflow of a gas, etc., or b) to send out a message to the network master controller 7 or to some further sub-controller in the network.

Når en understyreenhet mottar en melding fra en annen understyreenhet, vil denne også bli behandlet som en endring som kan føre til at der utføres ytterligere handling avhengig av innholdet i dennes utøvingsregler. When a sub-control unit receives a message from another sub-control unit, this will also be treated as a change which may lead to further action being taken depending on the content of its exercise rules.

Således vil en hvilken som helst føler 12 i nettverket, via en flerhet av logikk-trinn som kan være så komplekse som bare ønskelig, kunne bevirke aktiviseringen av et hvilket som helst påvirkningsorgan i nettverket. Dette vil finne sted uten noen som helst forstyrrelse fra hoveddatamaskinen på brukerstedet eller master-nettverk-styreenheten 7. Thus, any sensor 12 in the network, via a plurality of logic steps which can be as complex as desired, will be able to cause the activation of any influencer in the network. This will take place without any interference whatsoever from the main computer at the user site or the master network controller 7.

I mellomtiden vil master-nettverk-styreenheten 7 vedvarende akseptere meldinger fra alle understyreenheter i nettverket, og bibeholde et komplett bilde av tilstanden av enhver på-virkningsenhet 13 og føler 12 i nettverket. Denne informasjon blir gjort tilgjengelig for hoveddatamaskinen 10 på brukerstedet. Meanwhile, the master network controller 7 will continuously accept messages from all sub-controllers in the network, maintaining a complete picture of the state of every influencer 13 and sensor 12 in the network. This information is made available to the main computer 10 at the user site.

Dette system er meget vanskelig å avbryte.This system is very difficult to interrupt.

Hver understyreenhet vil også konstant overvåke alle kommu-nikas jonslinker som den er forbundet med, selv når ikke noen melding passerer, ved å la nettverk-status-meldinger av for-skjellig type passere. En feil i en hvilken som helst link vil derfor øyeblikkelig bli detektert. Each sub-controller will also constantly monitor all communication links to which it is connected, even when no message is passing, by allowing network status messages of various types to pass. An error in any link will therefore be immediately detected.

En slik feil er selvsagt en hendelse som kan rapporteres, og i likhet med enhver annen endring kan den gi opphav til ytterligere korrigerende hendelser. Such an error is of course a reportable event and, like any other change, may give rise to further corrective events.

Når der opptrer en feil vil også hver understyreenhet automatisk sørge for at meldinger blir omdirigert gjennom nettverket for å unngå den feilbeheftede bane. I og med der er gitt et høyt nivå av redundans i nettverksoppbygningen, vil systemet vedvarende kunne drives korrekt under betingelser hvor mange av linkene er litt ødelagt. When an error occurs, each sub-controller will also automatically ensure that messages are redirected through the network to avoid the error-ridden path. As a high level of redundancy has been provided in the network structure, the system will be able to be continuously operated correctly under conditions where many of the links are slightly damaged.

Når en understyreenhet, eller en underseksjon av nettverket blir isolert fra master-nettverk-styreenheten 7 ved ødeleg-gelse av enhver singel mulig kommunikasjonsbane, vil det til slutt bli umulig å fortsette rapporteringen av status til master-nettverk-styreenheten. Imidlertid vil underseksjonen av nettverket selv fortsette sin drift på en passende måte, avhengig av utøvelsesreglene, med kjenskap til hvilke linker i systemet som er ute av drift. When a subcontroller, or a subsection of the network, becomes isolated from the master network control unit 7 by destroying any single possible communication path, it will eventually become impossible to continue reporting status to the master network control unit. However, the sub-section of the network itself will continue its operation in an appropriate manner, depending on the exercise rules, knowing which links in the system are out of service.

Dersom en eller flere av nettverklinkene senere blir repa-rert, vil den isolerte underseksjon av nettverket bli ikke-isolert. Dette vil øyeblikkelig bli detektert, og den tid-ligere isolerte seksjon vil da utføre en spesiell virkning ved overføring av meldinger som beskriver dennes status til fulle, noe som tillater gjennopptagelse av korrekt full drift av nettverket. If one or more of the network links are later repaired, the isolated subsection of the network will become non-isolated. This will be immediately detected, and the previously isolated section will then perform a special action by transmitting messages that describe its status in full, which allows the resumption of correct full operation of the network.

Det vil således ses at under normal drift vil bare "stjerne"- delen av nettverket bli benyttet for kommunikasjon og rapportering, idet hver understyreenhet taler direkte eller indirekte til master-nettverk-styreenheten. "Sløyfe"-delen av nettverket vil bli benyttet for den auto-matiske overføring av meldingene mellom understyreenhetene, vedrørende driftsstatus for understyreenhetene, linkene, følerne og påvirkningsorganene i nettverket. Således vil hver understyreenhet bli holdt informert om driftsstatus for andre relevante deler av nettverket. It will thus be seen that during normal operation only the "star" part of the network will be used for communication and reporting, with each sub-control unit speaking directly or indirectly to the master network control unit. The "loop" part of the network will be used for the automatic transmission of the messages between the sub-control units, regarding the operating status of the sub-control units, the links, the sensors and the influencing bodies in the network. Thus, each sub-control unit will be kept informed of the operating status of other relevant parts of the network.

Dersom der opptrer en feil, vil hver understyreenhet fore-ligge i en posisjon enten for å virke som en mellomliggende enhet for overføring av meldinger mellom andre understyreenheter og master-nettverk-styreenheten, eller for selekter-ing av en annen passende understyreenhet som en mellomliggende enhet for seg selv for taleoperasjon mot master-nettverk-styreenheten. Denne statusinformas jon vil også gjøre det mulig for hver understyreenhet å vite når den må overta ansvaret for en kritisk føler eller påvirkningsorgan som normalt styres av en tilliggende understyreenhet. If an error occurs, each sub-control unit will be in a position either to act as an intermediate unit for the transmission of messages between other sub-control units and the master network control unit, or to select another suitable sub-control unit as an intermediate unit by itself for voice operation to the master network controller. This status information will also make it possible for each sub-control unit to know when it has to take over responsibility for a critical sensor or influencing organ which is normally controlled by an adjacent sub-control unit.

Mange andre anvendelser av nettverk-konstruksjonen i henhold til den foreliggende oppfinnelse vil nå foreslå seg selv for fagfolk innen området styresystemer. Oppfinnelsen er ikke begrenset til kommunikasjonsnettverk av den type som er omtalt ovenfor i form av eksempel og kan således finne anvendelse ved styresystemer innen mange teknologiske områder og ved bruk av forskjellige kraftkilder og signaliseringsfeno-mener, f.eks. hydrauliske eller pneumatiske systemer. Many other applications of the network construction according to the present invention will now suggest themselves to those skilled in the art of control systems. The invention is not limited to communication networks of the type mentioned above in the form of an example and can thus find application in control systems in many technological areas and in the use of different power sources and signaling phenomena, e.g. hydraulic or pneumatic systems.

Claims

1. Adaptive control system network including a hierarchical arrangement of control units and sub-control units, characterized in that the hierarchical arrangement includes at least one loop of sub-control units (2...3), each of which is also connected to a sub-control unit (5) of a higher order.

2. Network as specified in claim 1, characterized in that the network can be programmed in that each sub-control unit (1, 2, 3, 4, 5) comprises a programmable node element.

3. Network as stated in claim 2, characterized in that the network is programmed so that during operation faulty links (6) between node elements will automatically be redirected via other node elements, at the same time that node elements are replaced for faulty node elements and performs communication, monitoring and control tasks for the faulty node elements.

4. Control system as stated in claim 2, characterized in that the programmable node elements in the network are essentially the same, and that the network further includes and allows communication between a programmable master network control unit (7) and a plurality of control devices (12, 13) e.g. sensors, switches or actuators.

5. Network as stated in claim 4, characterized in that each programmable node element includes a program store, a microprocessor (19) and means (22, 23) for communication with the programmable master network control unit (7) directly or via a node element of a higher order, with a node element of a lower order directly or via a node element of a lower order, and with two adjacent node elements of the same hierarchical order.

6. Network as stated in claim 4 or 5, characterized in that the master network control unit (7) and the node elements (1, 2, 3, 4, 5) are programmed to react to an error in a link (6 , 9) between any node element and the master network controller by redirecting said link via another node element and reprogramming the node elements accordingly, and responding to a failure of a node element by influence of a node element in the vicinity of the fault-affected node element and in the same loop, thereby taking over its monitoring, control or communication functions in a suitable relationship thereto.

7. Network as stated in claim 6, characterized in that the master network control unit (7) communicates directly with only one node element (4), is connected via an input and a suitable interface unit (11) with a computer and has a further input for temporary connection with programming means (14) for initial programming of said programmable master network controller and said programmable node elements in the network.

8. Network as stated in claim 4, characterized in that the links (9) between the master network control unit (7) and the node elements (4) and between the node elements (6, 8) are made up of fiber optic communication links.

9. Network as stated in claim 4, characterized in that the programmable node elements, while they are essentially the same, comprise two types: type A (1, 2, 3) with means for connection to a plurality of sensors, switches or influencing means (12, 3), and type B (4, 5) comprising means for connection or communication with node elements of a lower order, and that each node element, whether of type A or type B, has a power converter which is designed to be powered from a low voltage supplied from a common direct voltage power source via a Zener diode barrier, so that said power source and master network control unit (7) can be placed in a relatively safe area, while the node elements and the sensors, switches and impactors can be placed in a relatively risky area.