【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于工控領(lǐng)域，具體涉及一種通用型分散控制系統(tǒng)的冗余現(xiàn)場總線通訊方法及系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
1、目前工控領(lǐng)域dcs的控制器與模件i/o模件間主要通過串口現(xiàn)場總線進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊，包括非冗余的單路通訊和冗余的雙路通訊方式。冗余通訊方式通過冗余的通訊口，與i/o模件進(jìn)行通訊，冗余通訊并非真正的實(shí)時(shí)冗余通訊，只有在主通訊故障時(shí)，才會(huì)切換至輔通訊口，存在切換失敗，或切換后冗余網(wǎng)絡(luò)仍故障的問題。
2、本專利技術(shù)克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，而提供一種分散控制系統(tǒng)控制器與模件間冗余通訊的方法。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、鑒于上述現(xiàn)有存在的問題，提出了本專利技術(shù)。本專利技術(shù)在主、輔通訊總線的基礎(chǔ)上，結(jié)合兩路總線同時(shí)收發(fā)的方法，解決單路總線收發(fā)在數(shù)據(jù)無法回復(fù)的狀態(tài)下，切換至另一路通訊總線上通訊的傳統(tǒng)通訊方案需頻繁切換、響應(yīng)速度較慢的問題；其次，利用主、輔控制器一個(gè)作為主設(shè)備發(fā)送接收數(shù)據(jù)，另外一個(gè)作為從設(shè)備接收數(shù)據(jù)，兩個(gè)控制器數(shù)據(jù)區(qū)均可通過總線同步更新數(shù)據(jù)，取消了在傳統(tǒng)的主、輔控制器切換時(shí)需要與i/o模件重新建立連接的步驟，提高切換時(shí)數(shù)據(jù)的時(shí)效性；與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)提出的冗余現(xiàn)場總線通訊方法在現(xiàn)場的通訊總線發(fā)生故障時(shí)，具有較好的實(shí)時(shí)性和可靠性。
2、為解決上述技術(shù)問題，提出了一種通用型分散控制系統(tǒng)的冗余現(xiàn)場總線通訊方法，包括，
3、建立通訊架構(gòu)和冗余控制系統(tǒng)，將控制器和i/o模件通過冗余通訊總線連接，初始化系統(tǒng)參數(shù)；通過冗余機(jī)制將控制器分為主通訊狀態(tài)和監(jiān)聽狀態(tài)，動(dòng)態(tài)調(diào)整
4、作為本專利技術(shù)所述的一種通用型分散控制系統(tǒng)的冗余現(xiàn)場總線通訊方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述建立通訊架構(gòu)和冗余控制系統(tǒng)包括系統(tǒng)硬件設(shè)備包括兩個(gè)冗余的dcs控制器，地址為a個(gè)的i/o模件組合，控制器為主通訊設(shè)備包括主控制器和輔控制器，i/o模件為從通訊設(shè)備，每個(gè)i/o模件有不同的通訊地址，并同時(shí)進(jìn)行收發(fā)數(shù)據(jù)。
5、dcs控制器與i/o模件通過冗余通訊總線進(jìn)行通訊同時(shí)包含兩路總線，進(jìn)行不同連接，主控制器的通訊口1和i/o模件的通訊口1通過主通訊總線連接，主控制器的通訊口2和i/o模件的通訊口2通過輔通訊總線連接，輔控制器的通訊口1將主通訊總線通過主控制器的輔通訊總線和i/o模件的通訊口2連接，輔控制器的通訊口2通過輔通訊總線通過主控制器的主通訊總線和i/o模件的通訊口1連接。
6、所述初始化系統(tǒng)參數(shù)包括收集設(shè)備信息、通訊參數(shù)、環(huán)境數(shù)據(jù)以及性能指標(biāo)。
7、所述設(shè)備信息包括設(shè)備的型號(hào)和規(guī)格、物理位置坐標(biāo)以及電氣特性。
8、所述通訊參數(shù)包括每個(gè)設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)地址或節(jié)點(diǎn)id、通訊速率和通訊協(xié)議以及冗余路徑的選擇規(guī)則。
9、所述環(huán)境數(shù)據(jù)包括溫度和濕度、電磁干擾水平。
10、所述性能指標(biāo)包括數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖畲笱舆t時(shí)間、誤碼率以及數(shù)據(jù)流量。
11、作為本專利技術(shù)所述的一種通用型分散控制系統(tǒng)的冗余現(xiàn)場總線通訊方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述冗余機(jī)制包括根據(jù)兩個(gè)冗余的dcs控制器的性能指標(biāo)判斷兩個(gè)冗余的dcs控制器的運(yùn)行狀態(tài)，在冗余通訊總線上兩個(gè)控制器同時(shí)釋放探測(cè)數(shù)據(jù)包，當(dāng)兩個(gè)探測(cè)數(shù)據(jù)包分別到達(dá)時(shí)，計(jì)算數(shù)據(jù)包傳輸時(shí)間的期望值e[t]：
12、
13、將期望值與探測(cè)數(shù)據(jù)包的傳輸時(shí)間進(jìn)行結(jié)合，得到運(yùn)行狀態(tài)評(píng)估函數(shù)status：
14、
15、其中，ρ(t)數(shù)據(jù)包傳輸時(shí)間的概率密度函數(shù)，t‘是傳輸時(shí)間，t為所述最大延遲時(shí)間，數(shù)據(jù)包從發(fā)送到接收的最大允許時(shí)間，t’i是第i個(gè)數(shù)據(jù)包的傳輸時(shí)間，λ是數(shù)據(jù)包到達(dá)率，re是誤碼率，q是數(shù)據(jù)流量，g(t,re,q)表示傳輸時(shí)間t、誤碼率re和數(shù)據(jù)流量q對(duì)運(yùn)行狀態(tài)的影響函數(shù)：
16、
17、當(dāng)status的值大于第一閾值時(shí)，表示控制器的運(yùn)行狀態(tài)為最佳運(yùn)行狀態(tài)的第一運(yùn)行區(qū)間，當(dāng)只有一個(gè)控制器評(píng)估結(jié)果在當(dāng)前區(qū)間時(shí)，將當(dāng)前控制器切換為主控制器，并切換為主通訊狀態(tài)，第二區(qū)間或第三區(qū)間的控制器切換為輔控制器，切換為監(jiān)聽狀態(tài)。
18、當(dāng)status的值為第二閾值至第一閾值時(shí)，表示控制器的運(yùn)行狀態(tài)為正常運(yùn)行狀態(tài)的第二運(yùn)行區(qū)間，若兩個(gè)控制器中任意一個(gè)位于第一區(qū)間時(shí)，則在本區(qū)間的控制器切換為輔控制器，并切換為監(jiān)聽狀態(tài)，若兩個(gè)控制器中任意一個(gè)位于第三區(qū)間，則本區(qū)間的控制器切換為主控制器，并切換為主通訊狀態(tài)。
19、當(dāng)兩個(gè)控制器都位于同一區(qū)間時(shí)，設(shè)定探測(cè)數(shù)據(jù)包先到達(dá)的所屬控制器為主控制器，并切換為主通訊狀態(tài)，探測(cè)數(shù)據(jù)包后到達(dá)的所屬控制器為輔控制器，并切換為監(jiān)聽狀態(tài)。
20、當(dāng)status的值為0至第二閾值時(shí)，表示控制器的運(yùn)行狀態(tài)處于臨界狀態(tài)的第三運(yùn)行區(qū)間，當(dāng)認(rèn)為若兩個(gè)控制器中任意一個(gè)位于第一區(qū)間時(shí)，則在本區(qū)間的控制器切換為輔控制器，并切換為監(jiān)聽狀態(tài)。
21、當(dāng)兩個(gè)控制器都位于本區(qū)間時(shí)需要進(jìn)行控制器參數(shù)優(yōu)化，將優(yōu)化后的參數(shù)進(jìn)行精細(xì)化評(píng)估status'：
22、
23、根據(jù)精細(xì)化評(píng)估結(jié)果，進(jìn)行比較，設(shè)定評(píng)估結(jié)果值大的為主控制器，并切換為主通訊狀態(tài)，設(shè)定評(píng)估結(jié)果值小的為輔控制器，并切換為監(jiān)聽狀態(tài)，其中，n是數(shù)據(jù)包的數(shù)量，k調(diào)整數(shù)據(jù)流量和誤碼率對(duì)數(shù)據(jù)完整性的影響程度的常數(shù)參數(shù)，μ表示數(shù)據(jù)傳輸速率的指數(shù)衰減因子。
24、輔控制器與主控制器通過冗余總線連接，并進(jìn)行數(shù)據(jù)同步，同步后的主輔控制器具有相同的組態(tài)，相同的運(yùn)行周期，區(qū)別為輔控制器不通過通訊口1和通訊口2發(fā)送數(shù)據(jù)，僅接收數(shù)據(jù)。
25、作為本專利技術(shù)所述的一種通用型分散控制系統(tǒng)的冗余現(xiàn)場總線通訊方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述動(dòng)態(tài)調(diào)整冗余通訊頻率包括當(dāng)兩個(gè)控制器都位于同一區(qū)間時(shí)，認(rèn)為兩個(gè)控制器的運(yùn)行狀態(tài)在同一范圍內(nèi)，保證了數(shù)據(jù)的同步傳輸，當(dāng)兩個(gè)控制器在不同運(yùn)行區(qū)間時(shí)，認(rèn)為兩個(gè)控制器的傳輸頻率不同，不能進(jìn)行同步傳輸，則此時(shí)進(jìn)行根據(jù)通訊負(fù)荷的動(dòng)態(tài)調(diào)整冗余通訊頻率f(t)：
26、
27、其中，r(t)代表在時(shí)間t的通訊負(fù)荷的數(shù)量；fmin是最小冗余通訊頻率，fmin＝1赫茲，fmax是最大冗余通訊頻率，fmax＝100赫茲；s(c1,c2,t)是同步狀態(tài)函數(shù)，δf(c1,c2,t)是頻率調(diào)整函數(shù)，計(jì)算控制器c1和控制器c2之間的頻率差，β是影響冗余通訊頻率的調(diào)整速度調(diào)整系數(shù)，α是影響因子。
28、所述同步狀態(tài)函數(shù)包括基于控制器狀態(tài)差表示同步狀態(tài)：
29、
30、其中，σ(c1,c2,t)是兩個(gè)控制器輸出信號(hào)差的絕對(duì)值的累積，衡量兩個(gè)控制器之間的同步程度表達(dá)為：
31、
32、其中，τ(θ)是時(shí)間函數(shù)，用于加權(quán)時(shí)間因素；h(c1,θ)和h(c2,θ)控制器c在時(shí)間θ的狀態(tài)值。
33、所述頻率調(diào)整函數(shù)包括基于控制器的狀態(tài)差和通訊負(fù)荷表示頻率調(diào)整：
34、
35、其中，α是本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種通用型分散控制系統(tǒng)的冗余現(xiàn)場總線通訊方法，其特征在于：包括，
2.如權(quán)利要求1所述的一種通用型分散控制系統(tǒng)的冗余現(xiàn)場總線通訊方法，其特征在于：所述建立通訊架構(gòu)和冗余控制系統(tǒng)包括系統(tǒng)硬件設(shè)備包括兩個(gè)冗余的DCS控制器，地址為A個(gè)的I/O模件組合，控制器為主通訊設(shè)備包括主控制器和輔控制器，I/O模件為從通訊設(shè)備，每個(gè)I/O模件有不同的通訊地址，并同時(shí)進(jìn)行收發(fā)數(shù)據(jù)；
3.如權(quán)利要求2所述的一種通用型分散控制系統(tǒng)的冗余現(xiàn)場總線通訊方法，其特征在于：所述冗余機(jī)制包括根據(jù)兩個(gè)冗余的DCS控制器的性能指標(biāo)判斷兩個(gè)冗余的DCS控制器的運(yùn)行狀態(tài)，在冗余通訊總線上兩個(gè)控制器同時(shí)釋放探測(cè)數(shù)據(jù)包，當(dāng)兩個(gè)探測(cè)數(shù)據(jù)包分別到達(dá)時(shí)，計(jì)算數(shù)據(jù)包傳輸時(shí)間的期望值E[t]：
4.如權(quán)利要求3所述的一種通用型分散控制系統(tǒng)的冗余現(xiàn)場總線通訊方法，其特征在于：所述動(dòng)態(tài)調(diào)整冗余通訊頻率包括當(dāng)兩個(gè)控制器都位于同一區(qū)間時(shí)，認(rèn)為兩個(gè)控制器的運(yùn)行狀態(tài)在同一范圍內(nèi)，保證了數(shù)據(jù)的同步傳輸，當(dāng)兩個(gè)控制器在不同運(yùn)行區(qū)間時(shí)，認(rèn)為兩個(gè)控制器的傳輸頻率不同，不能進(jìn)行同步傳輸，則此時(shí)進(jìn)行根據(jù)通訊負(fù)荷的動(dòng)態(tài)
5.如權(quán)利要求4所述的一種通用型分散控制系統(tǒng)的冗余現(xiàn)場總線通訊方法，其特征在于：所述數(shù)據(jù)發(fā)送和接受的同步處理包括主控制器通過主、輔通訊總線，同時(shí)發(fā)送帶目的地址的數(shù)據(jù)報(bào)文時(shí)，對(duì)應(yīng)地址的I/O模件會(huì)同時(shí)接收到主控制器的主輔通訊總線上的數(shù)據(jù)，并通過報(bào)文的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼CRC進(jìn)行數(shù)據(jù)校驗(yàn)，濾除錯(cuò)誤報(bào)文：若I/O模件同一時(shí)刻收到兩條報(bào)文，則只處理主通訊總線上的報(bào)文，丟棄輔通訊總線的數(shù)據(jù)，當(dāng)報(bào)文中的數(shù)據(jù)為讀數(shù)據(jù)命令，I/O模件則將對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)放入回復(fù)的報(bào)文中，并通過主輔通訊總線同時(shí)發(fā)送該報(bào)文；
6.如權(quán)利要求5所述的一種通用型分散控制系統(tǒng)的冗余現(xiàn)場總線通訊方法，其特征在于：所述實(shí)時(shí)監(jiān)控通訊總線包括控制器同時(shí)與主、輔通訊總線進(jìn)行通訊，控制器實(shí)時(shí)監(jiān)控通訊總線狀態(tài)，監(jiān)測(cè)是否出現(xiàn)一條總線通訊正常，另一條總線故障，當(dāng)因DCS側(cè)控制器通訊硬件故障、I/O模件通訊硬件故障及通訊介質(zhì)損壞而造成通訊完全中斷的事故，無需判斷通訊鏈路狀態(tài)，主、輔控制器內(nèi)的I/O模件數(shù)據(jù)區(qū)，將具有相同的數(shù)據(jù)，在冗余DPU進(jìn)行切換時(shí)，數(shù)據(jù)區(qū)的數(shù)據(jù)直接使用，輔控制器立刻切換為主通訊設(shè)備，無需重新與模件建立通訊關(guān)系，直接繼續(xù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的掃描工作；
7.如權(quán)利要求6所述的一種通用型分散控制系統(tǒng)的冗余現(xiàn)場總線通訊方法，其特征在于：所述未來故障預(yù)測(cè)包括分析通訊數(shù)據(jù)模式來預(yù)測(cè)未來發(fā)生的故障并提前進(jìn)行控制器交換：
8.一種采用如權(quán)利要求1～7任一所述的一種通用型分散控制系統(tǒng)的冗余現(xiàn)場總線通訊方法的系統(tǒng)，其特征在于：包括DCS控制器、I/O模件、冗余通訊控制模塊、數(shù)據(jù)同步處理模塊以及故障預(yù)測(cè)與切換模塊；
9.一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，包括存儲(chǔ)器和處理器，所述存儲(chǔ)器存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的方法的步驟。
10.一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的方法的步驟。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種通用型分散控制系統(tǒng)的冗余現(xiàn)場總線通訊方法，其特征在于：包括，
2.如權(quán)利要求1所述的一種通用型分散控制系統(tǒng)的冗余現(xiàn)場總線通訊方法，其特征在于：所述建立通訊架構(gòu)和冗余控制系統(tǒng)包括系統(tǒng)硬件設(shè)備包括兩個(gè)冗余的dcs控制器，地址為a個(gè)的i/o模件組合，控制器為主通訊設(shè)備包括主控制器和輔控制器，i/o模件為從通訊設(shè)備，每個(gè)i/o模件有不同的通訊地址，并同時(shí)進(jìn)行收發(fā)數(shù)據(jù)；
3.如權(quán)利要求2所述的一種通用型分散控制系統(tǒng)的冗余現(xiàn)場總線通訊方法，其特征在于：所述冗余機(jī)制包括根據(jù)兩個(gè)冗余的dcs控制器的性能指標(biāo)判斷兩個(gè)冗余的dcs控制器的運(yùn)行狀態(tài)，在冗余通訊總線上兩個(gè)控制器同時(shí)釋放探測(cè)數(shù)據(jù)包，當(dāng)兩個(gè)探測(cè)數(shù)據(jù)包分別到達(dá)時(shí)，計(jì)算數(shù)據(jù)包傳輸時(shí)間的期望值e[t]：
4.如權(quán)利要求3所述的一種通用型分散控制系統(tǒng)的冗余現(xiàn)場總線通訊方法，其特征在于：所述動(dòng)態(tài)調(diào)整冗余通訊頻率包括當(dāng)兩個(gè)控制器都位于同一區(qū)間時(shí)，認(rèn)為兩個(gè)控制器的運(yùn)行狀態(tài)在同一范圍內(nèi)，保證了數(shù)據(jù)的同步傳輸，當(dāng)兩個(gè)控制器在不同運(yùn)行區(qū)間時(shí)，認(rèn)為兩個(gè)控制器的傳輸頻率不同，不能進(jìn)行同步傳輸，則此時(shí)進(jìn)行根據(jù)通訊負(fù)荷的動(dòng)態(tài)調(diào)整冗余通訊頻率f(t)：
5.如權(quán)利要求4所述的一種通用型分散控制系統(tǒng)的冗余現(xiàn)場總線通訊方法，其特征在于：所述數(shù)據(jù)發(fā)送和接受的同步處理包括主控制器通過主、輔通訊總線，同時(shí)發(fā)送帶目的地址的數(shù)據(jù)報(bào)文時(shí)，對(duì)應(yīng)地址的i/o模件會(huì)同時(shí)接收到主控制器的主輔通訊總線上的數(shù)據(jù)，并通過報(bào)文的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼crc進(jìn)行數(shù)據(jù)校驗(yàn)，濾除錯(cuò)誤報(bào)文：若i/o模件同一時(shí)刻收到兩條報(bào)文，則只處...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：田海波，吳勝華，楊春瑜，馬偉東，王丹麟，許天驕，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：南京國電南自維美德自動(dòng)化有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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