專利名稱：基于profibus現(xiàn)場(chǎng)總線的具有協(xié)同熱備份功能的雙模冗余容錯(cuò)高可靠控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高可靠性電廠現(xiàn)場(chǎng)采集控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前，電廠現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)都是采用低速的RS485串行通信，整個(gè)系統(tǒng)控制周期長(zhǎng)、 實(shí)時(shí)性差。而且現(xiàn)有系統(tǒng)采用的雙模DPU溫備份工作方式，無(wú)仲裁切換模塊，使得系統(tǒng)切換 時(shí)間長(zhǎng)、現(xiàn)場(chǎng)恢復(fù)不完整，嚴(yán)重影響實(shí)時(shí)性?，F(xiàn)有系統(tǒng)存在的主要問題有1、過程控制站與 現(xiàn)場(chǎng)采集前端、控制端的通信速率的低；2、雙模DPU切換速度慢、數(shù)據(jù)易丟失，任務(wù)接替速 度慢且現(xiàn)場(chǎng)完整性較差；3、現(xiàn)有系統(tǒng)的可靠性較差、網(wǎng)絡(luò)容量較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有的電廠現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)的通信速率低、系統(tǒng)切換時(shí)間長(zhǎng)導(dǎo)致 的實(shí)時(shí)性差、任務(wù)遷移導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)丟失，以及系統(tǒng)可靠性差、網(wǎng)絡(luò)容量低的問題，從而提供一 種基于PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線的具有協(xié)同熱備份功能的雙模冗余容錯(cuò)高可靠控制系統(tǒng)?；赑ROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線的具有協(xié)同熱備份功能的雙模冗余容錯(cuò)高可靠控制系 統(tǒng)，它包括過程控制站，它還包括備份過程控制站、仲裁切換模塊、m個(gè)A網(wǎng)從站和η個(gè)B網(wǎng) 從站；其中m個(gè)A網(wǎng)從站掛接在A網(wǎng)總線上，η個(gè)B網(wǎng)從站掛接在B網(wǎng)總線上，所述A網(wǎng)為 雙冗余PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線結(jié)構(gòu)；所述B網(wǎng)為雙冗余PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線結(jié)構(gòu)；
過程控制站用于分別將A網(wǎng)和B網(wǎng)連接入工業(yè)以太網(wǎng)上，備份過程控制站是過程控制 站備用設(shè)備，該備份過程控制站也用于分別將A網(wǎng)和B網(wǎng)連接入工業(yè)以太網(wǎng)上；
過程控制站的仲裁控制信號(hào)輸入端與仲裁切換模塊的一號(hào)仲裁信號(hào)輸出端連接；備份 過程控制站仲裁控制信號(hào)輸入端與仲裁切換模塊的二號(hào)仲裁信號(hào)輸出端連接；過程控制站 的控制信號(hào)輸出端與仲裁切換模塊的一號(hào)控制信號(hào)輸入端連接，備份過程控制站的控制信 號(hào)輸出端與仲裁切換模塊的二號(hào)控制信號(hào)輸入端連接； m為大于或等于1且小于或等于32的整數(shù)； η為大于或等于1且小于或等于32的整數(shù)。有益效果本發(fā)明通過雙冗余PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，系統(tǒng)的通信速 率得以大幅度提高；且本發(fā)明采用雙模整機(jī)熱備份協(xié)同工作的方式，通過仲裁切換模塊實(shí) 現(xiàn)過程控制站與備份過程控制站的快速無(wú)縫切換，系統(tǒng)切換時(shí)間短、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、現(xiàn)場(chǎng)完整 無(wú)數(shù)據(jù)丟失，并且簡(jiǎn)化了系統(tǒng)硬件和軟件的復(fù)雜度，大大降低了成本；本發(fā)明可以將64個(gè) PROFIBUS從站劃分到兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，通過對(duì)兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)的切換，實(shí)現(xiàn)主站分時(shí)對(duì)所有PROFIBUS 從站的控制，網(wǎng)絡(luò)容量大。


圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明具體實(shí)施方式
二的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明具體實(shí)施方式
三的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明具體實(shí)施方式
十的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一、結(jié)合圖1說明本具體實(shí)施方式
，
基于PR0FIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線的具有協(xié)同熱備份功能的雙模冗余容錯(cuò)高可靠控制系統(tǒng)，它 包括過程控制站1，它還包括備份過程控制站2、仲裁切換模塊5、m個(gè)A網(wǎng)從站3和η個(gè)B 網(wǎng)從站4;其中m個(gè)A網(wǎng)從站3掛接在A網(wǎng)總線上，η個(gè)B網(wǎng)從站4掛接在B網(wǎng)總線上，所述 A網(wǎng)為雙冗余PR0FIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線結(jié)構(gòu)；所述B網(wǎng)為雙冗余PR0FIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線結(jié)構(gòu)；
過程控制站1用于分別將A網(wǎng)和B網(wǎng)連接入工業(yè)以太網(wǎng)上，備份過程控制站2是過程 控制站1備用設(shè)備，該備份過程控制站2也用于分別將A網(wǎng)和B網(wǎng)連接入工業(yè)以太網(wǎng)上；
過程控制站1的仲裁控制信號(hào)輸入端與仲裁切換模塊5的一號(hào)仲裁信號(hào)輸出端連接； 備份過程控制站2的仲裁控制信號(hào)輸入端與仲裁切換模塊5的二號(hào)仲裁信號(hào)輸出端連接； 過程控制站1的控制信號(hào)輸出端與仲裁切換模塊5的一號(hào)控制信號(hào)輸入端連接，備份過程 控制站2的控制信號(hào)輸出端與仲裁切換模塊5的二號(hào)控制信號(hào)輸入端連接； m為大于或等于1且小于或等于32的整數(shù)； η為大于或等于1且小于或等于32的整數(shù)。所述雙冗余PR0FIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線為A網(wǎng)總線PR0FIBUS_1_A和A網(wǎng)冗余總線 PR0FIBUS-2_A ；所述B網(wǎng)由雙冗余PR0FIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線組成，所述雙冗余PR0FIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線 為B網(wǎng)總線PR0FIBUS-1_B和β網(wǎng)冗余總線PR0FIBUS_2_B ；
過程控制站1分別通過四個(gè)PR0FIBUS接口接入A網(wǎng)總線PR0FIBUS-1_A、A網(wǎng)冗余總線 PR0FIBUS-2_A、B網(wǎng)總線PR0FIBUS_1_B和β網(wǎng)冗余總線PR0FIBUS_2_B ；備份過程控制站2 分別通過四個(gè)PR0FIBUS接口接入A網(wǎng)總線PR0FIBUS-1_A、A網(wǎng)冗余總線PR0FIBUS_2_A、B 網(wǎng)總線PR0FIBUS-1_B和B網(wǎng)冗余總線ra0FIBUS_2_B ；
每個(gè)A網(wǎng)從站3分別通過兩個(gè)PR0FIBUS接口分別接入A網(wǎng)總線PR0FIBUS_1_A和A網(wǎng) 冗余總線PR0FIBUS-2_A ；每個(gè)B網(wǎng)從站4分別通過兩個(gè)PR0FIBUS接口分別接入B網(wǎng)總線 PR0FIBUS-1_B 和 B 網(wǎng)冗余總線 PR0FIBUS_2_B ；
工作原理本系統(tǒng)采用系統(tǒng)級(jí)和部件級(jí)的冗余，帶有仲裁切換的雙模DPU、A網(wǎng)和B網(wǎng)均 采用雙冗余的PR0FIBUS總線、DPU和前端雙冗余的PR0FIBUS接口，方案具體說明如下
系統(tǒng)將過程控制站(即DPU)和前端(62個(gè)，包括現(xiàn)場(chǎng)采集前端和控制前端)通過 PR0FIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線連接。本系統(tǒng)采用雙模熱備份DPU的容錯(cuò)設(shè)計(jì)，雙模DPU分A機(jī)和B機(jī) 作為一主一備，仲裁切換模塊根據(jù)DPU的控制線和看門狗WDG信號(hào)通過邏輯控制發(fā)出仲裁 切換信號(hào)，主機(jī)具有總線控制權(quán)。PR0FIBUS網(wǎng)絡(luò)容量為32個(gè)從站，所以將62個(gè)PR0FIBUS 從站編號(hào)ID0-ID61并劃分到兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)，ID0-ID31號(hào)為PR0FIBUSA網(wǎng)從站和ID32-ID61號(hào) 為PR0FIBUSB網(wǎng)從站，通過網(wǎng)絡(luò)切換邏輯完成主站DPU在A、B兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)的切換，主站DPU分 時(shí)控制兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)工作流程如下
假設(shè)選擇A機(jī)作為主機(jī)，B機(jī)作為備份機(jī)。此時(shí)A機(jī)控制線信號(hào)有效，B機(jī)控制線無(wú)效， A和B的WDG信號(hào)均無(wú)效，仲裁切換模塊5根據(jù)A機(jī)和B機(jī)信號(hào)邏輯發(fā)出仲裁信號(hào)到A機(jī)和 B機(jī)，使得A機(jī)作為主機(jī)，B機(jī)作為備機(jī)，同時(shí)A機(jī)和B機(jī)可以讀取仲裁切換模塊5的仲裁信號(hào)，可以判斷仲裁結(jié)果是否正確 ①雙機(jī)正常工作情況
主機(jī)A周期性的發(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng)求到PROFIBUS總線，獲得前端從站采集的數(shù)據(jù)。主機(jī)A先發(fā)送控制信號(hào)到PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)切換邏輯模塊，使得A機(jī)切換到PROFIBUSA網(wǎng)作為主站， A機(jī)主站使用1號(hào)接口即PROl-A接口發(fā)送數(shù)據(jù)，從站自適應(yīng)主站選擇的接口，此時(shí)使用 PR0FIBUS-1_A總線。當(dāng)1號(hào)接口出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，A機(jī)主站切換使用2號(hào)接口即PR02-A，此時(shí) 使用PR0FIBUS-2_AS線，從站自適應(yīng)主站也使用2號(hào)接口 PR02。然后主機(jī)A再發(fā)送控制信 號(hào)到PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)切換模塊邏輯切換到PR0FIBUSB網(wǎng)作為主站，并發(fā)送相同的數(shù)據(jù)請(qǐng)求到 B網(wǎng)，和A網(wǎng)一樣B網(wǎng)從站自適應(yīng)主站使用的PROFIBUS接口，PROl-B或PR02-B。A機(jī)可以 讀取網(wǎng)絡(luò)切換邏輯模塊的輸出控制信號(hào)，以檢測(cè)切換結(jié)果是否正確，便于發(fā)現(xiàn)切換錯(cuò)誤。備份機(jī)B機(jī)處于總線監(jiān)聽狀態(tài)，雙機(jī)仲裁切換模塊發(fā)送的仲裁信號(hào)B將備份機(jī)的 發(fā)送功能屏蔽，備份機(jī)可以接收總線上從站數(shù)據(jù)，但不具有總線控制權(quán)。主機(jī)A機(jī)和備份機(jī)B機(jī)都將其獲得的數(shù)據(jù)通過各自的PC/104接口上傳至各自的 上位機(jī)處理，主機(jī)A機(jī)將控制結(jié)果發(fā)送到PROFIBUS上，發(fā)送模式同上?？刂魄岸藦恼精@得 控制結(jié)果并產(chǎn)生實(shí)時(shí)控制。②主機(jī)發(fā)生故障的情況
通過軟件和硬件相結(jié)合的方法檢測(cè)主機(jī)A機(jī)發(fā)生故障，A機(jī)看門狗WDG信號(hào)有效或者A 機(jī)控制線信號(hào)無(wú)效使得A機(jī)切離總線，而B機(jī)控制線信號(hào)有效，B機(jī)接入總線，獲得總線控制 權(quán)。B機(jī)接替A機(jī)工作。此時(shí)等待A機(jī)重啟恢復(fù)或者將A機(jī)斷電拔下替換。當(dāng)A機(jī)重新加 入系統(tǒng)時(shí)，通過互檢信號(hào)線通知當(dāng)前主站，并自動(dòng)識(shí)別自己為從站，從主站獲得恢復(fù)數(shù)據(jù)。③雙機(jī)都故障的情況
A機(jī)看門狗WDG信號(hào)有效或者A機(jī)控制線信號(hào)無(wú)效使得A機(jī)切離總線，B機(jī)看門狗WDG 信號(hào)有效或者B機(jī)控制線信號(hào)無(wú)效使得B機(jī)切離總線，此時(shí)等待A機(jī)和B機(jī)重啟恢復(fù)或者 將A機(jī)和B機(jī)斷電拔下替換，等待雙機(jī)恢復(fù)正常重新加入系統(tǒng)。技術(shù)描述
1、雙冗余PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線
采用PR0FIBUS-DP高速現(xiàn)場(chǎng)總線，速率最高可達(dá)12Mbps，單主站最多32個(gè)從站。系統(tǒng) 中過程控制站DPU作為PROFIBUS主站，現(xiàn)場(chǎng)采集前端和控制端作為PROFIBUS從站。由于 系統(tǒng)中共有62個(gè)從站，為滿足PROFIBUS總線容量，將這62個(gè)從站分劃到兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，兩個(gè) 網(wǎng)絡(luò)具有相同的主站，主站通過PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)切換邏輯和軟件相結(jié)合實(shí)現(xiàn)在A、B兩個(gè)網(wǎng)絡(luò) 間的切換。系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)切換邏輯的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了與使用網(wǎng)絡(luò)中繼器相同的功能，簡(jiǎn)化了系 統(tǒng)結(jié)構(gòu)，大大節(jié)省硬件成本。為保證系統(tǒng)可靠性，系統(tǒng)采用了雙冗余的PROFIBUS總線，主站和從站均有雙冗余 的PROFIBUS接口，A網(wǎng)和B網(wǎng)都有雙冗余的總線。主站根據(jù)總線故障產(chǎn)生切換，從站自適 應(yīng)主站的接口選擇。2、雙模容錯(cuò)熱備份的可靠性模型
系統(tǒng)采用雙模容錯(cuò)的可靠性結(jié)構(gòu)，由當(dāng)班任務(wù)機(jī)(主機(jī))和備份機(jī)組成。當(dāng)班任務(wù)機(jī)(主 機(jī))正常從總線接收數(shù)據(jù)，處理后發(fā)送到總線上，即當(dāng)班任務(wù)機(jī)控制總線。備份機(jī)則采用協(xié) 同熱備份的工作方式，只從總線接收數(shù)據(jù)并處理，仲裁模塊屏蔽備份機(jī)的發(fā)送，備份機(jī)不會(huì)對(duì)總線產(chǎn)生控制作用。當(dāng)班任務(wù)機(jī)和備份機(jī)則通過機(jī)間互檢信號(hào)線互相監(jiān)控各自的運(yùn)行狀 況，故障恢復(fù)后通過此信號(hào)線傳送恢復(fù)數(shù)據(jù)。協(xié)同熱備份雙機(jī)工作有如下三種狀態(tài)
⑴雙機(jī)均正常工作，其中一個(gè)作為任務(wù)站(主)，另一個(gè)作為備份站(備)。任務(wù)站完全控制總線，備份站則處于總線偵聽狀態(tài)，可以接受總線上的所有數(shù)據(jù)，但發(fā)送功能被仲裁模塊 屏蔽。⑵當(dāng)任務(wù)站故障時(shí)(軟件和硬件相結(jié)合的方式判斷故障)，仲裁模塊會(huì)屏蔽任務(wù)站 向總線發(fā)送的功能即取消任務(wù)站的總線控制權(quán)，開啟備份站的發(fā)送功能即將備份站切入總 線，備份站取得總線控制權(quán)。備份站成為當(dāng)班主站繼續(xù)任務(wù)處理，無(wú)縫接替主站后續(xù)的任務(wù) 及工作。原任務(wù)站經(jīng)過故障處理、并機(jī)重啟、正常運(yùn)行后通過互檢信號(hào)線通知當(dāng)班主站它已 啟動(dòng)，并自動(dòng)標(biāo)識(shí)為備份站。⑶雙機(jī)全部故障，則仲裁模塊會(huì)將雙機(jī)都從總線切離，等待人工處理更換正常模 塊上電并機(jī)恢復(fù)再重新切入總線。3、故障檢測(cè)和恢復(fù) 采用如下檢測(cè)方法
⑴、檢查點(diǎn)檢測(cè)和雙機(jī)互相檢測(cè)相結(jié)合。雙機(jī)互相檢測(cè)指的是在一段時(shí)間間隔向外廣 播自身的狀態(tài)并且檢查其它節(jié)點(diǎn)的“存活”狀態(tài)。本系統(tǒng)采用固定間隔時(shí)間，周期性進(jìn)行互 檢信號(hào)檢測(cè)。同時(shí)通過連續(xù)故障計(jì)數(shù)的方法來區(qū)別偶然故障和永久故障。(2)、自檢。系統(tǒng)設(shè)置自檢線程進(jìn)行自檢，可以通過自環(huán)通信檢測(cè)總線收發(fā)模塊，通 過寫后讀回檢測(cè)存儲(chǔ)器等方法實(shí)現(xiàn)自檢。⑶看門狗。當(dāng)系統(tǒng)軟件出現(xiàn)死循環(huán)或死機(jī)狀況，看門狗定時(shí)溢出信號(hào)有效，使仲裁 模塊產(chǎn)生切換。4、雙機(jī)的仲裁切換設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)采用協(xié)同熱備份設(shè)計(jì)，雙機(jī)均正常工作并產(chǎn)生運(yùn)算結(jié)果只是備份機(jī)不輸出，雙 機(jī)的運(yùn)算結(jié)果不需要進(jìn)行比較，所以仲裁模塊省去了比較電路。協(xié)同熱備份設(shè)計(jì)使得故障 切換時(shí)不需任務(wù)遷移，只要備份機(jī)接管當(dāng)班任務(wù)機(jī)的總線控制權(quán)即可實(shí)現(xiàn)切換。大大簡(jiǎn)化 了仲裁切換電路及程序的復(fù)雜度，本系統(tǒng)的仲裁切換電路使用雙機(jī)的看門狗信號(hào)和總線控 制請(qǐng)求信號(hào)，并結(jié)合軟件來判斷切換條件，產(chǎn)生切換。
具體實(shí)施方式
二、結(jié)合圖2說明本具體實(shí)施方式
，本具體實(shí)施方式
與具體實(shí)施方 式一基于PR0FIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線的具有協(xié)同熱備份功能的雙模冗余容錯(cuò)高可靠控制系統(tǒng)的區(qū) 別在于，過程控制站1包括與備份過程控制站2的結(jié)構(gòu)相同，所述過程控制站1包括控制 單元1-1、通信接口邏輯單元1-2、PC/104接口 1-3和上位機(jī)1-4 ；所述控制單元1_1的信號(hào) 輸入或輸出端與通信接口邏輯單元1-2的信號(hào)輸入或輸出端連接；所述通信接口邏輯單元 1-2的信號(hào)輸入或輸出端通過PC/104接口 1-3與上位機(jī)1-4的信號(hào)輸入或輸出端連接；控 制單元1-1的四個(gè)I3ROFIBUS接口是過程控制站1的四個(gè)I3ROFIBUS接口。本實(shí)施方式中，上位機(jī)1-4主要運(yùn)行控制算法，控制單元1-1負(fù)責(zé)從PR0FIBUS總 線獲得前端采集的數(shù)據(jù)，并通過PC/104接口 1-3將數(shù)據(jù)上傳到上位機(jī)1-4處理。PC/104接 口 1-3邏輯采用FPGA實(shí)現(xiàn)。
具體實(shí)施方式
三、本具體實(shí)施方式
與具體實(shí)施方式
二所述的基于PR0FIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線的具有協(xié)同熱備份功能的雙模冗余容錯(cuò)高可靠控制系統(tǒng)的區(qū)別在于，上位機(jī)1-4為嵌入式PC機(jī)。
具體實(shí)施方式
四、本具體實(shí)施方式
與具體實(shí)施方式
二所述的基于PR0FIBUS現(xiàn)場(chǎng) 總線的具有協(xié)同熱備份功能的雙模冗余容錯(cuò)高可靠控制系統(tǒng)的區(qū)別在于，控制單元1-1是 型號(hào)為netXIOO的網(wǎng)絡(luò)控制器。本實(shí)施方式中的PC104接口設(shè)計(jì)上位機(jī)1-4 (嵌入式PC)與控制單元1_1 (通 信板)之間通過PC104通信來傳遞數(shù)據(jù)。本實(shí)施方式PC104通信接口通過控制機(jī)的控制器 netXIOO上的雙端口存儲(chǔ)器DPM來實(shí)現(xiàn)，在上位機(jī)端看來netxlOO相當(dāng)于PC104外擴(kuò)存儲(chǔ) 器，netxlOO在內(nèi)部通過讀寫RAM (DPM映射部分)來與上位機(jī)交換信息。
具體實(shí)施方式
五、本具體實(shí)施方式
與具體實(shí)施方式
二所述的基于PR0FIBUS現(xiàn)場(chǎng) 總線的具有協(xié)同熱備份功能的雙模冗余容錯(cuò)高可靠控制系統(tǒng)的區(qū)別在于，通信接口邏輯單 元1-2采用FPGA實(shí)現(xiàn)。本實(shí)施方式中通過FPGA實(shí)現(xiàn)過程控制站1中的通信接口邏輯單元1-2的方法 本方法主要通過FPGA實(shí)現(xiàn)控制單元1-1與上位機(jī)1-4的PC/104通信接口邏輯，還有
A網(wǎng)和B網(wǎng)的切換邏輯；
㈠PC/104接口邏輯說明
①使用控制單元1-1的雙端口存儲(chǔ)器DPM與上位機(jī)1-4進(jìn)行PC/104通訊，在上位機(jī) 端角度來講控制單元1-1相當(dāng)于擴(kuò)展的存儲(chǔ)器。
②FPGA實(shí)現(xiàn)PC104高位地址LA23 LA17的地址鎖存。③FPGA實(shí)現(xiàn)PC104的高8位地址線按上位機(jī)的存儲(chǔ)分配譯碼，產(chǎn)生DPM的片選 信號(hào) DPM_CS。④FPGA實(shí)現(xiàn)控制單元1-1的端電壓由3. 3V升至5V的PC/104驅(qū)動(dòng)電壓。⑤根據(jù)PC/104時(shí)序，F(xiàn)PGA產(chǎn)生存儲(chǔ)器16位選擇信號(hào)(MEMCS16)。(二) A網(wǎng)和B網(wǎng)的切換邏輯說明
①控制單元1-1發(fā)出A網(wǎng)和B網(wǎng)的使能控制信號(hào)，當(dāng)A網(wǎng)或B網(wǎng)的使能信號(hào)有效時(shí)， 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)切換到A網(wǎng)或B網(wǎng)。② FPGA實(shí)現(xiàn)觸發(fā)器邏輯，使能控制信號(hào)輸入，經(jīng)過觸發(fā)器可產(chǎn)生互鎖的切換信號(hào)。③FPGA實(shí)現(xiàn)切換新號(hào)與仲裁模塊輸出的仲裁信號(hào)的邏輯關(guān)系，從而使能相應(yīng)的 PR0FIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線接口。
具體實(shí)施方式
六、結(jié)合圖3說明本具體實(shí)施方式
，本具體實(shí)施方式
與具體實(shí)施方 式一、二、三、四或五所述的基于PR0FIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線的具有協(xié)同熱備份功能的雙模冗余容 錯(cuò)高可靠控制系統(tǒng)的區(qū)別在于，A網(wǎng)從站3和B網(wǎng)從站4的結(jié)構(gòu)相同，所述A網(wǎng)從站3包括 接口板控制邏輯單元3-1和現(xiàn)場(chǎng)采集前端控制單元3-2，所述現(xiàn)場(chǎng)采集前端控制單元3-2的 信號(hào)輸入輸出端與接口板控制邏輯單元3-1的信號(hào)輸入或輸出端連接，所述接口板控制邏 輯單元3-1的兩個(gè)PR0FIBUS接口是一個(gè)A網(wǎng)從站3的兩個(gè)PR0FIBUS接口。
具體實(shí)施方式
七、本具體實(shí)施方式
與具體實(shí)施方式
六所述的基于PR0FIBUS現(xiàn)場(chǎng) 總線的具有協(xié)同熱備份功能的雙模冗余容錯(cuò)高可靠控制系統(tǒng)的區(qū)別在于，其特征在于現(xiàn)場(chǎng) 采集前端控制單元3-2是型號(hào)為netX50的網(wǎng)絡(luò)控制器。
具體實(shí)施方式
八、本具體實(shí)施方式
與具體實(shí)施方式
六所述的基于PR0FIBUS現(xiàn)場(chǎng) 總線的具有協(xié)同熱備份功能的雙模冗余容錯(cuò)高可靠控制系統(tǒng)的區(qū)別在于，接口板控制邏輯 單元3-1為FPGA。 本實(shí)施方式通過FPGA解決A網(wǎng)從站或B網(wǎng)從站中采集前端控制單元3_2的3. 3V 電平與信號(hào)采集I/O的5V電平的轉(zhuǎn)換。由于FPGA是在線可編程的，則可以對(duì)不用的采集 I/O使用相同的硬件結(jié)構(gòu)，通過編程FPGA來滿足不同從站的需求。
具體實(shí)施方式
九、本具體實(shí)施方式
與具體實(shí)施方式
一、二、三、四、五、六、七或八所 述的基于PR0FIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線的具有協(xié)同熱備份功能的雙模冗余容錯(cuò)高可靠控制系統(tǒng)的區(qū) 別在于，它還包括一號(hào)機(jī)間互檢信號(hào)線6，所述一號(hào)機(jī)間互檢信號(hào)線6的一端與過程控制站 1的一號(hào)檢測(cè)信號(hào)輸入或輸出端連接，一號(hào)機(jī)間互檢信號(hào)線6的另一端與備份過程控制站2 的一號(hào)檢測(cè)信號(hào)輸入或輸出端連接。
具體實(shí)施方式
十、結(jié)合圖4說明本具體實(shí)施方式
，本具體實(shí)施方式
與具體實(shí)施方 式一、二、三、四、五、六、七、八或九所述的基于PR0FIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線的具有協(xié)同熱備份功能 的雙模冗余容錯(cuò)高可靠控制系統(tǒng)的區(qū)別在于，它還包括二號(hào)機(jī)間互檢信號(hào)線7，所述二號(hào)機(jī) 間互檢信號(hào)線7的一端與過程控制站1的二號(hào)檢測(cè)信號(hào)輸入或輸出端連接，二號(hào)機(jī)間互檢 信號(hào)線7的另一端與備份過程控制站2的二號(hào)檢測(cè)信號(hào)輸入或輸出端連接。本實(shí)施方式中，一號(hào)機(jī)間互檢信號(hào)線6和二號(hào)機(jī)間互檢信號(hào)線7雙冗余互檢信號(hào) 線。采用雙機(jī)互檢信號(hào)線可以使主機(jī)與備份機(jī)互相監(jiān)測(cè)對(duì)方的運(yùn)行狀態(tài)，雙方周期性發(fā)送 本機(jī)狀態(tài)，當(dāng)備份機(jī)收到當(dāng)班任務(wù)機(jī)的故障狀態(tài)或者連續(xù)若干次接收超時(shí)則當(dāng)班任務(wù)機(jī)故 障，備份機(jī)向仲裁模塊請(qǐng)求總線控制權(quán)。故障機(jī)故障恢復(fù)后，重新加入系統(tǒng)，通過互檢信號(hào) 線的消息通信設(shè)置為備份機(jī)，讀取配置信息完成配置后從故障處的前一檢查點(diǎn)接收當(dāng)前任 務(wù)機(jī)傳送的恢復(fù)數(shù)據(jù)?？紤]到可靠性和提高檢錯(cuò)正確率防止誤判及頻繁切換的誤動(dòng)作，本實(shí)施方式采用 整機(jī)、總線、機(jī)間互檢信號(hào)線的雙冗余設(shè)計(jì)。當(dāng)接收不到互檢信號(hào)時(shí)，可能有兩種故障情況， 一種是對(duì)方處理機(jī)軟硬件故障，另一種是互檢信號(hào)線故障。如果采用單一互檢信號(hào)線則無(wú) 法準(zhǔn)確直接確定故障類型，可能產(chǎn)生誤判，因此故障檢測(cè)判斷出處理采用雙冗余互檢信號(hào) 線加仲裁的多重冗余容錯(cuò)設(shè)計(jì)，提高系統(tǒng)可靠性、可用性、可維性，并降低成本。
權(quán)利要求
基于PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線的具有協(xié)同熱備份功能的雙模冗余容錯(cuò)高可靠控制系統(tǒng)，它包括過程控制站(1)，其特征是它還包括備份過程控制站(2)、仲裁切換模塊(5)、m個(gè)A網(wǎng)從站(3)和n個(gè)B網(wǎng)從站(4)；其中m個(gè)A網(wǎng)從站(3)掛接在A網(wǎng)總線上，n個(gè)B網(wǎng)從站(4)掛接在B網(wǎng)總線上，所述A網(wǎng)為雙冗余PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線結(jié)構(gòu)；所述B網(wǎng)為雙冗余PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線結(jié)構(gòu)；過程控制站(1)用于分別將A網(wǎng)和B網(wǎng)連接入工業(yè)以太網(wǎng)上，備份過程控制站(2)是過程控制站(1)備用設(shè)備，該備份過程控制站(2)也用于分別將A網(wǎng)和B網(wǎng)連接入工業(yè)以太網(wǎng)上；過程控制站(1)的仲裁控制信號(hào)輸入端與仲裁切換模塊(5)的一號(hào)仲裁信號(hào)輸出端連接；備份過程控制站(2)的仲裁控制信號(hào)輸入端與仲裁切換模塊(5)的二號(hào)仲裁信號(hào)輸出端連接；過程控制站(1)的控制信號(hào)輸出端與仲裁切換模塊(5)的一號(hào)控制信號(hào)輸入端連接，備份過程控制站(2)的控制信號(hào)輸出端與仲裁切換模塊(5)的二號(hào)控制信號(hào)輸入端連接；m為大于或等于1且小于或等于32的整數(shù)；n為大于或等于1且小于或等于32的整數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線的具有協(xié)同熱備份功能的雙模冗余 容錯(cuò)高可靠控制系統(tǒng)，其特征在于所述過程控制站(1)包括控制單元(1-1 )、通信接口邏 輯單元(1-2)、PC/104接口( 1-3)和上位機(jī)(1-4)；所述控制單元(1-1)的信號(hào)輸入或輸出 端與通信接口邏輯單元(1-2)的信號(hào)輸入或輸出端連接；所述通信接口邏輯單元(1-2)的 信號(hào)輸入或輸出端通過PC/104接口( 1-3)與上位機(jī)(1-4)的信號(hào)輸入或輸出端連接；控制 單元(1-1)的四個(gè)PROFIBUS接口是過程控制站(1)的四個(gè)PROFIBUS接口。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線的具有協(xié)同熱備份功能的雙模冗余 容錯(cuò)高可靠控制系統(tǒng)，其特征在于上位機(jī)(1-4)為嵌入式PC機(jī)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線的具有協(xié)同熱備份功能的雙模冗余 容錯(cuò)高可靠控制系統(tǒng)，其特征在于控制單元(1-1)是型號(hào)為netXIOO的網(wǎng)絡(luò)控制器。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線的具有協(xié)同熱備份功能的雙模冗余 容錯(cuò)高可靠控制系統(tǒng)，其特征在于通信接口邏輯單元(1-2)采用FPGA實(shí)現(xiàn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4或5所述的基于PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線的具有協(xié)同熱備份功能 的雙模冗余容錯(cuò)高可靠控制系統(tǒng)，其特征在于A網(wǎng)從站(3)和B網(wǎng)從站(4)的結(jié)構(gòu)相同，所 述A網(wǎng)從站(3 )包括接口板控制邏輯單元(3-1)和現(xiàn)場(chǎng)采集前端控制單元(3-2 )，所述現(xiàn)場(chǎng) 采集前端控制單元(3-2)的信號(hào)輸入輸出端與接口板控制邏輯單元(3-1)的信號(hào)輸入或輸 出端連接，所述接口板控制邏輯單元(3-1)的兩個(gè)PROFIBUS接口是一個(gè)A網(wǎng)從站(3)的兩 個(gè) PROFIBUS 接 口。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線的具有協(xié)同熱備份功能的雙模冗余 容錯(cuò)高可靠控制系統(tǒng)，其特征在于現(xiàn)場(chǎng)采集前端控制單元(3-2)是型號(hào)為netX50的網(wǎng)絡(luò)控 制器。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線的具有協(xié)同熱備份功能的雙模冗余 容錯(cuò)高可靠控制系統(tǒng)，其特征在于接口板控制邏輯單元(3-1)采用FPGA實(shí)現(xiàn)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4、5、7或8所述的基于PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線的具有協(xié)同熱備份功能的雙模冗余容錯(cuò)高可靠控制系統(tǒng)，其特征在于它還包括一號(hào)機(jī)間互檢信號(hào)線(6)，所 述一號(hào)機(jī)間互檢信號(hào)線(6)的一端與過程控制站(1)的一號(hào)檢測(cè)信號(hào)輸入或輸出端連接， 一號(hào)機(jī)間互檢信號(hào)線(6)的另一端與備份過程控制站(2)的一號(hào)檢測(cè)信號(hào)輸入或輸出端連 接。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的基于PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線的具有協(xié)同熱備份功能的雙模冗余 容錯(cuò)高可靠控制系統(tǒng)，其特征在于它還包括二號(hào)機(jī)間互檢信號(hào)線(7)，所述二號(hào)機(jī)間互檢信 號(hào)線(7)的一端與過程控制站(1)的二號(hào)檢測(cè)信號(hào)輸入或輸出端連接，二號(hào)機(jī)間互檢信號(hào) 線(7)的另一端與備份過程控制站(2)的二號(hào)檢測(cè)信號(hào)輸入或輸出端連接。
全文摘要
基于PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線的具有協(xié)同熱備份功能的雙模冗余容錯(cuò)高可靠控制系統(tǒng)，涉及一種電廠現(xiàn)場(chǎng)采集控制系統(tǒng)。本發(fā)明首創(chuàng)在電廠控制系統(tǒng)中采用具有仲裁模塊的雙?？煽啃韵到y(tǒng)，采用軟件和硬件相結(jié)合的方法，解決了現(xiàn)有的電廠現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)的通信速率低、系統(tǒng)切換時(shí)間長(zhǎng)導(dǎo)致的實(shí)時(shí)性差、任務(wù)遷移導(dǎo)致的現(xiàn)場(chǎng)丟失，以及系統(tǒng)可靠性差、網(wǎng)絡(luò)容量低的問題。它的過程控制站和備份過程控制站均接入雙冗余PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線形成的A網(wǎng)和B網(wǎng)，所述若干A網(wǎng)從站和若干B網(wǎng)從站分別接入A網(wǎng)和B網(wǎng)，過程控制站和備份過程控制站均與仲裁切換模塊連接。本發(fā)明適用于電廠現(xiàn)場(chǎng)采集控制場(chǎng)合。
文檔編號(hào)G05B19/418GK101807076SQ20101018274
公開日2010年8月18日 申請(qǐng)日期2010年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月26日
發(fā)明者付忠傳, 劉宏偉, 吳祥虎, 周連科, 崔剛, 左德承, 張科超, 王秀峰, 王瑩, 董劍 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)