CN114167813A

CN114167813A - 可在线更换io单元的分布式控制系统

Info

Publication number: CN114167813A
Application number: CN202010956410.9A
Authority: CN
Inventors: 张晓冬; 杨程; 胡俊; 马建新; 冀建伟; 杨文宇; 林林
Original assignee: China Techenergy Co Ltd
Current assignee: China Techenergy Co Ltd
Priority date: 2020-09-11
Filing date: 2020-09-11
Publication date: 2022-03-11

Abstract

本申请公开了一种可在线更换IO单元的分布式控制系统，包括：控制器模组、通信模组、电源模组以及至少一组IO模组；控制器模组与通信模组相连，通信模组与至少一组IO模组相连，电源模组与至少一组IO模组相连；通信模组包括第一通信单元和第二通信单元，电源模组包括第一电源和第二电源，至少一组IO模组包括第一接口、第二接口、自配对连接器以及多个IO单元；第一通信单元与第一接口相连，第二通信单元与第二接口相连；第一电源与第一接口相连，第二电源与第二接口相连；当IO单元插入自配对连接器时，IO单元的第一通信端与第一通信单元连通，IO单元的第二通信端与第二通信单元连通，IO单元的第一端与第一电源连通，IO单元的第二端与第二电源连通。

Description

可在线更换IO单元的分布式控制系统

技术领域

本申请涉及计算机技术领域，尤其涉及一种可在线更换IO单元的分布式控制系统。

背景技术

集散控制系统(DCS，Distributed Control System)，也可称为分散控制系统或分布式计算机控制系统。它是以微处理器为基础，采用控制功能分散、显示操作集中、兼顾分而自治和综合协调的设计原则的新一代仪表控制系统。目前，控制系统中的I/O模块的设计主要包括两大类别：1)公共机箱或者公共底座(底板)的形式，使多个I/O模块均插在同一个机箱或底座中，各机箱间采用级联或者集中连接的方式；2)模块化底座设计，为每个I/O模块配置单独的底座，底座之间通过公共母线或者直接相连，组成模块组。供电和通信接口在模块组的一侧连接。

在实际运行过程中，有些集散控制系统系统不能整体停机，因此在发生故障需要替换模块时，要求尽量减少影响范围。第一类设计的问题是需要更换时，会影响安装在待更换的机箱或底座中的所有模块。有些还会影响通信级联中处于其下级机箱的通信，使无故障的机箱和模块在更换时也处于通信失效的状态。第二类设计的产品，其底座依赖于一个公共部件，比如公共母线、特制线缆式母线等。在更换公共部件时的影响范围与公共机箱或底座是一样的。有些厂家做到了I/O模块的功能独立化，但也无法实现在线更换时不影响其它正常运行的功能模块。

发明内容

本申请的目的旨在至少在一定程度上解决上述的技术问题之一。

为此，本申请的第一个目的在于提出一种可在线更换IO单元的分布式控制系统，实现在线更换IO单元而不影响其他模块正常工作，降低影响，提高可用性。

为了实现上述目的，本申请第一方面实施例提出一种可在线更换IO单元的分布式控制系统，包括：

控制器模组、通信模组、电源模组以及至少一组IO模组；

所述控制器模组与所述通信模组相连，所述通信模组与所述至少一组IO模组相连，所述电源模组与所述至少一组IO模组相连；

所述通信模组包括第一通信单元和第二通信单元，所述电源模组包括第一电源和第二电源，所述至少一组IO模组包括第一接口、第二接口、自配对连接器以及多个IO单元；

所述第一通信单元与所述第一接口相连，所述第二通信单元与所述第二接口相连；

所述第一电源与所述第一接口相连，所述第二电源与所述第二接口相连；

当所述IO单元插入所述自配对连接器时，所述IO单元的第一通信端与所述第一通信单元连通，所述IO单元的第二通信端与所述第二通信单元连通，所述IO单元的第一端与所述第一电源连通，所述IO单元的第二端与所述第二电源连通。

可选的，所述IO单元包括IO底座，所述IO底座可垂直角度插入至所述自配对连接器的点位。

可选的，所述IO单元还包括功能模块，所述功能模块安装在所述IO底座上。

可选的，所述功能模块为主模块，或辅助模块，或所述主模块和所述辅助模块的组合。

可选的，所述控制器模组与所述通信模组采用双冗余连接方式相连。

可选的，所述控制器模组包括第一控制器和第二控制器，所述第一控制器分别与所述第一通信单元、所述第二通信单元相连，所述第二控制器分别与所述第一通信单元、所述第二通信单元相连。

可选的，所述IO单元的第一通信端与所述第一通信单元形成第一数据链路，所述IO单元的第二通信端与所述第二通信单元形成第二数据链路，所述控制器模组对所述第一数据链路中的第一数据和所述第二数据链路中第二数据进行合流处理。

本申请的可在线更换IO单元的分布式控制系统，IO单元的电源和通信采用冗余设计，并对冗余链路中IO通信数据采用合流处理机制，实现在线更换IO单元而不影响其他模块正常工作，降低影响，提高可用性。

本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是本申请一个实施例的可在线更换IO单元的分布式控制系统的结构示意图；

图2是本申请一个实施例的IO单元具体连接结构示意图；

图3是本申请一个实施例的IO单元沿垂直角度拔插的示意图；

图4是本申请一个具体实施例的可在线更换IO单元的分布式控制系统的结构示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

以下结合具体实施例对本申请作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本申请所要求保护的范围。

下面参考附图描述本申请实施例的可在线更换IO单元的分布式控制系统。

图1是本申请一个实施例的可在线更换IO单元的分布式控制系统的结构示意图。

如图1所示，可在线更换IO单元的分布式控制系统包括控制器模组100、通信模组200、电源模组300以及至少一组IO模组400。

控制器模组100与通信模组200相连，通信模组200与至少一组IO模组400相连，电源模组300与至少一组IO模组400相连。

通信模组200包括第一通信单元210和第二通信单元220。电源模组300包括第一电源310和第二电源320。至少一组IO模组400包括第一接口410、第二接口420、自配对连接器430以及多个IO单元440。

第一通信单元210与第一接口410相连，第二通信单元220与第二接口相连420；第一电源310与第一接口410相连，第二电源320与第二接口相连420。

应当理解的是，在实际产品中，控制器模组100和通信模组200可设计成一体。

如图2所示，当IO单元440插入自配对连接器430时，IO单元440的第一通信端441与第一通信单元210连通，IO单元440的第二通信端442与第二通信单元220连通，IO单元440的第一端443与第一电源310连通，IO单元440的第二端444与第二电源320连通。

如图3所示，IO单元440包括IO底座445，IO底座445可垂直角度插入至自配对连接器430的点位。

在本申请的一个实施例中，IO单元还包括功能模块446，功能模块446安装在IO底座445上。功能模块446可以是主模块，也可以是辅助模块，还可以是主模块和辅助模块的组合。

在本申请的一个实施例中，控制器模组100与通信模组200采用双冗余连接方式相连。

控制器模组100包括第一控制器110和第二控制器120。第一控制器110分别与第一通信单元210、第二通信单元220相连，第二控制器120分别与第一通信单元210、第二通信单元220相连。

IO单元440的第一通信端441与第一通信单元210形成第一数据链路，IO单元440的第二通信端442与第二通信单元220形成第二数据链路。控制器模组100对第一数据链路中的第一数据和第二数据链路中第二数据进行合流处理。

下面以一个具体实施例进行详细描述。

本申请将DCS中每个I/O单元设计为具有结构独立性的单元，采用特殊连接装置(自配对连接器)实现模块间的连接。并通过电源和通信的冗余设计，实现冗余数据合流功能，最终实现可在线(不停机)更换任意位置的I/O单元中的任意部件，而不影响其它模块的正常运行。

具体地，每一个I/O单元均包括I/O底座、主模块和辅助模块。主模块和辅助模块安装在I/O底座上，即每个I/O单元都有专门的底座。I/O底座间通过自配对连接器连接，无公共母线或公共底座。自配对连接器，如图3所示，I/O单元可在自配对连接器的垂直角度拔插，实现单独拆卸模块组中的任意位置的底座，实现I/O单元的在线更换，而不影响其他单元。

电源和通信的接口从每组I/O单元的两端冗余接入，如图4所示(以3组I/O单元为例)，A侧和B侧的电源和通信分别通过每组I/O底座的两端接入。对每个底座而言，A侧电源310和A侧通信210从I/O底座上接口(410)进入，从下接口(420)出；B侧电源320和B侧通信220从下接口(420)进入，从上接口(410)出。这种结构保证了在任意I/O底座更换时，总有一侧电源和通信是物理连接的。

上述结构保证了通信的物理连接，要实现DCS功能中I/O单元通信都正常，还需要在控制器中实现对冗余数据的处理，即把两条互为冗余的通信链路中的数据进行合流处理。合流的处理机制是：当A侧通信口的数据包括所有组态过的模块数据时，选用A侧的数据进行计算；当A侧通信口中缺失某些组态过的模块的数据时，则通过B侧通信口选取这些模块的数据。这个处理机制最大化的保证了I/O模块数据的可用性。

通过上述设计，本申请可实现更换DCS中任意I/O单元中的任意部件时，只影响被更换I/O单元本身的功能，不影响其它模块正常工作，可有效降低在线维修时的影响范围，提高系统的可用性。

本申请实施例的可在线更换IO单元的分布式控制系统，IO单元的电源和通信采用冗余设计，并对冗余链路中IO通信数据采用合流处理机制，实现在线更换IO单元而不影响其他模块正常工作，降低影响，提高可用性。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

需要说明的是，在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

Claims

1.一种可在线更换IO单元的分布式控制系统，其特征在于，包括：

控制器模组、通信模组、电源模组以及至少一组IO模组；

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述IO单元包括IO底座，所述IO底座可垂直角度插入至所述自配对连接器的点位。

3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述IO单元还包括功能模块，所述功能模块安装在所述IO底座上。

4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述功能模块为主模块，或辅助模块，或所述主模块和所述辅助模块的组合。

5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制器模组与所述通信模组采用双冗余连接方式相连。

6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述控制器模组包括第一控制器和第二控制器，所述第一控制器分别与所述第一通信单元、所述第二通信单元相连，所述第二控制器分别与所述第一通信单元、所述第二通信单元相连。

7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述IO单元的第一通信端与所述第一通信单元形成第一数据链路，所述IO单元的第二通信端与所述第二通信单元形成第二数据链路，所述控制器模组对所述第一数据链路中的第一数据和所述第二数据链路中第二数据进行合流处理。