[发明专利]冗余配置的自控系统及配置方法

说明书

技术领域

本发明涉及自动控制系统，尤其涉及一种冗余配置的自控系统及配置方法。

背景技术

为提高自控系统的可靠性，通常采用冗余配置的技术手段。例如，国、内外汽轮机ETS控制系统均采用三冗余系统，该系统的控制策略是采取硬件完全冗余和令牌的方式保证整个系统的高可靠性，通过数据总线进行数据传输。数据总线采用逻辑令牌环作为介质访问控制协议构成，总线上的每个节点都有权获得令牌来发送数据，总线上没有设置主通信控制器，通过多种类型的数据接口，总线控制器、通信模块和总线接口单元来实现通信网络。这种总线是一种点对点的“令牌总线”系统，在网络中有一种电子“令牌”(Token)传送给每台设备，通过它传输输入和诊断信息。总线采用调频(FSK)的方式对数据信号进行调制，即：用高频信号代表0，低频信号代表1。这种调制方式使得总线的抗干扰性得到提高、传输距离增长。并采用如下方法保证通讯可靠进行：每个数据被编码后，连续发送三次，接收方作三选二表决，接收完一个完整的数据包之后，接收方会对整个数据包作CRC环冗余校验，一旦校验失败，数据包会被要求重发。

这种系统的优点在于采用了硬件的完全冗余的方式，确保每个PLC能从三个输入模块接收数据；同时数据被编码以后，会连续发送三次，在接收方进行三取二表决。在冲突避免的机制上，因为选取了令牌“Token”的方式，只有获得了令牌控制权的设备才能够将数据发送到总线上，保证了任意时刻最多只有一台设备发送数据，不会出现总线上数据冲突的情况。而且根据令牌网的工作机制，任意一台设备发送完数据以后，立即释放令牌供其他站点使用，令牌周而复始的在环中巡游，各站获得令牌的机会相同。这样可以避免一台设备长期占用令牌，而造成其它设备不能发送数据。

但是，该系统也还存在下述缺点：1.通信网络由多种类型的数据接口，总线控制器、通信模块和总线接口单元等构成，是完全的硬件冗余，结构复杂，故障几率高，为了减少故障对系统的影响，需要设置故障扫描设备，增加了PLC的负担。2.因通信网络结构复杂，数据传输节点多、路径长，数据传输时间长；3.因每组数据发送需要反复三次，接收方收到完整的数据包后进行CRC校验，再返回一个确认数据包，数据发送占用的时间比较长，响应速度较慢。4.由于上述2、3两条原因，数据必须采用高速传输，使一些低速的总线协议不能满足这样的要求。5.总线上没有主控制器，可能造成PLC上的一些重要控制信息不能及时地送出去；当系统中有设备占用令牌后，不能正常地释放令牌，会造成整条总线的失效。

发明内容

本发明的目的，是提供一种没有上述缺点的自控系统，该系统的结构简单、故障率低；数据传输路径简捷、且每组数据只须一次发送，响应速度快；适用于各种速度的总线协议。

本发明的技术解决方案如下：

一种冗余配置的自控系统，包括多个互联的子系统，每一子系统具有输入模块、输出模块、主控制器、数据传输总线，所述输入模块、输出模块分别与数据传输总线连接；所述主控制器具有总线控制器；各主控制器的总线控制器的数量与子系统的数量相同，每一主控制器的各总线控制器，分别对应连接各子系统的数据传输总线；各子系统的输入模块向该子系统的总线控制器发送输入信号，由该子系统的主控制器运算处理后，向该子系统的输出模块发送输出信号，所有输出模块根据输出信号进行表决，再将表决结果反馈至各自的总线控制器。

所述主控制器具有总线控制权设定模块，用于设定总线控制权，使之具备如下特性：

每条总线上具有唯一的控制权；

仅当节点占有控制权时才具有发送数据的权利；

节点完成数据发送任务后将控制权交至下游邻居。

上述总线控制权的设定方法，建立令牌传递环网，将其初始化，具体步骤是：

1).建立令牌传递环网

-分配各节点的ID地址

将令牌传递环网划分成高、中、低三个ID段，按照输入模块节点、总线控制器节点、输出模块节点三种类型；将同类节点分配在相同的ID段中，并按照输入模块节点→总线控制器节点→输出模块节点的顺序，地址由低到高逐点递增；地址越小的节点所对应的优先级越高；

-定义帧格式

2).令牌传递环网初始化

由地址最高的节点生成令牌，让令牌在环网上传递一周，确定各节点在网络中的位置。