[发明专利]一种多层次自动化控制系统的构架

说明书

技术领域

本发明属于工业自动化控制技术领域，主要提出一种多层次自动化控制系统的构架。

背景技术

现有技术中大型自动化控制系统普遍存在网络通信量大，造成通信速度低的特点，主要是因为目前的任何一个工业自动化控制系统的数据采集和执行机构较多且分散布置，造成子站端都较多，以铝合金带或钢带热轧机为例来说，铝合金带或钢带热轧机一般拥有＞100个子站端，所述的子站端为信号的采集或信号的发出终端，采集终端包含电机温度传感器、电机速度传感器等；信号发出终端包含如直流电机装置、交流电机变频器、和操作台现场指示灯等；现有技术中自动化控制系统采用扁平网络构架，自动化控制系统所采用的扁平网络构架只有一台主控制器，所述的主控制器可为主控制计算机/服务器或主控制PLC（一般为具有强大功能的CPU的PLC主站）作为整套控制系统的控制核心，用于完成整套控制系统的流程和基础逻辑控制并充当与控制构架中的人机界面（HMI）进行数据交流的数据库服务器和作为与外部系统连接的中转站；如图2所示，一台主控制器通过单层TCP/IP、Profibus-DP等通讯协议与所有的子站端连通，多个子站端均将自身所采集的信号反馈给主控制器或通过通讯从主控制器获取所需发出的信号。由主控制器完成所有控制运算及协调，由于信息处理集中造成程序庞大且集中，很难有多人协同编写和维护，致使管理人员在长期运行及维护中任务交割不分明，同时还造成程序运行缓慢。由于处理器能力有限，很难实现多线程操作，影响生产精度和效率；按照现有工业通信协议要求，如图1所示，一个网段的每个子站端只能与这个网段的唯一的主站进行被动数据交换，且数据交换只能在主站通信扫描周期内的对应时间完成，也就是说主站提供连续环式通信扫描，一个通信扫描周期的结束就是一个新的通信扫描周期的开始；主站将在每个通信扫描周期分割一段给其网段内每一个子站，这样的通信方式使得实际每个子站的通信速度是=公称带宽/网段内子站数量。如此以来，子站越多速度越慢致使这种控制方法的局限性很大，而且容易造成通信慢，影响生产精度。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提出一种多层次自动化控制系统的构架。

本发明为完成上述发明任务采用如下技术方案：

一种多层次自动化控制系统的构架，主要包括顶层控制构架、中间层控制构架和末端控制构架；所述的末端控制构架，具有多个末端控制单元，所述的末端控制单元也称为子站，为现场I/O-即输入或输出终端，所述的多个末端控制单元分别对应于所控制的或所需采集的信号源设置；在末端控制构架中，将功能相同或相似的若干个末端控制单元合并为一组；按功能划分的多组末端控制单元分别通过末端网络与中间层控制构架中相应功能的功能块控制器连通；所述的中间层控制构架包含有若干个功能块控制器，每个功能块控制器通过网络连通控制一组或两组或两组以上的末端控制单元，用于控制某一功能，独立处理与其功能相关的所有信号；中间层控制构架中的功能块控制器通过二级中间层网络与中间层控制构架中的上一层功能块控制器连通或通过一级中间层网络直接与顶层控制构架连通，接受上一层功能块控制器或顶层控制构架与其功能相关的所有命令，并向上一层功能块控制器或顶层控制构架反馈所有执行结果和自身的状态；所述中间层控制构架中的上一层功能块控制器通过一级中间层网络与顶层控制构架连通；所述的顶层控制构架具有至少一台主控制器，接收中间层控制构架中的若干个功能块控制器所反馈的执行结果和自身状态并向中间层控制构架中的若干个功能块控制器发出功能控制指令。

根据中间层控制构架所具有的功能块控制器数量和功能，所述的中间层控制构架中的功能块控制器按照功能划分为一层或多层，即：将中间层控制构架中的功能块控制器按照功能进行分类并组；将功能相同或相近的功能块控制器并和为一组，并通过二级中间层网络与中间层控制构架中的上一层相应功能的功能块控制器连通，所述的中间层控制构架中的上一层相应功能的功能块控制器通过一级中间层网络与顶层控制构架连通。

所述的顶层控制构架具有若干台主控制器时，所述的中间层控制构架中的最上一层的功能块控制器与顶层控制构架的一台主控制器通信连通或分别与其中一台主控制器通信连通。

所述的末端网络为TCP/IP、Profibus-DP协议或其它协议。

所述的一级中间层网络、二级中间层网络为TCP/IP、Profibus-DP协议或其它协议。