[发明专利]分散控制系统中冗余过程控制站之间冗余切换方法

说明书

技术领域

本发明涉及分散控制系统中冗余过程控制站之间冗余切换的一种可靠实现方法，具体适用于所有分散控制系统中冗余过程控制站之间切换实现。

背景技术

分散控制系统（distribute control system, DCS）是一种集控制技术、计算机技术、通信技术、网络技术于一体的新型控制系统。其特征在于分散控制和集中管理，将复杂的工业过程的控制任务分散到若干个过程控制站上完成，并通过SCADA和各个过程控制站之间的通信实现对整个生产过程的集中监视、操作和管理。

过程控制站是分散控制系统（DCS）的中央处理单元，是DCS的核心部件，负责控制逻辑的运算以及输入信号和输出指令的处理，同时还需要实现和SCADA之间的通信功能。

如过程控制站出现故障将导致失去对过程参数的监视和对工艺过程的控制能力，这可能会带来灾难性的后果，因此对过程控制站都进行了冗余设计。正常工作时只有一个过程控制站处于“激活”状态，另外一个过程控制站处于“备用”状态，当处于“备用”状态的过程控制站判断处于“激活”状态的过程控制站故障时，它将迅速的将自身“激活”，从而获取对现场设备的控制权。如果发生判断失误情况，则会造成两个过程控制站均处于“激活”状态，这样就会造成现场设备的扰动，带来不可预测的后果。在此基础上，如何判断处于“激活”状态的过程控制站是否真实故障就成为本系统的一个关键技术，各个DCS厂家都在此方面花费了很大精力。目前主要实现方法有如下几种：

1.硬件互锁技术，处于“激活”状态的过程控制站发送一个DO信号给处于“备用”状态的过程控制站，当处于“激活”状态的过程控制站发生故障时，此DO信号失效，处于“备用”状态的过程控制站监测到DO信号失效时，则将自身切换为“激活”状态。国内DCS厂家使用此方法来实现过程控制站之间的冗余切换较多，缺点是需要硬件支持，抬高了过程控制站的硬件成本。

2.在不增加硬件成本的前提下，部分DCS厂家改用软件来实现互锁功能，对于冗余过程控制站而言，数据同步是必须的功能，因此基本所有的DCS系统中冗余过程控制站之间均通过一专业网络来进行数据同步。部分DCS系统中处于“激活”状态的过程控制站使用此专用网络来传递“心跳”信号给处于“备用”状态的过程控制站，当此过程控制站监测到此“心跳”信号消失时，则将自身切换为“激活”状态。此方法的缺点是当此专用网络发生故障时，会出现双过程控制站均处于“激活”状态。

3.为了避免上述情况的发生，部分DCS系统做了如下修改，如图1所示，两个过程控制站以及SCADA系统都通过一个网络连接到一个公用交换机上，在此情况下，如果处于“激活”状态的过程控制站通过此网络增加一路“心跳”信号发送给处于“备用”状态的过程控制站，那么此时处于“备用”状态的过程控制站必须监测到两路“心跳”信号消失时，才能将自身切换为“激活”状态，这样有效的避免了第二种方法中会产生的故障。

但是对于冗余过程控制站而言，数据同步是必须的功能，处于“激活”状态的过程控制站每轮逻辑执行前，都必须将所有的全部变量通过专用网络同步到处于“备用”状态的过程控制站，这些变量同步需要花费大量的时间，对于普通工程而言，执行一次数据同步大概需要花费80毫秒的时间，这将降低过程控制站的实时性。对于过程控制站而言，实时性即过程控制站的运算周期也是一个很重要的指标，在某些实时性要求比较高的场合，更需要考虑其实时性的性能，在此基础上，如果使用此专用网络来传递“心跳”信号，将降低过程控制站的实时性。

为了兼顾冗余切换的可靠性和不降低过程控制站的实时性两方面，本发明提出了一种软件实现“心跳”+“数据同步”两者相结合的实现方法来保证冗余切换的可靠性和维持过程控制站的实时性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种分散控制系统中冗余过程控制站之间冗余切换的一种实现方法，即保证冗余切换的可靠性也保持过程控制站的实时性。

为解决上述技术问题，本发明提供一种分散控制系统中冗余过程控制站之间冗余切换方法，其特征在于，包括以下步骤： 

1)冗余过程控制站之间通过一专用网络实现数据同步；

2)工程师站或SCADA系统通过一网络（物理形式可以为电、光两种）连接到到交换机，每个过程控制站同时与交换机相连；

3）处于 “激活”状态的过程控制站通所述网络发送第一路心跳信号（一帧通信报文）给处于“备用”状态的过程控制站，发送第一路心跳信号周期默认为设定的固定周期； 

4）在每个过程控制站内建立一系统变量；