[发明专利]一种基于安全型高速自主总线的全数字化控制系统

说明书

本发明提供了一种基于安全型高速自主总线的全数字化控制系统，通过采用扁平化的体系结构与基于安全型高速自主总线的全数字化控制系统，大幅减少了设备、电缆数量，降低了人员编制，提升了系统智能化与可靠性水平；实现了潜艇核动力装置的控制系统的集成化和全数字化控制，高效可靠地对潜艇核动力装置进行测量、控制、保护、运行管理。本发明采用基于快速算法调度的采集控制模块实现了系统功能的动态自动重构和任意控制模块失效情况下的自动启动与功能恢复，进一步提高了系统的可靠性。本发明采用基于大数据挖掘与故障诊断的辅助决策支持功能设计，开展在线故障诊断、辅助决策支持等设计，提高了系统的智能化水平。

技术领域

本发明属于控制技术领域，具体涉及一种基于安全型高速自主总线的全数字化控制系统。

背景技术

有关国外潜艇核动力装置的文献资料表明，潜艇核动力装置控制系统研制大致历程了三次数字化升级改进，从模拟控制、数模混合控制到数字化控制，自动化与数字化水平不断提高。国外核潜艇一般采用运行管理层、控制与保护层和输入输出层的“三横三纵”体系结构，实现了潜艇核动力的数字化控制。但是，数字化水平的提高也使得潜艇上使用的电缆数量大幅增加，对数字化控制设备的可靠性要求也进一步提高。

现有潜艇核动力数字化控制系统仍采用传统测量仪表，测量仪表经大量的电缆连接至控制设备，由控制室的3～4名操纵员完成整个动力系统的所有监控，且系统的智能化水平不高，系统故障一般由操纵员分析判断，单一控制设备故障容易引起核动力装置停机停堆。

船用核动力装置控制系统一般采用运行管理层、控制与保护层和输入输出层的“三横三纵”体系结构。输入输出层的传感器/变送器、阀门执行机构以及泵组启动器/变频器等设备一般是通过硬接线与控制保护层设备相连接，需要大量的信号电缆与控制电缆。控制与保护层与运行管理层设备之间通过总线或以太网连接，对于涉及核安全的必要操作需要保留硬接线冗余通讯方式。

传统的船用核动力装置控制系统一般采用运行管理层、控制与保护层和输入输出层的三层体系结构。

船用核动力的辅助决策支持系统设计基础薄弱，目前仅初步实现了电子手册功能，距离智能化、实用化还有很大差距。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种基于安全型高速自主总线的全数字化控制系统，实现潜艇核动力装置的控制系统的集成化。

本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种基于安全型高速自主总线的全数字化控制系统，包括输入输出层与运行监控层组成的两层体系结构，输入输出层与运行监控层通过安全型高速自主总线连接进行通信；输入输出层包括采用基于现场总线标准的安全型高速自主总线接口协议的智能传感器和执行机构；智能传感器用于采集系统运行过程中的物理信号并转换成电信号形式的测量数据发送到总线上；执行机构用于接收总线上的控制信号并执行动作；运行监控层包括采用基于现场总线标准的安全型高速自主总线接口协议的监控装置、辅助装置、存储装置；监控装置、辅助装置、存储装置之间还采用冗余的以太网连接进行通信；监控装置包括采集控制模块和面板；采集控制模块用于通过安全型高速自主总线采集智能传感器的数据，处理数据、进行逻辑运算，并下发控制指令到安全型高速自主总线控制执行机构；面板用于向操作人员集中显示核动力装置的一、二回路工艺系统的运行参数和系统状态，在异常及故障状态向操作人员集中报警，并供操作人员集中操作；辅助装置用于根据测量数据判断系统状态，得到系统的状态数据和故障数据，根据系统状态做出决策并控制执行机构的动作；存储装置用于保存测量数据、状态数据和故障数据。

按上述方案，智能传感器包括核功率探测器、压力传感器、压差传感器、液位传感器、温度传感器、热电偶传感器、热电阻传感器、电压传感器、电流传感器；执行机构包括阀门执行机构、泵组启动器、泵组变频器。