CN108415379A - 一种多异构控制站的集散控制***及方法 - Google Patents

一种多异构控制站的集散控制***及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种多异构控制站的集散控制***，由上位机层、异构控制站层、执行层三部分构成；上位机层中运行工程数据组态软件、控制算法组态软件、人机交互组态软件和数据共享软件；工程数据组态软件为不同品牌来源的、不同类型的控制站设备提供IO数据库模板；控制算法组态软件用于编写控制逻辑的图形化的控制算法组态程序供所述异构控制站层计算运行；人机交互组态软件用于编写该集散控制***的人机交互组态程序，供用户实时地监控和分析所述执行层的执行情况；数据共享软件用于异构控制站层中各控制站之间的数据通讯与共享；从而实现了异构控制站的通讯，轻松实现信息的互通，信息传递不再受限，实现不同通讯协议的异构控制站间的互联。

Description

一种多异构控制站的集散控制***及方法
技术领域
本发明涉及工业自动化控制领域，特别涉及一种多个异构控制站的集散控制***及集散控制方法。
背景技术
目前集散控制***(DCS)已经在工业过程控制中获得了广泛的应用。典型DCS***主要由现场控制站、操作员站和工程师站组成，各站之间通过网络连接，实现集中管理，分散控制的目标。其中现场控制站是面向现场的过程接口装置，***主要的控制功能由它们实现。实际工业过程控制要求现场控制站具有很高的可靠性和实时性。
然而，当前不同厂商所生产的控制站设备所采用的通讯协议通常是不相同的，通讯协议种类的繁多，也导致了通讯驱动的多样化。同时绝大多数的通讯驱动都是处于黑盒状态，用户针对单个硬件设备重新开发通讯驱动存在较大难度，工作量繁重。这就为用户读取多个异构控制站的数据信息带来极大不便，需要专业的人员(对通讯技术有一定的研究)进行通讯方式的配置，从而实现对不同控制站的通讯。
基于现有技术的不足，提供一种面向多异构控制站的集散控制***，实现异构控制站的通讯，以轻松实现信息互通，信息传递不再受限，实现不同通讯协议的异构控制站间的互联。
发明内容
本发明要解决的技术问题，在于提供一种多异构控制站的集散控制***及方法，实现对异构控制站的通讯，以轻松实现对信息互通，信息传递不再受限，实现不同通讯协议的异构控制站间的互联。
本发明***是这样实现的：一种多异构控制站的集散控制***，由上位机层、异构控制站层、执行层三个部分构成；
所述上位机层包括工程师站、操作员站和历史站；且该上位机层中运行工程数据组态软件、控制算法组态软件、人机交互组态软件和数据共享软件；所述工程数据组态软件为不同品牌来源的、不同类型的控制站设备提供IO数据库模板；所述控制算法组态软件用于编写控制逻辑的图形化的控制算法组态程序供所述异构控制站层计算运行；所述人机交互组态软件用于编写该集散控制***的人机交互组态程序，供用户实时地监控和分析所述执行层的执行情况；所述数据共享软件用于所述异构控制站层中不同品牌、不同型号的各控制站之间的数据通讯与共享；
所述异构控制站层包括多个不同类型的控制站，各控制站之间运行同一套所述控制算法组态程序，且能通过所述数据共享软件实现实时控制数据的共享和同步；
所述执行层为各种不同类型的现场执行设备，由所述异构控制站层控制执行。
本发明方法是这样实现的：一种多异构控制站的集散控制方法，组成由上位机层、异构控制站层、执行层三个部分构成的多异构控制站的集散控制***；所述上位机层包括工程师站、操作员站和历史站，所述异构控制站层包括多个不同类型的控制站，所述执行层为各种不同类型的现场执行设备；
在所述上位机层中运行工程数据组态软件、控制算法组态软件、人机交互组态软件和数据共享软件；通过所述工程数据组态软件为不同品牌来源的、不同类型的控制站设备提供IO数据库模板；通过所述控制算法组态软件编写控制逻辑的图形化的控制算法组态程序供所述异构控制站层计算运行，并使各控制站之间运行同一套控制算法组态程序；通过所述人机交互组态软件编写该集散控制***的人机交互组态程序，供用户实时地监控和分析所述执行层的执行情况；通过所述数据共享软件为所述异构控制站层中不同品牌、不同型号的各控制站之间的提供数据通讯与共享。
进一步的，本发明中，所述工程数据组态软件在用户根据生产工艺的需要选好控制站IO点配置后，自动地生成相应的控制设备，将每个控制站快速地关联到对应的机架、模块和控制站上，从而形成一个分布式的工程IO数据库。
进一步的，本发明中，所述数据共享软件由虚拟控制模块和数据通讯模块构成；
所述虚拟控制模块负责模拟各个控制站的计算行为，其采用了控制站相同的数据存储规范，接收来自所述控制算法组态软件的组态数据，经过运算后产生相应的输出，具备执行所述控制算法组态程序的功能；
所述数据通讯模块利用所述虚拟控制模块与不同品牌的控制站之间进行数据通讯中转，从而间接地实现异构控制站之间的数据交互。
进一步的，本发明中，所述数据交互具体方法是：
所述虚拟控制模块通过配置多个虚拟的网络通讯节点，分别与各个控制站相对应，用于寄存来自各控制站的输入输出模块的实时数据；
所述数据通讯模块包含了针对多种不同类型控制站特定通讯协议的接口模块，用于接收和发送来自各个控制站的输入输出模块的实时数据；
进一步的，本发明中，所述输入输出模块的实时数据包括模拟量输入输出、数字量输入输出、以及中间模拟量与数字量多种类型。
进一步的，本发明中，该集散控制***支持内存共享方式的网络通信，与以太网互为备用；具体包括：所述控制算法组态软件与所述人机交互组态软件通过共享内存的方式与所述数据共享软件的虚拟控制模块进行数据共享；每个控制站通过共享内存的方式与虚拟控制模块内部的各个节点建立联系；每个控制站通过以太网按照特定的通信协议与执行层进行数据交互。
本发明具有如下优点：本发明通过构建，由上位机层、异构控制站层、执行层三个部分构成的多异构控制站的集散控制***，通过在所述上位机层中运行工程数据组态软件、控制算法组态软件、人机交互组态软件和数据共享软件；实现对异构控制站层中各个控制站的通讯，以轻松实现对信息互通，信息传递不再受限，实现不同通讯协议的异构控制站间的互联。
附图说明
下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。
图1为本发明多异构控制站的集散控制***的架构示意图。
图2为本发明中基于内存共享的数据通讯原理示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的多异构控制站的集散控制***，由上位机层、异构控制站层、执行层三个部分构成，构成了一个分布式的多异构控制站控制***结构；
所述上位机层包括工程师站、操作员站和历史站；且该上位机层中运行工程数据组态软件、控制算法组态软件、人机交互组态软件和数据共享软件；
所述异构控制站层包括多个不同类型的控制站，它们的软硬件平台，包括硬件结构、操作***，原有的编程环境，都存在很大的不同。各控制站之间可以运行同一套控制算法组态程序，且能通过数据共享软件实现实时控制数据的共享和同步；
所述执行层为各种不同类型的现场执行设备，由所述异构控制站层控制执行，如传感器、变送器、执行机构、机器人等。
具体的，所述上位机层上运行的各软件的特点如下：
所述工程数据组态软件为不同品牌来源的、不同类型的控制站设备提供IO数据库模板；用户只需根据生产工艺的需要，选好控制站IO点配置，即可自动地生成相应的控制设备，将每个控制站快速地关联到对应的机架、模块和控制站上，从而形成一个分布式的工程IO数据库。
所述控制算法组态软件用于编写控制逻辑的图形化的控制算法组态程序供所述异构控制站层计算运行；所述控制算法组态程序能离线或在线下载至所述异构控制站层的各个控制站中计算执行。
所述人机交互组态软件用于编写该集散控制***的人机交互组态程序，供用户实时地监控和分析所述执行层的执行情况；用户可以通过所述人机交互组态程序的界面实时地监控和分析执行机构工作任务的执行情况。
所述数据共享软件用于所述异构控制站层中不同品牌、不同型号的各控制站之间的数据通讯与共享；结合图2所示，所述数据共享软件由虚拟控制模块和数据通讯模块构成；所述虚拟控制模块负责模拟各个控制站的计算行为，其采用了控制站相同的数据存储规范，接收来自所述控制算法组态软件的组态数据，经过运算后产生相应的输出，具备执行所述控制算法组态程序的功能；所述数据通讯模块利用所述虚拟控制模块与不同品牌的控制站之间进行数据通讯中转，从而间接地实现异构控制站之间的数据交互。所述数据交互具体方法是：
(1)所述虚拟控制模块通过配置多个虚拟的网络通讯节点，分别与各个控制站相对应，用于寄存来自各控制站的输入输出模块的实时数据；该实时数据包括模拟量输入输出(AI、AO)、数字量输入输出(DI、DO)、以及中间模拟量与数字量(LA、LD)多种类型。
(2)所述数据通讯模块包含了针对多种不同类型控制站特定通讯协议的接口模块，用于接收和发送来自各个控制站的输入输出模块的实时数据。
再如图2所示，该集散控制***支持内存共享方式的网络通信，与以太网互为备用；具体包括：所述控制算法组态软件与所述人机交互组态软件通过共享内存的方式与所述数据共享软件的虚拟控制模块进行数据共享；每个控制站通过共享内存的方式与虚拟控制模块内部的各个节点建立联系；每个控制站通过以太网按照特定的通信协议与执行层进行数据交互。
本发明还提供一种多异构控制站的集散控制方法，组成由上位机层、异构控制站层、执行层三个部分构成的多异构控制站的集散控制***；所述上位机层包括工程师站、操作员站和历史站，所述异构控制站层包括多个不同类型的控制站，所述执行层为各种不同类型的现场执行设备；
在所述上位机层中运行工程数据组态软件、控制算法组态软件、人机交互组态软件和数据共享软件；通过所述工程数据组态软件为不同品牌来源的、不同类型的控制站设备提供IO数据库模板；通过所述控制算法组态软件编写控制逻辑的图形化的控制算法组态程序供所述异构控制站层计算运行，并使各控制站之间运行同一套控制算法组态程序；通过所述人机交互组态软件编写该集散控制***的人机交互组态程序，供用户实时地监控和分析所述执行层的执行情况；通过所述数据共享软件为所述异构控制站层中不同品牌、不同型号的各控制站之间的提供数据通讯与共享。本发明方法中的工程数据组态软件、控制算法组态软件、人机交互组态软件和数据共享软件的其余特点请参考上述本发明***中相部分的描述，此处不予以赘述。
综上，本发明通过构建，由上位机层、异构控制站层、执行层三个部分构成的多异构控制站的集散控制***，通过在所述上位机层中运行工程数据组态软件、控制算法组态软件、人机交互组态软件和数据共享软件；实现对异构控制站层中各个控制站的通讯，以轻松实现对信息互通，信息传递不再受限，实现不同通讯协议的异构控制站间的互联。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。

Claims (12)

1.一种多异构控制站的集散控制***，其特征在于：由上位机层、异构控制站层、执行层三个部分构成；
所述上位机层包括工程师站、操作员站和历史站；且该上位机层中运行工程数据组态软件、控制算法组态软件、人机交互组态软件和数据共享软件；所述工程数据组态软件为不同品牌来源的、不同类型的控制站设备提供IO数据库模板；所述控制算法组态软件用于编写控制逻辑的图形化的控制算法组态程序供所述异构控制站层计算运行；所述人机交互组态软件用于编写该集散控制***的人机交互组态程序，供用户实时地监控和分析所述执行层的执行情况；所述数据共享软件用于所述异构控制站层中不同品牌、不同型号的各控制站之间的数据通讯与共享；
所述异构控制站层包括多个不同类型的控制站，各控制站之间运行同一套所述控制算法组态程序，且能通过所述数据共享软件实现实时控制数据的共享和同步；
所述执行层为各种不同类型的现场执行设备，由所述异构控制站层控制执行。
2.根据权利要求1所述的一种多异构控制站的集散控制***，其特征在于：所述工程数据组态软件在用户根据生产工艺的需要选好控制站IO点配置后，自动地生成相应的控制设备，将每个控制站快速地关联到对应的机架、模块和控制站上，从而形成一个分布式的工程IO数据库。
3.根据权利要求1所述的一种多异构控制站的集散控制***，其特征在于：所述数据共享软件由虚拟控制模块和数据通讯模块构成；
所述虚拟控制模块负责模拟各个控制站的计算行为，其采用了控制站相同的数据存储规范，接收来自所述控制算法组态软件的组态数据，经过运算后产生相应的输出，具备执行所述控制算法组态程序的功能；
所述数据通讯模块利用所述虚拟控制模块与不同品牌的控制站之间进行数据通讯中转，从而间接地实现异构控制站之间的数据交互。
4.根据权利要求3所述的一种多异构控制站的集散控制***，其特征在于：所述数据交互具体方法是：
所述虚拟控制模块通过配置多个虚拟的网络通讯节点，分别与各个控制站相对应，用于寄存来自各控制站的输入输出模块的实时数据；
所述数据通讯模块包含了针对多种不同类型控制站特定通讯协议的接口模块，用于接收和发送来自各个控制站的输入输出模块的实时数据。
5.根据权利要求4所述的一种多异构控制站的集散控制***，其特征在于：所述输入输出模块的实时数据包括模拟量输入输出、数字量输入输出、以及中间模拟量与数字量多种类型。
6.根据权利要求3所述的一种多异构控制站的集散控制***，其特征在于：该集散控制***支持内存共享方式的网络通信，与以太网互为备用；具体包括：所述控制算法组态软件与所述人机交互组态软件通过共享内存的方式与所述数据共享软件的虚拟控制模块进行数据共享；每个控制站通过共享内存的方式与虚拟控制模块内部的各个节点建立联系；每个控制站通过以太网按照特定的通信协议与执行层进行数据交互。
7.一种多异构控制站的集散控制方法，其特征在于：组成由上位机层、异构控制站层、执行层三个部分构成的多异构控制站的集散控制***；所述上位机层包括工程师站、操作员站和历史站，所述异构控制站层包括多个不同类型的控制站，所述执行层为各种不同类型的现场执行设备；
在所述上位机层中运行工程数据组态软件、控制算法组态软件、人机交互组态软件和数据共享软件；通过所述工程数据组态软件为不同品牌来源的、不同类型的控制站设备提供IO数据库模板；通过所述控制算法组态软件编写控制逻辑的图形化的控制算法组态程序供所述异构控制站层计算运行，并使各控制站之间运行同一套控制算法组态程序；通过所述人机交互组态软件编写该集散控制***的人机交互组态程序，供用户实时地监控和分析所述执行层的执行情况；通过所述数据共享软件为所述异构控制站层中不同品牌、不同型号的各控制站之间的提供数据通讯与共享。
8.根据权利要求7所述的一种多异构控制站的集散控制方法，其特征在于：所述工程数据组态软件在用户根据生产工艺的需要选好控制站IO点配置后，能自动地生成相应的控制设备，将每个控制站快速地关联到对应的机架、模块和控制站上，从而形成一个分布式的工程IO数据库。
9.根据权利要求7所述的一种多异构控制站的集散控制方法，其特征在于：所述数据共享软件由虚拟控制模块和数据通讯模块构成；
所述虚拟控制模块负责模拟各个控制站的计算行为，其采用了控制站相同的数据存储规范，接收来自所述控制算法组态软件的组态数据，经过运算后产生相应的输出，具备执行所述控制算法组态程序的功能；
所述数据通讯模块利用所述虚拟控制模块与不同品牌的控制站之间进行数据通讯中转，从而间接地实现异构控制站之间的数据交互。
10.根据权利要求9所述的一种多异构控制站的集散控制方法，其特征在于：所述数据交互具体方法是：
所述虚拟控制模块通过配置多个虚拟的网络通讯节点，分别与各个控制站相对应，用于寄存来自各控制站的输入输出模块的实时数据；
所述数据通讯模块包含了针对多种不同类型控制站特定通讯协议的接口模块，用于接收和发送来自各个控制站的输入输出模块的实时数据。
11.根据权利要求10所述的一种多异构控制站的集散控制方法，其特征在于：所述输入输出模块的实时数据包括模拟量输入输出、数字量输入输出、以及中间模拟量与数字量多种类型。
12.根据权利要求9所述的一种多异构控制站的集散控制方法，其特征在于：该集散控制***支持内存共享方式的网络通信，与以太网互为备用；具体包括：所述控制算法组态软件与所述人机交互组态软件通过共享内存的方式与所述数据共享软件的虚拟控制模块进行数据共享；每个控制站通过共享内存的方式与虚拟控制模块内部的各个节点建立联系；每个控制站通过以太网按照特定的通信协议与执行层进行数据交互。
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