CN210776307U - 一种基于goose通信的分布式控制*** - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及监控设备技术领域，其目的在于提供一种基于GOOSE通信的分布式控制***。本实用新型公开了一种基于GOOSE通信的分布式控制***，包括智能设备、网络交换机和工控计算机；智能设备设置有多个，多个智能设备均包括电连接的数据采集装置和被控设备，数据采集装置和工控计算机均与网络交换机电连接；数据采集装置和被控设备之间、数据采集装置与网络交换机之间及网络交换机与工控计算机之间均采用GOOSE通信的方式通信连接。本实用新型具备如下优势：可即插即用，实时性强，施工布线简单、占地面积小、可靠性高，通用性强。

Description

一种基于GOOSE通信的分布式控制***

技术领域

本实用新型涉及监控设备技术领域，特别是涉及一种基于GOOSE通信的分布式控制***。

背景技术

传统污水处理厂、发电厂等大型工厂的自控***主要采用集散型控制***(DCS)实现，集散型控制***利用PLC采用控制分散、操作和管理集中的基本设计思想，采用多层分级、合作自治的结构形式，来实现集中管理和分散控制的功能。

现有技术中，集散型控制***在每个功能区设立PLC室，并安装对应的PLC柜，实现分散控制。然而，PLC柜内通常会集中安装多个PLC装置，被控设备(包括闸门、阀门、水泵等可监控设备)再通过控制电缆将信号接入PLC装置内，这导致将在PLC柜和被控设备之间不可避免地会铺设大量电缆，加之电缆传输属于模拟信号传输，PLC柜和设备之间距离较远，存在线损大、电磁干扰大、成本高的问题。

实用新型内容

本实用新型旨在至少在一定程度上解决上述技术问题，本实用新型提供了一种基于GOOSE通信的分布式控制***。

本实用新型采用的技术方案是：

一种基于GOOSE通信的分布式控制***，包括智能设备、网络交换机和工控计算机；所述智能设备设置有多个，多个所述智能设备均包括电连接的数据采集装置和被控设备，所述数据采集装置和工控计算机均与网络交换机电连接；所述数据采集装置和被控设备之间、所述数据采集装置与网络交换机之间及所述网络交换机与工控计算机之间均采用GOOSE通信的方式通信连接。

优选地，所述数据采集装置包括处理器模块，所述处理器模块包括主控制器和与主控制器电连接的***电路，所述***电路包括时钟电路、看门狗电路和烧录接口；所述数据采集装置还包括通信模块、数字量输入模块和数字量输出模块，所述通信模块、数字量输入模块和数字量输出模块均与主控制器电连接；所述通信模块包括依次与主控制器电连接的物理层芯片、隔离变压器和通信网口。

进一步优选地，所述数据采集装置还包括模拟量输入模块和模拟量输出模块，所述模拟量输入模块和模拟量输出模块均与主控制器电连接。

进一步优选地，所述模拟量输入模块包括依次与主控制器电连接的第一放大器、第一信号隔离转换模块、模拟开关芯片和模拟量输入接口。

进一步优选地，所述模拟量输入接口为8路模拟量采集接口，所述模拟开关芯片配合模拟量输入接口设置为8通道模拟开关芯片；所述模拟量输入模块还包括第一光电耦合器，所述第一光电耦合器的输入端与主控制器电连接，所述第一光电耦合器的输出端与模拟开关芯片的输入端电连接。

优选地，所述模拟量输出模块包括依次与主控制器电连接的第二放大器、第二信号隔离转换模块和模拟量输出接口。

优选地，所述数字量输入模块包括依次与主控制器电连接第二光电耦合器和数字量输入接口。

进一步优选地，所述数字量输入接口为15路开关量采集接口。

优选地，所述数字量输出模块包括依次与主控制器电连接的第三光电耦合器、继电器和数字量输出接口。

进一步优选地，所述数字量输出模块还包括电能供给电路，所述电能供给电路的输入端与控制器电连接，所述电能供给电路的输出端与第三光电耦合器的输入端电连接。

分布式控制***的有益效果集中体现在：

1)可即插即用，便于使用；具体地，由于数据采集装置和被控设备之间、所述数据采集装置与网络交换机之间及所述网络交换机与工控计算机之间均采用GOOSE通信的方式通信连接，使得分布式控制***具有即插即用的特点，将新的被控设备加入或退出工业物联网无需复杂的入网或退网手续，也不会影响网络中其他被控设备的正常运行。

2)实时性强。分布式控制***选择GOOSE作为通信协议，由于GOOSE工作于MAC层，无需进行复杂的网络封包转换，也无需建立通信连接，即可直接通信，使通信的实时性非常强。

3)施工布线简单、占地面积小、可靠性高。本实用新型可通过模拟量输入模块、模拟量输出模块、数字量输入模块和数字量输出模块与被控设备电连接，本实用新型和被控设备之间采用极短控制电缆连接，一对一安装接线清晰明了，整体对外输出仅需一根网线和一组电源线，连接线短，使得施工布线非常简单；另外，通过上述接线方式实现了分布式安装，使得无需专门的控制室即可实现对被控设备的控制，占地面积极小，节约用地成本；与此同时，分布式安装使得单个设备故障不影响其他设备的正常运行、被控设备的抗干扰能力强，可靠性得以有效提升。

4)可适用于不同的被控设备，通用性强。在实施过程中，主控制器在同一时刻可采集多组数据，可同时满足多组数据或者多种类型数据的处理需求，有效提升了数据采集的处理效率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型的控制框图；

图2是本实用新型中主控制器和烧录接口的电路原理图；

图3是本实用新型中时钟电路的电路原理图；

图4是本实用新型中看门狗电路的电路原理图；

图5是本实用新型中物理层芯片的电路原理图；

图6是本实用新型中隔离变压器和通信网口的电路原理图；

图7是本实用新型中第一放大器、第一信号隔离转换模块和模拟开关芯片的电路原理图；

图8是本实用新型中模拟量输入接口的电路原理图；

图9是本实用新型中第一光电耦合器的电路原理图；

图10是本实用新型中第二放大器、第二信号隔离转换模块和模拟量输出接口的电路原理图；

图11是本实用新型中第二光电耦合器的电路原理图；

图12是本实用新型中数字量输入接口的电路原理图；

图13是本实用新型中第三光电耦合器、继电器、数字量输出接口和电能供给电路的电路原理图；

图14是本实用新型中电源模块的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例来对本实用新型作进一步阐述。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明虽然是用于帮助理解本实用新型，但并不构成对本实用新型的限定。本文公开的特定结构和功能细节仅用于描述本实用新型的示例实施例。然而，可用很多备选的形式来体现本实用新型，并且不应当理解为本实用新型限制在本文阐述的实施例中。

应当理解，尽管本文可能使用术语第一、第二等等来描述各种单元，但是这些单元不应当受到这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个单元和另一个单元。例如可以将第一单元称作第二单元,并且类似地可以将第二单元称作第一单元，同时不脱离本实用新型的示例实施例的范围。

应当理解，对于本文中可能出现的术语“和/或”，其仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，单独存在B，同时存在A和B三种情况；对于本文中可能出现的术语“/和”，其是描述另一种关联对象关系，表示可以存在两种关系，例如，A/和B，可以表示：单独存在A，单独存在A和B两种情况；另外，对于本文中可能出现的字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”关系。

应当理解，在本文中若将单元称作与另一个单元“连接”、“相连”或“耦合”时，它可以与另一个单元直相连接或耦合，或中间单元可以存在。相対地，在本文中若将单元称作与另一个单元“直接相连”或“直接耦合”时，表示不存在中间单元。另外，应当以类似方式来解释用于描述单元之间的关系的其他单词(例如，“在……之间”对“直接在……之间”,“相邻”对“直接相邻”等等)。

应当理解，本文使用的术语仅用于描述特定实施例，并不意在限制本实用新型的示例实施例。若本文所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”意在包括复数形式，除非上下文明确指示相反意思。还应当理解，若术语“包括”、“包括了”、“包含”和/或“包含了”在本文中被使用时,指定所声明的特征、整数、步骤、操作、单元和/或组件的存在性,并且不排除一个或多个其他特征、数量、步骤、操作、单元、组件和/或他们的组合存在性或增加。

应当理解，还应当注意到在一些备选实施例中，所出现的功能/动作可能与附图出现的顺序不同。例如,取决于所涉及的功能/动作,实际上可以实质上并发地执行,或者有时可以以相反的顺序来执行连续示出的两个图。

应当理解，在下面的描述中提供了特定的细节,以便于对示例实施例的完全理解。然而,本领域普通技术人员应当理解可以在没有这些特定细节的情况下实现示例实施例。例如可以在框图中示出***，以避免用不必要的细节来使得示例不清楚。在其他实例中，可以不以不必要的细节来示出众所周知的过程、结构和技术，以避免使得示例实施例不清楚。

实施例1：

本实施例提供一种基于GOOSE通信的分布式控制***，如图1所示，包括智能设备、网络交换机和工控计算机；智能设备设置有多个，多个智能设备均包括电连接的数据采集装置和被控设备，数据采集装置和工控计算机均与网络交换机电连接；数据采集装置和被控设备之间、数据采集装置与网络交换机之间及网络交换机与工控计算机之间均采用GOOSE通信的方式通信连接。

需要说明的是，数据采集装置与被控设备电连接构成智能设备，智能设备与网络交换机电连接，网络交换机再通过网线与两台工控计算机相连接，由此组成一个工业物联网。

本实施例中，工控计算机优选设置为两台，两台工控计算机互为备用，两台工控计算机作为分布式控制***中自动控制软件平台的运行设备(即自动控制主机)，其通过以太网接入专用物联网中，订阅网络中所有设备的GOOSE数据，可通过配置发布GOOSE数据，提供数据访问接口供应用程序访问，提供二次开发平台用于开发工艺控制应用程序。具体地，两台工控计算机均具备双网口，以从硬件上隔离GOOSE网络和其他网络，提高分布式控制***的安全性；工控计算机安装Linux Server版本操作***，运行一套自主研发的自动控制软件平台，并提供二次开发接口，方便工程实施过程中，植入更加先进的工艺控制算法，实现了数据监控、二次开发、数据共享等功能。

数据采集装置传输的数据可通过工业物联网上传到工控计算机。工控计算机内安装有数据库，采集到的数据就保存在工控计算机内的数据库里，通过工控计算机可以对数据库进行自动定时备份、数据导入导出及管理调试网络等相关操作。

本实施例中，工控计算机上设置有数据共享接口，并允许其他遵循数据共享协议的***互联，为了让污水处理厂、发电厂等大型工厂的生产过程更为直观，工控计算机可通过数据共享接口与现有的SCADA监控***电连接。

具体地，数据共享接口采用SOCKET套接字TCP协议实现，自动控制平台工作于TCPSERVER模式，其他***可以通过TCP协议建立连接并访问平台数据。数据共享接口继承了平台高实时性的特点，当其他***连接上平台后，平台将定时将物联网中订阅的GOOSE数据重新打包后发送出去，当接收到智能设备发出的突发数据后，也会立即将突发数据发送给所有连接上平台的其他***，以帮助SCADA***监控更加实时、用户体验更好。

进一步地，由于污水处理厂、发电厂等大型工厂中存在多种工艺算法，不同厂家的设备，生产工艺均存在不同程度的差异，工艺控制逻辑通常需要在具体项目中才能确定。为此工控计算机上还设置有二次开发接口，工艺监控代码完全通过二次开发接口开发，其他基础功能代码则固化在自动控制平台中，这样在工程实施阶段中，用户只需要将工艺算法植入到***中即可。

具体地，二次开发接口采用了Linux***的动态链接库机制，每一个应用程序都将编译成一个动态链接库，自动控制平台启动后，根据配置，自动加载动态链接库。配置文件中，提供了应用程序的路径、需要使用的设备数据、定值数据，自动控制平台均会解析、映射，供应用程序使用。

二次开发接口为用户提供了必要的API函数，用户可以通过这些API函数获取平台资源，这些API包括了用于访问订阅GOOSE数据缓存的API、用于访问发布GOOSE数据的API、用于访问高精度时钟的API、用于添加SOE事件记录的API等。

本实施例中，数据采集装置包括处理器模块，处理器模块包括主控制器U2和与主控制器U2电连接的***电路，***电路包括时钟电路、看门狗电路和烧录接口CN2；数据采集装置还包括通信模块、数字量输入模块和数字量输出模块，通信模块、数字量输入模块和数字量输出模块均与主控制器U2电连接；通信模块包括依次与主控制器U2电连接的物理层芯片U6、隔离变压器L4和通信网口J5。

进一步地，数据采集装置还包括模拟量输入模块和模拟量输出模块，模拟量输入模块和模拟量输出模块均与主控制器U2电连接。

本实施例中，主控制器U2、时钟电路、看门狗电路和烧录接口CN2、通信模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块、数字量输入模块和数字量输出模块均与电源模块电连接，电源模块的电路原理图如图14所示，电源模块用于向上述电路提供电力支持。

本实施例中，如图2所示为主控制器U2和烧录接口CN2的电路原理图，其中，主控制器U2的型号为STM32F407VG，其基于高性能的

Cortex^TM-M4F的32位RISC内核，工作频率可高达168MHz，核心功能支持所有ARM单精度数据处理指令和数据类型的单精度浮点单元(FPU)；还实现了一套完整的DSP指令和内存保护单元(MPU)，从而提高应用程序的安全性。如图3所示为时钟电路的电路原理图，如图4所示为看门狗电路的电路原理图，其中，看门狗电路中主要采用型号为SP706SEN-L/TR的看门狗微处理器监控电路芯片U11实现。

具体地，模拟量输入模块用于采集被控设备输出的模拟信号，并将被控对象输出的模拟信号转换成主控制器U2能识别的数字信号，然后将该数字信号发送至主控制器U2，其中被控设备输出端模拟信号包括温度、压力、流量、液位、成分等模拟信号。模拟量输出模块用于采集主控制器U2输出的数字信号，并将主控制器U2输出的数字信号转换成被控设备能够识别的模拟信号，以实现对被控设备的控制，例如实现变频器调节、阀门开度控制等被控设备状态控制。

数字量输入模块用于接收被控设备在生产过程中输出的只有两种状态的开关量信号，然后将该开关量信号转换成主控制器U2可识别的信号形式后发送至主控制器U2，其中开关量信号包括被控设备的报警信号、电机的启停信号、阀门或闸门的开关信号、控制箱的自动手动信号等。数字量输出模块用于将主控制器U2输出的二进制代码来表示的开关量信号转换成能对被控设备的生产过程进行控制或显示状态的开关量信号，以实现指示灯的亮灭控制的状态显示控制，或实现电机的启停控制、阀门或闸门的开关控制、继电器(K1和K3)的通断控制等被控设备状态控制。

本实施例中，主控制器U2内自带了MAC层控制器，主控制器U2提供了RMII接口，以用于和物理层芯片U6电连接，物理层芯片U6采用支持RMII接口的型号为DP83848的物理层芯片U6实现；物理层芯片U6依次通过隔离变压器L4和通信网口J5电连接，通信网口J5可实现与交换机等网络设备的连接，由此实现主控制器U2与交换机等网络设备的通信连接。

以太网通信模块可通过网线或光纤与交换机等网络设备电连接，本实施例中，以太网通信模块通过网线与交换机等网络设备电连接，相对采用光纤连接，其具备布线成本低、可行性高、维护方便等优势，更加适用于工业应用。

具体地，物理层芯片U6的电路原理图如图5所示，隔离变压器L4和通信网口J5的电路原理图如图6所示。

物理层芯片U6定义了数据传送与接收所需要的电与光信号、线路状态、时钟基准、数据编码和电路等，并向数据链路层设备提供标准接口。物理层芯片U6在发送数据时，即将由主控制器U2输送的数据向通信网口J5发送时，接收主控制器U2过来的数据，然后将并行数据转化为串行流数据，再按照物理层的编码规则对数据编码，最后将编码后的数据转换为模拟信号后输出。反之为物理层芯片U6在接收数据时的流程。物理层芯片U6还可实现CSMA/CD的部分功能，在运行时，物理层芯片U6可检测到网络上是否有数据在传送，如果有数据在传送中就等待，一旦检测到网络空闲，再等待一个随机时间后将送数据出去。

隔离变压器L4可把物理层芯片U6输送出来的差分信号用差模耦合的线圈耦合滤波以增强信号，并且通过电磁场的转换耦合到通信网口J5连接的网络设备，这样不但可使通信网口J5和物理层芯片U6之间没有物理上的连接而换传递了信号，隔断了信号中的直流分量，还可以在不同0V电平的设备中传送数据，同时隔离变压器L4也起到了防雷感应保护的作用，可在雷雨天气时避免物理层芯片U6和主控制器U2被烧坏。

通信网口J5采用RJ45接口、RMII接口或MII接口实现，通信网口J5用于接收网络设备发送的信息并将该信息发送至物理层芯片U6，或接收由物理层芯片U6发送的信息并将该信息传输至网络设备。

主控制器U2可通过通信网口J5采用以太网作为传输介质，并利用GOOSE协议传输，让***响应达到毫秒级，实时性高。

本实施例在实施过程中，被控设备输出的信号可经由模拟量输入模块或数字量输入模块输送至主控制器U2，主控制器U2再通过通信模块将工业现场的多种模拟信号与数字信号转换为工业以太网信号后发送至交换机，交换机可再次通过通信模块向主控制器U2发送驱动指令，主控制器U2经由模拟量输出模块或数字量输出模块驱动被控设备运行，便于远端用户通过以太网对被控设备进行访问、监测与控制。

本实施例中，如图7和8所示，模拟量输入模块包括依次与主控制器U2电连接的第一放大器U8、第一信号隔离转换模块M2、模拟开关芯片U16和模拟量输入接口J3。

具体地，模拟信号指4-20mA的电流信号。

本实施例中，模拟量输入接口J3可采集被控设备输出的模拟信号，然后将模拟信号通过模拟开关芯片U16进入第一信号隔离转换模块M2，第一信号隔离转换模块M2可将4-20mA的电流信号转换为0-5V的电压信号，然后通过第一放大器U8将0-5V的电压信号调理成0-2.5V的电压信号后输入主控制器U2。

进一步地，模拟量输入接口J3为8路模拟量采集接口，其最多可采集8路模拟信号，模拟开关芯片U16配合模拟量输入接口J3设置为8通道模拟开关芯片U16，具体地，模拟开关芯片U16的型号为MUX507IDWR；如图9所示，模拟量输入模块还包括第一光电耦合器U17，第一光电耦合器U17的输入端与主控制器U2电连接，第一光电耦合器U17的输出端与模拟开关芯片U16的输入端电连接。

本实施例在工作过程中，由于模拟开关芯片U16可同时接入8路模拟信号，但只能在同一时间输出其中一路信号，主控制器U2可通过IO引脚经第一光电耦合器U17进行光电隔离后，控制模拟开关芯片U16地址线，以切换输出通道。

本实施例中，如图10所示，模拟量输出模块包括依次与主控制器U2电连接的第二放大器U18、第二信号隔离转换模块M1和模拟量输出接口J6。

具体地，在实现对被控设备的控制时，主控制器U2的DAC引脚产生一个0-2.5V的电压信号，然后通过第二放大器U18进行调理，再通过第二信号隔离转换模块M1转换为4-20mA的电流信号后输出至被控设备。

本实施例中，模拟量输出接口J6为1路模拟量输出接口J6；第一信号隔离转换模块M2和第二信号隔离转换模块M1均采用型号为T2633P的信号隔离转换模块实现，其具备简易经济的特点。

具体地，第一光电耦合器U17和第二光电耦合器(U1、U7、U12和U13)均采用四通道SOP封装晶体管输出光耦TLP291_4实现，其具有优异的性价比，四通道光耦能直接取代4颗单通道SSOP封装的晶体管输出光耦，能大大的增加其集成度，缩小所占PCB板的面积。

本实施例中，如图11所示，数字量输入模块包括依次与主控制器U2电连接第二光电耦合器(U1、U7、U12和U13)和数字量输入接口(J1和J4)。

具体地，数字信号指只有两种状态的开关量，开关量为电压等级为24V的直流信号，这种信号的自变量用整数表示，因变量用有限数字中的一个数字来表示，一般以数字1表示高电平、以数字0表示低电平，可分别实现对被控器件的断开或闭合。

进一步地，如图12所示，数字量输入接口(J1和J4)为15路开关量采集接口。其最多可采集15路数字信号，数字信号通过第二光电耦合器(U1、U7、U12和U13)隔离并转换为直流3.3V信号，然后将其输入主控制器U2，供主控制器U2采集。

本实施例中，如图13所示，数字量输出模块包括依次与主控制器U2电连接的第三光电耦合器(U14和U15)、继电器(K1和K3)和数字量输出接口J2。

本实施例在实现对被控设备的控制时，可通过主控制器U2的IO引脚控制，由主控制器U2输出的IO信号可通过第三光电耦合器(U14和U15)隔离后驱动继电器(K1和K3)输出控制信号。

本实施例中，数字量输出接口J2为2路开关量输出接口，用于输出开关量。继电器(K1和K3)采用型号为DSP2a-DC24V的松下继电器(K1和K3)实现，其具备小型、高容量，可进行实际负载通断，高灵敏度，高耐压等特点。

进一步地，数字量输出模块还包括电能供给电路，电能供给电路的输入端与控制器电连接，电能供给电路的输出端与第三光电耦合器(U14和U15)的输入端电连接。

本实施例中，第七十电阻R70和第四光电耦合器U10电能供给电路，当主控制器U2复位时，由于第四光电耦合器U10中的发光二极管两端电位相同，第四光电耦合器U10的集电极和发射极不导通，数字量输出模块不工作；而当主控制器U2运行，并且使第四光电耦合器U10的集电极和发射极导通后，数字量输出模块开始工作，电能供给电路的设置，可以有效减少因程序死机、跑飞等故障而引起的开关量误动作问题。

具体地，第三光电耦合器(U14和U15)和第四光电耦合器U10的型号为TLP127(TPL,U,F)。

本实施例可将污水处理厂、发电厂等大型工厂中的传统的被控设备升级为智能设备，为大型工程建立一张高效、实时的工业物联网。本实施例的有益效果如下：

1)可即插即用，便于使用；具体地，由于数据采集装置和被控设备之间、所述数据采集装置与网络交换机之间及所述网络交换机与工控计算机之间均采用GOOSE通信的方式通信连接，使得分布式控制***具有即插即用的特点，将新的被控设备加入或退出工业物联网无需复杂的入网或退网手续，也不会影响网络中其他被控设备的正常运行。

2)实时性强。分布式控制***选择GOOSE作为通信协议，由于GOOSE工作于MAC层，无需进行复杂的网络封包转换，也无需建立通信连接，即可直接通信，使通信的实时性非常强。

3)施工布线简单、占地面积小、可靠性高。本实用新型可通过模拟量输入模块、模拟量输出模块、数字量输入模块和数字量输出模块与被控设备电连接，本实用新型和被控设备之间采用极短控制电缆连接，一对一安装接线清晰明了，整体对外输出仅需一根网线和一组电源线，连接线短，使得施工布线非常简单；另外，通过上述接线方式实现了分布式安装，使得无需专门的控制室即可实现对被控设备的控制，占地面积极小，节约用地成本；与此同时，分布式安装使得单个设备故障不影响其他设备的正常运行、被控设备的抗干扰能力强，可靠性得以有效提升。

4)可适用于不同的被控设备，通用性强。在实施过程中，主控制器U2在同一时刻可采集多组数据，可同时满足多组数据或者多种类型数据的处理需求，有效提升了数据采集的处理效率。

本实施例的基于GOOSE通信的分布式控制***的工作方法，具体包括以下步骤：

任一所述智能设备中的数据采集装置采集与其电连接的被控设备的数字量输入信号和/或模拟量输入信号，然后将该被控设备的数字量输入信号和/或模拟量输入信号转换为工业以太网信号，再以GOOSE通信的方式将工业以太网信号发送至网络交换机；

网络交换机接收工业以太网信号，然后以GOOSE通信的方式将工业以太网信号广播到网络中，下文中，“网络”均指工业物联网；

网络中任意的智能设备中的数据采集装置根据指定的标识码选择性地接收并解析工业以太网信号，即订阅GOOSE信息并将工业以太网信号解析为GOOSE报文，再根据解析后的工业以太网信号及预置的自动控制算法计算出被控设备的控制逻辑并生成控制命令，然后将控制命令转换为数字量输出信号和/或模拟量输出信号，最后将数字量输出信号和/或模拟量输出信号发送至与其电连接的被控设备，从而实现对与其电连接的被控设备的控制。

需要说明的是，智能设备中的数据采集装置能采集被控设备的数字量输入信号和/或模拟量输入信号，并向被控设备输出数字量信号和/或输出模拟量信号。具体地，数据采集装置中的主控制器可将被控设备的数字量输入信号和/或模拟量输入信号通过GOOSE通信的方式发送到工业物联网中；通过订阅工业物联网中的GOOSE信息，控制被控设备工作。本实施例中，多个智能设备之间具有相互通信功能，具体地，智能设备通过发布GOOSE功能，具备了向全网广播数据能力，通过订阅GOOSE功能，可以有选择地接收想要的被控设备的相关数据，即，工业物联网中的每一个智能设备功能对等，其既能发布自身数据，也能订阅工业物联网中的其他智能设备的数据。因而，所有工业物联网中的智能设备，都具有相互沟通的能力，为去中心化提供了必要条件。在实施过程中，智能设备都会定时或突发发布一条包含唯一的标识码，用于分辨其他智能设备的身份；用户还可向主要的智能设备中数据采集装置内植入一些工艺算法，使智能设备之间自行沟通完成工艺控制，由此实现去中心化。

进一步地，网络交换机以GOOSE通信的方式将工业以太网信号广播到网络中后，还包括以下步骤：

工控计算机根据指定的标识码选择性地接收工业以太网信号并根据工业以太网信号进行计算，以得到被控设备的工作状态，然后根据预置的自动控制算法计算出被控设备的控制逻辑并生成控制命令，最后以GOOSE通信的方式将控制命令发送至网络交换机；

网络交换机接收控制命令，然后以GOOSE通信的方式将控制命令再次广播到网络中；

网络中任意的智能设备中的数据采集装置根据指定的标识码选择性地接收控制命令，然后将控制命令其转换为数字量输出信号和/或模拟量输出信号，最后将数字量输出信号和/或模拟量输出信号发送至与其电连接的被控设备。

应当理解的是，本实施例中，工控计算机会为每一个智能设备的数据分别建立缓存，当接收到GOOSE数据解析后，软件会立刻刷新缓存数据，供应用程序使用。

本实施例中，为了对全厂数据进行全面监测，自动控制平台订阅了厂内所有智能设备的数据，其具有至少1000台智能设备数据处理能力。GOOSE数据传输在以太网MAC层，Linux中通过SOCKET原始套接字SOCK_RAW获取，该方式能抓取以太网MAC数据包，并在MAC层发送以太网数据包。为了减少应用程序处理强度，控制平台软件设置了只接收GOOSE报文，即以太网类型为0x88B8的数据报文。自动控制软件平台会为每一个智能设备的数据分别建立缓存，当接收到GOOSE数据解析后，软件会立刻刷新缓存数据，供应用程序使用。

平台软件可以通过配置文件添加发布GOOSE，每增加一条发布GOOSE，软件会将新增GOOSE的数据在内存中建立缓存，在GOOSE数据没有发生变化时，平台会定时发送GOOSE，当数据发生变化后，立即发送一帧GOOSE，并在发送后分别延迟2ms、4ms、8ms发送三帧相同数据，以提高设备可靠性。

以上所描述的多个实施例仅仅是示意性的，若涉及到作为分离部件说明的单元，其可以是或者也可以不是物理上分开的；若涉及到作为单元显示的部件，其可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

最后应说明的是，本实用新型不局限于上述可选的实施方式，任何人在本实用新型的启示下都可得出其他各种形式的产品。上述具体实施方式不应理解成对本实用新型的保护范围的限制，本实用新型的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。

Claims (10)

1.一种基于GOOSE通信的分布式控制***，其特征在于：包括智能设备、网络交换机和工控计算机；所述智能设备设置有多个，多个所述智能设备均包括电连接的数据采集装置和被控设备，所述数据采集装置和工控计算机均与网络交换机电连接；所述数据采集装置和被控设备之间、所述数据采集装置与网络交换机之间及所述网络交换机与工控计算机之间均采用GOOSE通信的方式通信连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于GOOSE通信的分布式控制***，其特征在于：所述数据采集装置包括处理器模块，所述处理器模块包括主控制器和与主控制器电连接的***电路，所述***电路包括时钟电路、看门狗电路和烧录接口；所述数据采集装置还包括通信模块、数字量输入模块和数字量输出模块，所述通信模块、数字量输入模块和数字量输出模块均与主控制器电连接；所述通信模块包括依次与主控制器电连接的物理层芯片、隔离变压器和通信网口。

3.根据权利要求2所述的一种基于GOOSE通信的分布式控制***，其特征在于：所述数据采集装置还包括模拟量输入模块和模拟量输出模块，所述模拟量输入模块和模拟量输出模块均与主控制器电连接。

4.根据权利要求3所述的一种基于GOOSE通信的分布式控制***，其特征在于：所述模拟量输入模块包括依次与主控制器电连接的第一放大器、第一信号隔离转换模块、模拟开关芯片和模拟量输入接口。

5.根据权利要求4所述的一种基于GOOSE通信的分布式控制***，其特征在于：所述模拟量输入接口为8路模拟量采集接口，所述模拟开关芯片配合模拟量输入接口设置为8通道模拟开关芯片；所述模拟量输入模块还包括第一光电耦合器，所述第一光电耦合器的输入端与主控制器电连接，所述第一光电耦合器的输出端与模拟开关芯片的输入端电连接。

6.根据权利要求3所述的一种基于GOOSE通信的分布式控制***，其特征在于：所述模拟量输出模块包括依次与主控制器电连接的第二放大器、第二信号隔离转换模块和模拟量输出接口。

7.根据权利要求3所述的一种基于GOOSE通信的分布式控制***，其特征在于：所述数字量输入模块包括依次与主控制器电连接第二光电耦合器和数字量输入接口。

8.根据权利要求7所述的一种基于GOOSE通信的分布式控制***，其特征在于：所述数字量输入接口为15路开关量采集接口。

9.根据权利要求3所述的一种基于GOOSE通信的分布式控制***，其特征在于：所述数字量输出模块包括依次与主控制器电连接的第三光电耦合器、继电器和数字量输出接口。

10.根据权利要求9所述的一种基于GOOSE通信的分布式控制***，其特征在于：所述数字量输出模块还包括电能供给电路，所述电能供给电路的输入端与控制器电连接，所述电能供给电路的输出端与第三光电耦合器的输入端电连接。

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