Комплекс резервируемых программно-аппаратных средств автоматизации контроля и управления



Комплекс резервируемых программно-аппаратных средств автоматизации контроля и управления
Комплекс резервируемых программно-аппаратных средств автоматизации контроля и управления
Комплекс резервируемых программно-аппаратных средств автоматизации контроля и управления
Комплекс резервируемых программно-аппаратных средств автоматизации контроля и управления
Комплекс резервируемых программно-аппаратных средств автоматизации контроля и управления

 


Владельцы патента RU 2430400:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" (ФГУП "ВНИИА") (RU)

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике. Техническим результатом является повышение надежности системной шины, повышение скорости сбора данных технологического процесса, повышение отказоустойчивости. Он достигается тем, что в комплексе программно-аппаратных средств управления технологическими процессами процессоры автоматизации подключены к системной шине EN, выполненной на базе интерфейса Industrial Ethernet в виде кольцевой структуры последовательно соединенных сетевых коммутаторов, по двум каналам, к процессорам автоматизации подключены станции ввода/вывода, содержащие интерфейсный модуль и модули связи с технологическим процессом, процессоры автоматизации соединены с интерфейсными модулями станций ввода/вывода по шине ENL, выполненной на базе Industrial Ethernet с радиальной топологией связи и обеспечивающей минимально возможное для интерфейса Industrial Ethernet временя обмена данными, интерфейсный модуль станции ввода/вывода подключен к каждому модулю связи с технологическим процессом по отдельному последовательному интерфейсу шины ввода/вывода, процессоры автоматизации имеют также каналы подключения к шинам ENS, выполненным на базе Industrial Ethernet no кольцевой топологии связи для построения многократно резервируемых систем. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в системах автоматизированного контроля и управления тепловыми и атомными электрическими станциями.

Известен комплекс программно-аппаратных средств автоматизации контроля и управления технологическими процессами, включающий общую шину данных (ОШД) и, по меньшей мере, один контроллер, содержащий модули ввода/вывода, для ввода и обработки сигналов от датчиков и вывода сигналов управления исполнительными механизмами, и процессорный модуль (ПМ) для управления модулями ввода/вывода и исполнительными механизмами посредством модулей ввода/вывода, при этом модули ввода/вывода и процессорные модули соединены системной шиной VME-bus. Патент РФ №2279117, МПК G05B 19/418, 2006 г. Недостатки комплекса: низкая отказоустойчивость и надежность, сложность конструкции контроллеров из-за использования многопроводной шины VME-bus.

Известен комплекс на базе контроллера в виде базового блока, содержащего модуль мастер с платой CPU в стандарте PC 104, и блока удаленного УСО, функциональные модули которого подключены к CPU базового блока по последовательной магистральной шине ST BUS, выполненной на базе интерфейса RS-485, причем базовые блоки связаны с компьютерами верхнего уровня по шине Ethernet. «Устройство программного управления TREI-5B-02». «Руководство по эксплуатации TREI1.421457.101-00.РЭ». 2008 г.Недостатки комплекса: низкая скорость передачи данных, низкая отказоустойчивость, отсутствие резервирования на уровне модулей.

Известен комплекс программно-аппаратных средств автоматизации контроля и управления, в котором модули ввода/вывода и процессорные модули подключены к общей шине данных, совмещающей в себе функции системных шин контроллеров, полевых шин и локальной сети, с возможностью образования единой сети устройств и формирования ими запросов и ответов. Комплекс дополнительно содержит модули управления, подключенные к общей шине данных, и рабочие станции и/или серверы, подключенные к общей шине данных для визуализации, архивирования и документирования данных, получаемых от модулей ввода/вывода, процессорных модулей и модулей управления. Общая шина данных на базе Ethernet выполнена резервированной.

Единый набор протоколов включает в себя протокол TCP/IP, и/или UDP/IP, и/или MODBUS, и/или BACnet. Патент Российской Федерации №2349949, МПК G05B 19/418, 2009 г.

Общая шина данных не обеспечивает защиты от отказов по общей причине: например, отказ одного процессорного модуля может привести к передаче ложных данных по общей шине в другие модули и вызвать их неправильную работу.

Известны резервированные системы автоматизации на базе программируемых контроллеров S7-400H и станций распределенного ввода/вывода ЕТ200М, в которых контроллеры подсоединены по кольцевой топологии к резервированной шине Idustrial Ethernet, для обмена данными между контроллерами и связи с верхним уровнем. Контроллеры резервируют и подключают к шине по одному каналу каждый. Станции ввода/вывода соединены с контроллером по резервированным шинам, предназначенным для обмена данными между контроллером и модулями ввода/вывода. К каждой шине подключен контроллер, выполняющий на шине функции мастера, и по два интерфейсных модуля в станциях ввода/вывода. Связь интерфейсного модуля с модулями ввода/вывода станции осуществлена по магистральным параллельным или последовательным шинам. «Каталог компоненты для комплексной автоматизации продукции фирмы SIEMENS». SIMATIC. 2007 г., с.24-25. Прототип. Недостатки прототипа: потеря управления на время задержки переключения контроллера на резерв, снижение отказоустойчивости комплекса.

Данное изобретение устраняет недостатки аналогов и прототипа.

Техническим результатом изобретения является повышение скорости сбора и обработки данных технологического процесса, повышение надежности и отказоустойчивости систем, исключение ошибок по общей причине в резервированных системах безопасности атомных станций, снижения стоимости аппаратных средств.

Сущность изобретения поясняется на фиг.1-4.

На фиг.1 схематично представлена структура комплекса с нерезервированной системой автоматизации, в которой: 1 - сетевые коммутаторы для соединения с системой верхнего уровня, 2i - сетевые коммутаторы для соединения с процессорами автоматизации (ПАi), где i - 1, 2,…n целое число, 3i - процессоры автоматизации (ПАi), 4 - шинная система EN, 5 - сетевой коммутатор шинной системы ENL, 6 - шинная система ENL, 7, - нерезервированные станции ввода-вывода (CBBi), 81,2 - интерфейсные модули (ИМ), 9i - модули связи с процессом или СП-модули.

На фиг.2 представлена схема подключения нерезервированных ПАi к шине EN, выполненной в соответствии с основным режимом резервирования, где 2i - сетевые коммутаторы для соединения процессорами автоматизации (ПАi), i - 1, 2,…n (количество абонентских входов коммутатора), 3i - процессоры автоматизации (ПАi), 10 - коммутатор с функциями менеджера резервирования.

На фиг 3 схематично представлен нерезервированный и вариант станции ввода-вывода, где 7i - нерезервированная станция ввода-вывода (CBBi), 81,2 - интерфейсные модули (ИМ), 9i - модули связи с процессом или СП-модули.

На фиг.4 схематично представлена многоканальная система безопасности, где 1 - сетевые коммутаторы для соединения с системой верхнего уровня, 2i - сетевые коммутаторы для соединения с процессорами автоматизации (ПАi), i - 1, 2,…n целое число, 3i - процессоры автоматизации (ПАi), 4 - шинная система EN, 5 - сетевой коммутатор шинной системы ENL.

На фиг.5 схематично представлена процедура передачи данных по шине ENL.

Комплекс программно-аппаратных средств управления технологическими процессами работает следующим образом.

Сбор данных технологического процесса, выдача управляющих воздействий, а также ряд стандартных функций, таких как фильтрация, индивидуальное управление, регулирование, реализуют в станциях ввода-вывода.

Интерфейсные модули станций ввода/вывода осуществляют прием по шинам ввода-вывода данных от модулей ввода/вывода для последующей передачи в процессоры автоматизации по шине ENL и передачу в модули ввода/вывода данных управления, принимаемых от процессоров автоматизации по шине ENL. Прием от модулей ввода/вывода и передача данных в модули ввода/вывода интерфейсные модули выполняют только при поступлении в интерфейсные модули соответствующих запросов от процессоров автоматизации.

Процессоры автоматизации выполняют прием данных от интерфейсных модулей по шине ENL, прием данных от других процессоров автоматизации по шинам EN и ENS, их обработку в соответствии с прикладными алгоритмами автоматизации и передачу данных и результатов обработки в интерфейсные модули по шине ENL и другие процессоры автоматизации по шинам EN и ENS.

Шина ENL предназначена для передачи данных в режиме полного дуплекса между процессором автоматизации и интерфейсными модулями, при этом процессор автоматизации является ведущим абонентом шины, имеющим право доступа к шине в любое время, а интерфейсные модули - ведомыми абонентами шины, передающими или принимающими данные только по запросу от процессора автоматизации.

Обмен данными с интерфейсными модулями по шине ENL и их обработку процессоры автоматизации выполняют циклически, при этом в начале цикла в фазе циклического обмена данными процессоры автоматизации производят передачу данных в интерфейсные модули, которые тут же передают поступившие данные в модули ввода/вывода, и прием данных от интерфейсных модулей, полученных ими от модулей ввода/вывода в конце предыдущего цикла. Интерфейсный модуль сразу после получения от процессора автоматизации телеграммы запроса приема данных или телеграммы с передаваемыми данными отправляет интерфейсному модулю телеграмму с ответными данными или телеграмму подтверждения получения данных. После завершения фазы обмена производится обработка данных. В начале цикла перед процедурой обмена циклическими данными процессоры автоматизации выдают в интерфейсные модули служебную телеграмму начала цикла для синхронизации работы интерфейсных модулей.

Время цикла, определяющее время реакции системы автоматизации, в значительной степени зависит от времени фазы обмена данными. С целью минимизации времени обмена данными по шине ENL 4, между процессором автоматизации 3, являющимся ведущим абонентом шины ("ведущий") и всеми интерфейсными модулями, являющимися ведомыми абонентами 5i ("ведомые"), "ведущий" 3 сначала непрерывно передает запросы (данные) последовательно каждому "ведомому" 5i, не ожидая от него поступления подтверждений или ответных данных в соответствии с временной диаграммой на фиг.10. "Ведущий" 3 одновременно с передачей принимает данные от "ведомых" 5i, накапливаемые коммутатором в буфере и передаваемые им «ведущему» 3 в максимальном темпе. При этом передача всех телеграмм в данном цикле задерживается в коммутаторе только на время задержки первой, передаваемой "ведущим" 3 телеграммы, равное времени выдачи телеграммы на шину ENL 4. Прием ответных данных "ведущим" производится по шине ENL одновременно с передачей данных с задержкой в коммутаторе на время задержки первой ответной телеграммы. Длительность фазы обмена уменьшается до минимально возможной величины для шины на базе Industrial Ethernet за счет исключения времени ожидания "ведущим" 3 поступления ответных данных последовательно от каждого "ведомого" 5i и времени задержки в коммутаторе доставки каждой телеграммы "ведомым" 5i абонентам на время ее выдачи на шину ENL 4 "ведущим" 3. Анализ поступления всех ответов от "ведомых" 5i "ведущий" 3 производит через время тайм-аута от начала передачи.

В режиме двукратного резервирования на уровне компонентов комплекса управление обменом данными по шинам EN, ENL и их обработку в соответствии с прикладными алгоритмами автоматизации выполняет один из резервированных процессоров автоматизации ("активный"), другой процессор ("резервный") находится в состоянии горячего резерва. По отдельным последовательным интерфейсам резервированные процессоры автоматизации получают информацию о работоспособности партнера. На основе оценки этой информации и результатов самоконтроля в соответствии с заданными критериями активный процессор автоматизации может быть переключен в состояние "резервного", а "резервный" в состояние активного.

Активный процессор автоматизации осуществляет обмен данными в режиме "запрос/ответ" только с одним из двух резервированных интерфейсных модулей ("активным") в каждой станции ввода/вывода путем обращения к нему по его адресу на шине ENL, второй модуль ("резервный") находится в режиме горячего резервирования и не участвует в обмене данными по шине ENL. Резервированные интерфейсные модули связаны друг с другом по отдельным последовательным интерфейсам, с помощью которых осуществляется опрос работоспособности партнера и переключение резерва.

По двум каналам шины ENL 4 каждого процессора автоматизации 3 проводят перекрестное подключение процессора автоматизации 3 к собственной шине ENL 4 через ее сетевой коммутатор и шине ENL 4 процессора автоматизации-партнера 3 через сетевой коммутатор этой шины. Таким образом, процессор автоматизации может выполнять обмен данными с любым из двух интерфейсных модулей в каждой станции ввода/вывода, который в данный момент выполняет функции "активного", в соответствии с его адресом на шине ENL. Ответные данные интерфейсный модуль передает по шине ENL в широковещательном режиме, т.е. всем абонентам на шине ENL, и через перекрестное подключение эти данные поступают так же в резервный процессор автоматизации. Таким образом, исключают дополнительную периодическую передачу текущих данных из активного процессора автоматизации 3i в резервный процессор автоматизации 3i. (процедуру обновления текущих данных), обеспечивая безударное переключение на резерв без потери данных при меньшей информационной нагрузке на активный процессор автоматизации. Передачу времязависимых результатов обработки данных из основного процессора автоматизации в резервный (выполнение процедуры обновления времязависимых данных) производят также через перекрестное подключение процессоров автоматизации к шине ENL. Таким образом обеспечивают безударное переключение на резерв, без введения для этого отдельного интерфейса.

Шина EN 2 построена на базе интерфейса Industrial Ethernet с кольцевым способом резервирования. Шина EN 2 в основном режиме резервирования, обеспечивающем сохранение работоспособности при любых однократных ошибках в сетевом оборудовании, выполнена в виде одной кольцевой шины из последовательно соединенных сетевых коммутаторов, ее используют для подключения нерезервированных и резервированных процессоров автоматизации, при этом нерезервированные процессоры автоматизации 3 (абоненты сети) подключены к шине EN 2 по двум абонентским каналам А и В - по каналу А к одному сетевому коммутатору, а по каналу В - к другому сетевому коммутатору, резервированные процессоры автоматизации подключены к шине по четырем каналам, а именно по каналам А и В каждого из двух процессоров к двум коммутаторам, причем оба процессора могут быть подключены к одним и тем же или разным парам сетевых коммутаторов. Передачу и прием данных производят только по одному каналу активного абонента.

Обнаружение отказов магистральных связей в кольцевой шине EN 2 и их восстановление осуществляет один из коммутаторов, назначаемый менеджером резервирования. Менеджер резервирования поддерживает кольцо разомкнутым и контролирует целостность кольца путем передачи диагностических сообщений с одного конца и приема их с другого конца разомкнутого кольца. При отсутствии сообщений на приемном конце в случае обрыва магистральной связи менеджер резервирования замыкает кольцо и тем самым восстанавливает магистральную цепь передачи данных. Абонентские каналы связи активных каналов контролируют средствами Ethernet и путем передачи абонентами диагностических сообщений с регистрацией отказов каналов и связанных с ними коммутаторов. Восстановление работоспособности шины при любых однократных отказах абонентских связей и коммутаторов выполняют с помощью двухканального подключения каждого абонента. При отказе активного абонентского канала связи или коммутатора, к которому абонент подключен по этому каналу, абонент переключают на другой резервный канал связи, подключенный к другому коммутатору. Переводят этот канал из резервного состояния в активное, а ранее активный канал переводят в резервный. Двухканальное подключение процессоров автоматизации в отличие от одноканального, которое использует прототип, исключает необходимость переключения на резервный абонент и потерю управления шиной и данных на время переключения при наиболее вероятных однократных отказах абонентских связей и сетевых коммутаторов. При отказе обоих каналов активного процессора автоматизации производят переключение на резервный абонент, подключенный к шине EN 2 по своим двум каналам. На каждом целевом сеансе связи производят также контроль работы абонентов-получателей, а также абонентов-отправителей и связей между ними при передаче каждой целевой телеграммы путем квитирования приема телеграммы абонентом-получателем. В случае отсутствия телеграммы квитирования от абонента-получателя на целевом сеансе связи при повторении передачи целевой телеграммы n раз и исправности канала абонента-передатчика регистрируют недоступность абонента-получателя и при последующих сеансах связи с данным абонентом передачу целевой телеграммы не повторяют, пока не восстановится связь с абонентом и не будет получена телеграмма квитирования, что позволяет уменьшить время сеансов связи с неисправным абонентом и загрузку шины.

Шина EN в режиме резервирования с повышенной отказоустойчивостью, обеспечивающем сохранение работоспособности при любых однократных и двукратных ошибках в сетевом оборудовании, выполнена в виде двух физически несвязанных кольцевых шин А и В последовательно соединенных сетевых коммутаторов (дублированное кольцо), ее используют только для подключения резервированных процессоров автоматизации, при этом каждый процессор автоматизации подключен к шинам по двум абонентским каналам А и В: по каналу А к сетевому коммутатору шины А, а по каналу В к сетевому коммутатору шины В, причем активный и резервный процессоры автоматизации подключены к разным коммутаторам шины А и шины В.

Контроль магистральных и абонентских связей в каждой из двух кольцевых шин производят так же, как в шине EN, с основным режимом резервирования.

Магистральные цепи передачи данных при отказе магистральных связей в каждой из двух кольцевых шин восстанавливают менеджеры резервирования.

Восстановление связей между абонентами при отказах абонентских связей и сетевых коммутаторов выполняют следующим образом. При отсутствии неисправностей в сетевом оборудовании каждый абонент передает адресованные телеграммы другим абонентам по одной активной на данном сеансе связи шине с квитированием их получения, а принимает от других абонентов по двум шинам. Широковещательные телеграммы без квитирования передают и принимают по двум шинам одновременно. При отказе одного из абонентских каналов, зарегистрированного средствами контроля абонентских связей, абонент инициирует процедуру обновления информации о состоянии каналов связи всех абонентов в каждом абоненте, для чего он посылает служебное широковещательное сообщение по другому каналу с указанием отказавшего канала, номера абонента, у которого отказал канал, и номера абонента-отправителя телеграммы, а все другие абоненты, получив телеграмму с одинаковым значением адреса абонента-отправителя и абонента, у которого отказал канал, транслируют эти телеграммы другим абонентам по обоим каналам, с указанием собственного адреса отправителя. Телеграммы с разными номерами абонента-отправителя и абонента с отказавшим каналом не транслируются. Полученная каждым активным абонентом информация передается резервному абоненту. Таким образом, в результате выполнения данной процедуры каждый абонент сети имеет информацию о текущем состоянии каналов связи других абонентов.

Перед каждым сеансом связи активный абонент-передатчик производит проверку исправности собственных каналов и каналов абонента-получателя в данном сеансе связи и производит передачу телеграммы по шине, каналы подключения к которой обоих абонентов (передатчика и приемника) исправны. При передаче телеграммы выполняют контроль доставки телеграммы получателю с помощью квитирования. В случае непоступления квитанции от абонента-получателя при повторении передачи телеграммы n раз абонент-отправитель считает, что абонент-получатель по данному каналу не доступен, отмечает его в таблице состояния как не доступный по данному каналу и выбирает для связи другой канал, если он исправен, переводя его в режим активного (ранее активный канал переводится в резервное состояние) на данном сеансе связи. В случае недоступности абонента получателя по обеим шинам, например вследствие его неисправности или временного отключения, при исправных каналах передатчика и приемника, или недоступности по одной шине при неисправности канала на другой шине соответствующие каналы или канал отмечают как недоступные, при этом переключения на резервного абонента не производят. При следующем обращении абонента-передатчика к недоступному абоненту и неполучении при этом квитанции от получателя передача телеграммы не повторяется. Таким образом, на каждом сеансе связи в зависимости от состояния каналов абонентов, участвующих в сеансе связи, абонент-передатчик назначает активный и резервный каналы связи, выбирая путь доставки телеграммы по шине А или В абоненту-получателю, который может принимать телеграммы по обеим шинам.

Если у абонента-передатчика оба канала неисправны или если неисправен один канал и при этом у абонента-получателя неисправен канал на другой шине, то абонент-передатчик переходит в состояние резервного, а ранее резервный абонент переходит в состояние активного, при этом новый активный абонент инициализирует процедуру обновления информации о состоянии каналов абонентов шины.

В связи с тем, что в процедуре обмена данными одна и та же телеграмма может передаваться несколько раз, то для того, чтобы повторные телеграммы не воспринимались абонентом-получателем как разные телеграммы, в них предусматриваются индивидуальные идентификаторы, независимо формируемые для данного абонента-получателя и абонента-приемника.

Станция ввода-вывода 7i в нерезервированной конфигурации содержит один или два нерезервированных интерфейсных модуля 5i и до 16 нерезервированных модулей ввода/вывода 6i, каждый из которых по отдельным последовательным интерфейсам шины ввода-вывода 7i с полнодуплексным режимом передачи данных подключен к обоим интерфейсным модулям 5i., при этом интерфейсный модуль является единственным ведущим абонентом на шине ШВВ, модули ввода/вывода являются ведомыми абонентами, и принимают данные от интерфейсного модуля, и передают ответные данные на шину ШВВ только при поступлении запросов от интерфейсного модуля. Шина ввода/вывода с радикальным подключением модулей ввода/вывода по отдельным последовательным интерфейсам обеспечивает более высокую отказоустойчивость по сравнению с магистральными шинами, используемыми в аналогах и прототипе.

Станцию ввода/вывода в нерезервированной конфигурации с одним интерфейсным модулем подключают по нерезервированной шине ENL к нерезервированному процессору автоматизации. В начале цикла интерфейсный модуль принимает от процессора автоматизации данные или запросы на прием данных и передает подтверждения о приеме данных или ответные данные модулей ввода/вывода, подготовленные интерфейсным модулем на предыдущем цикле. Принятые от процессора автоматизации данные интерфейсный модуль передает в модули ввода/вывода станции ввода/вывода по последовательным интерфейсам шины ввода/вывода через буфера передачи типа FIFO с объемом, большим, чем максимальная длина передаваемых данных одного модуля ввода/вывода. В ответ на поступление данных модули ввода/вывода передают телеграммы подтверждения (квитирования) получения данных. Из буферов FIFO интерфейсный модуль передает данные по последовательным интерфейсам практически одновременно во все модули ввода/вывода станции, не дожидаясь поступления квитанций, анализ которых он производит после завершения передачи всех данных по тайм-ауту, что сокращает время передачи данных.

В конце цикла интерфейсный модуль выполняет сбор данных от модулей ввода/вывода для передачи их в процессор автоматизации в начале следующего цикла. Для этого интерфейсный модуль выдает через передающие буфера FIFO в модули ввода/вывода запросы на прием, в ответ на которые модули ввода/вывода одновременно передают запрашиваемые данные, которые поступают в буфера приема типа FIFO интерфейсного модуля с объемом, большим, чем максимальная длина принимаемых данных. Анализ принятых данных интерфейсный модуль производит после завершения приема данных от всех модулей ввода/вывода по тайм-ауту, что сокращает время передачи данных. Таким образом, обмен данными между интерфейсным модулем и всеми модулями ввода/вывода станции производится по последовательным интерфейсам шины ввода/вывода одновременно, что позволяет существенно сократить время обмена данными по сравнению с магистральными последовательными интерфейсами, применяемыми в аналогах.

Станция ввода-вывода 7i в резервированной конфигурации содержит пару резервированных интерфейсных модулей 5i и до 8 пар резервированных модулей ввода/вывода 6i, каждый из которых по отдельным последовательным интерфейсам шины ввода-вывода 7i подключен к обоим интерфейсным модулям 5i., при этом интерфейсные модули связаны друг с другом по отдельным последовательным интерфейсам, а пары модулей ввода/вывода по двунаправленным сигнальным линиям, с помощью которых управляют резервированием модулей, т.е. переключением активного модуля в резервное состояние, а ранее резервного модуля в активное состояние на основе оценки работоспособности партнера и собственной работоспособности по результатам оперативного самоконтроля. Активный интерфейсный модуль запрашивает по последовательным интерфейсам собственной шины ШВВ данные от активных и резервных модулей ввода/вывода, которые поступают в активный интерфейсный модуль для передачи на следующем цикле из активного интерфейсного модуля в активный и резервный процессоры автоматизации. Резервный модуль, в свою очередь, в конце цикла опрашивает активные и резервные модули ввода/вывода по последовательным интерфейсам своей шины ввода/вывода, но не передает принятые данные в процессорные модули по шине ENL.

При отказе активного модуля ввода/вывода резервный модуль становится активным. Интерфейсный модуль определяет это при очередном опросе ранее активного модуля ввода/вывода. Информация, полученная от неисправного модуля, не является действительной, и интерфейсный модуль берет информацию, полученную от резервного модуля. Таким образом, выполняют безударное переключение резерва на уровне модулей ввода/вывода, не используя для этого процедуру обновления текущих данных модулей ввода/вывода и исключая потери данных. Обновление времязависимых результатов предварительной обработки модулей ввода/вывода производят на каждом цикле в интерфейсном модуле путем передачи их из области памяти, в которой сохраняются данные активных модулей ввода/вывода в область памяти резервных модулей.

При отказе активного интерфейсного модуля его переключают в резервное состояние, а резервный модуль в активное состояние. Процессор автоматизации определяет это при очередном опросе активного интерфейсного модуля в начале цикла и полученные от интерфейсного модуля данные не использует, т.к. они являются недействительными. В конце этого цикла резервный интерфейсный модуль выполняет очередной опрос модулей ввода/вывода и готовит данные для передачи процессору автоматизации на следующем цикле, в начале которого резервный интерфейсный модуль устанавливают в активное состояние. На следующем цикле процессор автоматизации по второму каналу шины ENL производит передачу данных в новый активный интерфейсный модуль и прием данных модулей ввода/вывода, подготовленных этим интерфейсным модулем на предыдущем цикле. Таким образом, минимизируются потери данных при переключении резерва на уровне интерфейсных модулей.

Данные управления активный интерфейсный модуль передает только в активные модули ввода/вывода. При отказе модуля ввода/вывода интерфейсный модуль передает данные управления в резервный модуль, который становится активным. При отказе интерфейсного модуля он блокирует передачу данных управления в модули ввода/вывода, процессор автоматизации определяет это при очередном опросе интерфейсных модулей и на следующем цикле передает эти данные в резервный интерфейсный модуль, который становится активным, и транслирует их в активные модули ввода/вывода.

Станцию ввода/вывода в нерезервированной конфигурации с двумя интерфейсными модулями могут подключать по двум нерезервированным шинам ENL к нерезервированным процессорам автоматизации. В этой конфигурации станции ввода/вывода возможен независимый доступ к модулям ввода/вывода 6, управления исполнительными механизмами из двух нерезервированных процессоров автоматизации 3 по отдельным нерезервированным шинам ENL 4, интерфейсным модулям 5i и линиям шин ввода-вывода 7i. Это может быть использовано в нерезервированной на уровне компонентов комплекса системе безопасности для независимого управления общей исполнительной арматурой со стороны системы безопасности и системы нормальной эксплуатации в соответствии с приоритетом, установленным в модулях ввода/вывода 6, и исключает какое-либо воздействие системы нормальной эксплуатации на работу системы безопасности.

Программно-технический комплекс дает возможность построения на его базе систем нормальной эксплуатации без резервирования и с двукратным резервированием на уровне компонентов комплекса, а также систем безопасности атомных станций, нерезервированных на уровне компонентов комплекса, но резервированных на уровне подсистем (каналов безопасности) и других объектов автоматизации.

В системе безопасности передача данных между процессорами автоматизации происходит по шинам ENS, обеспечивающим построение вычислительных и коммуникационных структур с высокой отказоустойчивостью. В системе безопасности выполняют также многократное резервирование на уровне подсистем - каналов безопасности, выполняющих одни и те же прикладные задачи, путем организации связей каждого канала безопасности с каждым другим каналом по отдельным шинам ENS по мажоритарному принципу и обработки принимаемых по этим шинам данных на прикладном уровне в процессорах автоматизации каналов безопасности в соответствии с выбранными правилами голосования. Шины ENS выполнены на базе интерфейса Industrial Ethernet с кольцевым способом резервирования, но при этом в отличие от шины EN процессоры автоматизации подсоединены к коммутаторам шины по одному каналу, а магистральные связи между коммутаторами шин, относящихся к каналам безопасности, блочному и резервному пульту управления, выполнены в виде оптоволоконных кабелей, что обеспечивает защиту от отказов по общим причинам, вызывающих физические воздействия на сопрягаемые компоненты.

Передачу данных по шинам ENS осуществляют с помощью телеграмм, индексируемых на прикладном уровне протоколов в соответствии с номерами каналов, по которым их передают. При приеме телеграмм абонент анализирует их на принадлежность к данному каналу и отбрасывает телеграммы, у которых индекс не совпадает с номером канала из-за возможной неисправности абонента-передатчика. Таким образом вводят защиту от отказов по общей причине, когда, например, абонент-передатчик в результате отказа формирует и передает по каналу телеграмму с индексом, относящимся к другому каналу, что может привести к ошибочному результату при голосовании и нарушению работы исправного абонента-приемника.

В прикладных протоколах шин ENS в процессорах автоматизации предусмотрены средства поочередного опроса приемных буферов каналов шин ENS, независимо от их заполнения. Таким образом, вводят дополнительную защиту от отказов по общей причине, когда, например, абонент-передатчик в результате отказа начинает передавать данные по каналу со слишком высокой скоростью, превышающей скорость обработки данных в приемнике, что при отсутствии средств защиты может привести к нарушению работы исправного абонента-приемника из-за потери телеграмм, принимаемых по другим каналам.

1. Комплекс программно-аппаратных средств управления технологическими процессами тепловых и атомных станций, содержащий программируемые контроллеры, системную шину, выполненную на базе интерфейса Industrial Ethernet и стандартных сетевых коммутаторов по кольцевой топологии связи для обмена данными между программируемыми контроллерами и связи с верхним уровнем, станции ввода/вывода, связанные шинами с программируемыми контроллерами и содержащие интерфейсные модули и модули ввода/вывода, отличающийся тем, что в него введены: процессоры автоматизации, подключаемые к системной шине EN с собственным прикладным протоколом, локальная шина ENL, выполненная на базе интерфейса Industrial Ethernet и стандартных сетевых коммутаторов по радиальной топологии связи для подключения к процессору автоматизации интерфейсных модулей и обмена данными процессоров автоматизации с модулями связи с технологическим процессом (модулями ввода/вывода), через интерфейсные модули станций ввода/вывода, причем в прикладных протоколах шины ENL установлены средства обмена данными с интерфейсными модулями с минимально возможным для интерфейса Industrial Ethernet временем обмена; шины ENS, выполненные на базе интерфейса Industrial Ethernet и стандартных сетевых коммутаторов по кольцевой топологии связи для обмена данными между процессорами автоматизации системы безопасности, причем в прикладных протоколах шин ENS установлены средства, поочередного опроса приемных буферов каналов подключения к шинам ENS независимо от их заполнения, средства индексирования передаваемых телеграмм в соответствии с номером канала, а также средства анализа принимаемых телеграмм на принадлежность данному каналу и блокировки обработки телеграмм, не принадлежащих этому каналу, а в станциях ввода/вывода могут быть установлены до двух интерфейсных модулей и модули связи с технологическим процессом (модули связи), при этом каждый интерфейсный модуль связан с модулями связи по отдельным последовательным интерфейсам шины ввода/вывода по радиальной топологии связи.

2. Комплекс программно-аппаратных средств управления технологическими процессами тепловых и атомных станций по п.1, отличающийся тем, что процессоры автоматизации, интерфейсные модули и модули ввода/вывода и шины EN, ENL и ШВВ снабжены средствами резервирования, обеспечивающими построение систем высокой надежности и отказоустойчивости с безударным переключением на резерв без потери информации; в режиме резервирования на уровне компонентов комплекса (процессора автоматизации, интерфейсного модуля, модуля ввода/вывода, шин EN, ENL, ШВВ) каждый из двух резервированных процессоров автоматизации подключен к резервированной шине ENL и через нее к резервированным интерфейсным модулям по двум каналам: по одному каналу к коммутатору собственной шины, по другому к коммутатору шины партнера (перекрестное подключение), при этом к другим портам коммутаторов подключаются интерфейсные модули; интерфейсный модуль связан с резервированными модулями ввода/вывода по отдельным резервированным последовательным интерфейсам шины ввода/вывода, при этом резервированные процессоры автоматизации и интерфейсные модули связаны со своими партнерами по отдельным последовательным интерфейсам, а резервированные модули ввода/вывода связаны со своими партнерами по двунаправленным сигнальным линиям связи.

3. Комплекс программно-аппаратных средств управления технологическими процессами тепловых и атомных станций по п.1, отличающийся тем, что шина EN в основном режиме резервировании, предназначенном для подключения резервированных и нерезервированных процессоров автоматизации, выполнена в виде одной кольцевой шины из последовательно соединенных сетевых коммутаторов, при этом каждый процессор автоматизации подключен к шинам по двум абонентским каналам А и В, по каналу А к одному сетевому коммутатору, а по каналу В - к другому сетевому коммутатору.

4. Комплекс программно-аппаратных средств управления технологическими процессами тепловых и атомных станций по п.1, отличающийся тем, что шина EN в режиме резервирования с повышенной отказоустойчивостью, предназначенном только для подключения резервированных процессоров автоматизации, выполнена в виде двух физически не связанных кольцевых шин А и В последовательно соединенных сетевых коммутаторов (дублированное кольцо), при этом каждый процессор автоматизации подключен к шинам по двум абонентским каналам А и В: по каналу А к сетевому коммутатору шины А, а по каналу В к сетевому коммутатору шины В, при этом активный и резервный процессоры подключены к разным парам коммутаторов.

5. Комплекс программно-аппаратных средств управления технологическими процессами по п.1, отличающийся тем, что нерезервированная станция ввода/вывода в конфигурации, предназначенной для независимого доступа двух процессоров автоматизации к модулями ввода/вывода, управляющих исполнительными механизмами, содержит два интерфейсных модуля, которые связаны по отдельным последовательным интерфейсам со всеми модулями станции и подключены по двум нерезервированным шинам ENL к двум процессорам автоматизации.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к системам управления технологическими процессами, а именно к осуществлению контроля данных на контурах управления процессами, используемых в таких системах.

Изобретение относится к системе управления и контроля распределительного шкафа с, по меньшей мере, одним распределительным шкафом (G1 Gn), устройством (ÜS, ÜS1) управления и контроля и обслуживающей и информационной системой, которая имеет выполненные для дистанционного обслуживания пользовательские компоненты, а также компоненты обработки данных, передачи данных и памяти, а также содержит устройство пользовательской поддержки и устройство конфигурирования.

Изобретение относится к регистрации диагностических данных, которые имеют отношение к работе элемента оборудования. .

Изобретение относится к управлению технологическими процессами. .

Изобретение относится к системам управления технологическим процессом, в частности к интерфейсному модулю обработки данных. .

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике

Изобретение относится к средствам изменения программы в режиме онлайн в системах автоматизации

Изобретение относится к системе (1) информационного обеспечения обработки процессов на основе электронного обмена данными для получения информации (37, 39) для обработки процессов (2), причем получение (34) информации осуществляется посредством по меньшей мере одной прикладной подсистемы (24), которая обеспечивает получение информации (37, 39), относящейся к имеющейся ситуации (ситуативной информации)

Изобретение относится к вычислительной технике

Изобретение относится к области контроллеров с программируемой логикой

Изобретение относится к непрерывной герметичной упаковке разливаемых пищевых продуктов. Технический результат - повышенная гибкость задания конфигурации без необходимости настройки программного обеспечения автоматизированной линии в фасовочных автоматах, разливочных автоматах и в единицах распределительного оборудования. Система упаковки включает в себя: упаковочную линию, содержащую фасовочную машину для производства герметичных упаковок, содержащих пищевой продукт, и последующие единицы распределительного оборудования, соединенные с помощью конвейеров, причем все включают в состав систему управления; контроллер линии для управления заданием конфигурации, связью и контролем упаковочной линией; общий дисплей служебных сообщений для визуальной информации относительно работы используемого оборудования; и сеть связи для соединения контроллера линии с используемым оборудованием; причем контроллер линии включает в себя: конфигуратор линии для упрощения и обеспечения эффективной установки, запуска и настройки линии на производственном участке по принципу автоматического распознавания и конфигурирования; модуль управления линией для оптимизации рабочей характеристики линии и материальных потоков в течение производства; модуль администратора наборов команд для обеспечения гибкости производства путем повышения качества удобных для использования ресурсов линии и материала; и оптимизатор конвейера для оптимизации транспортировки продукции по конвейерам. 3 н. и 22 з.п. ф-лы, 34 ил.

Изобретение относится к системам управления технологическим процессом. Система связи содержит беспроводной блок питания и связи (100, 200, 300, 350, 360, 400), сконфигурированный с возможностью подключения к полевому устройству (14) и для обеспечения рабочего питания и проводной цифровой связи между блоком (100, 200, 300, 350, 360, 400) и полевым устройством (14). Электронное ВЧ-устройство (366) в блоке (100, 200, 300, 350, 360, 400) сконфигурировано для радиочастотной связи. В одном варианте реализации источник (365) питания в блоке включает в себя один или несколько солнечных элементов (116), преобразующих солнечную энергию в электрическую для питания и блока (100, 200, 300, 350, 360, 400), и полевого устройства (14). Блок (100, 200, 300, 350, 360, 400) взаимодействует с полевым устройством (14) согласно стандартному протоколу производственной связи. Блок (100, 200, 300, 350, 360, 400) связан по беспроводному каналу с внешним устройством, например с пунктом управления (12), исходя из взаимодействия с полевым устройством (14). Технический результат - расширение возможностей мониторинга технологического процесса. 32 з.п. ф-лы, 9 ил.
Наверх