專利名稱：一種多層次自動(dòng)化控制系統(tǒng)的構(gòu)架的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于工業(yè)自動(dòng)化控制技術(shù)領(lǐng)域，主要提出一種多層次自動(dòng)化控制系統(tǒng)的構(gòu)
^K O
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中大型自動(dòng)化控制系統(tǒng)普遍存在網(wǎng)絡(luò)通信量大，造成通信速度低的特點(diǎn)，主要是因?yàn)槟壳暗娜魏我粋€(gè)工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和執(zhí)行機(jī)構(gòu)較多且分散布置，造成子站端都較多，以鋁合金帶或鋼帶熱軋機(jī)為例來(lái)說(shuō)，鋁合金帶或鋼帶熱軋機(jī)一般擁有> 100個(gè)子站端，所述的子站端為信號(hào)的采集或信號(hào)的發(fā)出終端，采集終端包含電機(jī)溫度傳感器、電機(jī)速度傳感器等；信號(hào)發(fā)出終端包含如直流電機(jī)裝置、交流電機(jī)變頻器、和操作臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)指示燈等；現(xiàn)有技術(shù)中自動(dòng)化控制系統(tǒng)采用扁平網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架，自動(dòng)化控制系統(tǒng)所采用的扁平網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架只有一臺(tái)主控制器，所述的主控制器可為主控制計(jì)算機(jī)/服務(wù)器或主控制PLC (—般為具有強(qiáng)大功能的CPU的PLC主站)作為整套控制系統(tǒng)的控制核心，用于完成整套控制系統(tǒng)的流程和基礎(chǔ)邏輯控制并充當(dāng)與控制構(gòu)架中的人機(jī)界面(HMI)進(jìn)行數(shù)據(jù)交流的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器和作為與外部系統(tǒng)連接的中轉(zhuǎn)站；如圖2所示，一臺(tái)主控制器通過(guò)單層 TCP/IP,Profibus-DP等通訊協(xié)議與所有的子站端連通，多個(gè)子站端均將自身所采集的信號(hào)反饋給主控制器或通過(guò)通訊從主控制器獲取所需發(fā)出的信號(hào)。由主控制器完成所有控制運(yùn)算及協(xié)調(diào)，由于信息處理集中造成程序龐大且集中，很難有多人協(xié)同編寫和維護(hù)，致使管理人員在長(zhǎng)期運(yùn)行及維護(hù)中任務(wù)交割不分明，同時(shí)還造成程序運(yùn)行緩慢。由于處理器能力有限，很難實(shí)現(xiàn)多線程操作，影響生產(chǎn)精度和效率；按照現(xiàn)有工業(yè)通信協(xié)議要求，如圖1所示， 一個(gè)網(wǎng)段的每個(gè)子站端只能與這個(gè)網(wǎng)段的唯一的主站進(jìn)行被動(dòng)數(shù)據(jù)交換，且數(shù)據(jù)交換只能在主站通信掃描周期內(nèi)的對(duì)應(yīng)時(shí)間完成，也就是說(shuō)主站提供連續(xù)環(huán)式通信掃描，一個(gè)通信掃描周期的結(jié)束就是一個(gè)新的通信掃描周期的開始；主站將在每個(gè)通信掃描周期分割一段給其網(wǎng)段內(nèi)每一個(gè)子站，這樣的通信方式使得實(shí)際每個(gè)子站的通信速度是=公稱帶寬/網(wǎng)段內(nèi)子站數(shù)量。如此以來(lái)，子站越多速度越慢致使這種控制方法的局限性很大，而且容易造成通信慢，影響生產(chǎn)精度。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提出一種多層次自動(dòng)化控制系統(tǒng)的構(gòu)架。本發(fā)明為完成上述發(fā)明任務(wù)采用如下技術(shù)方案
一種多層次自動(dòng)化控制系統(tǒng)的構(gòu)架，主要包括頂層控制構(gòu)架、中間層控制構(gòu)架和末端控制構(gòu)架；所述的末端控制構(gòu)架，具有多個(gè)末端控制單元，所述的末端控制單元也稱為子站，為現(xiàn)場(chǎng)I/O-即輸入或輸出終端，所述的多個(gè)末端控制單元分別對(duì)應(yīng)于所控制的或所需采集的信號(hào)源設(shè)置；在末端控制構(gòu)架中，將功能相同或相似的若干個(gè)末端控制單元合并為一組；按功能劃分的多組末端控制單元分別通過(guò)末端網(wǎng)絡(luò)與中間層控制構(gòu)架中相應(yīng)功能的功能塊控制器連通；所述的中間層控制構(gòu)架包含有若干個(gè)功能塊控制器，每個(gè)功能塊控制器通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連通控制一組或兩組或兩組以上的末端控制單元，用于控制某一功能，獨(dú)立處理與其功能相關(guān)的所有信號(hào)；中間層控制構(gòu)架中的功能塊控制器通過(guò)二級(jí)中間層網(wǎng)絡(luò)與中間層控制構(gòu)架中的上一層功能塊控制器連通或通過(guò)一級(jí)中間層網(wǎng)絡(luò)直接與頂層控制構(gòu)架連通，接受上一層功能塊控制器或頂層控制構(gòu)架與其功能相關(guān)的所有命令，并向上一層功能塊控制器或頂層控制構(gòu)架反饋所有執(zhí)行結(jié)果和自身的狀態(tài)；所述中間層控制構(gòu)架中的上一層功能塊控制器通過(guò)一級(jí)中間層網(wǎng)絡(luò)與頂層控制構(gòu)架連通；所述的頂層控制構(gòu)架具有至少一臺(tái)主控制器，接收中間層控制構(gòu)架中的若干個(gè)功能塊控制器所反饋的執(zhí)行結(jié)果和自身狀態(tài)并向中間層控制構(gòu)架中的若干個(gè)功能塊控制器發(fā)出功能控制指令。根據(jù)中間層控制構(gòu)架所具有的功能塊控制器數(shù)量和功能，所述的中間層控制構(gòu)架中的功能塊控制器按照功能劃分為一層或多層，即將中間層控制構(gòu)架中的功能塊控制器按照功能進(jìn)行分類并組；將功能相同或相近的功能塊控制器并和為一組，并通過(guò)二級(jí)中間層網(wǎng)絡(luò)與中間層控制構(gòu)架中的上一層相應(yīng)功能的功能塊控制器連通，所述的中間層控制構(gòu)架中的上一層相應(yīng)功能的功能塊控制器通過(guò)一級(jí)中間層網(wǎng)絡(luò)與頂層控制構(gòu)架連通。所述的頂層控制構(gòu)架具有若干臺(tái)主控制器時(shí)，所述的中間層控制構(gòu)架中的最上一層的功能塊控制器與頂層控制構(gòu)架的一臺(tái)主控制器通信連通或分別與其中一臺(tái)主控制器 ^Mfn J^lM ο所述的末端網(wǎng)絡(luò)為TCP/IP、ProfibUS-DP協(xié)議或其它協(xié)議。所述的一級(jí)中間層網(wǎng)絡(luò)、二級(jí)中間層網(wǎng)絡(luò)為TCP/IP、Profibus-DP協(xié)議或其它協(xié)議。本發(fā)明提出的一種多層次自動(dòng)化控制系統(tǒng)的構(gòu)架，在頂層控制構(gòu)架與末端控制構(gòu)架之間設(shè)置若干個(gè)功能塊控制器，將多個(gè)末端控制單元按功能劃分，使其分別與對(duì)應(yīng)的中間層控制構(gòu)架中的功能塊控制器連通，由功能塊控制器控制與其所有相關(guān)的末端控制單元，執(zhí)行命令情況和自身狀態(tài)通過(guò)層層遞進(jìn)的方式反饋給頂層控制構(gòu)架，避免出現(xiàn)控制混亂或包含原始數(shù)據(jù)通信的現(xiàn)象，減少了通信量和通信對(duì)象，增加了處理能力，從而解決了現(xiàn)有技術(shù)中程序運(yùn)行慢、故障檢修困難的問(wèn)題，提高了生產(chǎn)精度和效率。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中標(biāo)準(zhǔn)控制器CPU的通信掃描周期。圖2為現(xiàn)有技術(shù)中大型自動(dòng)化控制系統(tǒng)扁平網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，1、主控制器，2、外圍設(shè)備，3、控制網(wǎng)絡(luò)，4、頂層控制構(gòu)架，5、外接網(wǎng)絡(luò)，6、一級(jí)中間層網(wǎng)絡(luò)，7、中間層控制構(gòu)架的上一層功能塊控制器，8、二級(jí)中間層網(wǎng)絡(luò)，9、中間層控制構(gòu)架，10、末端網(wǎng)絡(luò)，11、末端控制構(gòu)架，12、末端控制單元。
具體實(shí)施例方式結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明加以說(shuō)明，該實(shí)施例中以鋁合金帶熱軋機(jī)為例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明，但本發(fā)明不僅僅局限于下述實(shí)施例，而可應(yīng)用于所有自動(dòng)化控制系統(tǒng)
如圖3所示，一種多層次自動(dòng)化控制系統(tǒng)的構(gòu)架，主要包括頂層控制構(gòu)架4、中間層控制構(gòu)架9和末端控制構(gòu)架11 ；所述的末端控制構(gòu)架11，具有多個(gè)末端控制單元12，所述的末端控制單元也稱為子站，為現(xiàn)場(chǎng)I/O-即輸入或輸出終端，所述的多個(gè)末端控制單元12分別對(duì)應(yīng)于所控制的或所需采集的信號(hào)源設(shè)置；如鋁合金帶熱軋機(jī)中的主機(jī)、雙卷取傳動(dòng)電機(jī)直流裝置、各種泵站現(xiàn)場(chǎng)I/O、各種閥臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)I/O和各種操作臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)I/O等；在末端控制構(gòu)架11中，將功能相同或相似的若干個(gè)末端控制單元合并為一組；按功能劃分的多組末端控制單元分別通過(guò)末端網(wǎng)絡(luò)10與中間層控制構(gòu)架中相應(yīng)功能的功能塊控制器連通；所述的中間層控制構(gòu)架9包含有若干個(gè)功能塊控制器，每個(gè)功能塊控制器通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連通控制一組末端控制單元12，用于控制某一功能，獨(dú)立處理與其功能相關(guān)的所有信號(hào)；如主機(jī)、雙卷取傳動(dòng)電機(jī)直流裝置等劃入主傳動(dòng)控制，并通過(guò)末端網(wǎng)絡(luò)與中間層控制構(gòu)架中的同一功能塊控制器連通，共同由主傳動(dòng)功能塊控制器完成控制；將泵站現(xiàn)場(chǎng)I/O、閥臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)I/O等并和為一組，通過(guò)末端網(wǎng)絡(luò)與中間層控制構(gòu)架中的液壓功能塊控制器連通，由液壓功能塊控制器控制。中間層控制構(gòu)架9中的功能塊控制器通過(guò)一級(jí)中間層網(wǎng)絡(luò)6與頂層控制構(gòu)架 8連通，接受頂層控制構(gòu)架與其功能相關(guān)的所有命令，并向頂層控制構(gòu)架8反饋所有執(zhí)行結(jié)果和自身的狀態(tài)；如果中間層控制構(gòu)架9中的中間層控制功能塊較多，可將功能近似的中間層控制功能塊進(jìn)一步合并，由中間層控制構(gòu)架中的上一層功能塊控制器7控制，即功能塊控制器通過(guò)二級(jí)中間層網(wǎng)絡(luò)8與中間層控制構(gòu)架中的上一層功能塊控制器7通信連通； 構(gòu)成中間層控制構(gòu)架的二層構(gòu)架結(jié)構(gòu)；減少頂層控制構(gòu)架中主控制器的一級(jí)中間層網(wǎng)絡(luò)內(nèi)子站數(shù)量，使多層次控制構(gòu)架得到進(jìn)一步的分層，且減少了通信數(shù)據(jù)減少了每個(gè)子站的通信掃描周期，縮短了整個(gè)網(wǎng)段的掃描周期，可相對(duì)加快每個(gè)網(wǎng)段內(nèi)通信速度。所述中間層控制構(gòu)架9中的上一層功能塊控制器7通過(guò)一級(jí)中間層網(wǎng)絡(luò)6與頂層控制構(gòu)架4連通；所述的頂層控制構(gòu)架4具有至少一臺(tái)主控制器，接收中間層控制構(gòu)架中的若干個(gè)功能塊控制器所反饋的執(zhí)行結(jié)果和自身狀態(tài)并向中間層控制構(gòu)架中的若干個(gè)功能塊控制器發(fā)出功能控制指令。根據(jù)末端控制構(gòu)架所具有末端控制單元的數(shù)量和功能，所述的中間層控制構(gòu)架9中的功能塊控制器按照功能劃分為一層或多層，即將中間層控制構(gòu)架的功能塊控制器按照功能進(jìn)行分類并組；將功能相同或相近的功能塊控制器并和為一組，并通過(guò)二級(jí)中間層網(wǎng)絡(luò)8 與中間層控制構(gòu)架中的上一層相應(yīng)功能的功能塊控制器7連通，所述的中間層控制構(gòu)架中的上一層相應(yīng)功能的功能塊控制器7通過(guò)一級(jí)中間層網(wǎng)絡(luò)6與頂層控制構(gòu)架4連通。頂層控制構(gòu)架4包含主控制器1、HMI (人機(jī)界面)和第三方系統(tǒng)及與第三方系統(tǒng)通信使用的外接網(wǎng)絡(luò)5，通常為廣泛應(yīng)用的具有通用性的TCP/IP協(xié)議方便第三方系統(tǒng)的接入。所述的主控制器可為主控制計(jì)算機(jī)/服務(wù)器或主控制PLC(—般為具有強(qiáng)大功能的CPU 的PLC主站)作為整套控制系統(tǒng)的控制核心，一般用于完成整套控制系統(tǒng)的流程控制、高級(jí)功能控制并充當(dāng)與控制構(gòu)架中的人機(jī)界面(HMI)進(jìn)行數(shù)據(jù)交流的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器和作為與外部系統(tǒng)連接的中轉(zhuǎn)站。所述的頂層控制構(gòu)架具有若干臺(tái)主控制器1時(shí)，所述的中間層控制構(gòu)架中的功能塊控制器與頂層控制構(gòu)架的一臺(tái)主控制器通信連通或分別與其中一臺(tái)主控制器通信連通。所述的末端網(wǎng)絡(luò)7為TCP/IP、Profibus-DP協(xié)議或其它協(xié)議。所述的一級(jí)中間層網(wǎng)絡(luò)6、二級(jí)中間層網(wǎng)絡(luò)8為TCP/IP Jrofibus-DP協(xié)議或其它協(xié)議。
權(quán)利要求
1.一種多層次自動(dòng)化控制系統(tǒng)的構(gòu)架，其特征在于主要包括頂層控制構(gòu)架(4)、中間層控制構(gòu)架(9)和末端控制構(gòu)架(11)；所述的末端控制構(gòu)架(11)，具有多個(gè)末端控制單元 (12)，所述的末端控制單元(12)也稱為子站，為現(xiàn)場(chǎng)I/O-即輸入或輸出終端，所述的多個(gè)末端控制單元(12)分別對(duì)應(yīng)于所控制的或所需采集的信號(hào)源設(shè)置；在末端控制構(gòu)架(11) 中，將功能相同或相似的若干個(gè)末端控制單元(12)合并為一組；按功能劃分的多組末端控制單元分別通過(guò)末端網(wǎng)絡(luò)(10)與中間層控制構(gòu)架(9)中相應(yīng)功能的功能塊控制器連通； 所述的中間層控制構(gòu)架(9)包含有若干個(gè)功能塊控制器，每個(gè)功能塊控制器通過(guò)末端網(wǎng)絡(luò) (10)連通控制一組或兩組或兩組以上的末端控制單元，用于控制某一功能，獨(dú)立處理與其功能相關(guān)的所有信號(hào)；中間層控制構(gòu)架(9)中的功能塊控制器通過(guò)二級(jí)中間層網(wǎng)絡(luò)(8)與中間層控制構(gòu)架中的上一層功能塊控制器(7)連通或通過(guò)一級(jí)中間層網(wǎng)絡(luò)(10)直接與頂層控制構(gòu)架(4)連通，接受中間層控制構(gòu)架上一層功能塊控制器(7)或頂層控制構(gòu)架(4) 與其功能相關(guān)的所有命令，并向中間層控制構(gòu)架上一層功能塊控制器(7)或頂層控制構(gòu)架 (4)反饋所有執(zhí)行結(jié)果和自身的狀態(tài)；所述中間層控制構(gòu)架的上一層功能塊控制器(7)通過(guò)一級(jí)中間層網(wǎng)絡(luò)(6)與頂層控制構(gòu)架(4)連通；所述的頂層控制構(gòu)架(4)具有至少一臺(tái)主控制器(1)，接收中間層控制構(gòu)架中的若干個(gè)功能塊控制器所反饋的執(zhí)行結(jié)果和自身狀態(tài)并向中間層控制構(gòu)架中的若干個(gè)功能塊控制器發(fā)出功能控制指令。
2.按照權(quán)利要求1所述的一種多層次自動(dòng)化控制系統(tǒng)的構(gòu)架，其特征在于根據(jù)中間層控制構(gòu)架所具有的功能塊控制器數(shù)量和功能，所述的中間層控制構(gòu)架(9)中的功能塊控制器按照功能劃分為一層或多層，即將中間層控制構(gòu)架中的功能塊控制器按照功能進(jìn)行分類并組；將功能相同或相近的功能塊控制器并和為一組，并通過(guò)二級(jí)中間層網(wǎng)絡(luò)(8)與中間層控制構(gòu)架中的上一層相應(yīng)功能的功能塊控制器連通，所述的中間層控制構(gòu)架的上一層功能塊控制器(7)通過(guò)一級(jí)中間層網(wǎng)絡(luò)(6)與頂層控制構(gòu)架(4)連通。
3.按照權(quán)利要求1所述的一種多層次自動(dòng)化控制系統(tǒng)的構(gòu)架，其特征在于所述的頂層控制構(gòu)架(4)具有若干臺(tái)主控制器(1)時(shí)，所述的中間層控制構(gòu)架中的功能塊控制器與頂層控制構(gòu)架的一臺(tái)主控制器通信連通或分別與其中一臺(tái)主控制器通信連通。
4.按照權(quán)利要求1所述的一種多層次自動(dòng)化控制系統(tǒng)的構(gòu)架，其特征在于所述的末端網(wǎng)絡(luò)(10)為TCP/IP、Profibus-DP協(xié)議或其它協(xié)議。
5.按照權(quán)利要求1所述的一種多層次自動(dòng)化控制系統(tǒng)的構(gòu)架，其特征在于所述的一級(jí)中間層網(wǎng)絡(luò)(6)、二級(jí)中間層網(wǎng)絡(luò)(8)為TCP/IP、ftx)fibuS-DP協(xié)議或其它協(xié)議。
全文摘要
本發(fā)明屬于網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)領(lǐng)域，提出一種多層次自動(dòng)化控制系統(tǒng)的構(gòu)架；主要包括頂層控制構(gòu)架(4)、中間層控制構(gòu)架(9)和末端控制構(gòu)架(7)；末端控制構(gòu)架(7)的多個(gè)末端控制單元(8)按功能合并后分別通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與中間層控制構(gòu)架(9)中相應(yīng)功能的功能塊控制器連通；中間層控制構(gòu)架(9)包含的若干個(gè)功能塊控制器通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與上一層功能塊控制器(7)連通或直接與頂層控制構(gòu)架(4)連通；頂層控制構(gòu)架(4)接收中間層控制構(gòu)架中的若干個(gè)功能塊控制器所反饋的執(zhí)行結(jié)果和自身狀態(tài)并向中間層控制構(gòu)架中的若干個(gè)功能塊控制器發(fā)出功能控制指令。本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)中程序運(yùn)行慢、故障檢修困難的問(wèn)題，提高了生產(chǎn)精度和效率。
文檔編號(hào)G05B19/418GK102393724SQ20111038851
公開日2012年3月28日 申請(qǐng)日期2011年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月30日
發(fā)明者張翀 申請(qǐng)人:洛陽(yáng)正揚(yáng)冶金技術(shù)股份有限公司