一种高性能工业分布式总线io系统的制作方法

一种高性能工业分布式总线io系统的制作方法
【专利说明】一种高性能工业分布式总线1系统
[0001]本发明涉及一种应用于自动化控制领域中的可编程控制系统或者是DCS控制系统中的分布式总线10，也可应用于楼宇自动化控制系统和分布式采集系统。
【背景技术】
[0002]现场总线技术对工业自动化系统的影响是全面、深刻的，其作用犹如数字通信技术对现代通信系统的影响，是工业控制系统当前的热点技术。基于现场总线的控制系统具有传统工业控制无法比拟的技术优势，国际市场上先进的工业控制系统都广泛采用现场总线技术，带动了工业自动化协议的整体技术发展。简单说，现场总线就是以数字通信替代了传统4-20mA模拟信号及普通开关量信号的传输，是连接智能现场设备和自动化系统的全数字、双向、多站的通信系统。主要解决工业现场的智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场设备间的数字通信以及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信息传递问题。现场总线主要应用于石油、化工、电力、医药、冶金、加工制造、交通运输、国防、航天、农业和楼宇等领域。
[0003]总线1是现场总线设备的一种重要的设备，它具有抗干扰能力强、可靠性高、方便安装、易于维护、减少投资成本等优点，在自动化系统中得到了广泛的应用。随着石油、化工、电力、医药、冶金等应用领域对现场控制设备可靠性越来越高，如果设备出现故障，给会给生产带来巨大的经济损失。这就要求生产设备不停止的运行，同样要求设备的控制系统长时间的无故障运行。基于这种对控制系统高可靠性的要求，发明了一种工业总线1系统，它实现了与总线主站、模块与模块以及1的全部冗余，当系统发生故障时，冗余配置的部件介入并承担故障部件的工作，由此减少系统的故障时间，保证系统的安全、可靠、不间断的运。并且在系统运行工作的情况下，对故障元件进行更换。

【发明内容】

[0004]本发明的目的提供一种高性能的工业分布式总线1系统，它实现与总线主站双网冗余通讯，接口模块与扩展1模块底板、扩展1模块底板与扩展1模块底板实现了双环网冗余通讯。输入输出1模块相互隔离、相互独立，同时也实现了冗余，并且实现了防爆隔离、通道隔离、中间继电器都做到了总线1系统中。在系统运行过程中，总线接口模块、扩展1模块底板、1模块在不影响系统正常工作的情况下都可以实时更换故障元件。
[0005]本发明的分布式总线1系统是由总线接口模块、扩展1模块底板、1接口模块、底板通讯接口和接线端子组成。
[0006]在发明的分布式总线1系统中有两个相互冗余的总线接口模块，总线接口模块具有一个总线通讯接口、两个底板通讯接口、和一个两台总线接口模块相互监视通讯接口。总线通讯接口符合现场总线协议标准，与总线主站相连并相互通讯。一方面，接收总线主站控制器的输出控制数据和总线1从站的控制参数，另一方面把1的输入状态数据和总线1系统的运行状态数据传送给总线主站。两个总线接口模块分别与总线主站冗余通讯接口相连，当一条总线通讯发送故障时，另外一条总线启动通讯，保证总线1从站与总线主站的实时通讯。两个底板通讯接口与其中一个扩展1模块底板上的底板通讯接口相互连接组成环网通讯结构，另一个总线接口模块的两个底板通讯接口与另外一个扩展1模块底板上的底板通讯接口相互连接组成环网通讯结构，这样就组成了双冗余的双环网通讯结构。当总线接口模块与扩展1模块底板上的底板通讯接口通讯时，发生连接电缆断路、接口模块故障时，仍然能够保证与底板通讯接口通讯。总线接口模块的两个底板通讯接口读取输入1通道的状态和运行状态，然后把数据放到对应的总线地址中供总线主站读取。总线接口模块的两个底板通讯接口把总线主站发送的控制输出数据和控制参数传送给输出1通道来执行总线主站的控制命令。两台总线接口模块的两个相互监视通讯接口相互通讯，一台总线接口模块与主站通讯时，另一台总线接口模块实时监测通讯状态，当出现工作总线接口模块发生故障时，随时把自己从备用监测状态转换成工作状态。
[0007]在发明的分布式总线1系统中两台总线接口模块可以扩展十几个扩展1模块底板，每个扩展1模块底板通过插接在上面的底板通讯接口与总线接口模块通讯。扩展1模块底板通讯连接方式为一台总线接口模块两个底板通讯接口与扩展1模块底板首尾相连串接起来形成环状网络。同样，另一台总线接口模块两个底板通讯接口与另一个扩展1模块底板首尾相连串接起来形成环状网络，这样就形成了双环网通讯网络。当网络有一个地方断路时，环网变成了串行通讯网络，仍然不影响整个系统的正常运行。当工作的总线接口模块或者底板通讯接口发生故障时，整个环网或者一个扩展1模块底板无法与总线主站正常通讯，那么另一台总线接口模块监视到工作环网的故障那么会自动从备份状态投入到工作状态，这样分布式总线1系统保证可以和总线主站保持正常通讯。
[0008]在发明的分布式总线1系统中每一个扩展1底板上面插接两个底板通讯接口、多个1接口模块和多个接线端子。两个底板通讯接口和总线接口模块连接组成双冗余环网，负责传递本扩展1底板上面的输入1接口模块状态和把控制输出数据传给输出1接口模块。1接口模块是插接在扩展1底板上面，多个1模块通过底板与底板通讯接口相互通讯，底板通讯接口通过通讯采集所有输入1接口模块的状态和发送控制输出1接口模块的命令。1接口模块分为数字量输入、数字量输出、模拟量输入、模拟量输出四大类。数字量输入按照电压类型又可以分为直流电压输入和交流电压输入，按照安全防护类型又可以分为苯胺防爆型和普通型。数字量输出类型可分为继电器型、晶体管型和固态继电器型。模拟量输入按照类型可以分为电流电压输入型、热电阻输入型和热电偶输入型，按照安全防护类型又可以分为苯胺防爆型和普通型。模拟量输出类型按照安全防护类型又可以分为苯胺防爆型和普通型。所有的1接口模块就是一个1通道，可以独立带电插拔，在线更换故障1接口模块。1接口模块又可以实现安全隔离模块和中间继电器的功能，系统不用外面扩展这些模块，简化系统配置，免除外扩模块的配线连接。1接口模块的输入输出通过扩展1底板与接线端子相连，接线端子可以插拔。接线端子可以是螺钉压线结构或者是弹片压线结构。
[0009]附图的简要说明:
图1是分布式总线1系统与总线主站实现双网冗余通讯。
[0010]图2是总线接口模块与扩展1模块底板实现双网环网冗余通讯。
[0011]图3是一个扩展1模块底板的结构图。
[0012]如图1所示，是整个分布式总线1系统与总线主站通讯结构图，实现从站与主站双网冗余通讯。系统主站有个冗余的总线通讯接口，形成两条相互冗余的总线I和总线2。在总线上面可以连接多个分布式总线1从站，每个从站都有两个总线接口模块I和2，分别连接总线I和2。正常工作时，一个总线1接口模块与总线通讯，另外一个总线1接口模块备用。当工作总线1接口模块发送通讯故障时，备用模块启动与主站通讯，保证本总线从站与主站不间断的可靠通讯。在系统正常运行中，可以对故障的总线1接口模块进行更换，方便系统的维护。
[0013]如图2所示，是在一个从站中，总线接口模块与扩 展1模块底板实现双网环网冗余通讯。一个从站有两个冗余的总线接口模块，一套总线接口模块可以带多台扩展1模块底板，每个扩展1模块底板前后各有两个扩展连接器。一台总线接口模块的扩展接口连接第一个扩展1模块底板的前端扩展连接器，这台扩展1底板的后端扩展连接器连接下一台总线1模块底板的前端扩展连接器，依次类推，最后一个总线1模块底板的后端扩展连接器连接到总线1模块上面，这样就形成了一个环网。另外一台总线接口模块与扩展1模块同样连接成环网通讯结构，这样两台总线接口模块与扩展1模块底板构成双环网通讯结构。当一台总线接口模块或者底板通讯接口有通讯故障不能通讯时，立刻启动冗余的另外一条扩展网络通讯，实现了总线接口模块与扩展1模块的通讯高可靠性。
[0014]图3是一个扩展1模块底板的结构图。一个扩展1模块底板插接两个底板通讯接口、前后各两个扩展连接器、两个电源端子、多个1接口模块和多个接线端子。两个底板通讯接口分别连接前后各一个扩展连接器，实现与总线接口模块的连接。两个电源端子可以接两路电源，实现冗余供电，保证整个背板的可靠供电。在扩展1模块底板插接多个1接口模块，每一个1接口模块就是一路1接口，模块和模块之间相互隔离，互不干扰。每个1接口模块通过扩展1模块底板与两个底板通讯接口通讯连接。1接口模块的种类分为数字量输入、数字量输出、模拟量输入、模拟量输出四大类。1接口模块可以在运行过程中带电更换故障模块。1接口模块的输入输出通过接线端子与外部设备相连接。
【主权项】
1.一种分布式总线1系统(I )，它是由总线接口模块(2)、扩展1模块底板(3)、1接口模块(4)、底板通讯接口(5)和接线端子(8)组成。2.在一个分布式总线1系统(I)中，有两台总线接口模块(2)，两台总线接口模块(2)分别和总线主站(6)通过总线(7)通讯，两台总线接口模块(2)和总线主站(6)构成双总线冗余通讯。3.当一路总线(7)发生通讯故障时，另一路总线(7)仍然可以和总线主站(6)保持通讯，保证本分布式总线1系统(I)与总线主站(6)可靠通讯。4.在一个分布式总线1系统(I)中，有一个或者多个扩展1模块底板(3)，1模块底板(3)与总线接口模块(2)形成双环网通讯，实现带电更换扩展1模块底板(3)。5.在扩展1模块底板(3)上面插接两个底板通讯接口(5)，多个1接口模块(4)和接线端子(8)。6.在扩展1模块底板(3)上面插接两个底板通讯接口(5)，两个底板通讯接口(5)实现本扩展1模块底板(3)与总线接口模块(2)或者其他扩展1模块底板(3)的双环网通讯，当一个底板通讯接口(5)发生故障时，可以带电插拔更换。7.每一个1接口模块(4)只有一路1通道，可以是一路数字量输入通道、一路数字量输出通道、一路模拟量输入通道或者是一路模拟量输出通道，对一个1接口模块(4)的插拔不影响其他通道的运行。8.1O接口模块(4)可以具有防爆隔离功能、安全控制功能，也可以一个1接口模块(4)就是一个中间继电器，系统不用在外面扩展防爆隔离安全栅、模拟信号隔离栅、安全控制继电器和中间继电器等电器设备。9.权利要求1所提到的分布式总线1系统(I)其特征在于其特征在于一种通过工业总线(7)通讯与可编程控制器系统或者DCS控制系统通讯，通过通讯把采集的输入信号传输给可编程控制器系统或者DCS控制系统，通过总线(7 )接收可编程控制器系统或者DCS控制系统的命令输出信号，执行对现场执行设备的输出控制，分布式总线1系统(I)安装在现场，远离可编程控制器系统或者DCS控制系统，故称为分布式总线1系统(I)。10.如权利要求1、2所提到的总线接口模块(2)其特征在于它是连接扩展1模块底板(3)与总线主站(6)通讯的桥梁，它的作用是与总线主站(6)通讯把1通道的输入状态传送给总线主站(6)，把总线主站的控制命令传送给1通道输出，同时将分布式总线1系统(I)的故障信息传送给总线主站(6)，它具有一个总线(7)通讯接口和一个扩展1模块底板(3 )通讯接口，软件实现了两个通讯接口的数据交换。11.如权利要求1、3、4、5、8所提到的扩展1模块底板(3)其特征在于它是用来插接底板通讯接口(5)、1接口模块(4)和接线端子(8)的背板，它的作用是实现了底板通讯接口(5 )和总线接口模块(2 )之间通讯连接、底板通讯接口( 5 )和1接口模块(4)之间的通讯连接以及1接口模块(4)和接线端子(8)的输出输入接口连接。12.如权利要求1、4、6、9所提到的1接口模块(4)其特征在于它是控制输入输出的执行模块，它里面是由输出输出电路构成。13.数字量输入型1接口模块(4)是由一路数字量输入电路构成，数字量输出型1接口模块(4)是由一路数字量输出电路构成，模拟量输入型1接口模块(4)是由一路隔离的模拟量量输入电路构成，模拟量输入型1接口模块(4)是由一路隔离的模拟量量输入电路构成，模拟量输出型1接口模块(4)是由一路隔离的模拟量量输出电路构成，输入输入出接口通过扩展1模块底板(3 )上的接线端子(8 )与外部设备连接，输入输出状态通过底板通讯接口(5)、总线接口模块(2)与总线主站(6)通讯。14.如权利要求1、4、5、9、10所提到的底板通讯接口(5)其特征在于它是扩展1模块底板(3)的通讯接口模块，它插接在扩展1模块底板(3)上面，主要作用是与总线接口模块(2)或者其他扩展1模块底板(3)通讯，在扩展1模块底板(3)上面插接两个1接口模块(4)，那么与总线接口模块(2)或者其他扩展1模块底板(3)形成环网通讯，如果一个扩展1模块底板(3)出现故障，另外一个扩展1模块底板(3)任然可以和其他总线接口模块(2)或者其他扩展1模块底板(3)保持正常通讯，如果要更换整个扩展1模块底板(3)，也不会影响其他扩展1模块底板(3)与总线接口模块(2)的正常通讯。15.权利要求1、10所提到的接线端子(8)其特征在于它是插接在扩展1模块底板(3)上面，它用来连接输入输出信号线，它可以插拔，方便更换1模块底板，它既可以是螺丝钉紧固感受或者弹片紧固方式。
【专利摘要】本发明的目的提供一种高性能的工业分布式总线IO系统，第一实现了分布式总线IO系统与总线主站实现双网冗余通讯，扩展IO模块底板与接口模块、扩展IO模块底板与扩展IO模块底板实现了双环网冗余通讯。第二实现了每个IO接口模块是一路IO接口，可以分别插拔，通道之间实现了相互隔离，互不干扰，IO通道可以做成防爆型隔离类型。第三实现了总线接口模块、IO接口均实现了冗余。第四实现了防爆隔离、通道隔离、中间继电器都做到总线IO系统中，避免了控制柜中大量的配线，节省了控制柜的安装配线时间。总之，本发明的分布式总线IO系统具有通讯全双网冗余、IO模块相互独立、稳定性高、方便在线维护、节省安装时间等特点。
【IPC分类】G05B19/418
【公开号】CN104880996
【申请号】CN201410068339
【发明人】刘肃, 矫建法
【申请人】沈阳瑞德泰科电气有限公司
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2014年2月27日