本申請涉及自動化控制，尤其涉及一種數(shù)字化控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、dcs（digital?control?system，數(shù)字化控制系統(tǒng)）作為一種廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域的自動化控制系統(tǒng)，其憑借高度集成的數(shù)字化技術(shù)，實現(xiàn)了對核電站等大型工業(yè)設(shè)施內(nèi)各類工業(yè)設(shè)備的精確監(jiān)測與控制。

2、回路控制是dcs的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它涵蓋了從數(shù)據(jù)（包括模擬量和開關(guān)量）采集、邏輯運算到指令輸出的完整控制流程。回路控制周期的長短，直接反映了dcs對工業(yè)設(shè)備控制的靈敏性和準(zhǔn)確度。

3、隨著i/o模塊數(shù)量的激增，回路控制周期也被迫延長，這降低了dcs的實時性和控制精度。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、鑒于上述問題，本申請?zhí)峁┝艘环Ndcs，以解決dcs在大規(guī)模配置下回路控制周期較長的問題。具體方案如下：

2、本申請?zhí)峁┮环Ndcs，包括：主控模塊、n個通信模塊以及多個同類型的i/o模塊；n為大于1的整數(shù)；

3、主控模塊通過串行通信方式與n個通信模塊相連接；主控模塊與各通信模塊之間的串行通信通過各自內(nèi)置的現(xiàn)場可編程門陣列fpga實現(xiàn)，且所述串行通信基于千兆串行器/解串器serdes技術(shù)實現(xiàn)；

4、每個通信模塊均連接有多條以并行方式工作的鏈路，每條鏈路上均連接有多個所述i/o模塊，每個通信模塊均采用輪詢方式管理與其相連的各i/o模塊的通信。

5、在一種可能的實現(xiàn)中，所述千兆串行器/解串器serdes技術(shù)通過小型可插拔sfp模塊將電信號轉(zhuǎn)換為光信號，然后利用光纖作為傳輸介質(zhì)來實現(xiàn)。

6、在一種可能的實現(xiàn)中，主控模塊和各通信模塊均內(nèi)置有錯誤檢查和糾正ecc模塊。

7、在一種可能的實現(xiàn)中，所述輪詢方式為ecc輪詢方式。

8、在一種可能的實現(xiàn)中，主控模塊采用中央處理器cpu與fpga相結(jié)合，其中，數(shù)據(jù)采集任務(wù)由fpga運行，而邏輯運算任務(wù)由cpu執(zhí)行。

9、在一種可能的實現(xiàn)中，通信模塊與i/o模塊之間的通信基于rs485協(xié)議實現(xiàn)。

10、在一種可能的實現(xiàn)中，所述多個同類型的i/o模塊為n×m×x個同類型的i/o模塊，每個通信模塊均連接有m條以并行方式工作的鏈路，每條鏈路上均連接有x個i/o模塊，m和x均為大于1的整數(shù)。

11、在一種可能的實現(xiàn)中，所述n×m×x個同類型的i/o模塊為n×m×x個開關(guān)量i/o模塊，所述開關(guān)量i/o模塊的通道數(shù)為16通道，n=8、m=6、x=10；

12、或者，所述n×m×x個同類型的i/o模塊為n×m×x個模擬量i/o模塊，所述模擬量i/o模塊的通道數(shù)為8通道，n=8、m=6、x=10。

13、在一種可能的實現(xiàn)中，每個通信模塊的通信最長耗時不超過1毫秒，主控模塊進(jìn)行邏輯運算的處理周期設(shè)定為10毫秒，每個i/o模塊的通信耗時被限定在不大于2毫秒的范圍內(nèi)。

14、在一種可能的實現(xiàn)中，所述dcs為核電站用dcs。

15、借由上述技術(shù)方案，本申請?zhí)峁┑膁cs采用兩層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化主控模塊與i/o模塊的通信。第一層中，主控模塊通過內(nèi)置的fpga，利用千兆serdes技術(shù)實現(xiàn)與n個通信模塊的串行通信，確保通信快速且穩(wěn)定；第二層中，通信模塊以輪詢方式管理與其相連的并行鏈路上的i/o模塊通信，有效避免幀沖突。從而，維持理想的回路控制周期，即便面對大量i/o模塊也能保持高效運行。

技術(shù)特征：

1.一種數(shù)字化控制系統(tǒng)，其特征在于，包括：主控模塊、n個通信模塊以及多個同類型的i/o模塊；n為大于1的整數(shù)；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字化控制系統(tǒng)，其特征在于，所述千兆串行器/解串器serdes技術(shù)通過小型可插拔sfp模塊將電信號轉(zhuǎn)換為光信號，然后利用光纖作為傳輸介質(zhì)來實現(xiàn)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字化控制系統(tǒng)，其特征在于，主控模塊和各通信模塊均內(nèi)置有錯誤檢查和糾正ecc模塊。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的數(shù)字化控制系統(tǒng)，其特征在于，所述輪詢方式為ecc輪詢方式。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字化控制系統(tǒng)，其特征在于，主控模塊采用中央處理器cpu與fpga相結(jié)合，其中，數(shù)據(jù)采集任務(wù)由fpga運行，而邏輯運算任務(wù)由cpu執(zhí)行。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字化控制系統(tǒng)，其特征在于，通信模塊與i/o模塊之間的通信基于rs485協(xié)議實現(xiàn)。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字化控制系統(tǒng)，其特征在于，所述多個同類型的i/o模塊為n×m×x個同類型的i/o模塊，每個通信模塊均連接有m條以并行方式工作的鏈路，每條鏈路上均連接有x個i/o模塊，m和x均為大于1的整數(shù)。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的數(shù)字化控制系統(tǒng)，其特征在于，所述n×m×x個同類型的i/o模塊為n×m×x個開關(guān)量i/o模塊，所述開關(guān)量i/o模塊的通道數(shù)為16通道，n=8、m=6、x=10；

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的數(shù)字化控制系統(tǒng)，其特征在于，每個通信模塊的通信最長耗時不超過1毫秒，主控模塊進(jìn)行邏輯運算的處理周期設(shè)定為10毫秒，每個i/o模塊的通信耗時被限定在不大于2毫秒的范圍內(nèi)。

10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任意一項所述的數(shù)字化控制系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)字化控制系統(tǒng)為核電站用數(shù)字化控制系統(tǒng)。

技術(shù)總結(jié)
本申請公開了一種數(shù)字化控制系統(tǒng)，解決了數(shù)字化控制系統(tǒng)在大規(guī)模配置下回路控制周期較長的問題。該數(shù)字化控制系統(tǒng)包括：主控模塊、n個通信模塊以及多個同類型的I/O模塊；n為大于1的整數(shù)；主控模塊通過串行通信方式與n個通信模塊相連接；主控模塊與各通信模塊之間的串行通信通過各自內(nèi)置的現(xiàn)場可編程門陣列FPGA實現(xiàn)，且所述串行通信基于千兆串行器/解串器Serdes技術(shù)實現(xiàn)；每個通信模塊均連接有多條以并行方式工作的鏈路，每條鏈路上均連接有多個所述I/O模塊，每個通信模塊均采用輪詢方式管理與其相連的各I/O模塊的通信。

技術(shù)研發(fā)人員：胡俊,張曉冬,楊程,王曉偉
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京廣利核系統(tǒng)工程有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/23