一种分散控制系统过程控制站间网络通讯在线监测方法及系统与流程

1.本发明涉及一种分散控制系统过程控制站间网络通讯在线监测方法及系统，属于分散控制系统技术领域。


背景技术：

2.分散控制系统被广泛应用于电力、化工、水泥、船舶和石油等多种工业领域，其中有许多是关系到国计民生的基础设施行业，其运行的安全性和可靠性越来越受到重视。分散控制系统通常由监控后台、过程控制站、网络和输入输出模件等几个部分组成。监控后台主要完成被控工艺过程的相关控制算法组态与下装、监控画面组态与运行、历史数据存储查询、报警收集查询、运行数据收集显示和控制指令下发等功能；监控后台与过程控制站通过冗余网络连接。过程控制站是整个分散控制系统的核心与关键点，所有的数据采集、控制算法实现、控制指令发出与工艺过程的控制均由过程控制站完成，直接决定被控的工艺过程是否能安全稳定运行。
3.过程控制站通常成对使用以提高可靠性，且一个实际的项目中有多对过程控制站共同完成对工艺设备的控制功能，即完整的控制任务被分散到多对过程控制站中，因此控制系统被称为分散控制系统，其特点是“集中监视，分散控制”。多对过程控制站采用交换机与监控后台连接，过程控制站数据的上送，监控后台的指令下发均通过网络通讯方式实现，为了完成控制任务，过程控制站之间需要传递一些数据，这也依赖网络通讯方式实现，即通过网络通讯方式获得其他过程控制站中的数据，因此过程控制站的网络通讯显得尤为重要。目前缺乏简单易用的过程控制站间网络通讯在线监测方法。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种简单易用的分散控制系统过程控制站间网络通讯在线监测方法及系统。
5.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一方面，本发明提供一种分散控制系统过程控制站间网络通讯在线监测方法，包括：在一对过程控制站中设置第一数字量标签点，在另一对过程控制站中设置第二数字量标签点，并将所述第一数字量标签点和第二数字量标签点设置为以预设执行周期运行；将第二数字量标签点的输出值作为第一数字量标签点的输入，将第一数字量标签点的输出经过取反操作后的值作为第二数字量标签点的输入，并使第二数字量标签点的输出值永远为好质量；根据第二数字量标签点的当前输出值、上个周期输出值和执行周期，计算得到过程控制站间网络通讯耗时、最大通讯耗时和通讯超时次数。
6.进一步地，所述根据第二数字量标签点的当前输出值、上个周期输出值和执行周期，计算得到过程控制站间网络通讯耗时、最大通讯耗时、通讯超时次数，具体包括：根据第二数字量标签点的当前输出值与其上个周期输出值是否相同，确定通讯耗时；根据是否有计数清零信号，确定最大通讯耗时；根据是否有计数清零信号、是否满足本次通讯耗时超时且上个周期通讯耗时未超时，确定通讯超时次数。
7.进一步地，所述根据第二数字量标签点的当前输出值与其上个周期输出值是否相同，确定通讯耗时，具体包括：响应于第二数字量标签点的当前输出值与其上个周期输出值不相同，通讯耗时清零；响应于第二数字量标签点的当前输出值与其上个周期输出值相同，通讯耗时为上个周期计算得到的通讯耗时加上执行周期。
8.进一步地，所述根据是否有计数清零信号，确定最大通讯耗时，具体包括：响应于有计数清零信号，通讯超时次数为0；响应于无计数清零信号，最大通讯耗时为上个周期计算得到的最大通讯耗时与本次计算得到的通讯耗时取大值的结果。
9.进一步地，所述根据是否有计数清零信号、是否满足本次通讯耗时超时且上个周期通讯耗时未超时，确定通讯超时次数，具体包括：响应于有计数清零信号，通讯超时次数为0；响应于无计数清零信号，并且本次通讯耗时超时且上个周期通讯耗时未超时，通讯超时次数为上个周期计算得到的通讯超时次数 1；响应于无计数清零信号，并且不满足本次通讯耗时超时且上个周期通讯耗时未超时，通讯超时次数为上个周期计算得到的通讯超时次数。
10.进一步地，所述第一数字量标签点和第二数字量标签点设置为以最快执行周期运行。
11.进一步地，所述的一种分散控制系统过程控制站间网络通讯在线监测方法，还包括：当计算出的通讯耗时超时满足报警条件时，发出报警信号。
12.另一方面，本发明提供一种分散控制系统过程控制站间网络通讯在线监测系统，包括：第一数字量标签点模块，设置在一对过程控制站中并设置为以预设执行周期运行，其输入为第二数字量标签点模块的输出值；取反模块，配置为将第一数字量标签点模块的输出值进行取反操作；第二数字量标签点模块，设置在另一对过程控制站中并设置为以所述预设执行周期运行，其输入为取反模块的输出值；强制好质量模块，配置为使第二数字量标签点模块的输出值永远为好质量；计算模块，配置为根据第二数字量标签点模块的当前输出值、上个周期输出值和执行周期，计算过程控制站间网络通讯耗时、最大通讯耗时和通讯超时次数。
13.另一方面，本发明提供一种分散控制系统过程控制站，包括数据标签点模块、算法模块、输入输出模块、网络接口模块和处理器；数据标签点模块、算法模块、输入输出模块和网络接口模块均与处理器连接，所述算法模块包括取反模块、强制好质量模块和计算模块；数字量标签点模块，用于提供数字量标签点，其输入为另一过程控制站数字量标签点模块的输出值；取反模块，用于将数字量标签点模块的输出值进行取反操作；强制好质量模块，用于使数字量标签点模块的输出值永远为好质量；计算模块，用于根据数字量标签点模块的当前输出值、上个周期输出值和执行周期，在线实时计算过程控制站间网络通讯耗时、最大通讯耗时和通讯超时次数；输入输出模块，用于连接设备，采集控制任务对应的设备模拟量和开关量，发送给处理器进行控制运算，向设备下发控制运算的结果；网络接口模块，用于与网络交换机连接，接收监控后台发送的数据包，向监控后台发送反馈，以及提供过程控制站间通讯功能。
14.处理器，用于根据采集的设备模拟量和开关量进行控制运算，负责各类模块值的计算更新。
15.进一步地，所述的一种分散控制系统过程控制站，还包括：报警模块，用于在计算出的通讯耗时超时满足报警条件时发出报警信号。
16.本发明所达到的有益技术效果：本发明实现了分散控制系统过程控制站间网络通讯的在线监测，通过采用分散控制系统内置功能实现对通讯耗时、最大通讯耗时、通讯超时次数等过程控制站间网络通讯相关数据的实时在线监测和超时报警，无需额外的硬件设备和软件，无需复杂的编程实现，为运行人员提供了过程控制站间网络通讯状态的实时信息，保障了被控工艺过程安全稳定运行。
附图说明
17.图1为现有分散控制系统的结构图；图2 为本发明实施例中一种分散控制系统过程控制站间网络通讯在线监测方法流程图；图3为本发明实施例的过程控制站的内部结构框图；图4为本发明实施例中一种分散控制系统过程控制站间网络通讯在线监测系统结构图；图5为过程控制站间网络通讯在线监测计算模块的算法流程图。
具体实施方式
18.下面结合具体实施例对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
19.如图1所示，一种分散控制系统，包括监控后台和过程控制站，监控后台和过程控制站通过网络交换机连接。
20.监控后台向过程控制站发下数据包，主要是一些读写控制指令，接收过程控制站反馈的数据并展示给运行人员。
21.一个实际的项目中有多对过程控制站共同完成对工艺设备的控制功能，即完整的控制任务被分散到多对过程控制站中，因此控制系统被称为分散控制系统，其特点是“集中监视，分散控制”。
22.多对过程控制站采用冗余配置的网络交换机与监控后台连接，如图1所示，图1仅示出了两对过程控制站1和2，过程控制站数据的上送，监控后台的指令下发均通过网络通讯方式实现，为了完成控制任务，过程控制站之间需要传递一些数据，这也依赖网络通讯方式实现，即通过网络通讯方式获得其他过程控制站中的数据，因此过程控制站的网络通讯显得尤为重要。
23.基于此，在一实施例中，本发明提供了一种分散控制系统过程控制站间网络通讯在线监测方法。如图2所示，该方法包括：步骤1，在一对过程控制站中设置第一数字量标签点，在另一对过程控制站中设置第二数字量标签点，并将所述第一数字量标签点和第二数字量标签点设置为以预设执行周期运行；标签点是控制站中最常见的模块，类似于编程语言中的变量（bool，float，int），其中数字量标签点相当于bool型变量，用来存储bool变量，其取值为0或者1。
24.在优选实施例中，第一数字量标签点和第二数字量标签点设置为以最快执行周期运行。
25.步骤2，将第二数字量标签点的输出值作为第一数字量标签点的输入，将第一数字量标签点的输出经过取反操作后的值作为第二数字量标签点的输入，并使第二数字量标签点的输出值永远为好质量；步骤3，根据第二数字量标签点的当前输出值、上个周期输出值和执行周期，计算得到过程控制站间网络通讯相关监测值，例如通讯耗时、最大通讯耗时、通讯超时次数等。
26.如图5所示，步骤3的计算流程具体如下：s1）启动过程控制站1和过程控制站2，所有计数清零；s2）取得第二数字量标签点的当前输出值，与其上个周期的输出值进行比较，如果不相同，则通讯耗时清零，转至步骤s4，如果相同，则转至步骤s3；s3）通讯耗时赋值为上个周期时计算得到的通讯耗时加上过程控制站执行周期；s4）检查是否有计数清零信号，如果有则最大通讯耗时赋值为0，转至步骤s6，如果没有则转至步骤s5；s5）最大通讯耗时赋值为上个周期时计算得到的最大通讯耗时与本次通讯耗时取大值的结果；s6）检查是否有计数清零信号，如果有则通讯超时次数赋值为0，转至步骤s9，如果没有则转至步骤s7；s7）检查是否本次通讯超时（即通讯耗时大于预设的阈值），并且上个周期通讯未超时（即通讯耗时小于预设的阈值），如果不是，则通讯超时次数赋值为上个周期计算得到的通讯超时次数，转至步骤s9，如果是，则转至步骤s8；s8）通讯超时次数赋值为上个周期计算得到的通讯超时次数 1；s9）计算出的通讯耗时、最大通讯耗时和通讯超时次数等根据设置进行报警和历史记录处理；
s10）转至s2开始下一个周期的计算。
27.在进一步实施例中，一种分散控制系统过程控制站间网络通讯在线监测方法，还包括：当计算出的通讯耗时超时满足报警条件时，发出报警信号。
28.在另一实施例中，本发明提供一种分散控制系统过程控制站间网络通讯在线监测系统，如图4所示，包括：第一数字量标签点模块11、取反模块12、第二数字量标签点模块21、强制好质量模块13和计算模块22。
29.第一数字量标签点模块11，设置在一对过程控制站1中并设置为以预设执行周期运行，其输入为第二数字量标签点21的输出值；取反模块12，配置为将第一数字量标签点模块11的输出值进行取反操作；第二数字量标签点模块21，设置在另一对过程控制站2中并设置为以预设执行周期运行，其输入为取反模块的输出值；强制好质量模块13，配置为使第二数字量标签点模块21的输出值永远为好质量；计算模块22，配置为根据第二数字量标签点模块21的当前输出值、上个周期输出值和其执行周期，计算过程控制站间网络通讯耗时、最大通讯耗时、通讯超时次数等。
30.在一实施方式中，如图4所示，第一数字量标签点模块11的输入端与第二数字量标签点21的输出端连接，第一数字量标签点模块11的输出端依次与取反模块12、强制好质量模块13、第二数字量标签点模块21的输入端连接，第二数字量标签点模块21的输出端还与计算模块22连接。
31.在其他实施方式中，第一数字量标签点模块11的输入端与第二数字量标签点21的输出端连接，第一数字量标签点模块11的输出端与取反模块12连接、取反模块12与第二数字量标签点模块21的输入端连接，第二数字量标签点模块21的输出端与强制好质量模块13连接，强制好质量模块13与计算模块22连接。在优选实施例中，所述在线监测系统，还可以包括报警模块24，其与计算模块22连接。报警模块24配置为当计算出的通讯耗时超时满足报警条件时，发出报警信号。
32.在优选实施例中，所述在线监测系统，还可以包括存储模块，其配置为存储和记录在线监测过程中产生的历史数据。
33.两对过程控制站1和2分别建立第一数字量标签点模块11和第二数字量标签点模块21并通过网络相互引用，中间串联一个取反模块使得每次通讯完成后过程控制站对2内第二数字量标签点21发生翻转，并通过强制好质量模块13使得第二数字量标签点模块21的输出值永远为好质量，这个值送入计算模块22，计算出所需的监测值，并根据配置提供报警及历史记录功能。
34.通过以上实施例可以看出，本发明实现了分散控制系统过程控制站间网络通讯的在线监测，通过采用分散控制系统内置功能实现对通讯耗时、最大通讯耗时、通讯超时次数等过程控制站间网络通讯相关数据的实时在线监测和超时报警，无需额外的硬件设备和软件，无需复杂的编程实现，为运行人员提供了过程控制站间网络通讯状态的实时信息，保障了被控工艺过程安全稳定运行。
35.在另一实施例中，一种分散控制系统过程控制站，如图3所示，包括数据标签点模块、算法模块、报警模块、输入输出模块、网络接口模块、处理器和电源模块等。数据标签点模块、算法模块、报警模块、网络接口模块和输入输出模块均与处理器连接。其中，算法模块
包括取反模块、强制好质量模块和计算模块。
36.电源模块，为各用电部件供电，并提供各种电压等级的电源。
37.数据标签点模块，提供网络通讯在线监测的数据源和数据接收功能，通常在两对过程主站中各设置一个数字量标签点。
38.取反模块，用将数字量标签点模块的输出值进行取反操作；强制好质量模块，用于使数字量标签点模块的输出值永远为好质量；计算模块，用于根据数字量标签点模块的当前输出值、上个周期输出值和执行周期，在线实时计算过程控制站间网络通讯耗时、最大通讯耗时和通讯超时次数等监测值；此外，其还提供复位清零功能。
39.报警模块，用于在计算出的通讯耗时超时满足报警条件时发出报警信号。
40.网络接口模块，与网络交换机连接，通过互为备用的两个网络接口收发数据包，即接收监控后台发送的数据包，向监控后台发送的反馈；该接口模块还提供多个过程控制站之间的通讯功能。
41.输入输出模块，连接设备，采集控制任务对应的设备模拟量和开关量，发送给处理器进行控制运算，向设备下发控制运算的结果，完成对设备控制。
42.处理器，是过程控制站的计算引擎，负责各类模块值的计算更新。
43.本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。
44.本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
45.这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
46.这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
47.以上已以较佳实施例公布了本发明，然其并非用以限制本发明，凡采取等同替换或等效变换的方案所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。