統(tǒng)一通信模塊ucm的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 在過程控制系統(tǒng)（諸如分布式控制系統(tǒng)（DCS))中，容錯(cuò)性使得能夠在系統(tǒng)內(nèi)的組 件故障的情況下或在系統(tǒng)遭受來自各種來源的瞬時(shí)錯(cuò)誤的情況下繼續(xù)操作。容錯(cuò)系統(tǒng)共同 的一個(gè)方面涉及冗余的概念，該冗余概念可以被簡單地定義為備份組件，這些備份組件在 故障發(fā)生時(shí)變得可操作，從而允許系統(tǒng)如所預(yù)期的那樣繼續(xù)操作。安全儀表系統(tǒng)（SIS)是 本技術(shù)領(lǐng)域已知的，其用于通過使用容錯(cuò)控制器在"安全狀態(tài)"下持續(xù)操作以避免不良的安 全和健康后果。這種容錯(cuò)控制器通常用于危害防護(hù)系統(tǒng)（即，規(guī)范核電廠的運(yùn)行的系統(tǒng)、渦 輪機(jī)、火災(zāi)和氣體感測系統(tǒng)等）中。
【背景技術(shù)】
[0002] 已知的容錯(cuò)控制器的控制組件采用并行控制和廣泛診斷來確保不間斷的過程操 作。容錯(cuò)控制器的一個(gè)實(shí)例是可從Invensys system, Inc.獲得的TRICON控制器。TRICON 控制器具有三模塊冗余（TMR)體系結(jié)構(gòu)，該三模塊冗余（TMR)體系結(jié)構(gòu)采用三個(gè)隔離的并 行的控制系統(tǒng)以及集成于一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)的廣泛診斷。該系統(tǒng)使用三取二的表決來提供沒有單 點(diǎn)故障的、高完整性的、無差錯(cuò)的、不間斷的過程操作。這種類型的容錯(cuò)控制器與具有控制 功能和通信功能的過程控制系統(tǒng)的模塊等各種其他組件對接。
[0003] 在同時(shí)保留安全功能的同時(shí)增加 SIS與過程控制系統(tǒng)的有效互操作（在系統(tǒng)的協(xié) 議支持、應(yīng)用或圖形用戶界面導(dǎo)航方面）的任何改進(jìn)都是非?？扇〉摹Ｒ恢痹趪L試與使實(shí) 現(xiàn)容錯(cuò)控制器所需的硬件組件的數(shù)量最小化以及允許控制器與過程控制系統(tǒng)有效地對接 有關(guān)的各種改進(jìn)，但尚未取得完全的成功。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 簡要說來，本發(fā)明的方面涉及在工業(yè)過程控制環(huán)境中使用板上通信鏈路來交付嵌 入式功能安全核心和分布式控制引擎的統(tǒng)一通信模塊（UCM)。有利的是，本發(fā)明的方面允許 過程控制系統(tǒng)（諸如DCS)的監(jiān)管或控制部分的控制器之間的冗余，以提供完全不中斷的、 容錯(cuò)的、冗余的、可成對配置的控制網(wǎng)絡(luò)。另外，本發(fā)明的方面準(zhǔn)許在安全核心與現(xiàn)場器件 系統(tǒng)集成器（FDSI)之間集成交換機(jī)，該現(xiàn)場器件系統(tǒng)集成器（FDSI)收集來自諸如栗、閥門 和流量計(jì)之類的各種現(xiàn)場器件的數(shù)據(jù)并將這些數(shù)據(jù)傳遞給DCS應(yīng)用接口。這使得安全應(yīng)用 能夠讀取和寫入別名控制數(shù)據(jù)，同時(shí)防止控制網(wǎng)絡(luò)來源對安全控制器的改變。
[0005] 本發(fā)明的一個(gè)方面包括具有與第一網(wǎng)絡(luò)連接的過程控制工作站以及與第二網(wǎng)絡(luò) 連接的容錯(cuò)安全控制器的容錯(cuò)控制系統(tǒng)，其中過程控制器模塊、安全控制器模塊和現(xiàn)場器 件系統(tǒng)集成模塊共同位于電源接口板上。
[0006] 在另一個(gè)方面，用于容錯(cuò)控制器的通信接口包含具有被配置為使安全控制器模塊 與現(xiàn)場器件系統(tǒng)集成模塊對接的三端口交換機(jī)的電源接口板，這導(dǎo)致通信接口作為監(jiān)管網(wǎng) 絡(luò)上的控制站而出現(xiàn)。
[0007] 在又一個(gè)方面，容錯(cuò)控制器包含被修改的背板接口、主處理器和電源接口板。被修 改的背板接口被配置用為使冗余的電源接口板互鏈。
[0008] 提供
【發(fā)明內(nèi)容】
從而以簡化的形式介紹概念的選擇，這些概念將在下面的具體實(shí)施 方式部分進(jìn)一步被描述。
【發(fā)明內(nèi)容】
并非旨在標(biāo)識所要求權(quán)利保護(hù)的主題的關(guān)鍵特征或基本 特征，也并非旨在被用于幫助確定所要求權(quán)利保護(hù)的主題的范圍。
[0009] 其他特征將部分地是清楚的，并且部分地將在下文中被指出。
【附圖說明】
[0010] 圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的UCM以及通過UCM對接的各種相關(guān)的通信 網(wǎng)絡(luò)的圖。
[0011] 圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的三個(gè)UCM組件的圖。
[0012] 圖3是是示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的三個(gè)UCM組件中的第一 UCM組件的框 圖。
[0013] 圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的三個(gè)UCM組件中的第二UCM組件的框圖。
[0014] 圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的三個(gè)UCM組件中的第三UCM組件的框圖。
[0015] 圖6是在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中的以太網(wǎng)交換機(jī)和相關(guān)的結(jié)構(gòu)組件的框圖。
[0016] 圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的由UCM使用的背板插槽的詳細(xì)視圖。
[0017] 圖8是示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的UCM的功能冗余特征的框圖。
[0018] 在所有附圖中，相應(yīng)的附圖標(biāo)記指示對應(yīng)部分。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 本發(fā)明的方面涉及用于在分布式過程控制環(huán)境中使用的硬件和軟件組件， 更具體地，涉及對過程控制相關(guān)的硬件和軟件的功能的集成。實(shí)施本發(fā)明的方面的 UCM包含在它的通信端口與容錯(cuò)控制器的主處理器（MP)之間的半容錯(cuò)、三合一接口 (3_to_linterface)〇
[0020] 轉(zhuǎn)至圖1，以210總體指示實(shí)施本發(fā)明的方面的容錯(cuò)控制器。UCM 214如同所看到 的那樣被示于容錯(cuò)控制器210的機(jī)殼222內(nèi)。在一個(gè)實(shí)施例中，容錯(cuò)控制器210包含獨(dú)立操 作且能夠提供真正的控制網(wǎng)絡(luò)冗余的多個(gè)UCM 214,這將在下文中進(jìn)一步描述。三個(gè)分離的 模塊被示于UCM 214內(nèi)，這三個(gè)模塊除了其他益處外還提供至少兩個(gè)不同網(wǎng)絡(luò)的物理和功 能分離?？刂铺幚砥?26是與UCM有關(guān)的第一模塊?？刂铺幚砥?26通過網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)（Mesh network) 230來提供監(jiān)管、邏輯、定時(shí)和時(shí)序控制，該網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)230是將每個(gè)UCM的控制處理 器226連接至運(yùn)行過程控制自動(dòng)化軟件的工作站234的監(jiān)管網(wǎng)絡(luò)。此外，在一個(gè)實(shí)施例中， 網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)230連接至控制處理器，該控制處理器然后通過例如并行輸入/輸出（ΡΙ0)總線 242連接至過程控制系統(tǒng)的現(xiàn)場總線模塊246。在一個(gè)實(shí)施例中，合適的控制處理器226是 可從Invensys Systems, Inc.獲得的控制處理器CP270。
[0021] 進(jìn)一步參照圖1，F(xiàn)DSI 250收集來自諸如栗、閥門和流量計(jì)之類的各種現(xiàn)場器件 的數(shù)據(jù)，并且將所收集的數(shù)據(jù)傳遞給網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)230。示例性的FDSI 250是可從Invensys Systems, Inc.獲得的FBM233現(xiàn)場器件系統(tǒng)集成器模塊。此外，在一個(gè)實(shí)施例中，嵌于容錯(cuò) 控制器210中的一個(gè)或多個(gè)安全模塊254允許在實(shí)現(xiàn)前述"安全狀態(tài)"的安全儀表系統(tǒng)與 分布式控制系統(tǒng)之間的靈活通信。例如，安全模塊254由TRICON通信模塊（TCM)實(shí)施。安 全模塊254通過被稱為"Netl" 258的安全配置網(wǎng)絡(luò)互連，該安全配置網(wǎng)絡(luò)連接多個(gè)容錯(cuò)控 制器。此外，安全工作站262也連接至Netl 258。
[0022] 此外，三端口交換機(jī)264(諸如以太網(wǎng)交換機(jī)）連接安全模塊254、FDSI 250以及 被稱為"Net2" 268的第三網(wǎng)絡(luò)。在本實(shí)施例中，通信信號在到達(dá)控制處理器226之前經(jīng)過 FDSI 250的處理器。通信信號在到達(dá)與容錯(cuò)控制器210可操作地連接的安全器件之前必須 分離地經(jīng)過機(jī)殼222內(nèi)的各種組件，包括與安全模塊254可操作地連接的至少一個(gè)主處理 器272和至少一個(gè)I/O卡276等其他組件。
[0023] 在三端口交換機(jī)264處使用的通信協(xié)議包括能夠向FDSI 250以及向安全模塊254 發(fā)送通信的共享協(xié)議。在三端口交換機(jī)264處用于在整個(gè)Net2 268上通信的一個(gè)示例性 協(xié)議包括使得能夠在安全控制器與個(gè)人計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行客戶端/服務(wù)器通信的協(xié)議，諸如 TRIC0NEX系統(tǒng)訪問應(yīng)用（TSAA)。使用TSAA協(xié)議與容錯(cuò)安全控制器交換數(shù)據(jù)的兩個(gè)示例性 客戶端/服務(wù)器程序包括0PC服務(wù)器（OPC Server)和DDE服務(wù)器（DDE Server)。TSAA協(xié) 議同樣可以用來在安全完整性水平（SIL)3或SIL 2應(yīng)用的SIS中寫入用于影響接入點(diǎn)的 其他程序。TSAA協(xié)議不同于由網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)230上的DCS組件使用的協(xié)議。在一個(gè)實(shí)施例中， 將三端口交換機(jī)264集成于UCM 214中允許SIS讀取和寫入別名（aliased)控制數(shù)據(jù)，同 時(shí)保持寫保護(hù)以鎖死產(chǎn)生于在使用網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)230來通信的過程控制系統(tǒng)內(nèi)的來源的對安 全控制器的所有改變。這種雙重功能使得能夠經(jīng)由三端口交換機(jī)264進(jìn)行安全通信，同時(shí) 保持發(fā)生在網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)230中的通信之間的明顯分離，這與發(fā)生于Netl 258中發(fā)生的通信不 同。
[0024] UCM 214是能夠?yàn)槿蒎e(cuò)安全系統(tǒng)提供下列額外通信特征等益處的一種類型的分布 式控制系統(tǒng)接口模塊：
[0025] ?單個(gè)或冗余的模塊操作，
[0026] ?系統(tǒng)中的UCM的一個(gè)邏輯插槽或兩個(gè)物理插槽（SLOT 2 - COM插槽）。模塊鍵控 應(yīng)當(dāng)符合模塊鍵控的TRICON標(biāo)準(zhǔn)，
[0027] ?每個(gè)UCM有兩個(gè)光隔離的RS-232/RS-485串口，具有可由TMR TRISTATI0N配置 的用于Modbus、GPS等的固件。
[0028] ?每個(gè)UCM有兩個(gè)10/100兆基帶光纖網(wǎng)絡(luò)端口可用；更具體地，具有LC連接器的 兩個(gè)光纖模式的以太網(wǎng)端口以及具有MT-RJ連接器的兩個(gè)光纖模式的以太網(wǎng)端口可用，結(jié) 果產(chǎn)生UCM上的包括光纖連接的網(wǎng)絡(luò)連接，
[0029] ?所有端口都能夠提供與TRICON邏輯地（FE)間的500VDC電流隔離，
[0030] ?在兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)端口上支持的TCP/IP/TSAA網(wǎng)絡(luò)協(xié)議以用于TRISTATION、S0E、 TRIL0