Способ построения системы автоматического управления с взаимодействием через сеть ethernet
Владельцы патента RU 2520397:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный университет инженерных технологий" (ФГБОУ ВПО "ВГУИТ") (RU)
Изобретение относится к области систем автоматического управления. Техническим результатом изобретения является автоматическое построение системы управления с автоматическим формированием контуров управления, с упрощением конфигурирования устройств, облегчением конфигурации системы, уменьшением количества рассылаемых широковещательных пакетов, облегчением замены неисправных устройств, упрощением включения новых устройств в сеть. Способ построения системы автоматического управления с взаимодействием через сеть Ethernet, состоящий из этапов конфигурирования элементов сети, посылки первого широковещательного пакета данных, синхронизации работы относительно времени приема первого пакета данных, определения корректности работы устройства по тому, что оно посылает пакеты с определенной периодичностью, каждое устройство может посылать данные любому другому устройству в сети, регулятор может работать с несколькими контурами управления, причем формирование контуров управления происходит автоматически при наличии в сети датчика, исполнительного механизма и регулятора, при этом отправлять широковещательные пакеты может только датчик. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к области систем автоматического управления, в частности к способу построения системы из отдельных модулей.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является способ взаимодействия для систем управления с использованием Ethernet и IP сетей [патент US 7162510 В2, МПК G06F 15/16], в соответствии с которым устройства разделяются на простые (исполнительные механизмы, датчики) и интеллектуальные (регуляторы). Регуляторы содержат всю информацию о работе системы; каждое из устройств может отправлять данные любому другому, работа устройств синхронизирована относительно первого принятого пакета, устройства в сети имеют Modbus-подобные идентификаторы.
Недостатками данного технического решения является неравноправие устройств в сети, усложненность конфигурирования устройств и конфигурации сети, сложность в реализации протокола управления.
Технической задачей изобретения является упрощение конфигурирования устройств системы, облегчение конфигурации системы, уменьшение количества рассылаемых широковещательных пакетов, облегчение замены неисправных устройств, упрощение включения новых устройств в сеть.
Техническая задача изобретения решается за счет того, что в способе построения системы автоматического управления с взаимодействием через сеть Ethernet, включающем этапы конфигурирования элементов сети, посылку первого широковещательного пакета данных, синхронизацию работы относительно времени приема первого пакета данных, определение корректности работы устройства по тому, что оно посылает пакеты с определенной периодичностью, в котором каждое устройство может посылать данные любому другому устройству в сети, возможность работы регулятора с несколькими контурами управления, новым является то, то данные о законе управления хранятся на исполнительном механизме, широковещательные пакеты отправляет только датчик, регулятор заранее не знает, в каком контуре управления он будет работать, возможна замена регулятора в системе без приостанавливания работы остальных устройств, работа между устройствами ведется только по IP-адресам без дополнительных идентификаторов.
Техническим результатом изобретения является автоматическое построение системы управления с автоматическим формированием контуров управления, с упрощением конфигурирования устройств, облегчением конфигурации системы, уменьшением количества рассылаемых широковещательных пакетов, облегчением замены неисправных устройств, упрощением включения новых устройств в сеть.
На фиг.1 представлены модули, составляющие систему управления: регулятор (Р), исполнительный механизм (ИМ), датчик (Д).
На фиг.2 - контур системы автоматического управления (1) при заявленном способе построения.
Способ построения системы автоматического управления с взаимодействием через сеть Ethernet осуществляется следующим образом.
Исходными данными для устройств являются закон регулирования, заданный на исполнительном механизме и идентификаторы исполнительных механизмов, заданные на датчиках. Модули обмениваются информацией через сеть Ethernet при помощи протокола UDP.
При включении, датчик начинает рассылать широковещательные пакеты start, в которых содержится адрес исполнительного механизма, с которым этот датчик должен работать.
Регулятор, получив этот широковещательный пакет, пытается установить соединение с датчиком, отправляя ему команду link и получая ответ link_resp. При этом, если регулятор уже находится в работе, то ответ он посылает с задержкой n·t, где n - количество обслуживаемых контуров регулирования, t - время задержки.
Датчик, получив команду link, останавливает рассылку широковещательных пакетов и отправляет команду link_resp. После чего начинает посылать информацию о выходном сигнале на регулятор. При необходимости, частота посылки пакетов может быть изменена отдельной командой.
Регулятор, установив связь с датчиком, посылает команду link исполнительному механизму, в котором содержится дополнительный параметр: IP адрес датчика.
Исполнительный механизм отвечает link_resp, в котором дополнительно, передает параметры регулирования. После этого, регулятор начинает обрабатывать данные с датчика в соответствии с законом управления и отправлять команды управления на исполнительный механизм. Чтобы была возможность отследить аварийную ситуацию на исполнительном механизме, с некоторой периодичностью на регулятор от него будут отправляться alive пакеты.
При аварии на регуляторе исполнительный механизм может отследить это по отсутствую пакетов - в этом случае он посылает на датчик команду restart - процесс построения системы начнется сначала. Сам же исполнительный механизм в этом случае переходит в заранее предусмотренное технологическим процессом приостановленное состояние.
При отсутствии alive пакетов от исполнительного механизма регулятор сигнализирует об аварии системе контроля и отправляет команду suspend исполнительному механизму и команду stop всем датчикам в контуре управления.
При отсутствии пакетов от датчика на исполнительный механизм также отправляется команда suspend.
Кроме резервирования регуляторов, в системе возможно осуществлять резервирование датчиков.
При включении второго датчика (Д2) в сеть он начинает рассылать широковещательные пакеты и устанавливает связь с регулятором. Если этот регулятор уже участвует в требуемом контуре управления, то датчику, который используется, отправляется команда stop, а соединение устанавливается с датчиком Д2.
Если регулятор не участвует в требуемом контуре управления, то он пытается установить связь с исполнительным механизмом. Исполнительный механизм переключается на работу с новым регулятором и отправляет команду stop датчику и регулятору, которые использовались до этого.
В предлагаемом способе есть возможность работы одного контура управления, содержащего несколько датчиков. Новый датчик при подключении устанавливает соединение с регулятором Р2. При получении команды link от Р2 исполнительный механизм отправляет команду dest_addr на датчик, содержащую IP адрес регулятора Р1, который используется в контуре в настоящий момент.
Предложенный способ построения системы автоматического управления с взаимодействием через сеть Ethernet позволяет:
- упростить конфигурирование устройств системы;
- облегчить конфигурацию системы;
- уменьшить количество рассылаемых широковещательных пакетов;
- облегчить замену неисправных устройств;
- упростить включение новых устройств в сеть.
1. Способ построения системы автоматического управления с взаимодействием через сеть Ethernet, состоящий из этапов конфигурирования элементов сети, посылки первого широковещательного пакета данных, синхронизации работы относительно времени приема первого пакета данных, определения корректности работы устройства по тому, что оно посылает пакеты с определенной периодичностью, каждое устройство может посылать данные любому другому устройству в сети, регулятор может работать с несколькими контурами управления, отличающийся тем, что формирование контуров управления происходит автоматически при наличии в сети датчика, исполнительного механизма и регулятора, при этом отправлять широковещательные пакеты может только датчик.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для формирования контура регулирования необходимы: IP адрес исполнительного механизма, хранящийся в датчике, и данные о законе регулирования, хранящиеся в исполнительном механизме.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при неисправности на регуляторе, то есть при отсутствии передаваемых пакетов от регулятора, исполнительный механизм отправляет команду датчику о начале формирования нового контура управления, при неисправности датчика или исполнительного механизма регулятор сигнализирует об аварии в системе контроля и отправляет команду остановки остальным устройствам контура.
