[发明专利]一种基于有线和无线热备冗余通信的现场级低成本冗余测控网络

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种基于有线和无线热备冗余通信的现场级低成本冗余测控网络。

背景技术

在工业应用领域，现场总线控制系统FCS已经成熟，逐渐取代原来的集散型控制系统DCS。FCS具有安装简单，数字化程度高，具有故障诊断和按缺省值保护运行等优点。能为用户节约成本，提高自动化水平和系统的智慧水平。

但是现场总线多采用总线型结构，如果其中的一个节点脱线，有可能造成总线通信中断，总线网络中的主机将不能访问中断点之后的节点，造成通信可靠性风险较大的遗憾。所以有的总线采用环网结构，一个节点脱线，环网拓扑变成总线拓扑，主机可以继续和非脱线的节点通信。这就是冗余环网技术。但是应用该技术需要环网管理模块，增加了设备成本；并且头尾要相接，增加了安装成本。

无线通信技术和无线网络技术由于其移动性好、无需布线、功耗低、自适应组网等优点得到工业界的广泛关注，并逐渐走向成熟。从原来较多的无线传感器网络应用，到现在已经开始应用于控制领域。如已经出现了适用于工业无线模块和无线测控网络的改进PID算法。艾默生过程管理自动化部门研制的无线模块已经成功使用在化工、水泥等行业。无线通信网络多采用多跳技术来提高通信的可靠性和环境适应性。很多还采用Mesh网络模式进行多路由可靠通信。目前使用较多的无线通信技术有GPRS通信、wiFi通信和其他如nRF、zigbee等无线局域通信网络。

但总的来说，目前应用在工业的无线通信技术在通信速率、安全性、抗干扰能力等方面与有线通信还是存在一定差距。在大型的尤其是新建的工业网络中，大多还是优先采用有线网络，距离较远时，采用光纤作为通信介质。而无线网络作为有线通信的一个备用通信网络。

在广域网中，有一种有线和无线相互备份的双网冗余方案。主要作用是在一种网络出现故障时，路由器自动切换到另一种网络，从而达到提高通讯的稳定性的作用。如MOXA的F4X33系列产品。F4X33系列产品可支持无线移动网络、普通PPPOE方式或静态IP接入方式的有线网络，并支持自动冗余备份功能。

该方案的特点是：

1)属于广域网应用

2)有路由器进行管理，即具有专门的冗余管理设备

3)运营成本较高，如果采用该方案为工业场站系统构建一个测控平台，则场站中的每个节点都需要一个IP或者一个移动通信的SIM卡，否则就需要将仪表点归总到一个设备上，将该设备连入网络。这样的话，从仪表到连入网络的设备间仍需要布线和安装。则支持冗余通信的设备就不是现场级的通信模块。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足提供一种基于有线和无线热备冗余通信的现场级低成本冗余测控网络，实现测控现场的零成本通信运营，不需要专门的冗余管理模块，现场的每个仪表点上的测控节点自身就具有冗余管理算法，在最底层的现场就实现简单布网，节约安装调试成本。

本发明的技术方案如下：

基于有线和无线热备冗余通信的现场级低成本冗余测控网络，包括主机和从机，主机轮询/轮控从机，获取从机和从机监测对象的状态，或者通过从机控制相应的被控对象；主机和从机的有线通信和无线通信在工作时均在线，由主机选择其中一种通信方式与从机通信，优先选择有线方式进行通信；当主机发送查询/控制指令给从机而无回复，或者回复内容格式不正确时，重新发送查询/控制指令；当多次重复发送指令均得不到正确格式的回复，或者根本无回复时，则认为与当前从机的有线通信出现故障；检测到故障后，主机在其内存和外存储器中的该从机地址的映射空间设置有线通信故障标志，记录故障时间，形成该从机的故障记录，并报送给人机界面；同时，自动切换到无线通道与从机通信，完成本次查询/控制任务，并告知从机点亮其有线通道故障报警信号灯；被告知具有有线通信故障的从机，点亮其对应的故障报警信号灯；具有有线通信故障的从机持续监测自己的故障排除输入口，当手工排除了故障后，该位会被手工置高电平；当从机监测到该位被置成了高电平，就认为故障已经排除，则在随后与主机的无线通信中告知主机可以重新进行有线通信；相应地，主机收到该通知后，则在内存和存储器中的从机地址映射空间添加故障排除记录，将有线通信故障排除标志置位，记录故障排除时间，在随后的与该从机的通信中均采用有线模式进行。

所述的冗余测控网络，所述的有线通信采取某种工业现场总线，包括Modbus总线、CAN总线、PROFIBUS总线；无线通信采用nRF射频技术、zigbee技术。