[发明专利]作动器的冗余控制系统以及用于其冗余控制的方法

说明书

两个冗余的控制计算机分别通过总线与各一个外围工作站连接，该外围工作站包括接口模块和至少一个外围组件。待控制的作动器连接在两个外围工作站的分别形成一个输出组件的两个外围组件的彼此退耦的信号输出端上。由控制计算机为作动器产生的输出值由接口模块传递给输出组件。在探测到总线侧的干扰时，相应的接口模块向所有下级布置的输出组件传输用于输出替代值的指令。然而，因为这在冗余运行中会导致有错误的运行状态，因此在其上连接有作动器的两个输出组件通过通信连接交换关于获得这种指令的信息并且仅仅当相应的另外的输出组件同样收到这样的指令时才执行该指令。

技术领域

过程控制系统，例如像西门子的SIMATIC PCS 7用于对技术设施中的过程进行自动化控制并且通常按照等级地通过多个层面进行结构化。在现场层面上通过现场设备来检测技术过程的状态(传感器)或者有针对性地影响该过程(作动器)。在控制层面中，控制计算机(具有CPU单元的存储器可编程控制装置)执行靠近现场的控制和调节功能，其中，该控制计算机接收来自传感器，例如压力变换器的输入值并且将输出值输出给作动器，例如用于调节阀的位置调节器。在过程引导层面上，在主机中进行对过程的上级控制和调节。

背景技术

在现场设备与控制计算机之间的数据交换通常通过数字现场总线，例如像PROFIBUS DP或者PROFINET实现。因为现场设备通常自己不具有相应的现场总线接口，因此其通过分散式的外围工作站连接至现场总线。外围工作站由用于连接至现场总线的接口模块(头组件)和用于连接现场设备的多个外围组件(数字和模拟的输入和输出组件)构成。外围组件能够具有一个或者多个通道，在其上能够分别连接一个现场设备。

高可用性的系统，例如其由DE 102004034451 A1或者WO 2005/057306 A1所公开的那样，具有冗余地设计的中央功能并且构造具有两个分离的控制计算机。在所谓的“热待机”运行的情况中，这两个控制计算机在无干扰的情况下同时处理相同的控制程序，然而其中仅仅一个控制计算机是活跃的并且利用其输出值对过程进行控制。在故障的情况中，功能正常的控制计算机单独承担过程的控制。这两个控制计算机的输出值通过单独的输出组件提供给作动器，其中，如DE 102004034451 A1所示出的那样，在输出组件的信号输出端处的退耦二极管在一些情况中导致数字输出值的或运算或者模拟的输出值相加。为了交换例如状态和平衡信息的形式的信息，设置有冗余耦合装置，通过其将控制计算机彼此连接。

在由WO 2005/057306 A1所公开的冗余控制系统中，第一控制计算机通过第一总线与第一外围工作站的接口模块，例如西门子的ET200M连接，其包括至少一个外围组件。第二冗余控制计算机通过第二总线与第二外围工作站的接口模块连接，其同样包括至少一个外围组件。作动器布置在两个外围组件的信号输出端处，其形成输出组件并布置在不同的外围工作站中。两个外围工作站的每个接口模块设计用于，通过总线将从相应的控制计算机为作动器获得的输出值传输给相应的输出组件，用于输出给作动器。每个输出组件设计用于对其信号输出端上的干扰进行识别并且呈现给控制计算机，从而实现切换到无干扰的外围单元上。

EP 0 478 288A2公开了一种用于作动器的冗余的自动化系统，该作动器连接在两个输出组件的彼此断开耦合的信号输出端上。两个输出组件通过共同的总线与两个冗余的控制计算机连接。

由EP 2 806 316 A1公开了一种用于传感器的冗余自动化系统，该传感器冗余地连接在两个布置在不同的外围工作站中的外围组件上。两个外围工作站分别包含一个接口模块，其利用该接口模块通过共同的总线连接至自动化设备。

由EP 2 799 947 A1已知一种具有冗余的适配器单元的装置，以将现场设备，例如作动器冗余地连接至两个布置在不同的外围工作站中的外围组件上。