一种基于三重化架构的分布式微网控制系统的制作方法

本实用新型涉及一种基于三重化架构的分布式微网控制系统，特别适用于微电网的控制，能有效提高整个系统的可靠性和可用性。

背景技术：

目前微网控制系统主要是控制器双冗余架构，任何一个设备的损坏会导致系统逻辑判断异常，导致设备拒动或者误动，给微电网稳定运行带来极大的挑战，特别是可靠性要求极高的场合，如需要负荷稳定控制的场合，系统一旦出现拒动，不仅给微电网的业主带来经济损失，同时给整个电网带来不稳定因素，同时如果现场经常出现由于设备故障导致的误动，会给微电网的正常生产带来较大的不便。

因此需要一种系统能够解决微电网运行可靠性问题，同时又能够减少设备误动的微电网控制系统。

技术实现要素：

本实用新型的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，提供一种能够提高现有的微网控制系统可靠性、同时又能够有效提高可用性的微网控制系统，可大大提高系统的稳定性和可靠性。

为了达到上述目的，本实用新型提供了一种基于三重化架构的分布式微网控制系统，包括工程师站、操作员站、至少一个控制系统单元，工程师站、操作员站通过控制网络与各控制系统单元相连；各控制系统单元均包括控制器单元、和多个IO模件单元；控制器单元通过IO通讯网络与各IO模件单元相连，各IO模件单元分别与对应的现场传感器、执行设备相连；其中，控制器单元包括三个独立的控制器；各IO模件单元均包括三个独立的IO模件；控制器单元中的各控制器通过IO通讯网络与各IO模件单元中对应的IO模件分别通讯。

控制器单元的各控制器中均设有同步模块；同步模块包括四个通讯电路、一个表决电路；每个控制器中MCU的输入端与各IO模件单元中对应该控制器的IO模件的输出端相连，MCU的信号输出端分三路传输，一路与表决电路的输入端通讯连接，另二路分别通过二个通讯电路与该控制器单元的另二个控制器通讯连接，输出信号为采集的IO信号或逻辑运算结果；每个控制器中表决电路的输入端同时通过另二个通讯电路分别连接另二个独立控制器，表决电路的输出端通过MCU与对应的IO模件的输入端相连。

各IO模件单元还包括输出控制表决模块；各IO模件单元的三个IO模件均通过输出控制表决模块与对应的执行设备相连。

本实用新型相比现有技术具有以下优点：

1、本实用新型每个控制器单元中包括三个独立的控制器，它们各自通过IO通讯网络与连接IO模件单元中三个独立的IO模件分别一一对应通讯，形成三冗余控制器与IO模件通讯分支，该冗余的三分支形式结合3-2-1的降级模式运行（即当有一个分支故障时，降级为双冗余模式；当有两个分支故障时，降级为单机运行模式），不会因为单个设备的故障而导致系统的误动或拒动，能够有效保证系统运行的容错性和可用性。

2、在控制器中增加同步模块，对接收的IO信号进行控制器单元的同步，由各控制器分别进行逻辑运算后，再对IO信号的逻辑运算结果进行控制器单元内的同步，同步的运算结果分别输出至对应的IO模件，通过IO模件单元中的输出控制表决模块再次进行同步后，输出至外部的现场执行设备，保证了各控制器和IO模件的独立性，同时进一步增强了系统运行的可靠性。

3、同时每个IO点由三个IO模件进行采集，任何一个IO模件或者总线的故障，不会导致系统故障，提高了系统的可靠性。

4、且控制器单元之间的通讯和表决由硬件自动完成，无需软件参与，大大降低了控制器处理负荷，提高系统的运行效率。

5、本实用新型基于三重化构架的分布式微网控制系统结构简单，能有效提高现有的微网控制系统的稳定性和可靠性。

附图说明

图1为本实用新型分布式微网控制系统的机构示意图；

图2为图1中控制器C1的电路原理图；

图3为图1中IO模件单元的电路原理图；

图4为本实用新型分布式微网控制系统的工作流程图。

图中，1-工程师站，2-操作员站，3-控制网络，4-控制器单元，5-IO通讯网络，6-IO模件单元，7-现场传感器，8-执行设备。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行详细说明。

如图1所示，本实用新型基于三重化架构的分布式微网控制系统包括：工程师站1、操作员站2及1个及以上的控制系统单元，工程师站1、操作员站2通过控制网络3与控制系统单元连接；控制系统单元如图中所示，包括控制器单元4、IO通讯网络5和多个IO模件单元6，控制器单元4通过IO通讯网络5与 IO模件单元6联系，其中的IO模件单元6与现场传感器7、执行设备8连接。

控制器单元与IO模件单元的通讯协议采用序列号、时间标签、CRC的校验方式。循环冗余校验英文全称Cyclic Redundancy Check，简称为CRC。

其中，控制器单元4是由三个独立的控制器C1、C2、C3组成控制器组，每个控制器包括同步模块，如图2所示，该同步模块包括四个通讯电路、一个表决电路。IO模件单元6是由三个独立的IO模件M1、M2、M3组成IO模件组和一个输出控制表决模块，如图3所示。

控制器单元内的三个独立的控制器C1、C2、C3各自通过IO通讯网络与连接IO模件单元中三个独立的IO模件M1、M2、M3分别一一对应通讯，形成三冗余控制器与IO模件通讯分支；即冗余的三个分支，根据故障情况，按3-2-1的降级模式运行；其中，当有一个分支故障时，降级为两冗余模式；当有二个分支故障时，降级为单机运行模式。

结合图2，以控制器C1为例，其中的MCU的输入信号为控制器连接IO模件的IO采集信号，输出信号为IO信号或运算结果，输出端分三路传输，一路与表决电路通讯连接，另二路分别通过二个通讯电路与控制单元的另二个独立控制器通讯连接；表决电路的输入端连接MCU和另二个独立控制器，输入信号为各控制器IO信号或运算结果，表决电路与另二个独立控制器通过通讯电路连接，表决电路输出端与MCU连接，输出值为3取2表决结果；MCU将表决结果输出给与控制器C1对应连接的IO模件M1。通过这一结构，控制器在数据同步和表决采用纯硬件电路实现，表决过程自动完成，处理器直接读取表决结果。

如图3所示，IO模件单元内的三个独立的IO模件采集信号输入端连接同一传感器7，输入相同的传感信号；控制信号输出端同时连接输出控制表决模块；输出控制表决模块输出端与现场执行设备8控制连接，输出控制表决模块的输出值为3取2表决。

本实用新型所采用的一种基于三重化架构的分布式微网控制系统，具体工作流程如下：

步骤1）每组IO模件单元6中IO模件M1、M2、M3分别采集现场传感器7的数据（包括现场电压、电流等信号）。

步骤2）每组IO模件单元6中IO模件M1、M2、M3模件把采集的现场信号分别通过IO通讯网络7传送给控制器单元4中的对应的控制器C1、C2、C3。

步骤3）每组控制器单元4中的控制器C1、C2、C3之间进行IO数据同步，并进行3取2表决。

步骤4）每组控制器单元4中控制器C1、C2、C3分别使用表决后的IO数据参与逻辑运算。

步骤5）每组控制器单元4中的控制器C1、C2、C3之间进行逻辑运算结果同步，并进行3取2表决。

步骤6）每组控制器单元4中的控制器C1、C2、C3分别通过IO通讯网络5把结果发给IO模件单元6中对应的IO模件M1、M2、M3。

步骤7）每组IO模件单元6中的IO模件M1、M2、M3经过输出控制表决模块进行3取2表决，发给现场执行设备8进行信号输出。

上述步骤根据故障情况，按3-2-1的降级模式运行；其中，当有一个分支故障时，降级为两冗余模式；当有二个分支故障时，降级为单机运行模式。