一種多功能處理器控制系統及方法與流程
2023-08-11 14:38:48
1.本發明涉及糞便汙泥焚燒深度處理及排放達標設備的控制領域，尤其涉及一種糞便汙泥焚燒深度處理及排放達標的多功能處理器控制系統及方法。
背景技術：
2.目前，janicki bioenergy公司研製有一種糞便汙泥焚燒深度處理及排放達標的設備，命名為omni-processor s100處理器，並在此基礎上，進一步開發研製了能擴大糞便汙泥處理量的第二代omni-processor s200處理器，這是世界上最先進的「生物質能轉換機」，於當年交付塞內加爾達喀爾投入試運行。研製這種設備的目的是用於解決未經處理的排洩物汙染數百萬人的飲用水水源的問題。這種設備改變了糞便汙泥的處理方式，能降低清理運輸成本以及破壞消滅病原體，同時獲取寶貴的能源和再生水。
3.為推動omni-processor s200處理器在全球範圍的推廣合作，降低製造成本，滿足不同地區汙泥處理的本地化要求，更好地服務於貧困、欠發達地區，將omni-processor s200處理器項目落地中國，由北京二七機車工業有限責任公司進行具體國產化設計、研製，設備名稱命名為omni-processor cs50處理器(op cs50多功能處理器)。
4.目前國際、國內類似的處理器普遍採用dcs控制系統，但dcs控制系統相對而言具有成本高，可移植性差等缺點。國內採用plc控制系統的多功能處理器普遍使用集中式拓撲結構，即將主控的中央處理模塊與對各分系統對應的外部擴展模塊均集中設置在一起，在一臺主控的中央處理模塊處集中擴展數字量模塊、模擬量模塊等外部擴展模塊，各外部擴展模塊再分別通過通信線路單獨與各分系統通信連接，不僅所用線路較多，導致布線較為複雜，相對成本較高，且每個分控制器僅有一條連接分系統的通信線路，存在系統負擔重、易出錯等問題。
5.有鑑於此，特提出本發明。
技術實現要素：
6.本發明的目的是提供了一種多功能處理器控制系統及方法，能通過分散式網絡拓撲結構對多功能處理器的各分系統進行實時控制，從而有效地解決了現有同類控制系統布線複雜，成本高、系統負擔重以及易出錯等缺點。
7.本發明的目的是通過以下技術方案實現的：
8.一種多功能處理器控制系統，用於糞便汙泥焚燒深度處理及排放達標的多功能處理器，包括：
9.中央處理模塊、若干接口模塊和若干擴展模塊；其中，
10.多功能處理器包含的每個分系統處均設置一個接口模塊和至少一個擴展模塊，接口模塊與各擴展模塊通信連接，各擴展模塊分別與所在處分系統通信連接，能獲取所連接分系統的設備運行數據；
11.每個分系統處的接口模塊至少設有兩個網絡接口，分別通過網線與相鄰的分系統
處的接口模塊通信連接，多功能處理器包含的所有分系統處的接口模塊串聯連接成雙向環形網絡；
12.所述中央處理模塊，與所有接口模塊串聯連接成的雙向環形網絡通信連接，能接收任一接口模塊發送的該接口模塊所連接擴展模塊發送的對應分系統的設備運行數據，利用運行的對應控制程序根據運行數據對對應的分系統進行實時控制。
13.一種利用本發明所述的多功能處理器控制系統的多功能處理器控制方法，用於對糞便汙泥焚燒深度處理及排放達標的多功能處理器進行控制，包括以下步驟：
14.所述中央處理模塊通過多功能處理器包含的各分系統處設置的接口模塊串聯形成的雙向環形網絡，接收各接口模塊發送的設備運行數據，所述運行數據由各接口模塊所連接的擴展模塊從所在的分系統採集得到；
15.所述中央處理模塊調用對應的控制程序對接收的設備運行數據進行處理，根據處理結果利用對應的控制程序對對應的分系統進行實時控制。
16.與現有技術相比，本發明所提供的多功能處理器控制系統及方法，其有益效果包括：
17.通過在多功能處理器包含的每個分系統處均設置一個接口模塊和至少一個擴展模塊，利用接口模塊的兩個網絡接口經網線連接，使得分散設置的各接口模塊串聯連接成雙向環形網絡，中央處理模塊連接入該雙向環形網絡後，與每個分系統處的接口模塊和擴展模塊構成了一種分散式網絡拓撲結構，能通過匹配的通信協議採集和分析各分系統的設備運行數據以及根據運行數據對對應的分系統進行控制，很好的解決了以往集中式控制系統布線複雜，成本高以及不方便維護的問題。
附圖說明
18.為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域的普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他附圖。
19.圖1為本發明實施例提供的多功能處理器控制系統的構成示意圖。
20.圖2為本發明實施例提供的多功能處理器控制系統的接口模塊和擴展模塊的示意圖。
21.圖3為本發明實施例提供的多功能處理器控制方法中的累積計算過程的流程示意圖。
22.圖4為本發明實施例提供的多功能處理器控制方法中的閥門與電機控制過程的流程示意圖。
具體實施方式
23.下面結合本發明的具體內容，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述；顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例，這並不構成對本發明的限制。基於本發明的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明的保護範圍。
24.首先對本文中可能使用的術語進行如下說明：
25.術語「和/或」是表示兩者任一或兩者同時均可實現，例如，x和/或y表示既包括「x」或「y」的情況也包括「x和y」的三種情況。
26.術語「包括」、「包含」、「含有」、「具有」或其它類似語義的描述，應被解釋為非排它性的包括。例如：包括某技術特徵要素(如原料、組分、成分、載體、劑型、材料、尺寸、零件、部件、機構、裝置、步驟、工序、方法、反應條件、加工條件、參數、算法、信號、數據、產品或製品等)，應被解釋為不僅包括明確列出的某技術特徵要素，還可以包括未明確列出的本領域公知的其它技術特徵要素。
27.術語「由
……
組成」表示排除任何未明確列出的技術特徵要素。若將該術語用於權利要求中，則該術語將使權利要求成為封閉式，使其不包含除明確列出的技術特徵要素以外的技術特徵要素，但與其相關的常規雜質除外。如果該術語只是出現在權利要求的某子句中，那麼其僅限定在該子句中明確列出的要素，其他子句中所記載的要素並不被排除在整體權利要求之外。
28.除另有明確的規定或限定外，術語「安裝」、「相連」、「連接」、「固定」等術語應做廣義理解，例如：可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對於本領域的普通技術人員而言，可以根據具體情況理解上述術語在本文中的具體含義。
29.術語「中心」、「縱向」、「橫向」、「長度」、「寬度」、「厚度」、「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」、「豎直」、「水平」、「頂」、「底」「內」、「外」、「順時針」、「逆時針」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述和簡化描述，而不是明示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本文的限制。
30.下面對本發明所提供的多功能處理器控制系統及方法進行詳細描述。本發明實施例中未作詳細描述的內容屬於本領域專業技術人員公知的現有技術。本發明實施例中未註明具體條件者，按照本領域常規條件或製造商建議的條件進行。本發明實施例中所用試劑或儀器未註明生產廠商者，均為可以通過市售購買獲得的常規產品。
31.如圖1所示，本發明一種多功能處理器控制系統，用於糞便汙泥焚燒深度處理及排放達標的多功能處理器，包括：
32.中央處理模塊、若干接口模塊和若干擴展模塊；其中，
33.多功能處理器包含的每個分系統處均設置一個接口模塊和至少一個擴展模塊，接口模塊與各擴展模塊通信連接，各擴展模塊分別與所在處分系統通信連接，能獲取所連接分系統的設備運行數據；
34.每個分系統處的接口模塊至少設有兩個網絡接口，分別通過網線與相鄰的分系統處的接口模塊通信連接，多功能處理器包含的所有分系統處的接口模塊串聯連接成雙向環形網絡；
35.所述中央處理模塊，與所有接口模塊串聯連接成的雙向環形網絡通信連接，能接收任一接口模塊發送的該接口模塊所連接擴展模塊發送的對應分系統的設備運行數據，利用運行的對應控制程序根據運行數據對對應的分系統進行實時控制。
36.參見圖2、圖3，所述接口模塊採用et200s接口模塊。
37.上述系統中，所述擴展模塊包括：數字量模塊、模擬量模塊、通信模塊、電源模塊、安全模塊中的至少一種。
38.上述系統中，所述中央處理模塊採用s7-1515f-2pn系列cpu構成的中央處理模塊，該中央處理模塊通過profinet通信協議與各接口模塊所連接的控制模塊通信連接。該中央處理模塊是由cpu設置在具有各種接口的控制板上形成的中央處理模塊，與集中式plc控制系統的中央處理模塊類似。
39.上述系統中，所述中央處理模塊運行的對應控制程序包括：若干模塊式控制程序，每個模塊式控制程序對應控制所有分系統中的一種類型的設備。這種方式能實現為一種類型的動設備一次編寫控制程序，而多個同類型動設備共享使用，降低了成本，也提升了控制程序的可移植性。
40.參見圖1，本發明實施例提供一種利用上述的多功能處理器控制系統的控制方法，用於對糞便汙泥焚燒深度處理及排放達標的多功能處理器進行控制，包括以下步驟：
41.所述中央處理模塊通過多功能處理器包含的各分系統處設置的接口模塊串聯形成的雙向環形網絡，接收各接口模塊發送的設備運行數據，所述運行數據由各接口模塊所連接的擴展模塊從所在的分系統採集得到；
42.所述中央處理模塊調用對應的控制程序對接收的設備運行數據進行處理，根據處理結果利用對應的控制程序對對應的分系統進行實時控制。
43.上述方法中，若所述中央處理模塊判斷控制對象為不同分系統的同一類型動設備，則調用同一個對應的模塊式控制程序，對同一類型動設備進行實時控制。
44.綜上可見，本發明實施例的系統及方法，由於採用了分散式拓撲結構進行控制，降低了布線的複雜度，也便於控制，不僅提升了控制的靈活性，也降低了成本，同時提高了整個系統的安全性。相對於傳統dcs控制系統而言，成本低、可移植性能良好。相對於傳統集中式plc控制系統而言，大大地節省了電纜成本，同時由於採用了分散式網絡結構極大地提供高設備替換及維修的便利性；控制程序採用模塊式控制程序，不同分系統的同類型設備只需要一個控制程序，如相同類型的設備和儀表集成至一個控制程序模塊當中，相同類型的設備編程只需調用一個控制程序模塊的同時，改變相應的實參即可實現對不同設備的控制，另外，對於相同類型的項目，本控制系統和控制程序可以很快的應用於新項目中，提升了可移植性，減少了項目開發時間和成本。
45.為了更加清晰地展現出本發明所提供的技術方案及所產生的技術效果，下面以具體實施例對本發明實施例所提供的多功能處理器控制系統及方法進行詳細描述。
46.實施例1
47.如圖1所示，本實施例提供一種多功能處理器控制系統，是一種採用分散式網絡結構對組成多功能處理器的各分系統進行實時控制的系統，包括：
48.中央處理模塊、多個接口模塊和多個擴展模塊；其中，
49.組成多功能處理器的每個分系統處均設置一個接口模塊，每個接口模塊至少設有兩個網絡接口和至少一個擴展接口，擴展接口能連接擴展模塊，兩個網絡接口分別連接來自於不同分系統的網線；
50.多個分系統的接口模塊通過網線串聯連接形成雙向環形網絡；
51.中央處理模塊，接入多個接口模塊形成的雙向環形網絡中，與各接口模塊和各接口模塊連接的擴展模塊構成一種分散式網絡結構的控制系統，該中央處理模塊能接收任一接口模塊發送的該接口模塊所連接擴展模塊發送的對應分系統的設備運行數據，利用運行的對應控制程序根據運行數據對對應的分系統進行實時控制。
52.可以知道，上述接口模塊的兩個網絡接口，可以是自身自帶的網絡接口，也可以是自身僅設有一個網絡接口，通過網絡擴展設備擴展的網絡接口，網絡擴展設備可以是路由器、交換機等。
53.在一優選的實施例中，中央處理模塊的cpu採用s7-1515f-2pn系列高穩定、高處理能力的cpu，同時各分站分系統的接口模塊均採用具有快速計算能力的et200s接口模塊(參見圖2)，通過profinet通信協議實現對組成多功能處理器的輸送分系統、烘乾分系統、鍋爐分系統、鍋爐輔助分系統、尾氣分系統、水處理分系統、脫氣分系統、蒸汽回收分系統、砂循環分系統、朗肯分系統等各分系統的分散式控制(如圖1所示)。各分系統通過et200s接口模塊擴展外接控制所在分系統所需要的擴展模塊，擴展模塊包括：數字量模塊、模擬量模塊、通信模塊、電源模塊、安全模塊等中的至少一種(參見圖2)其中，a1為et200s接口模塊，該模塊通過p1、p2接口上的網線與其他分系統的接口模塊相連接，進而與cpu相連接，將接口模塊所連接的擴展模塊上數據上傳至cpu進行處理，同時將cpu處理過的數據傳送至各擴展模塊，從而實現對各個分系統的控制，圖2中a2為電源模塊，a3、a4、a10為模擬量輸入模塊，a5、a6、a7為數字量輸入模塊，a8、a9為數字量輸出模塊。各分系統根據需要對如圖2所示的控制模塊進行組合應用，通過分散式拓撲結構，各分系統之間只需要通過一根網線即可實現自由連結和數據交換，各分系統通過網線將本系統的採樣數據傳送至控制室內的中央處理模塊，通過中央處理模塊處理後下行至各分系統，從而實現各分系統的實時控制。
54.上述系統中，中央處理模塊控制各分系統的數據以及控制方式，與現有的集中式控制系統並無本質區別，在此不再詳細說明。
55.參見圖2，下面以多功能處理器中的脫氣分系統為例，對其連接的一組et200s接口模塊及擴展模塊進行示例性說明。
56.在該et200s接口模塊和擴展模塊中，a2、a3為數字量輸入模塊，其功能在於分別採集脫氣塔低低、低、高、高高液位信號，該信號通過et200s接口模塊傳送至中央處理模塊進行邏輯判斷和控制，當脫氣塔在排出狀態時，若脫氣塔低信號使能，則停止脫氣塔排出泵，同時關閉脫氣塔排出閥門。當脫氣塔低低液位信號使能時，系統將產生報警信號顯示於上位機電腦屏幕上，同時系統將停止脫氣塔排出泵、關閉脫氣塔排出閥門。當脫氣塔高液位信號使能時，系統將打開脫氣塔排出閥門、啟動脫氣塔排出泵。當脫氣塔高高液位信號使能時，系統將產生報警信號顯示於上位機屏幕上，同時系統將停止脫氣塔輸入泵，停止將蒸汽冷凝液輸入脫氣塔中。
57.控制室內的操作人員通過上位機上的組態軟體與中央處理模塊進行實時人機互動。組態軟體運行於上位機電腦內，通過圖形化及動畫等形式顯示系統信號及狀態，同時操作員通過上位機組態軟體來觀察系統狀態、啟停和開關系統內的各個設備。本實施例控制系統的優點在於通過分散式結構，摒棄了傳統方式中採用在一臺中央處理模塊處集中擴展數字量模塊、模擬量模塊等外部擴展模塊，各分系統的採樣數據皆要通過相應的電纜線路或者網絡線路傳送至相應模塊當中，進而大大的增加了電纜的使用量，進而大大地抬高了
項目的建設成本。本系統通過分散式網絡拓撲結構，只通過一根網線來實現對各系統的控制，從而大大減少電纜成本，同時也提高了系統的實時性及處理能力。
58.實施例2
59.本實施例提供一種多功能處理器控制方法，是一種利用實施例1的分散式網絡結構控制系統對組成多功能處理器的各分系統進行實時控制的方法，包括：
60.通過控制系統的中央處理模塊，接收各分系統處的擴展模塊採集的設備運行數據，經接口模塊和雙向環形網絡發送給中央處理模塊，中央處理模塊根據接收的設備運行數據對對應分系統的設備進行實時控制。
61.在控制各分系統的各設備過程中，本發明採用了模塊式編程方式，指的是將相同類型的設備控制編寫一個通用的子控制程序，同一個項目中同類型的不同設備，不同項目中相同類型的設備控制都可以調用本子控制程序，這樣可移植性好，減輕中央處理模塊運行負擔。中央處理模塊控制時，根據判斷的設備類型從控制程序庫內調用對應的控制程序，根據其設備運行參數進行對應控制。這樣實現了控制程序更好的移植性，也降低了軟體的成本。
62.優選的，上述控制方法中，在處理各系統模擬量的累計問題上，首先對各系統採集到的數據由整數型轉換為雙整數型，再由雙整數型轉換為實數型，同時，將採集數據的時間變量數據類型轉換為雙整數型，然後由雙整數型再轉換為實數型，轉換後的數據通過公式#accum:＝(#value+#last_value)*#cycle_real/2+#accum進行累積量計算(其中#accum為累積量，#value：本次採樣值，#last_value：上一周期採樣值，#cycle_real：採樣周期)。在計算累計值的過程中，由於寄存器儲存能力的限制，會導致累計時間未到理想值時即產生溢出的錯誤，所以本發明採用二級累計計算的方法來擴充累計計算的數據範圍，當二級累計計算達到一定時間後，可手動清零所用數據，如果沒有進行手動清零，當二級累計計算達到溢出值後，程序將重新計算累計值。(參見圖3)
63.優選的，上述控制方法中，對於開關類型的閥門控制和各種動設備電機的控制是相同的，當控制該類型設備時，首先判斷該設備是就地狀態還是遠程狀態，如果為遠程狀態時，判斷該設備是否處於聯鎖狀態，如果該設備處於聯鎖狀態，則該設備將根據其與其他設備的內在聯鎖關係而進行自動啟動/打開和停止/關閉控制。當該設備處於聯鎖狀態時，若該設備需要自動啟動/打開，首先需要判斷該設備是否處於電氣故障狀態，如果是電氣故障狀態則該設備將不會自動啟動/打開，若該設備無電氣故障則判斷該設備是否處於設備保護設置狀態，若該設備處於設備保護狀態則該設備無法自動啟動/打開，否則該設備將進行是否聯鎖保護判斷，若該設備處於聯鎖保護狀態則該設備無法自動啟動/打開，該設備需在聯鎖設備滿足條件時方可自動啟動/打開。自動停止/關閉時則無需判斷該設備的具體狀態。
64.當該設備處於非聯鎖狀態時，操作員可手動點擊設備啟動/打開按鈕，進行設備啟動/打開操作，當操作員點擊啟動/打開按鈕後，程序首先判斷該設備的啟動/打開允許條件是否滿足，當啟動/打開允許條件滿足時，程序將判斷該設備是否處於電氣故障狀態，如果是電氣故障狀態則該設備將不會啟動/打開，若該設備無電氣故障，程序將判斷該設備是否處於設備保護設置狀態，若該設備處於設備保護狀態，則該設備無法啟動/打開，否則該設備將進行是否聯鎖保護判斷，若該設備處於聯鎖保護狀態，則該設備無法啟動/打開，該設
備需在聯鎖設備滿足條件時方可啟動/打開。操作員點擊停止/關閉按鈕時，程序將判斷該設備的停止/關閉條件是否允許，若條件滿足則該設備將直接停止，若條件不滿足該設備將無法停止/關閉。(參見圖4)
65.綜上可見，本發明實施例控制系統採用分散式拓撲結構，網絡結構簡單，節省網線降低成本，雙向環形網絡不易出錯，提高系統安全性；採用模塊化編程方法，同一類型設備用同一段程序控制，提高系統及方法的可移植性。
66.以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明披露的技術範圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。因此，本發明的保護範圍應該以權利要求書的保護範圍為準。本文背景技術部分公開的信息僅僅旨在加深對本發明的總體背景技術的理解，而不應當被視為承認或以任何形式暗示該信息構成已為本領域技術人員所公知的現有技術。