技术摘要：
本发明属于网络故障监控技术领域，具体涉及DCS环形网络故障监控系统、方法及装置。所述系统包括：环形网络；设置于环形网络中，与环形网络信号连接的使用节点；以及设置于环形网络中心位置的故障监控节点；所述故障监控节点，包括：节点探测模块、随机数据访问模块、探  全部
背景技术：
环形网络是使用一个连续的环将每台设备连接在一起。它能够保证一台  设备上 发送的信号可以被环上其他所有的设备都看到。在简单的环形网中， 网络中任何部件的损 坏都将导致系统出现故障，这样将阻碍整个系统进行正  常工作。而具有高级结构的环形网 则在很大程度上改善了这一缺陷。这种结  构的网络形式主要应用于令牌网中，在这种网络 结构中各设备是直接通过电  缆来串接的，最后形成一个闭环，整个网络发送的信息就是在 这个环中传递， 通常把这类网络称之为"令牌环网"。 集散控制系统是以微处理器为基础，采用控制功能分散、显示操作集中、  兼顾分 而自治和综合协调的设计原则的新一代仪表控制系统。集散控制系统  简称DCS，也可直译 为“分散控制系统”或“分布式计算机控制系统”。 它采用控制分散、操作和管理集中的基本设计思想，采用多层分级、合  作自治的 结构形式。其主要特征是它的集中管理和分散控制。目前DCS在 电力、冶金、石化等各行各 业都获得了极其广泛的应用。 DCS在控制上的最大特点是依靠各种控制、运算模块的灵活组态，可实  现多样化 的控制策略以满足不同情况下的需要，使得在单元组合仪表实现起  来相当繁琐与复杂的 命题变得简单。随着企业提出的高柔性、高效益的要求， 以经典控制理论为基础的控制方 案已经不能适应，以多变量预测控制为代表 的先进控制策略的提出和成功应用之后，先进 过程控制受到了过程工业界的  普遍关注。需要强调的是，广泛应用各种先进控制与优化技 术是挖掘并提升  DCS综合性能最有效、最直接、也是最具价值的发展方向。 在实际过程控制系统中，基于PID控制技术的系统占80％以上，PID回  路运用优劣 在实现装置平稳、高效、优质运行中起到举足轻重的作用，各  DCS厂商都以此作为抢占市场 的有力竞争砝码，开发出各自的PID自整定软  件。另外，根据DCS的控制功能，在基本的PID 算法基础上，可以开发各  种改进算法，以满足实际工业控制现场的各种需要，诸如带死区 的PID控制、  积分分离的PID控制、微分先行的PID控制、不完全微分的PID控制、具  有逻辑 选择功能的PID控制等等。 现有的DCS环形网络往往会因为运行时间过程，网络中出现问题，而  出现问题后， 查找故障发源处和进行维修都需要耗费大量的时间和人力。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供DCS环形网络故障监控系统、  方法及装置， 其通过实时的对网络中所有节点进行性能监测，可以在对网络  故障进行预测，减少网络故 障发生率，提升网络性能。 4 CN 111600770 A 说　明　书 2/7 页 为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的： DCS环形网络故障监控系统，所述系统包括：环形网络；设置于环形网  络中，与环 形网络信号连接的使用节点；以及设置于环形网络中心位置的故 障监控节点；所述故障监 控节点，包括：节点探测模块、随机数据访问模块、  探测响应模块、数据统计记录模块和控 制模块；所述节点探测模块，用于对  环形网络中的使用节点的可达性、可用性的周期性主 动探测；所述随机数据  访问模块，用于对使用节点进行存储访问性能探测；所述探测响应 模块，用  于接收探测消息，并及时作出响应；所述数据统计记录模块：用于监控使用  节点 之间的数据交换和数据处理，并进行过程记录，形成节点性能的统计报  告。 进一步的，所述随机数据访问模块，对使用节点进行存储访问性能探测 的方法执 行以下步骤： 步骤1：对环形网络中的使用节点均进行ID编号； 步骤2：通过伪随机算法，生成随机数，根据生成的随机数与使用节点 的ID进行比 对，若对应的使用节点的ID与随机数的差值在设定的阈值范围 内，则对该使用节点进行访 问； 步骤3：使用生成的随机数，生成一个序列X，使用该序列X的自相关  函数和高斯白 噪声功率谱密度设计一个滤波器； 步骤4：使用该滤波器对往返于使用节点和随机数据访问模块之间的数  据进行滤 波，同时使用该滤波器获取数据往返时的相关性高斯噪声； 步骤5：对相关性高斯噪声进行评估，判断使用节点的存储访问性能。 进一步的，所述使用生成的随机数，生成一个序列X，使用该序列X的  自相关函数 和高斯白噪声功率谱密度设计一个滤波器的方法执行以下步骤：  将序列X和拉普拉斯噪声 满足的自相关函数条件RZ(m)＝RXX(m)代入拉普  拉斯噪声生成公式，得到相关性高斯噪声 的自相关函数为： 其中，RXx(m)为序列的自相关函数；相关 性高斯噪声的自相关函  数进行傅里叶变换，得到相关性高斯噪声的功率谱密度为： 其中，δ(ω)为脉冲函数；高斯噪声通过现行系 统  后，功率谱密度为：PG′(ω)＝PG(ω)·|H(ω)|2；通过上述公式，得到滤波器 的系统函 数为： 其中，N0为高斯噪  声的已知功率谱 密度。 进一步的，所述节点之间通过点对点网络广播和Gossip协议，进行节点 间信息传 输。 一种基于权利要求1至4之一所述系统的DCS环形网络故障监控方法，  其特征在 于，所述方法执行以下步骤： 步骤S1：构建环形网络，将使用节点接入环形网络，在环形网络中心位  置设置一 个故障监控节点；故障监控节点能够与环形网络中的所有使用节点  进行信息交互； 步骤S2：故障检测节点对环形网络中的使用节点的可达性、可用性的周  期性主动 5 CN 111600770 A 说　明　书 3/7 页 探测；对使用节点进行存储访问性能探测；接收探测消息，并及时  作出响应；监控使用节点 之间的数据交换和数据处理，并进行过程记录，形 成节点性能的统计报告。 进一步的，对使用节点进行存储访问性能探测的方法执行以下步骤： 步骤S2.1：对环形网络中的使用节点均进行ID编号； 步骤S2.2：通过伪随机算法，生成随机数，根据生成的随机数与使用节  点的ID进 行比对，若对应的使用节点的ID与随机数的差值在设定的阈值范 围内，则对该使用节点进 行访问； 步骤S2.3：使用生成的随机数，生成一个序列X，使用该序列X的自相  关函数和高 斯白噪声功率谱密度设计一个滤波器； 步骤S2.4：使用该滤波器对往返于使用节点和随机数据访问模块之间的  数据进 行滤波，同时使用该滤波器获取数据往返时的相关性高斯噪声； 步骤S2.5：对相关性高斯噪声进行评估，判断使用节点的存储访问性能。 进一步的，所述使用生成的随机数，生成一个序列X，使用该序列X的  自相关函数 和高斯白噪声功率谱密度设计一个滤波器的方法执行以下步骤：  将序列X和拉普拉斯噪声 满足的自相关函数条件RZ(m)＝RXX(m)代入拉普  拉斯噪声生成公式，得到相关性高斯噪声 的自相关函数为： 其中，RXX(m)为序列的自相关函数；相关 性高斯噪声的自相关函  数进行傅里叶变换，得到相关性高斯噪声的功率谱密度为： 其中，δ(ω)为脉冲函数；高斯噪声通过现行系 统  后，功率谱密度为：PG′(ω)＝PG(ω)·|H(ω)|2；通过上述公式，得到滤波器 的系统函 数为： 其中，N0为高斯噪  声的已知功率谱 密度。 进一步的，所述节点之间通过点对点网络广播和Gossip协议，进行节点 间信息传 输。 进一步的，所述节点之间仅通过点对点网络广播协议，进行节点间信息  传输。 一种DCS环形网络故障监控装置，所述装置包括：环形网络；设置于  环形网络中， 与环形网络信号连接的使用节点；以及设置于环形网络中心位  置的故障监控节点；所述故 障监控节点为一种非暂时性的计算机可读存储介  质，该存储介质存储了计算指令，其包 括：对环形网络中的使用节点的可达  性、可用性的周期性主动探测的代码段；对使用节点 进行存储访问性能探测 的代码段；接收探测消息，并及时作出响应的代码段；监控使用节 点之间的 数据交换和数据处理，并进行过程记录，形成节点性能的统计报告的代码段。 本发明的DCS环形网络故障监控系统、方法及装置，具有如下有益效 果：。 附图说明 图1为本发明实施例提供的DCS环形网络故障监控系统的系统结构示 意图； 图2为本发明实施例提供的DCS环形网络故障监控方法的方法流程示 意图； 6 CN 111600770 A 说　明　书 4/7 页 图3为本发明实施例提供的DCS环形网络故障监控系统、方法及装置  的故障发生 率实验曲线示意图与现有技术的故障发生率的实验曲线对比效 果示意图。 1-使用节点，2-故障监测节点，3-环形网络，4-本发明实验曲线示意图，  5-现有技 术实验曲线示意图。