專利名稱：一種遠(yuǎn)程監(jiān)管安全可編程控制設(shè)備及其監(jiān)控方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于安全生產(chǎn)監(jiān)管領(lǐng)域，尤其涉及一種遠(yuǎn)程監(jiān)管安全可編程控制設(shè)備及其
監(jiān)控方法。
背景技術(shù)：
可編程控制設(shè)備是一種專門(mén)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子 裝置，該設(shè)備采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，該存儲(chǔ)器內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì) 時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作指令，并能通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的 機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。目前，可編程控制設(shè)備在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、電力、化工等各 個(gè)行業(yè)，成為生產(chǎn)自動(dòng)化的主要功能控制部件。 在我國(guó)工業(yè)迅速發(fā)展的同時(shí)，生產(chǎn)重大事故時(shí)有發(fā)生，國(guó)家對(duì)安全生產(chǎn)監(jiān)管越來(lái) 越重視，安全生產(chǎn)監(jiān)管系統(tǒng)得到了廣泛使用，監(jiān)管系統(tǒng)對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)性要求越來(lái)越高，解決 這種要求的最好方式是將監(jiān)管系統(tǒng)和生產(chǎn)系統(tǒng)有效地結(jié)合起來(lái)。但是，現(xiàn)有的生產(chǎn)系統(tǒng)五 花八門(mén)，種類繁多，由于系統(tǒng)建立時(shí)就沒(méi)有考慮到安全監(jiān)管的對(duì)接問(wèn)題，實(shí)際上兩個(gè)系統(tǒng)的 數(shù)據(jù)交換十分困難，甚至不能交換。 如何實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程安全生產(chǎn)監(jiān)管系統(tǒng)和企業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化控制系統(tǒng)一體化，對(duì)于預(yù)防、 減少、排除安全隱患和提高平穩(wěn)、高效的安全生產(chǎn)十分重要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實(shí)施例的目的在于提供一種實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程安全生產(chǎn)監(jiān)管系統(tǒng)和企業(yè)生產(chǎn)自動(dòng) 化控制系統(tǒng)一體化遠(yuǎn)程監(jiān)管安全可編程控制設(shè)備。 本發(fā)明實(shí)施例是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種遠(yuǎn)程監(jiān)管安全可編程控制設(shè)備，所述設(shè)備包括 負(fù)責(zé)與遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行通信的通信模塊，與所述通信模塊連接的CPU微處理器，與所述 CPU微處理器連接的可編程安全控制模塊以及安全存儲(chǔ)模塊，
所述可編程安全控制模塊，用于設(shè)定安全訪問(wèn)程序； 所述CPU微處理器，用于接收遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的訪問(wèn)指令，根據(jù)所述可編程安全控 制模塊設(shè)定的安全訪問(wèn)程序訪問(wèn)所述安全存儲(chǔ)模塊； 所述安全存儲(chǔ)模塊，用于設(shè)定安全標(biāo)識(shí)以及結(jié)構(gòu)，供遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)訪問(wèn)。 本發(fā)明實(shí)施例的另一 目的在于提供一種基于上述遠(yuǎn)程監(jiān)管安全可編程控制設(shè)備
的監(jiān)控方法，所述方法包括以下步驟 可編程安全控制模塊設(shè)定安全訪問(wèn)程序； 安全存儲(chǔ)模塊設(shè)定安全標(biāo)識(shí)以及結(jié)構(gòu)，供遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)訪問(wèn)；
通信模塊接收遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的指令，并轉(zhuǎn)發(fā)給CPU微處理器； 所述CPU微處理器接收遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的訪問(wèn)指令，根據(jù)所述可編程安全控制模塊 設(shè)定的安全訪問(wèn)程序訪問(wèn)所述安全存儲(chǔ)模塊。 本發(fā)明將遠(yuǎn)程監(jiān)管和本地安全控制結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化系統(tǒng)和安全生產(chǎn)
3監(jiān)管系統(tǒng)一體化，預(yù)防和排除安全生產(chǎn)隱患，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的平穩(wěn)、高效和安全。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的遠(yuǎn)程監(jiān)管安全可編程控制設(shè)備的結(jié)構(gòu)圖；
圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的安全存儲(chǔ)模塊的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)圖； 圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的遠(yuǎn)程監(jiān)管安全可編程控制設(shè)備的監(jiān)控方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式
為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì) 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。
圖1示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的遠(yuǎn)程監(jiān)管安全可編程控制設(shè)備的結(jié)構(gòu)圖。 所述設(shè)備包括通信模塊，與所述通信模塊連接的CPU微處理器，與所述CPU微處理
器連接的可編程安全控制模塊以及安全存儲(chǔ)模塊。所述設(shè)備還包括與所述CPU微處理器連
接的1/o模塊(圖未示出)，其中，所述1/o模塊根據(jù)所述cpu微處理器的控制對(duì)外輸入或
者輸出，實(shí)現(xiàn)智能控制。 其中，可編程安全控制模塊用于設(shè)定安全訪問(wèn)程序，所述可編程安全控制模塊為 CPLD或FPGA可編程安全控制模塊。 在具體實(shí)施過(guò)程中，本發(fā)明實(shí)施例的安全措施分為兩種，一種是自身實(shí)現(xiàn)的，如冗 余、WDT等(請(qǐng)參閱圖l);另一種技術(shù)人員根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際使用情況，比如維護(hù)期間，將該期 間的安全控制方式編為一段安全程序，安全程序?qū)⒈晦D(zhuǎn)化為二進(jìn)制代碼，被CPU微處理器 存儲(chǔ)在安全存儲(chǔ)模塊中，并在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，自動(dòng)下載到CPLD或FPGA可編程安全控制模塊， CPLD或FPGA可編程安全控制模塊成為了一個(gè)安全控制功能部件，介于CPU和I/O之間，保 證I/0的輸入輸出是正確的。 技術(shù)人員在編制安全控制程序時(shí)，是要依賴于編程開(kāi)發(fā)工具，該工具是專門(mén)用于 本發(fā)明的，是在購(gòu)買(mǎi)本發(fā)明的產(chǎn)品時(shí)附帶的。編程開(kāi)發(fā)工具內(nèi)置了編程例子、演示工程，更 為重要的是一些已被證明符合安全規(guī)定的控制邏輯或算法，將可以直接嵌入到新的安全控 制程序。 本發(fā)明的所有I/O的輸入輸出都是受CPU微處理器的，可能是簡(jiǎn)單的直接輸入輸 出，也可能是復(fù)雜的過(guò)程控制，都可以實(shí)現(xiàn)智能控制。 安全存儲(chǔ)模塊用于設(shè)定安全標(biāo)識(shí)以及結(jié)構(gòu)，供遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)訪問(wèn)。 在具體實(shí)施過(guò)程中，請(qǐng)參閱圖2，安全存儲(chǔ)模塊中的內(nèi)容是按一定的結(jié)構(gòu)組織起來(lái)
的，從低到高的數(shù)據(jù)依次為模塊ID、 I/O 口數(shù)量、系統(tǒng)負(fù)載、CPU效率、系統(tǒng)內(nèi)存、工作模式，
以及多個(gè)分片的I/O 口數(shù)據(jù)，分片的依據(jù)是I/O 口的ID值，分片的大小可根據(jù)I/O 口數(shù)據(jù)
量的大小而定。分片的I/O 口數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)包括I/O 口 ID、 I/O 口類型、I/O 口狀態(tài)、報(bào)警閾
值、本地時(shí)間、來(lái)訪記錄等。附圖中只演示了 16位數(shù)據(jù)格式，對(duì)于8位、32位等數(shù)據(jù)格式同
樣適用。 在具體實(shí)施過(guò)程中，在第一次冷啟動(dòng)上電后，安全存儲(chǔ)模塊的內(nèi)容被清除為全O 狀態(tài)。所有初始化完成后，系統(tǒng)進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)，重要的系統(tǒng)內(nèi)容將被實(shí)時(shí)地存放在安全
4存儲(chǔ)模塊中，其中I/O的輸入輸出狀態(tài)將被將被直接映射到安全存儲(chǔ)模塊中。
通信模塊負(fù)責(zé)與遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行通信。所述通信模塊在接收到遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的 指令后，判斷該指令是否符合訪問(wèn)權(quán)限，若符合則將該指令轉(zhuǎn)發(fā)所述CPU微處理器。
在具體實(shí)施過(guò)程中，通信模塊嵌入有安全生產(chǎn)監(jiān)管專用通信子塊(簡(jiǎn)稱子塊)。該 子塊內(nèi)置了與遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通信的接口、協(xié)議、工作模式和功能軟件等。子塊具有實(shí)時(shí)采集 I/O數(shù)據(jù)的功能，包括但不限于DI、DO、AI、AO;并不斷比較1/0的上、下限數(shù)據(jù)，對(duì)于超出閾 值的1/0數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。子塊具有風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估能力，可以按照預(yù)先設(shè)定的智能評(píng)估算法，對(duì)超 限對(duì)象進(jìn)行數(shù)據(jù)融合和危險(xiǎn)評(píng)估，自動(dòng)確定危險(xiǎn)級(jí)別。子塊可以對(duì)于不同危險(xiǎn)級(jí)別的對(duì)象 進(jìn)行遠(yuǎn)程自動(dòng)報(bào)警，也可以觸發(fā)本發(fā)明的報(bào)警部件，進(jìn)行本地聲光報(bào)警，可選擇地執(zhí)行自動(dòng) 剎車系統(tǒng)或聯(lián)鎖控制系統(tǒng)，停止生產(chǎn)過(guò)程。子塊還可以根據(jù)管理設(shè)置自動(dòng)尋找遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系 統(tǒng)，實(shí)時(shí)上報(bào)包括I/O在內(nèi)的本發(fā)明實(shí)施例的工作狀態(tài)，并接受遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的查詢請(qǐng)求。
所述CPU微處理器接收到通信模塊轉(zhuǎn)發(fā)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的訪問(wèn)指令后，根據(jù)所述 可編程安全控制模塊設(shè)定的安全訪問(wèn)程序訪問(wèn)所述安全存儲(chǔ)模塊，實(shí)現(xiàn)智能控制。
在具體實(shí)施過(guò)程中，系統(tǒng)在接受到外部遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的訪問(wèn)時(shí)，通信模塊首先接 收訪問(wèn)指令，將訪問(wèn)指令傳送給CPU， CPU將對(duì)此訪問(wèn)信息進(jìn)行處理；并返回相應(yīng)的信息給 通信模塊，通信模塊將該信息轉(zhuǎn)發(fā)給遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。如果遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)請(qǐng)求的內(nèi)容是關(guān)于 1/0狀態(tài)數(shù)據(jù)的，CPU將從所述安全存儲(chǔ)中取出1/0狀態(tài)數(shù)據(jù)，并將該數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼、加密、 打包等處理后，直接傳給通信模塊，由通信模塊再轉(zhuǎn)發(fā)給遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
其中，對(duì)于本發(fā)明為模塊組合的產(chǎn)品形式，外部遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的訪問(wèn)數(shù)據(jù)還是先 到達(dá)通信模塊。通信模塊要判定訪問(wèn)數(shù)據(jù)是否屬于本模塊的，判斷的依據(jù)是訪問(wèn)數(shù)據(jù)中的 模塊ID值。如果模塊ID值是本模塊的ID，通信模塊將訪問(wèn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給本模塊的CPU，如果 不是，繼續(xù)和已知的模塊ID值進(jìn)行比較，ID相符的模塊將收到該訪問(wèn)數(shù)據(jù)。訪問(wèn)數(shù)據(jù)從通 信模塊傳送給ID相符模塊的途徑是通過(guò)通信模塊和相符模塊之間互連的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線。 ID相符模塊的應(yīng)答數(shù)據(jù)仍然是通過(guò)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線傳送給通信模塊，通信模塊再轉(zhuǎn)發(fā)給遠(yuǎn)程 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。 圖3示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的遠(yuǎn)程監(jiān)管安全可編程控制設(shè)備的監(jiān)控方法的流 程。 在步驟S301中，可編程安全控制模塊設(shè)定安全訪問(wèn)程序；
在步驟S302中，安全存儲(chǔ)模塊設(shè)定安全標(biāo)識(shí)以及結(jié)構(gòu)，供遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)訪問(wèn)；
在步驟S303中，通信模塊接收遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的指令，并轉(zhuǎn)發(fā)給CPU微處理器。
其中，通信模塊首先判斷該指令是否符合訪問(wèn)權(quán)限，若符合則將該指令轉(zhuǎn)發(fā)所述 CPU微處理器。具體的判斷過(guò)程在前文已述，此處不再贅述。 在步驟S304中，所述CPU微處理器接收遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的訪問(wèn)指令，根據(jù)所述可編
程安全控制模塊設(shè)定的安全訪問(wèn)程序訪問(wèn)所述安全存儲(chǔ)模塊。 在步驟S305中，所述CPU微處理器將獲取的信息返回至遠(yuǎn)程檢測(cè)系統(tǒng)。 本發(fā)明將遠(yuǎn)程監(jiān)管和本地安全控制結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化系統(tǒng)和安全生產(chǎn)
監(jiān)管系統(tǒng)一體化，預(yù)防和排除安全生產(chǎn)隱患，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的平穩(wěn)、高效和安全。 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精
神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種遠(yuǎn)程監(jiān)管安全可編程控制設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備包括負(fù)責(zé)與遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行通信的通信模塊，與所述通信模塊連接的CPU微處理器，與所述CPU微處理器連接的可編程安全控制模塊以及安全存儲(chǔ)模塊，所述可編程安全控制模塊，用于設(shè)定安全訪問(wèn)程序；所述CPU微處理器，用于接收遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的訪問(wèn)指令，根據(jù)所述可編程安全控制模塊設(shè)定的安全訪問(wèn)程序訪問(wèn)所述安全存儲(chǔ)模塊；所述安全存儲(chǔ)模塊，用于設(shè)定安全標(biāo)識(shí)以及結(jié)構(gòu)，供遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)訪問(wèn)。
2. 如權(quán)利要求1所述的遠(yuǎn)程監(jiān)管安全可編程控制設(shè)備，其特征在于，所述通信模塊還 用于在接收到遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的指令后，判斷該指令是否符合訪問(wèn)權(quán)限，若符合則將該指令 轉(zhuǎn)發(fā)至所述CPU微處理器。
3. 如權(quán)利要求2所述的遠(yuǎn)程監(jiān)管安全可編程控制設(shè)備，其特征在于，所述CPU微處理器 還用于在接收到所述通信模塊轉(zhuǎn)發(fā)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的指令后，根據(jù)該指令從相應(yīng)的安全存 儲(chǔ)模塊獲取信息，實(shí)現(xiàn)智能控制。
4. 如權(quán)利要求1所述的遠(yuǎn)程監(jiān)管安全可編程控制設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備還包括 與所述CPU微處理器連接的I/O模塊，所述I/O模塊根據(jù)所述CPU微處理器的控制對(duì)外輸 入或者輸出信號(hào)。
5. 如權(quán)利要求1所述的遠(yuǎn)程監(jiān)管安全可編程控制設(shè)備，其特征在于，所述通信模塊嵌 入有安全生產(chǎn)監(jiān)管專用通信子塊，所述安全生產(chǎn)監(jiān)管專用通信子塊按照設(shè)備預(yù)先設(shè)定的智 能評(píng)估算法，對(duì)超限對(duì)象進(jìn)行數(shù)據(jù)融合和危險(xiǎn)評(píng)估，自動(dòng)確定危險(xiǎn)級(jí)別并進(jìn)行相應(yīng)的報(bào)警 處理。
6. 如權(quán)利要求5所述的遠(yuǎn)程監(jiān)管安全可編程控制設(shè)備，其特征在于，所述安全生產(chǎn)監(jiān) 管專用通信子塊根據(jù)管理設(shè)置自動(dòng)尋找遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)上報(bào)所述遠(yuǎn)程監(jiān)管安全可編程 控制設(shè)備的工作狀態(tài)，并接受遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的查詢請(qǐng)求。
7. —種基于權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)所述的遠(yuǎn)程監(jiān)管安全可編程控制設(shè)備的監(jiān)控方法， 其特征在于，所述方法包括以下步驟可編程安全控制模塊設(shè)定安全訪問(wèn)程序； 安全存儲(chǔ)模塊設(shè)定安全標(biāo)識(shí)以及結(jié)構(gòu)，供遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)訪問(wèn)； 通信模塊接收遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的指令，并轉(zhuǎn)發(fā)給CPU微處理器；CPU微處理器接收遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的指令，根據(jù)所述可編程安全控制模塊設(shè)定的安全訪 問(wèn)程序訪問(wèn)所述安全存儲(chǔ)模塊。
8. 如權(quán)利要求7所述的監(jiān)控方法，其特征在于，所述通信模塊在接收到遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 的指令后，所述方法還包括判斷該指令是否符合訪問(wèn)權(quán)限，若符合則將該指令轉(zhuǎn)發(fā)給所述CPU微處理器。
9. 如權(quán)利要求8所述的監(jiān)控方法，其特征在于，所述CPU微處理器在接收到通信模塊轉(zhuǎn) 發(fā)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的指令后，所述方法還包括根據(jù)該指令從相應(yīng)的安全存儲(chǔ)模塊獲取信息，實(shí)現(xiàn)智能控制。
10. 如權(quán)利要求8所述的監(jiān)控方法，其特征在于，所述通信模塊判斷遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的指 令是否符合訪問(wèn)權(quán)限時(shí)，通過(guò)判斷該指令數(shù)據(jù)中的模塊ID值是否屬于所述通信模塊的ID， 若是，則將該指令轉(zhuǎn)發(fā)至所述CPU微處理器。
全文摘要
本發(fā)明適用于安全生產(chǎn)監(jiān)管領(lǐng)域，提供了一種遠(yuǎn)程監(jiān)管安全可編程控制設(shè)備及其監(jiān)控方法，所述設(shè)備包括負(fù)責(zé)與遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行通信的通信模塊，與所述通信模塊連接的CPU微處理器，與所述CPU微處理器連接的可編程安全控制模塊以及安全存儲(chǔ)模塊，所述可編程安全控制模塊，用于設(shè)定安全訪問(wèn)程序；所述CPU微處理器，用于接收遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的訪問(wèn)指令，根據(jù)所述可編程安全控制模塊設(shè)定的安全訪問(wèn)程序訪問(wèn)所述安全存儲(chǔ)模塊；所述安全存儲(chǔ)模塊，用于設(shè)定安全標(biāo)識(shí)以及結(jié)構(gòu)，供遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)訪問(wèn)。本發(fā)明將遠(yuǎn)程監(jiān)管和本地安全控制結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化系統(tǒng)和安全生產(chǎn)監(jiān)管系統(tǒng)一體化，預(yù)防和排除安全生產(chǎn)隱患，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的平穩(wěn)、高效和安全。
文檔編號(hào)G05B19/048GK101702085SQ20091010876
公開(kāi)日2010年5月5日 申請(qǐng)日期2009年7月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月17日
發(fā)明者陳坤源, 陳德元 申請(qǐng)人:深圳市華威世紀(jì)科技股份有限公司