CN100520654C - 工厂安全系统 - Google Patents

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Abstract

一种安全仪器系统和一种工厂安全系统，指令转换单元把接收单元接收的操作指令的数据形式从工厂控制系统的数据形式转换成安全仪器系统的数据形式。操作执行单元接收从指令转换单元获得的操作指令和安全仪器系统的初始指令去执行操作并在两个指令相互竞争时优先执行安全仪器系统的初始指令的操作。

Description

工厂安全系统
本申请要求2006年8月10日提交到日本专利局的日本专利申请号2006-217653的优先权。其优先申请已经通过参考全部合并入本申请中。
技术领域
本发明涉及一种连接到工厂控制系统的安全仪器系统，及包括安全仪器系统和工厂控制系统的工厂安全系统，尤其涉及能够构建统一环境的安全仪器系统。
背景技术
以确保工厂安全为目标的安全仪器系统是众所周知的。安全仪器系统是独立于控制工厂现场设备的工厂控制系统的分离系统，这样安全仪器系统无疑能够起到确保安全的作用。
在另一方面，为了改善可操作性，已经开发出把工厂控制系统和安全仪器系统联合为一体的技术。为了彼此联合这些系统，两个系统通过公用通信线被连接在一起以实现系统间的通信。图4示出这样一个联合系统的结构，其中安全仪器系统110和分布式控制系统120通过通信线30连接在一起。在安全仪器系统110中，安全控制站101用来执行程序以实现工厂的安全。阀4通过输入输出设备3连接到安全控制站101上。此外，在分布式控制系统120中，监控站107用来监控控制现场设备和整个工厂的现场控制器6。
如，在未审查的公开号为2006-164143的日本专利中对安全仪器系统和控制系统的联合结构进行了公开。
如图4所示，当分布式控制系统120和安全仪器系统110彼此相连时，安全仪器系统110的设备能够从分布式控制系统120的监控站107操作。如，最初用于控制现场设备的现场控制器6可能被指定去操作安全仪器系统的设备。在这样的方法中，在安全仪器系统110的安全控制站101中被处理的阀4的数据与在现场控制器6中被处理的数据相同。此外，增加了安全控制站101和现场控制器6间的通信功能。因此，像安全仪器系统110的阀4这样的设备能够从监控站107以操作现场设备的相同方法操作。
但是，需要费事的操作来使安全控制站101的数据同现场控制器6的数据相同。这样，这个操作向工程强加了负担。此外，对安全仪器系统的设备的操作或监控的内容被现场控制器6的初始功能所限制。如，不能识别操作内容是否适当地反映在设备的状态上。而且，难以构建能够确保安全仪器系统110要求的操作的确定性和安个性的结构。
发明内容
本发明的示范实施例提供了一种能够通过工厂控制系统操作安全仪器系统端的设备从而减低工程负担的安全仪器系统，及一种包括安全仪器系统和工厂控制系统的工厂安全系统。
本发明的一个或多个实施例的安全仪器系统被连接到工厂控制系统上。工厂控制系统包括接收单元，其通过用于接收对工厂控制系统的现场设备的操作指令的指令接收部分来接收对安全仪器系统的设备的操作指令。安全仪器系统的一个或多个实施例包括：指令转换单元，其用来把由接收单元接收的操作指令的数据形式从工厂控制系统的数据形式转换成安全仪器系统的数据形式从而使接收单元接收的指令可以用作对安全仪器系统的设备的操作指令；及操作执行单元，其接收从指令转换单元获得的指令和安全仪器系统的初始指令去执行操作，并在两个指令相互竞争时优先执行安全仪器系统的初始指令的操作，并且所述安全仪器系统的特征在于指令转换单元和操作执行单元通过使用安装在安全仪器系统上的功能块形成。
根据这个安全仪器系统，由于指令转换单元和操作执行单元通过使用安装在安全仪器系统上的功能块形成，因而减低了工程的负担。
当接收单元接收到操作指令时，验证单元可以用来验证用户。
本发明的工厂安全系统可以包括显示单元，其在工厂控制系统中显示工厂控制系统的现场设备的状态；及状态转换单元，其把指示安全仪器系统的设备状态的数据的数据形式从安全仪器系统的数据形式转换成工厂控制系统的数据形式，这样安全仪器系统的设备状态能够由显示单元显示。
安全仪器系统的设备可以是在工厂中执行关闭的阀。
本发明的一个或多个实施例可以具有下列的一个或多个优点。如，由于指令转换单元和操作执行单元通过使用安装在安全仪器系统上的功能块形成，因而减低了工程的负担。
其它特点和优点会从下面的详细说明、附图和权利要求中显见。
附图说明
图1是示出本发明的示范实施例的安全仪器系统的结构的框图。
图2是示出安装在安全控制站上的功能块和映射块的图示。
图3是示出当模拟阀被用作安全仪器系统的设备时功能块和映射块的图示。
图4是示出连接到工厂控制系统上的安全仪器系统的结构的框图。
具体实施方式
现在参照图1到3，下面将说明本发明的安全仪器系统的示范实施例。
图1是示出示范实施例的安全仪器系统的结构的框图。
如图1所示，示范实施例的安全仪器系统10通过通信线30被连接到分布式控制系统20上。
分布式控制系统20包括：现场控制器6，6，…，其分散安装在工厂中以控制现场设备5，5，…；监控站7，其通过现场控制器6，6，…来监视和控制现场设备5，5，…；及维护用的终端设备8，其维护和管理分布式控制系统20。现场控制器6，6，…，监控站7和维护用的终端设备8通过通信线30被连接在一起。
给至现场设备5，5，…的操作输出值MV和给至现场设备5，5，…的过程值PV显示在监控站7中。此外，监控站7用作指令接收部分来接收对现场设备5，5，…的操作指令。
安全仪器系统10包括安全控制站1，其用来执行保持工厂安全的程序，和维护用的终端设备2，其用来维护和管理安全仪器系统10。安全控制站1和维护用的终端设备2通过通信线30相互连接。
此外，安全控制站1通过输入输出设备3被连接到一组限位开关或阀4，4，…上。
如图1所示，分布式控制系统20的监控站7包括接收单元71，其接收对工厂安全仪器系统的设备的操作指令，和显示单元72，其用来显示工厂控制系统20的现场设备5，5，…的状态。
此外，安全仪器系统10的安全控制站1包括指令转换单元11，操作执行单元12，验证单元13和状态转换单元14。指令转换单元11把由接收单元71接收的操作指令的数据形式从工厂控制系统20的数据形式转换成安全仪器系统10的数据形式，这样由接收单元71接收的指令可以用作对安全仪器系统10的设备的操作指令。操作执行单元12接收从指令转换单元11获得的指令和安全仪器系统11的初始指令去执行操作，并在两个指令相互竞争时优先执行安全仪器系统10的初始指令的操作。当接收单元71接受到操作指令时，验证单元13验证用户。状态转换单元14把指示安全仪器系统10的设备的状态数据的数据形式从安全仪器系统10的数据形式转换成工厂控制系统20的数据形式，这样安全仪器系统10的设备状态能够被显示单元72显示。
图2是示出安装在安全控制站1上的功能块和映射块的图示。如图2所示，布尔(Boolean)类型的人工操作功能块21和映射块22被安装在安全控制站1中，对应于比如阀4的各种类型的设备。
在功能块21中，规定了与安全仪器系统的设备的人工操作相关的操作程序。指令转换单元11和操作执行单元12通过使用功能块21形成。在图2中，功能块21的输入和输出元件的部分被省略。
如图2所示，来自安装在安全控制站1上的关闭逻辑电路的信号被输入到功能块21的关闭输入终端(SHDN)。
用于检测安全仪器系统10的阀4的开状态的限位开关的检测信号通过输入输出设备3被取来作为安全控制站1的输入变量(ANSVAR1)。输入变量(ANSVAR1)被输入到功能块21的应答输入终端(AINP)。
用于检测安全仪器系统10的阀4的闭状态的限位开关的检测信号通过输入输出设备3被取来作为安全控制站1的输入变量(ANSVAR2)。输入变量(ANSVAR2)被输入到功能块21的应答输入终端(AINM)。
功能块21的输出终端(OUT)被连接到供给阀4的输出变量(OPVAR)上。
功能块21的参数分别被传送到映射块22。
映射块22的参数通过通信线30提供给分布式控制系统20的监控站7并通过显示单元72显示到图2所示的面板40的监控屏上。此外，对面板40的操作通过接收单元71和通信线30提供给映射块22并反映到参数上。面板40的结构与用于操作和监控分布式控制系统20的现场设备5的面板的结构相同，这样，操作者可以像操作现场设备5那样操作安全仪器系统的设备。
如图2所示，在面板40中提供了对应于阀4的变量名的显示区域41，阀4的过程值(PV)和操作输出值(MV)的显示区域42，显示过程值(PV)的按钮43a和43b及接收操作输出值(MV)的输入的按钮44a和44b。
现在，将在下面阐明在安全仪器系统10的阀4通过使用面板40操作时执行的操作。
操作者可以通过操作按钮44a和44b改变操作输出值(MV)。操作者的操作反映在显示区域42的显示内容上。改变操作输出值(MV)的操作通过接收单元71和通信线30提供给安全控制站1以指示映射块22去改变操作输出值(MV)。当映射块22的操作输出值(MV)被改变时，被改变的值被传送到由功能块21的输出终端(OUT)输出的输出变量(OPVAR)。输出变量(OPVAR)通过输入输出设备3被输出到阀4。
根据限位开关的检测信号，阀4的开/闭状态被取来到功能块21作为输入变量(ANSVAR1)或者输入变量(ANSVAR2)，并转换成过程值(PV)。功能块21的过程值(PV)被反映到映射块22上并通过通信线30提供给分布式控制系统20的监控站7。显示单元72把提供的过程值(PV)显示在显示区域42的显示器上以及面板40的按钮43a和43b上。
因此，操作者比较显示在面板40上的操作输出值(MV)和过程值(PV)，这样操作者可以识别出对操作输出值(MV)的操作是否被正确地传输到了被操作的阀4。
在示范实施例的安全仪器系统中，功能块21从输出终端(OUT)输出由安全仪器系统的应用软件决定的输出变量(OPVAR)，优先于通过面板40对操作输出值(MV)的操作。当输入到功能块21的关闭输入终端(SHDN)的信号符合特定条件时，关闭输出值从输出终端(OUT)输出而与通过面板40的操作无关。
因此，如，即使在开启或者维护工厂期间安全仪器系统的操作暂时被允许去操作阀4，如果新的关闭现象出现，则对面板40的操作会被忽略以确保关闭工厂。因此当安全仪器系统的设备被人工操作时，可以避免意外的情况。
此外，在示范实施例的安全仪器系统中，在通过面板40操作操作输出值(MV)期间，操作者通过验证单元13被验证。在操作操作输出值(MV)期间，操作者被要求输入密码并且被输入的密码通过通信线30被提供给安全控制站1。
被输入的密码与功能块21的密码输入终端(PSWD)的密码相比较。只有密码彼此相符时，功能块21才接收操作输出值(MV)的改变。这样，对阀4操作的权利只能赋予特定的人员。
如上所述，根据示范实施例的安全仪器系统，安全仪器系统10的设备可以通过分布式控制系统20的监控站7像操作分布式控制系统20的现场设备5那样操作。此外，实现上述操作的算法通过安全仪器系统10端的功能块来说明。同理，不要求由分布式控制系统20端的应用软件做出说明，这样工程成本和工程负担可以极大地压缩。
图3是示出当模拟阀用作安全仪器系统的设备时功能块和映射块的图示。如图3所示，在安全控制站1中，关于模拟阀分别安装了模拟型人工操作功能块21A和映射块22A。
在功能块21A中，规定了与模拟阀的人工操作相关的操作程序。指令转换单元11和操作执行单元12通过使用功能块21A形成。在图3中，功能块21A的输入和输出元件的部分被省略。
如图3所示，来自安装在安全控制站1上的关闭逻辑电路的信号被输入到功能块21A的关闭输入终端(SHDN)。
模拟阀的开度传感器的信号通过输入输出设备3被取来作为输入变量(FVVAR1)。输入变量(FVVAR1)被输入到功能块21A的反馈输入终端(FV)。
功能块21A的输出终端(OUT)被连接到供给模拟阀的输出变量(OPVAR)上。
功能块21A的参数被分别传送到映射块22A。
映射块22A的参数通过通信线30供给分布式控制系统20的监控站7，并通过显示单元72显示到图3所示的面板50的监控屏上。此外，对面板50的操作通过接收单元71和通信线30提供给映射块22A并反映到参数上。面板50的结构与用于操作和监控分布式控制系统20的现场设备5的面板的结构相同，这样，操作者可以像操作现场设备5那样操作安全仪器系统的设备。
如图3所示，在面板50中提供了对应于模拟阀的变量名的显示区域51，指示模拟阀的打开程度的反馈值(FV)和操作输出值(MV)的显示区域52，显示反馈值(FV)的区域53和接收操作输出值(MV)的输入的区域54。
现在，将在下面阐明在安全仪器系统的模拟阀通过使用面板50操作时执行的操作。
操作者可以通过操作区域54改变操作输出值(MV)。操作者的操作反映在显示区域52的显示内容上。改变操作输出值(MV)的操作通过接收单元71和通信线30提供给安全控制站1以指导映射块22A去改变操作输出值(MV)。当映射块22A的操作输出值(MV)被改变时，被改变的值被传送到由功能块21A的输出终端(OUT)输出的输出变量(OPVAR)。输出变量(OPVAR)通过输入输出设备3被输出到模拟阀。
模拟阀的打开程度或开度被取来给功能块21A作为输入变量(FVVAR1)并反映到反馈值(FV)上。功能块21A的反馈值(FV)被反映到映射块22A上并通过通信线30提供给分布式控制系统20的监控站7。显示单元72将所提供的反馈值(FV)反映在面板50的显示区域52和显示区域53上。
同理，操作者把显示在面板50上的操作输出值(MV)和反馈值(FV)比较，这样操作者可以识别出对操作输出值(MV)的操作是否被正确地传输到了被操作的模拟阀。
在示范实施例的安全仪器系统中，功能块21A从输出终端(OUT)输出由安全仪器系统的应用软件决定的输出变量(OPVAR)，优先于通过面板50对操作输出值(MV)的操作。当输入到功能块21A的关闭输入终端(SHDN)的信号符合特定条件时，关闭输出值从输出终端(OUT)输出与通过面板50的操作无关。
同理，如，即使在开启或者维护工厂期间安全仪器系统的操作暂时被允许去操作模拟阀，如果新的关闭现象出现，则对面板50的操作会被忽略以确保关闭工厂。因此当安全仪器系统的设备被人工操作时，可以避免意外的情况。
此外，在示范实施例的安全仪器系统中，在通过面板50操作操作输出值(MV)期间，操作者通过验证单元13被验证。在操作操作输出值(MV)期间，操作者被要求输入密码并且被输入的密码通过通信线30被提供给安全控制站1。
被输入的密码与功能块21A的密码输入终端(PSWD)的密码相比较。只有当密码彼此相符时，功能块21A才接收操作输出值(MV)的改变。这样，对模拟阀操作的权利只能赋予特定的人员。
如上所述，安全仪器系统的模拟阀可以通过分布式控制系统20的监控站7像操作分布式控制系统20的现场设备5那样操作。此外，实现上述操作的算法通过安全仪器系统10端的功能块来说明。同理，不要求由分布式控制系统20端的应用软件做出说明，这样工程成本和工程负担可以极大地压缩。
本发明的应用范围不仅限于上述的示范实施例。本发明可以被广泛地应用到连接到工厂控制系统的安全仪器系统中。
在本发明用有限数量的实施例进行说明时，熟练地掌握具有本说明中的优点的技术，将领会到其它实施例可以在不脱离此处说明的本发明范围的情况下进行设计。因此，本发明的范围应只限于附上的权利要求。

Claims (4)

1.一种工厂安全系统，其包含，
工厂控制系统；及
通过通信线连接到所述工厂控制系统的安全仪器系统，
其中所述工厂控制系统包括接收单元，其通过指令接收部分来接收对所述安全仪器系统的设备的操作指令，所述指令接收部分用于接收给至所述工厂控制系统的现场设备的操作指令，
其中所述安全仪器系统包括：指令转换单元，其把由所述接收单元接收的操作指令的数据形式从所述工厂控制系统的数据形式转换成所述安全仪器系统的数据形式，从而由所述接收单元接收的指令可以用作对所述安全仪器系统的设备的操作指令；及操作执行单元，其用来接收从所述指令转换单元获得的操作指令和所述安全仪器系统的初始指令去执行操作并在两个指令相互竞争时优先执行所述安全仪器系统的初始指令的操作，
其中所述指令转换单元和操作执行单元通过使用安装在安全仪器系统上的功能块来形成。
2.如权利要求1所述的工厂安全系统，其中所述安全仪器系统还包括验证单元，其在所述接收单元接收到操作指令时验证用户。
3.如权利要求1或2所述的工厂安全系统，其中所述工厂控制系统还包括显示单元，其显示所述工厂控制系统的现场设备的状态，并且所述安全仪器系统还包括状态转换单元，其把显示所述安全仪器系统的设备状态的数据的数据形式从所述安全仪器系统的数据形式转换成所述工厂控制系统的数据形式，这样所述安全仪器系统的设备状态能够被所述显示单元显示。
4.如权利要求1或2所述的工厂安全系统，其中所述安全仪器系统的设备是在工厂中执行关闭的阀。
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