CN101702085B - 远程监管安全可编程控制设备及其监控方法 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于安全生产监管领域，提供了一种远程监管安全可编程控制设备及其监控方法，所述设备包括负责与远程监测系统进行通信的通信模块，与所述通信模块连接的CPU微处理器，与所述CPU微处理器连接的可编程安全控制模块以及安全存储模块，所述可编程安全控制模块，用于设定安全访问程序；所述CPU微处理器，用于接收远程监测系统的访问指令，根据所述可编程安全控制模块设定的安全访问程序访问所述安全存储模块；所述安全存储模块，用于设定安全标识以及结构，供远程监测系统访问。本发明将远程监管和本地安全控制结合在一起，实现生产自动化系统和安全生产监管系统一体化，预防和排除安全生产隐患，实现生产的平稳、高效和安全。
Description
技术领域
本发明属于安全生产监管领域，尤其涉及一种远程监管安全可编程控制设备及其监控方法。
背景技本
可编程控制设备是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置，该设备采用可以编制程序的存储器，该存储器内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。目前，可编程控制设备在国内外已广泛应用于机械制造、电力、化工等各个行业，成为生产自动化的主要功能控制部件。
在我国工业迅速发展的同时，生产重大事故时有发生，国家对安全生产监管越来越重视，安全生产监管系统得到了广泛使用，监管系统对于现场实时性要求越来越高，解决这种要求的最好方式是将监管系统和生产系统有效地结合起来。但是，现有的生产系统五花八门，种类繁多，由于系统建立时就没有考虑到安全监管的对接问题，实际上两个系统的数据交换十分困难，甚至不能交换。
如何实现远程安全生产监管系统和企业生产自动化控制系统一体化，对于预防、减少、排除安全隐患和提高平稳、高效的安全生产十分重要。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种实现远程安全生产监管系统和企业生产自动化控制系统一体化远程监管安全可编程控制设备。
本发明实施例是这样实现的，一种远程监管安全可编程控制设备，所述设备包括负责与远程监测系统进行通信的通信模块，与所述通信模块连接的CPU微处理器，与所述CPU微处理器连接的可编程安全控制模块以及安全存储模块，
所述可编程安全控制模块，用于控制远程访问的安全性；
所述CPU微处理器，用于接收远程监测系统的访问指令，根据所述可编程安全控制模块设定的安全访问程序访问所述安全存储模块；
所述安全存储模块，用于设定安全标识以及结构，供远程监测系统访问，所述安全存储模块中的内容是按一定的结构组织起来的，从低到高的数据依次为模块ID、I/O口数量、系统负载、CPU效率、系统内存、工作模式，以及多个分片的I/O口数据，分片的依据是I/O口的ID值，分片的大小可根据I/O口数据量的大小而定，分片的I/O口数据的结构包括I/O口ID、I/O口类型、I/O口状态、报警阈值、本地时间、来访记录。
本发明实施例的另一目的在于提供一种基于上述远程监管安全可编程控制设备的监控方法，所述方法包括以下步骤：
可编程安全控制模块设定安全访问程序；
安全存储模块设定安全标识以及结构，供远程监测系统访问；
通信模块接收远程监测系统的指令，并转发给CPU微处理器；
所述CPU微处理器接收远程监测系统的访问指令，根据所述可编程安全控制模块设定的安全访问程序访问所述安全存储模块。
本发明将远程监管和本地安全控制结合在一起，实现生产自动化系统和安全生产监管系统一体化，预防和排除安全生产隐患，实现生产的平稳、高效和安全。
附图说明
图1是本发明实施例提供的远程监管安全可编程控制设备的结构图；
图2是本发明实施例提供的安全存储模块的存储结构图；
图3是本发明实施例提供的远程监管安全可编程控制设备的监控方法的流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图1示出了本发明实施例提供的远程监管安全可编程控制设备的结构图。
所述设备包括通信模块，与所述通信模块连接的CPU微处理器，与所述CPU微处理器连接的可编程安全控制模块以及安全存储模块。所述设备还包括与所述CPU微处理器连接的I/O模块(图未示出)，其中，所述I/O模块根据所述CPU微处理器的控制对外输入或者输出，实现智能控制。
其中，可编程安全控制模块用于设定安全访问程序，所述可编程安全控制模块为CPLD或FPGA可编程安全控制模块。
在具体实施过程中，本发明实施例的安全措施分为两种，一种是自身实现的，如冗余、WDT等(请参阅图1)；另一种技术人员根据现场的实际使用情况，比如维护期间，将该期间的安全控制方式编为一段安全程序，安全程序将被转化为二进制代码，被CPU微处理器存储在安全存储模块中，并在系统启动时，自动下载到CPLD或FPGA可编程安全控制模块，CPLD或FPGA可编程安全控制模块成为了一个安全控制功能部件，介于CPU和I/O之间，保证I/O的输入输出是正确的。
技术人员在编制安全控制程序时，是要依赖于编程开发工具，该工具是专门用于本发明的，是在购买本发明的产品时附带的。编程开发工具内置了编程例子、演示工程，更为重要的是一些已被证明符合安全规定的控制逻辑或算法，将可以直接嵌入到新的安全控制程序。
本发明的所有I/O的输入输出都是受CPU微处理器的，可能是简单的直接输入输出，也可能是复杂的过程控制，都可以实现智能控制。
安全存储模块用于设定安全标识以及结构，供远程监测系统访问。
在具体实施过程中，请参阅图2，安全存储模块中的内容是按一定的结构组织起来的，从低到高的数据依次为模块ID、I/O口数量、系统负载、CPU效率、系统内存、工作模式，以及多个分片的I/O口数据，分片的依据是I/O口的ID值，分片的大小可根据I/O口数据量的大小而定。分片的I/O口数据的结构包括I/O口ID、I/O口类型、I/O口状态、报警阈值、本地时间、来访记录等。附图中只演示了16位数据格式，对于8位、32位等数据格式同样适用。
在具体实施过程中，在第一次冷启动上电后，安全存储模块的内容被清除为全0状态。所有初始化完成后，系统进入正常运行状态，重要的系统内容将被实时地存放在安全存储模块中，其中I/O的输入输出状态将被将被直接映射到安全存储模块中。
通信模块负责与远程监测系统进行通信。所述通信模块在接收到远程监测系统的指令后，判断该指令是否符合访问权限，若符合则将该指令转发所述CPU微处理器。
在具体实施过程中，通信模块嵌入有安全生产监管专用通信子块(简称子块)。该子块内置了与远程监测系统通信的接口、协议、工作模式和功能软件等。子块具有实时采集I/O数据的功能，包括但不限于DI、DO、AI、AO；并不断比较I/O的上、下限数据，对于超出阈值的I/O数据进行统计。子块具有风险评估能力，可以按照预先设定的智能评估算法，对超限对象进行数据融合和危险评估，自动确定危险级别。子块可以对于不同危险级别的对象进行远程自动报警，也可以触发本发明的报警部件，进行本地声光报警，可选择地执行自动刹车系统或联锁控制系统，停止生产过程。子块还可以根据管理设置自动寻找远程监测系统，实时上报包括I/O在内的本发明实施例的工作状态，并接受远程监测系统的查询请求。
所述CPU微处理器接收到通信模块转发的远程监测系统的访问指令后，根据所述可编程安全控制模块设定的安全访问程序访问所述安全存储模块，实现智能控制。
在具体实施过程中，系统在接受到外部远程监测系统的访问时，通信模块首先接收访问指令，将访问指令传送给CPU，CPU将对此访问信息进行处理；并返回相应的信息给通信模块，通信模块将该信息转发给远程监测系统。如果远程监测系统请求的内容是关于I/O状态数据的，CPU将从所述安全存储中取出I/O状态数据，并将该数据进行编码、加密、打包等处理后，直接传给通信模块，由通信模块再转发给远程监测系统。
其中，对于本发明为模块组合的产品形式，外部远程监测系统的访问数据还是先到达通信模块。通信模块要判定访问数据是否属于本模块的，判断的依据是访问数据中的模块ID值。如果模块ID值是本模块的ID，通信模块将访问数据转发给本模块的CPU，如果不是，继续和已知的模块ID值进行比较，ID相符的模块将收到该访问数据。访问数据从通信模块传送给ID相符模块的途径是通过通信模块和相符模块之间互连的工业现场总线。ID相符模块的应答数据仍然是通过工业现场总线传送给通信模块，通信模块再转发给远程监测系统。
图3示出了本发明实施例提供的远程监管安全可编程控制设备的监控方法的流程。
在步骤S301中，可编程安全控制模块设定安全访问程序；
在步骤S302中，安全存储模块设定安全标识以及结构，供远程监测系统访问；
在步骤S303中，通信模块接收远程监测系统的指令，并转发给CPU微处理器。
其中，通信模块首先判断该指令是否符合访问权限，若符合则将该指令转发所述CPU微处理器。具体的判断过程在前文已述，此处不再赘述。
在步骤S304中，所述CPU微处理器接收远程监测系统的访问指令，根据所述可编程安全控制模块设定的安全访问程序访问所述安全存储模块。
在步骤S305中，所述CPU微处理器将获取的信息返回至远程检测系统。
本发明将远程监管和本地安全控制结合在一起，实现生产自动化系统和安全生产监管系统一体化，预防和排除安全生产隐患，实现生产的平稳、高效和安全。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种远程监管安全可编程控制设备，其特征在于，所述设备包括负责与远程监测系统进行通信的通信模块，与所述通信模块连接的CPU微处理器，与所述CPU微处理器连接的可编程安全控制模块以及安全存储模块，
所述可编程安全控制模块，用于控制远程访问的安全性；
所述CPU微处理器，用于接收远程监测系统的访问指令，根据所述可编程安全控制模块设定的安全访问程序访问所述安全存储模块；
所述安全存储模块，用于设定安全标识以及结构，供远程监测系统访问，所述安全存储模块中的内容是按一定的结构组织起来的，从低到高的数据依次为模块ID、I/O口数量、系统负载、CPU效率、系统内存、工作模式，以及多个分片的I/O口数据，分片的依据是I/O口的ID值，分片的大小可根据I/O口数据量的大小而定，分片的I/O口数据的结构包括I/O口ID、I/O口类型、I/O口状态、报警阈值、本地时间、来访记录。
2.如权利要求1所述的远程监管安全可编程控制设备，其特征在于，所述通信模块还用于在接收到远程监测系统的指令后，判断该指令是否符合访问权限，若符合则将该指令转发至所述CPU微处理器。
3.如权利要求2所述的远程监管安全可编程控制设备，其特征在于，所述CPU微处理器还用于在接收到所述通信模块转发的远程监测系统的指令后，根据该指令从相应的安全存储模块获取信息，实现智能控制。
4.如权利要求1所述的远程监管安全可编程控制设备，其特征在于，所述设备还包括与所述CPU微处理器连接的I/O模块，所述I/O模块根据所述CPU微处理器的控制对外输入或者输出信号。
5.如权利要求1所述的远程监管安全可编程控制设备，其特征在于，所述通信模块嵌入有安全生产监管专用通信子块，所述安全生产监管专用通信子块按照设备预先设定的智能评估算法，对超限对象进行数据融合和危险评估，自动确定危险级别并进行相应的报警处理。
6.如权利要求5所述的远程监管安全可编程控制设备，其特征在于，所述安全生产监管专用通信子块根据管理设置自动寻找远程监测系统，实时上报所述远程监管安全可编程控制设备的工作状态，并接受远程监测系统的查询请求。
7.一种基于权利要求1至6任一项所述的远程监管安全可编程控制设备的监控方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
可编程安全控制模块设定安全访问程序；
安全存储模块设定安全标识以及结构，供远程监测系统访问；
通信模块接收远程监测系统的指令，并转发给CPU微处理器；
CPU微处理器接收远程监测系统的指令，根据所述可编程安全控制模块设定的安全访问程序访问所述安全存储模块。
8.如权利要求7所述的监控方法，其特征在于，所述通信模块在接收到远程监测系统的指令后，所述方法还包括：
判断该指令是否符合访问权限，若符合则将该指令转发给所述CPU微处理器。
9.如权利要求8所述的监控方法，其特征在于，所述CPU微处理器在接收到通信模块转发的远程监测系统的指令后，所述方法还包括：
根据该指令从相应的安全存储模块获取信息，实现智能控制。
10.如权利要求8所述的监控方法，其特征在于，所述通信模块判断远程监测系统的指令是否符合访问权限时，判断该指令数据中的模块ID值是否属于所述通信模块的ID，若是，则将该指令转发至所述CPU微处理器。
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