CN109164728B - 一种工业级控制柜及其系统安全控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种工业级控制柜，包括主控制系统、辅监测系统和机械切换装置。上级控制器分别与主控制系统和辅监测系统连接，主控制系统和辅监测系统均连接至机械切换装置，机械切换装置连接到各类设备。主控制系统内嵌ARM，辅监测系统内置单片机。本发明还公开了此种工业级控制柜的系统安全控制方法。采用本发明的设计，内置单片机的辅监测系统相较于内置ARM的主控制系统结构简单，避免了系统冗余问题，同时，通过机械切换的应急方式保证了系统的可靠性和稳定性。

Description

一种工业级控制柜及其系统安全控制方法
技术领域
本发明涉及工业数字电路领域，特别是一种工业级控制柜及其系统安全控制方法。
背景技术
随着人们对工业现场安全责任意识的加强，人们越来越注重工业现场的安全系统措施。目前市面上多采用相同的2套或多套的备用系统方式来监测运行状态，这种方式不仅结构复杂、系统冗余、成本高昂，也给维护、故障、检修都带来了困难，不仅如此，其仅适用于一般应用现场的安全维护。针对复杂的永不间断的工业环境，为了能在运行过程中及时监测发现系统损坏以及运行偏离的问题，并做出相应的保护、警告以及自动切入辅助运行模式的措施，就必须要有一种功能简单、成本低廉的工业级安全系统方案。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于解决现有的工业数字电路中为了进行系统运行的稳定性，一般会采用备份设备，但是直接采用备份设备，成本高，并且易产生系统冗余的问题。
技术方案：为实现本发明目的，提供了以下技术方案：
一种工业级控制柜，包括主控制系统、辅监测系统和机械切换装置，主控制系统和辅监测系统连接至同一根能够和上级控制器信息交互的上级总线接口，主控制系统和辅监测系统均连接至机械切换装置，机械切换装置连接到各类设备，主控制系统内嵌ARM，辅监测系统内置单片机，辅监测系统与主控制系统连接。
主控制系统需要实现的功能较多，所以采用ARM，型号可选用STR710F，辅监测系统只需实现和主控制系统的数据互通、读取主控制系统的输出信号以及储存预设的信号，所以采用单片机即可实现，型号可采用89C51单片机。
上级控制器可采用PC端。
进一步地，在主控制器系统上与机械切换装置连接的信号输出端连接到辅监测系统。
进一步地，主控制系统和辅监测系统通过同一总线接口连接至上级控制器。
一种工业级控制柜的系统安全控制方法，包括以下步骤：
1)主控制系统和辅监测系统均通过上级总线接口获取相同的上级控制器信息，辅监测系统实时对主控制系统输出的各类信号进行物理监测，同时可与主控制系统进行数据交互，获得主控制系统的输出信号并进行备份，作为备份输出信号；
2)根据主控制系统的实时工作情况，辅监测系统运行在对应的工作状态，使得系统始终稳定运行。
进一步地，所述步骤1)中，辅监测系统具有输出安全值模式和预设模式，输出安全值模式为主控制模块ARM运算正常，但输出信号异常状态下的应用模式；预设模式为在内置ARM的主控制系统的主核ARM故障状态下的不带动态调整的固定信号的应用模式。
进一步地，所述步骤1)中，辅监测系统的预设模式能够在工作前在辅监测系统内输入不带动态调整的固定信号的原始值。
进一步地，所述步骤1)中，若辅监测系统与主控制系统进行数据交互时，主控制系统无响应，则代表主控制系统启动失败，辅监测系统就会自动切入辅助运行模式，发出控制切换信息给机械切换装置，机械切换装置则将单刀掷于右侧通路，辅监测系统因无法与主控制系统进行信息交互，所以不存在备份输出信号，故在预设模式下工作，并采用工作前在辅监测系统内输入不带动态调整的固定信号的原始值作为输出信号。
进一步地，所述步骤1)中，若主控制系统在与辅监测系统进行数据交互式时，发现辅监测系统无响应时，则辅监测系统出现故障，由主控制系统将故障信息通过上级总线接口形式告知上级控制器，由上级控制器进行辅监测系统的故障警报和提示。
进一步地，所述步骤2)中，若主控制系统经其内的ARM运算后输出的各类信号与辅监测系统对应的输出安全值同步，则主控制系统正常，机械切换装置的单刀处于默认状态左侧通路，将主控制系统输出的各类信号传输给各类设备。
进一步地，所述步骤2)中，若发现主控制系统损坏以及输出的各类信号偏离的问题，辅监测系统就会自动切入辅助运行模式，发出控制切换信息给机械切换装置，机械切换装置则将单刀掷于右侧通路，此时辅监测系统将根据主控制系统的实际情况，将辅监测系统的备份输出信号传输给各类设备，由辅监测系统将故障信息通过总线接口形式告知上级控制器，由上级控制器进行主控制系统的故障警报和提示。
有益效果：本发明与现有技术相比：
1、内置ARM的主控制系统和内置单片机的辅监测系统的各自功能明确，内置单片机的辅监测系统相较于内置ARM的主控制系统结构简单，避免了系统冗余问题，降低了成本，给维护、故障、检修都带来了便利；
2、监测实时的输出状态以及运行状态，通过机械切换的应急方式保证了系统的可靠性和稳定性；
3、适合于复杂的永不间断的工业环境。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明系统安全控制方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行进一步地说明。
实施例1
一种工业级控制柜，包括主控制系统2、辅监测系统3和机械切换装置4，主控制系统2和辅监测系统3连接至同一根能够和上级控制器1信息交互的上级总线接口(未图示)，主控制系统2和辅监测系统3均连接至机械切换装置4，机械切换装置4连接到各类设备，主控制系统2内嵌ARM，辅监测系统3内置单片机，辅监测系统3与主控制系统2连接。
主控制系统需要实现的功能较多，所以采用ARM，型号可选用STR710F，辅监测系统只需实现和主控制系统的数据互通、读取主控制系统的输出信号以及储存预设的信号，所以采用单片机即可实现，型号可采用89C51单片机。
上级控制器1可采用PC端或者其他能够进行数据处理的服务器。
在主控制器系统2上与机械切换装置4连接的信号输出端连接到辅监测系统3。
辅监测系统3至少具有一个能够读取主控制系统当前控制信号并进行储存的单片机6。
主控制系统2和辅监测系统3通过同一总线接口连接至上级控制器1。
实施例2
一种工业级控制柜的系统安全控制方法，包括以下步骤：
主控制系统和辅监测系统均通过上级总线接口获取相同的上级控制器信息，辅监测系统实时对主控制系统输出的各类信号进行物理监测，同时可与主控制系统进行数据交互，获得主控制系统的输出信号并进行备份，作为备份输出信号；
辅监测系统具有输出安全值模式和预设模式，输出安全值模式为主控制模块ARM运算正常，但输出信号异常状态下的应用模式；预设模式为在内置ARM的主控制系统的主核ARM故障状态下的不带动态调整的固定信号的应用模式。
辅监测系统的预设模式能够在工作前在辅监测系统内输入不带动态调整的固定信号的原始值。
若辅监测系统与主控制系统进行数据交互时，主控制系统无响应，则代表主控制系统启动失败，辅监测系统就会自动切入辅助运行模式，发出控制切换信息给机械切换装置，机械切换装置则将单刀掷于右侧通路，辅监测系统因无法与主控制系统进行信息交互，所以不存在备份输出信号，故在预设模式下工作，并采用工作前在辅监测系统内输入不带动态调整的固定信号的原始值作为输出信号。
实施例3
一种工业级控制柜的系统安全控制方法，包括以下步骤：
主控制系统和辅监测系统均通过上级总线接口获取相同的上级控制器信息，辅监测系统实时对主控制系统输出的各类信号进行物理监测，同时可与主控制系统进行数据交互，获得主控制系统的输出信号并进行备份，作为备份输出信号；
辅监测系统具有输出安全值模式和预设模式，输出安全值模式为主控制模块ARM运算正常，但输出信号异常状态下的应用模式；预设模式为在内置ARM的主控制系统的主核ARM故障状态下的不带动态调整的固定信号的应用模式。
辅监测系统的预设模式能够在工作前在辅监测系统内输入不带动态调整的固定信号的原始值。
若主控制系统在与辅监测系统进行数据交互式时，发现辅监测系统无响应时，则辅监测系统出现故障，由主控制系统将故障信息通过上级总线接口形式告知上级控制器，由上级控制器进行辅监测系统的故障警报和提示。
实施例4
一种工业级控制柜的系统安全控制方法，包括以下步骤：
1)主控制系统和辅监测系统均通过上级总线接口获取相同的上级控制器信息，辅监测系统实时对主控制系统输出的各类信号进行物理监测，同时可与主控制系统进行数据交互，获得主控制系统的输出信号并进行备份，作为备份输出信号；
2)根据主控制系统的实时工作情况，辅监测系统运行在对应的工作状态，使得系统始终稳定运行。
所述步骤2)中，若主控制系统经其内的ARM运算后输出的各类信号与辅监测系统对应的输出安全值同步，则主控制系统正常，机械切换装置的单刀处于默认状态左侧通路，将主控制系统输出的各类信号传输给各类设备。
实施例5
一种工业级控制柜的系统安全控制方法，包括以下步骤：
1)主控制系统和辅监测系统均通过上级总线接口获取相同的上级控制器信息，辅监测系统实时对主控制系统输出的各类信号进行物理监测，同时可与主控制系统进行数据交互，获得主控制系统的输出信号并进行备份，作为备份输出信号；
2)根据主控制系统的实时工作情况，辅监测系统运行在对应的工作状态，使得系统始终稳定运行。
所述步骤2)中，若发现主控制系统损坏以及输出的各类信号偏离的问题，辅监测系统就会自动切入辅助运行模式，发出控制切换信息给机械切换装置，机械切换装置则将单刀掷于右侧通路，此时辅监测系统将根据主控制系统的实际情况，将辅监测系统的备份输出信号传输给各类设备，由辅监测系统将故障信息通过总线接口形式告知上级控制器，由上级控制器进行主控制系统的故障警报和提示。

Claims (6)

1.一种工业级控制柜的系统安全控制方法，其特征在于：所述工业级控制柜，包括主控制系统、辅监测系统和机械切换装置，主控制系统和辅监测系统连接至同一根能够和上级控制器信息交互的上级总线接口，主控制系统和辅监测系统均连接至机械切换装置，机械切换装置连接到各类设备，主控制系统内嵌ARM，辅监测系统内置单片机，辅监测系统与主控制系统连接；系统安全控制方法包括以下步骤：
1)主控制系统和辅监测系统均通过上级总线接口获取相同的上级控制器信息，辅监测系统实时对主控制系统输出的各类信号进行物理监测，同时可与主控制系统进行数据交互，获得主控制系统的输出信号并进行备份，作为备份输出信号；
所述步骤1)中，辅监测系统具有输出安全值模式和预设模式，输出安全值模式为主控制模块ARM运算正常，但输出信号异常状态下的应用模式；预设模式为在内置ARM的主控制系统的主核ARM故障状态下的不带动态调整的固定信号的应用模式；
2)根据主控制系统的实时工作情况，辅监测系统运行在对应的工作状态，使得系统始终稳定运行。
2.根据权利要求1所述的工业级控制柜的系统安全控制方法，其特征在于：所述步骤1)中，辅监测系统的预设模式能够在工作前在辅监测系统内输入不带动态调整的固定信号的原始值。
3.根据权利要求1或2所述的工业级控制柜的系统安全控制方法，其特征在于：所述步骤1)中，若辅监测系统与主控制系统进行数据交互时，主控制系统无响应，则代表主控制系统启动失败，辅监测系统就会自动切入辅助运行模式，发出控制切换信息给机械切换装置，机械切换装置则将单刀掷于右侧通路，辅监测系统因无法与主控制系统进行信息交互，所以不存在备份输出信号，故在预设模式下工作，并采用工作前在辅监测系统内输入不带动态调整的固定信号的原始值作为输出信号。
4.根据权利要求1或2所述的工业级控制柜的系统安全控制方法，其特征在于：所述步骤1)中，若主控制系统在与辅监测系统进行数据交互式时，发现辅监测系统无响应时，则辅监测系统出现故障，由主控制系统将故障信息通过上级总线接口形式告知上级控制器，由上级控制器进行辅监测系统的故障警报和提示。
5.根据权利要求1或2所述的工业级控制柜的系统安全控制方法，其特征在于：所述步骤2)中，若主控制系统经其内的ARM运算后输出的各类信号与辅监测系统对应的输出安全值同步，则主控制系统正常，机械切换装置的单刀处于默认状态左侧通路，将主控制系统输出的各类信号传输给各类设备。
6.根据权利要求1或2所述的工业级控制柜的系统安全控制方法，其特征在于：所述步骤2)中，若发现主控制系统损坏以及输出的各类信号偏离的问题，辅监测系统就会自动切入辅助运行模式，发出控制切换信息给机械切换装置，机械切换装置则将单刀掷于右侧通路，此时辅监测系统将根据主控制系统的实际情况，将辅监测系统的备份输出信号传输给各类设备，由辅监测系统将故障信息通过总线接口形式告知上级控制器，由上级控制器进行主控制系统的故障警报和提示。
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