CN111026015A - 基于点对点通讯协议的plc授权过期停机系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种基于点对点通讯协议的PLC授权过期停机系统，所述系统包括：开停机系统电路板、机载非接触CPU卡读写器和非接触CPU卡，其中，非接触CPU卡用于存储PLC允许运行时间数据；机载非接触CPU卡读写器用于获取PLC允许运行时间数据，并将PLC允许运行时间数据发送给开停机系统电路板；开停机系统电路板包括板载点对点通讯接口、机载非接触CPU卡读写器接口以及用于基于PLC允许运行时间数据对目标PLC下发授权过期停机命令的控制电路。本发明实施例无需在PLC上进行编程或改动原有程序，即可实现对PLC的开停机管理，实现简单方便。

Description

基于点对点通讯协议的PLC授权过期停机系统

技术领域

本发明涉及工业自动控制技术领域，更具体地，涉及一种基于点对点通讯协议的PLC授权过期停机系统。

背景技术

可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，PLC)是很多中小型工业自动控制设备的核心部件。在自动控制设备运行的过程中，在许多应用场合对PLC的运行模式由RUN模式转为STOP模式，或者由STOP模式转为RUN模式。常见的应用场所有：1)在操作人员在检查完设备的完好性等前置条件满足时，具有较高级别的人员需要将PLC由STOP模式转为RUN模式；2)在设备出现紧急等其他情况时，需要停机，即由RUN模式转为STOP模式。特别是设备租赁作为设备共享的一种方式，有助于节约能源、降低资源消耗，在租赁费用未及时缴纳时，由于路途遥远、运输不便，有些设备还处于煤矿井下等种种原因造成出租方无法直接收回设备、或者回收运输成本大；有时客户还存在反复租赁需求、续费后仍需租赁的情况，也无需将租赁设备运回，而需要将PLC置于STOP模式，设备暂时无法使用，以提醒客户缴费、续费。

目前，常用的PLC开停机管理方法有两种。第一种方法是在PLC内部的运行程序中写入相应的程序段，来控制PLC的状态。这种方法主要存在两个方面的技术问题：第一、程序容易被未授权人员篡改，设备管理者对设备的状态将无法控制其RUN和STOP；第二、对于租借设备，改动了原来的程序，而很多设备的产权是属于第三方的、其型号通过官方认证，都是受控的，改动这些程序需要获得授权。

其次，可采用的第二种方法是配置上位机软件，并设置用户名密码的方式来实现使用权的控制和管理。这种方法同样存在两个方面的技术问题：第一、不是所有的PLC都配置有上位机，在很多移动性强、可独立发挥作用、有防爆要求的场合中，大多数都没有专门的可设置操作密码的上位机，特别是在一些震动性极大的破石、采石的场合，选择并配置相应的上位机代价极大，在这种无需上位机的PLC应用场合中，造成无谓的高昂造价；第二、一般的PLC上位软件，如国产、进口多种组态软件的造价高昂，即使耗资购买西门子监控产品或第三方厂家的组态软件，或者采用其它通讯方式，也存在编程复杂、需要购买软件和授权License等局限性，用户如果想对PLC进行控制，还需要配置这种监控、组态软件所需的计算机运行平台，所以为了控制其使用权限而特意设置上位机，这也是不现实的。

因此，亟需提供一种新的PLC开停机管理方法或系统，以解决上述通过在PLC内部的运行程序中写入相应的程序段来控制PLC的状态，以及通过配置上位机软件来实现使用权的控制和管理所带来的程序易被篡改、需要授权、编程复杂以及造价高昂等问题。

发明内容

本发明实施例提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的基于点对点通讯协议的PLC授权过期停机系统。

本发明实施例提供一种基于点对点通讯协议的PLC授权过期停机系统，包括：开停机系统电路板、机载非接触CPU卡读写器和非接触CPU卡，其中，

所述非接触CPU卡用于存储PLC允许运行时间数据；

在所述机载非接触CPU卡读写器上设置有用于感知所述非接触CPU卡的读写线圈，所述机载非接触CPU卡读写器用于获取所述非接触CPU卡内存储的PLC允许运行时间数据，并将所述PLC允许运行时间数据发送给所述开停机系统电路板；

所述开停机系统电路板包括板载点对点通讯接口、机载非接触CPU卡读写器接口以及用于基于所述PLC允许运行时间数据对目标PLC下发授权过期停机命令的控制电路；

所述开停机系统电路板通过所述板载点对点通讯接口连接所述目标PLC，所述开停机系统电路板通过所述机载非接触CPU卡读写器接口连接所述机载非接触CPU卡读写器。

其中，还包括：非接触CPU卡读写主机，

所述非接触CPU卡读写主机上设置有用于向所述非接触CPU卡写入所述PLC允许运行时间数据以及数据权限标识的非接触CPU卡上位读写器。

其中，所述板载点对点通讯接口通过第一连接线连接所述目标PLC的CPU编程口，所述机载非接触CPU卡读写器接口通过第二连接线连接所述机载非接触CPU卡读写器。

其中，所述开停机系统电路板还包括：掉电存储器Flash、随机存取存储器RAM、电源处理单元和时钟电池，所述掉电存储Flash、随机存取存储器RAM、电源处理单元和时钟电池分别与所述控制电路电连接。

其中，所述控制电路进一步包括：时钟同步单元、比较单元和控制命令生成单元，其中，

所述时钟同步单元用于基于点对点通讯协议确定所述开停机系统电路板的板载时钟数据与所述目标PLC的时钟数据的同步时钟数据；

所述比较单元用于比较所述同步时钟数据与所述PLC允许运行时间数据；

所述控制命令生成单元用于基于所述比较单元的输出结果生成符合点对点通讯协议的控制命令，所述控制命令用于指示所述目标PLC复机运行或进入停机状态。

本发明实施例提供的基于点对点通讯协议的PLC授权过期停机系统，仅需在PLC上连接开停机系统电路板，开停机系统电路板连接一个机载非接触CPU卡读写器，无需在PLC上进行编程或改动原有程序，利用非接触CPU卡即可实现当不允许基于PLC的工业自动控制设备运行的时候，将PLC置于STOP模式；当允许基于PLC的工业自动控制设备运行的时候，将PLC置RUN模式，操作人员即可正常操作，实现简单方便，克服了通过在PLC内部的运行程序中写入相应的程序段来控制PLC的状态，以及通过配置上位机软件来实现使用权的控制和管理所带来的程序易被篡改、需要授权、编程复杂以及造价高昂等一系列问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的基于点对点通讯协议的PLC授权过期停机系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的基于点对点通讯协议的PLC授权过期停机系统的完整结构示意图；

附图标记说明：1—目标PLC；2—CPU编程口；3—第一连接线；4—开停机系统电路板；5—板载点对点通讯接口；6—机载非接触CPU卡读写器接口；7—第二连接线；8—机载非接触CPU卡读写器；9—读写线圈；10—非接触CPU卡；11—控制电路；12—掉电储存器Flash；13—随机存取存储器RAM；14—电源处理单元；15—时钟电池；16—非接触CPU卡上位读写器；17—非接触CPU卡读写主机。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明旨在提供基于点对点通讯协议的PLC授权过期停机系统，无需在PLC上进行编程或改动原有程序，当不允许基于PLC的工业自动控制设备运行的时候，将PLC置于STOP模式；当允许基于PLC的工业自动控制设备运行的时候，将PLC置RUN模式，操作人员即可正常操作。

如图1所示，为本发明实施例提供的基于点对点通讯协议的PLC授权过期停机系统的结构示意图，包括：开停机系统电路板4、机载非接触CPU卡读写器8和非接触CPU卡10，其中，

所述非接触CPU卡10用于存储PLC允许运行时间数据；

具体地，非接触CPU卡又称智能卡，非接触CPU卡内的集成电路中带有微处理器CPU、存储单元(包括随机存储器RAM、程序存储器ROM(FLASH)、用户数据存储器EEPROM)以及芯片操作系统COS。装有COS的CPU卡相当于一台微型计算机，不仅具有数据存储功能，同时具有命令处理和数据安全保护等功能。在安全方面，非接触CPU卡与非接触IC卡相比，拥有独立的CPU处理器和芯片操作系统，所以可以更灵活的支持各种不同的应用需求、更安全的设计数据交换流程，截止目前尚无破解和篡改的技术和方法，因此，非接触CPU卡是一种极为安全的存储载体，本发明实施例利用非接触CPU卡存储PLC允许运行时间数据。其中，PLC允许运行时间数据可以理解为允许PLC运行的时间数据，可具体到年、月、日、时、分、秒或更小的时间单位。

在所述机载非接触CPU卡读写器8上设置有用于感知所述非接触CPU卡10的读写线圈9，所述机载非接触CPU卡读写器8用于获取所述非接触CPU卡10内存储的PLC允许运行时间数据，并将所述PLC允许运行时间数据发送给所述开停机系统电路板4；

可以理解的是，当非接触CPU卡10靠近读写线圈9时，读写线圈9可以感知到有CPU卡靠近，机载非接触CPU卡读写器8会发送“有卡靠近”信号给开停机系统电路板4，然后，开停机系统电路板4向机载非接触CPU卡读写器8下发读卡命令，机载非接触CPU卡读写器8接收到读卡命令后，获取非接触CPU卡10内存储的PLC允许运行时间数据，并将所述PLC允许运行时间数据发送给开停机系统电路板4。

所述开停机系统电路板4包括板载点对点通讯接口5、机载非接触CPU卡读写器接口6以及用于基于所述PLC允许运行时间数据对目标PLC下发授权过期停机命令的控制电路11；

所述开停机系统电路板4通过所述板载点对点通讯接口5连接所述目标PLC 1，所述开停机系统电路板4通过所述机载非接触CPU卡读写器接口6连接所述机载非接触CPU卡读写器8。

具体地，所述板载点对点通讯接口5基于点对点通讯协议进行数据传输，板载点对点通讯接口5可以是支持点对点通讯协议的串口，也可以是支持点对点通讯协议的其他接口。为了保证开停机系统电路板与目标PLC进行正常通讯，板载点对点通讯接口5通常采用较高的通信速率，例如187500bps等，可以理解为，板载点对点通讯接口5是支持点对点通讯协议的高速通讯口。

所述机载非接触CPU卡读写器接口6可以是普通的串口，如485/232接口，也可以是USB接口，也可以是其他通信接口。

典型的点对点通讯协议是PPI(Point to Point Interface)协议。PPI协议是西门子为S7-200全系列开发的一种通讯协议。PPI协议是一种主从协议，主站发送要求到从站，从站做出响应。从站不主动发信息，只是等待主站的要求并做出响应。选择PPI协议进行通信时，一般而言，用户必须购买其昂贵的监控产品或第三方厂家的组态软件。而采用其它通讯方式也存在编程复杂，需要购买软件和授权，也存在不便于采用机载上位控制机器的等局限性。本发明实施例实现了对支持点对点通讯协议的PLC的停机、复机(置STOP、置RUN)进行控制，无须改变PLC内部的控制程序。

进一步地，所述板载点对点通讯接口5通过第一连接线连接所述目标PLC 1的CPU编程口，所述机载非接触CPU卡读写器接口6通过第二连接线连接所述机载非接触CPU卡读写器8。

需要说明的是，PLC的CPU编程口可以是RJ45串行接口，可以是DB9串行接口或其他接口，具体根据PLC的设备类型确定。

开停机系统电路板4还包括控制电路11，控制电路11可以是中央处理器CPU，控制电路11基于所述PLC允许运行时间数据，判断目标PLC 1的运行时间数据是否达到所述PLC允许运行时间数据，若是，则对目标PLC 1发送符合目标PLC通信格式的授权过期停机命令。

可以理解的是，根据支持点对点通讯协议的设备的特性，无论目标PLC 1处于何种状态(RUN或STOP)，一经上电，目标PLC 1就会对收到的正确数据帧做出响应，目标PLC 1经过CPU编程口、第一连接线、板载点对点通讯接口5给开停机系统电路板4发送数据帧；写向目标PLC 1的数据帧，从开停机系统电路板4、板载点对点通讯接口5、通过第一连接线、经CPU编程口传递给目标PLC 1。

目标PLC 1接收到开停机系统电路板4下发的授权过期停机命令后，自动进入STOP状态，自动停机。

直到下一次刷入有开机权限数据的非接触CPU卡10中的数据后才能进入RUN态，操作人员使用基于PLC的工业自动控制设备才能正常操作，从而实现基于点对点通讯协议的PLC授权过期停机的目的。

本发明实施例提供的基于点对点通讯协议的PLC授权过期停机系统，仅需在PLC上连接开停机系统电路板，开停机系统电路板连接一个机载非接触CPU卡读写器，无需在PLC上进行编程或改动原有程序，利用非接触CPU卡即可实现当不允许基于PLC的工业自动控制设备运行的时候，将PLC置于STOP模式；当允许基于PLC的工业自动控制设备运行的时候，将PLC置RUN模式，操作人员即可正常操作，实现简单方便，克服了通过在PLC内部的运行程序中写入相应的程序段来控制PLC的状态，以及通过配置上位机软件来实现使用权的控制和管理所带来的程序易被篡改、需要授权、编程复杂以及造价高昂等一系列问题。

基于上述实施例的内容，基于点对点通讯协议的PLC授权过期停机系统还包括：非接触CPU卡读写主机，

所述非接触CPU卡读写主机上设置有用于向所述非接触CPU卡写入所述PLC允许运行时间数据以及数据权限标识的非接触CPU卡上位读写器。

具体地，本发明实施例还配置一个非接触CPU卡读写主机，在非接触CPU卡读写主机上还设置有一个非接触CPU卡上位读写器，从而实现向非接触CPU卡写入PLC允许运行时间时间数据以及数据权限标识，所述数据权限标识用于表示非接触CPU卡10中存储的PLC允许运行时间数据是可以向目标PLC配套的开停机系统电路板4传递的。

基于上述实施例的内容，所述开停机系统电路板还包括：掉电存储器Flash、随机存取存储器RAM、电源处理单元和时钟电池，所述Flash、RAM、电源处理单元和时钟电池分别与所述控制电路电连接。

基于上述实施例的内容，所述控制电路进一步包括：时钟同步单元、比较单元和控制命令生成单元，其中，

所述时钟同步单元用于基于点对点通讯协议确定所述开停机系统电路板的板载时钟数据与所述目标PLC的时钟数据的同步时钟数据；

所述比较单元用于比较所述同步时钟数据与所述PLC允许运行时间数据；

所述控制命令生成单元用于基于所述比较单元的输出结果生成符合点对点通讯协议的控制命令，所述控制命令用于指示所述目标PLC复机运行或进入停机状态。

具体地，由于工业级电路板上的时钟在长期运行(如一天、一周等)后，都会与标准的时钟基准存在时间差，开停机系统电路板与目标PLC上均设置有时钟，这两个时钟必定会略有不同，因此，需要对开停机系统电路板的板载时钟数据与目标PLC的时钟数据进行同步，生成同步时钟数据。

控制电路包括：时钟同步单元、比较单元和控制命令生成单元，其中，时钟同步单元用于每隔预设时间段，基于点对点通讯协议确定所述开停机系统电路板的板载时钟数据与所述目标PLC的时钟数据的同步时钟数据。

当所述开停机系统电路板的板载时钟数据与所述目标PLC的时钟数据的同步时钟数据早于所述PLC允许运行时间数据时，目标PLC是有授权可以运行的；当所述开停机系统电路板的板载时钟数据与所述目标PLC的时钟数据的同步时钟数据达到所述PLC允许运行时间数据时，说明目标PLC的授权到期，需要使该目标PLC进入停机状态。因此，比较单元则用于比较所述同步时钟数据与所述PLC允许运行时间数据的大小，判断所述同步时钟数据是否达到所述PLC允许运行时间数据，控制命令生成单元则基于比较单元的输出结果，发出符合点对点通讯协议的控制命令，以指示目标PLC复机运行或进入停机状态。

如图2所示，为本发明实施例提供的基于点对点通讯协议的PLC授权过期停机系统的完整结构示意图。在本发明实施例中，目标PLC为西门子PLC。在目标PLC 1的CPU编程口2上，通过第一连接线3连接开停机系统电路板4的板载点对点通讯接口5，开停机系统电路板4的机载非接触CPU卡读写器接口6上经第二连接线7连接机载非接触CPU卡读写器8，在机载非接触CPU卡读写器8上安装有读写线圈9。此外，在开停机系统电路板4上还设置有控制电路11、掉电储存器Flash 12、随机存取存储器RAM 13、电源处理单元14和时钟电池15，其中，掉电储存器Flash 12、随机存取存储器RAM 13、电源处理单元14和时钟电池15均与控制电路电连接；另外，还配置有非接触CPU卡读写主机17，在非接触CPU卡读写主机17上还包括一台非接触CPU卡上位读写器16。

本发明实施例提供的基于点对点通讯协议的PLC授权过期停机系统的工作原理如下：

在初始状态下，开停机系统电路板4内部没有PLC允许运行时间数据，通过发出符合目标PLC通信格式的初始停机STOP指令，经板载点对点通讯接口5、第一连接线3和CPU编程口2，发送给目标PLC 1。目标PLC 1判断所接受到的信息符合停机STOP指令格式，则目标PLC 1自动置为STOP态。此时，PLC不再响应其外部IO点的指令，即不响应操作人员的任何指令。实现初始状态下，无权限操作人员无法开机，等待刷卡。

当非接触CPU卡10靠近机载非接触CPU卡读写器8的读写线圈9时，读写线圈9感知到有非接触CPU卡10靠近，机载非接触CPU卡读写器8发送“有卡靠近”信号经第二连接线7、机载非接触CPU卡读写器接口6发送给开停机系统电路板4。开停机系统电路板4下发给机载非接触CPU卡读写器8读卡命令。机载非接触CPU卡读写器8读取非接触CPU卡10中的PLC允许运行时间数据，并经第二连接线7、机载非接触CPU卡读写器接口6发送给开停机系统电路板4。由开停机系统电路板4判断非接触CPU卡10是否有开机权限。当判断出非接触CPU卡10中的数据具有开机权限后，发出符合目标PLC通信格式的复机RUN指令，经板载点对点通讯接口5、第一连接线3和CPU编程口2，送给目标PLC 1。此时，目标PLC 1置为RUN态，进入正常等待操作人员操作状态。实现有权限卡刷卡后，可以正常进行操作。

随着时间的推移，所述PLC允许运行时间对应的停机时间点到达，则开停机系统电路板4发出符合点对点通讯协议的停止STOP指令，经第一连接线3和CPU编程口2，发送给目标PLC 1。目标PLC1判断所接受信息符合停机STOP指令格式，则目标PLC 1自动置为STOP态。此时，PLC不再响应其外部IO点的指令，即不响应操作人员的任何指令。实现授权使用到达的状态下，无权限操作人员无法开机，等待刷卡进入下一轮操作。

实际使用非接触CPU卡时，需要对非接触CPU卡10进行初始化并设置允许目标PLC运行的时间数据，其方案是：首先，通过非接触CPU卡读写主机17、经过非接触CPU卡上位读写器16对该非接触CPU卡10清空；其次，通过非接触CPU卡读写主机17、经过非接触CPU卡上位读写器16向非接触CPU卡10中写入允许目标PLC运行的时间数据，即PLC允许运行时间数据，并写入数据权限标识，该数据权限标识用于表示该非接触CPU卡10中存储的PLC允许运行时间数据是可以向目标PLC1配套的开停机系统电路板4传递的。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种基于点对点通讯协议的PLC授权过期停机系统，其特征在于，包括：开停机系统电路板、机载非接触CPU卡读写器和非接触CPU卡，其中，

所述非接触CPU卡用于存储PLC允许运行时间数据；

在所述机载非接触CPU卡读写器上设置有用于感知所述非接触CPU卡的读写线圈，所述机载非接触CPU卡读写器用于获取所述非接触CPU卡内存储的PLC允许运行时间数据，并将所述PLC允许运行时间数据发送给所述开停机系统电路板；

所述开停机系统电路板包括板载点对点通讯接口、机载非接触CPU卡读写器接口以及用于基于所述PLC允许运行时间数据对目标PLC下发授权过期停机命令的控制电路；

所述开停机系统电路板通过所述板载点对点通讯接口连接所述目标PLC，所述开停机系统电路板通过所述机载非接触CPU卡读写器接口连接所述机载非接触CPU卡读写器。

2.根据权利要求1所述的基于点对点通讯协议的PLC授权过期停机系统，其特征在于，还包括：非接触CPU卡读写主机，

所述非接触CPU卡读写主机上设置有用于向所述非接触CPU卡写入所述PLC允许运行时间数据以及数据权限标识的非接触CPU卡上位读写器。

3.根据权利要求1所述的基于点对点通讯协议的PLC授权过期停机系统，其特征在于，所述板载点对点通讯接口通过第一连接线连接所述目标PLC的CPU编程口，所述机载非接触CPU卡读写器接口通过第二连接线连接所述机载非接触CPU卡读写器。

4.根据权利要求1所述的基于点对点通讯协议的PLC授权过期停机系统，其特征在于，所述开停机系统电路板还包括：掉电存储器Flash、随机存取存储器RAM、电源处理单元和时钟电池，所述掉电存储Flash、随机存取存储器RAM、电源处理单元和时钟电池分别与所述控制电路电连接。

5.根据权利要求1所述的基于点对点通讯协议的PLC授权过期停机系统，其特征在于，所述控制电路进一步包括：时钟同步单元、比较单元和控制命令生成单元，其中，

所述时钟同步单元用于基于点对点通讯协议确定所述开停机系统电路板的板载时钟数据与所述目标PLC的时钟数据的同步时钟数据；

所述比较单元用于比较所述同步时钟数据与所述PLC允许运行时间数据；

所述控制命令生成单元用于基于所述比较单元的输出结果生成符合点对点通讯协议的控制命令，所述控制命令用于指示所述目标PLC复机运行或进入停机状态。

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