CN111427304B - 一种plc程序监控系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种PLC程序监控系统及方法，包括：PLC的输入单元、程序执行单元、输出单元和状态时序监控单元，PLC通过输入单元以扫描方式按顺序读取输入信号状态并进行核准后获取输入状态结果；PLC通过程序执行单元对核准后的程序按顺序进行扫描执行后获得输出信号状态，并传送至输出单元生成核准后的输出状态结果；状态时序监控单元获取核准后的输入状态结果、输出状态结果并按顺序生成输入状态和输出状态的时序结果；在PLC对未核准的程序按顺序进行扫描执行时，状态时序监控单元利用自身的机制通过时序结果实时地对程序执行单元中未核准的程序进行同步监控，判断输入状态结果或输出状态结果是否正确。本发明保证在PLC执行写入的程序时能够进行实时监控。

Description

一种PLC程序监控系统及方法
技术领域
本发明涉及可编程逻辑控制器（PLC）技术领域，具体涉及一种PLC程序监控系统及方法。
背景技术
PLC是一种工业自动控制中使用的计算装置，它广泛应用于各个行业，小到家用设备，大到航天器材，都有PLC的应用。典型的PLC由一个专用的CPU，一个存储器和一组输入输出端口构成。它通过输入端口接收来自传感器的信号，并通过输出端口发出控制信号驱动同它连接的外部设备。 存储器中安放PLC控制程序，系统的活动由PLC控制程序所驱动。
对PLC的过程控制是通过采集输入信号、执行编程程序和输出刷新对外部的执行部件进行相应的驱动来实现，PLC程序的正确设计对于整个过程控制系统来说具有至关重要的作用，如果恶意分子将错误的PLC程序写入到PLC中进行扫描执行时，若没有及时监控到相应的错误程序，则会导致整个系统运行紊乱，严重影响工业控制系统的正常运行。
因此如何保证在PLC执行写入的程序时能够进行实时监控，保证PLC的正常运行是目前急需解决的问题。
发明内容
本发明针对上述问题，有必要提供一种PLC程序监控系统及方法，其能够保证在PLC执行写入的程序时进行实时监控，保证PLC的正常运行。
本发明第一方面提出一种PLC程序监控系统，包括：PLC的输入单元、程序执行单元、输出单元和状态时序监控单元；所述程序执行单元分别与所述输入单元、所述输出单元和所述状态时序监控单元连接，所述状态时序监控单元还分别与所述输入单元、所述输出单元连接；
所述输入单元，用于供PLC以扫描方式按顺序读取外部输入端的输入信号状态并进行核准，以及获取核准后的输入状态结果；
所述程序执行单元，用于供PLC对程序按顺序进行扫描执行，并获得输出信号状态；
所述输出单元，用于从所述程序执行单元获取输出信号状态，并生成核准后的输出状态结果；
所述状态时序监控单元，用于在PLC通过所述程序执行单元对核准后的程序按顺序进行扫描执行后，从所述输入单元、所述输出单元分别获取核准后的输入状态结果、输出状态结果并按顺序生成输入状态和输出状态的时序结果；以及用于在PLC通过所述程序执行单元对未核准的程序按顺序进行扫描执行时，利用自身的机制通过所述时序结果实时地对所述程序执行单元中未核准的程序进行输入状态、输出状态的同步监控，并判断输入状态结果或输出状态结果是否正确。
进一步的，所述输入状态和输出状态的时序结果通过界面以时序图的形式进行存储；PLC通过所述程序执行单元对未核准的程序按顺序进行扫描执行时，所述状态时序监控单元通过所述时序图对未核准的程序进行输入状态、输出状态的实时同步监控，若监控到的输入状态结果或输出状态结果与所述时序图中相应的输入状态结果或输出状态结果不一致时，则判断未核准的程序在该时刻异常。
进一步的，所述PLC程序监控系统还包括预警单元，所述预警单元与所述状态时序监控单元连接，用于在所述状态时序监控单元判断出未核准的程序执行异常时，接收所述状态时序监控单元发出的预警信号并告知管理员或操作员进行处理。
进一步的，所述输入状态和输出状态的时序结果的界面中设置有输入状态和输出状态的指示标识，用于通过不同的颜色来标识相应的输入状态结果或输出状态结果是正确或错误。
进一步的，所述PLC程序监控系统还包括安全模块，所述安全模块嵌入在所述状态时序监控单元中，用于对所述输入状态和输出状态的时序结果进行加密存储，并在进行实时同步监控时进行解密处理。
本发明还提出一种PLC程序监控方法，基于一种PLC程序监控系统，所述PLC程序监控系统包括PLC的输入单元、程序执行单元、输出单元和状态时序监控单元，所述方法包括以下步骤：
PLC通过所述输入单元以扫描方式按顺序读取外部输入端的输入信号状态并进行核准后获取输入状态结果；
PLC通过所述程序执行单元对核准后的程序按顺序进行扫描执行后获得输出信号状态，并传送至所述输出单元生成核准后的输出状态结果；
所述状态时序监控单元从所述输入单元、所述输出单元分别获取核准后的所述输入状态结果、所述输出状态结果并按顺序生成输入状态和输出状态的时序结果；
在PLC对未核准的程序按顺序进行扫描执行时，所述状态时序监控单元利用自身的机制通过所述时序结果实时地对所述程序执行单元中未核准的程序进行输入状态和输出状态的同步监控，并判断输入状态结果或输出状态结果是否正确。
进一步的，所述输入状态和输出状态的时序结果通过界面以时序图的形式进行存储，并在所述程序执行单元对未核准的程序按顺序扫描执行的时候通过所述时序图进行输入状态、输出状态实时的同步监控，若监控到所述输入状态结果或输出状态结果与所述时序图中相应的输入状态结果或输出状态结果不一致时，则判断未核准的程序在该时刻异常。
进一步的，所述状态时序监控单元判断出未核准的程序执行异常时，向预警单元发送预警信号，所述预警单元接收预警信号并告知管理员或操作员进行处理。
进一步的，所述输入状态和输出状态的时序结果的界面中设置有输入状态和输出状态的指示标识，通过不同的颜色来标识相应的输入状态结果或输出状态结果是正确或错误。
进一步的，所述方法还包括：所述状态时序监控单元通过嵌入的安全模块对所述输入状态和输出状态的时序结果进行加密存储，并在进行实时同步监控时进行解密处理。
本发明具有突出的实质性特点和显著的进步，具体的说：
（1）PLC通过输入单元获得核准后的输入状态结果、通过程序执行单元对核准后的程序进行执行后获得输出信号状态、通过输出单元或的核准后的输出状态结果，以及通过状态时序监控单元生成输入状态和输出状态的时序结果，能够保证时序结果的正确性；
（2）PLC在执行未核准的程序时，通过时序结果进行实时同步监控，若监控到输入状态结果或输出状态结果与时序结果中相应的输入状态结果或输出状态结果不一致时，则判断未核准的程序在该时刻异常，发出预警信号，能够保证实时监控到程序的执行异常，并进行有效处理，保障PLC的正常运行；
（3）通过设置输入状态和输出状态的指示标识，能够直观的获知相应的输入状态结果或输出状态结果是否正确；
（4）通过设置安全模块，能够有效保证时序结果的安全性，防止被恶意分子篡改，影响系统的正常运行。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1示出本发明一种PLC程序监控系统的结构示意图；
图2示出本发明一种PLC程序监控方法的流程图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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做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。
需要说明的是，当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
如图1所示，本发明第一方面提出一种PLC程序监控系统，PLC的输入单元、程序执行单元、输出单元和状态时序监控单元；所述程序执行单元分别与所述输入单元、所述输出单元和所述状态时序监控单元连接，所述状态时序监控单元还分别与所述输入单元、所述输出单元连接；
所述输入单元，用于供PLC以扫描方式按顺序读取外部输入端的输入信号状态并进行核准，以及获取核准后的输入状态结果；
所述程序执行单元，用于供PLC对程序按顺序进行扫描执行，并获得输出信号状态；
所述输出单元，用于从所述程序执行单元获取输出信号状态，并生成核准后的输出状态结果；
所述状态时序监控单元，用于在PLC通过所述程序执行单元对核准后的程序按顺序进行扫描执行后，从所述输入单元、所述输出单元分别获取核准后的输入状态结果、输出状态结果并按顺序生成输入状态和输出状态的时序结果；以及用于在PLC通过所述程序执行单元对未核准的程序按顺序进行扫描执行时，利用自身的机制通过所述时序结果实时地对所述程序执行单元中未核准的程序进行输入状态、输出状态的同步监控，并判断输入状态结果或输出状态结果是否正确。
具体的，所述输入状态和输出状态的时序结果通过界面以时序图的形式进行存储；PLC通过所述程序执行单元对未核准的程序按顺序进行扫描执行时，所述状态时序监控单元通过所述时序图对未核准的程序进行输入状态、输出状态的实时同步监控，若监控到的输入状态结果或输出状态结果与所述时序图中相应的输入状态结果或输出状态结果不一致时，则判断未核准的程序在该时刻异常。
具体的，所述PLC程序监控系统还包括预警单元，所述预警单元与所述状态时序监控单元连接，用于在所述状态时序监控单元判断出未核准的程序执行异常时，接收所述状态时序监控单元发出的预警信号并告知管理员或操作员进行处理。
具体的，所述输入状态和输出状态的时序结果的界面中设置有输入状态和输出状态的指示标识，用于通过不同的颜色来标识相应的输入状态结果或输出状态结果是正确或错误。
具体的，所述PLC程序监控系统还包括安全模块，所述安全模块嵌入在所述状态时序监控单元中，用于对所述输入状态和输出状态的时序结果进行加密存储，并在进行实时同步监控时进行解密处理。
如图2所示，本发明还提出一种PLC程序监控方法，基于一种PLC程序监控系统，所述PLC程序监控系统包括PLC的输入单元、程序执行单元、输出单元和状态时序监控单元，所述方法包括以下步骤：
PLC通过所述输入单元以扫描方式按顺序读取外部输入端的输入信号状态并进行核准后获取输入状态结果；
PLC通过所述程序执行单元对核准后的程序按顺序进行扫描执行后获得输出信号状态，并传送至所述输出单元生成核准后的输出状态结果；
所述状态时序监控单元从所述输入单元、所述输出单元分别获取核准后的所述输入状态结果、所述输出状态结果并按顺序生成输入状态和输出状态的时序结果；
在PLC对未核准的程序按顺序进行扫描执行时，所述状态时序监控单元利用自身的机制通过所述时序结果实时地对所述程序执行单元中未核准的程序进行输入状态和输出状态的同步监控，并判断输入状态结果或输出状态结果是否正确。
具体的，所述输入状态和输出状态的时序结果通过界面以时序图的形式进行存储，并在所述程序执行单元对未核准的程序按顺序扫描执行的时候通过所述时序图进行实时输入状态、输出状态的同步监控，若监控到所述输入状态结果或输出状态结果与所述时序图中相应的输入状态结果或输出状态结果不一致时，则判断未核准的程序在该时刻异常。
可以理解的是，在扫描执行程序之前先执行故障自诊断程序，若自诊断正常后再通过PLC的中央处理器对各个输入端进行扫描获得输入信号状态、接下来再通过中央处理器CPU逐条执行程序，按照程序要求进行逻辑、算术运算获得输出信号状态，驱动被控设备；PLC的程序可以是梯形图、指令表、功能模块图等，在执行梯形图程序时，按照从上到下、从左到右的顺序依次执行；
具体的，在所述状态时序监控单元判断出未核准的程序执行异常时，向预警单元发送预警信号，所述预警单元接收预警信号并告知管理员或操作员进行处理。
在具体的实施例中，需要对核准测试过的PLC程序首先执行一次扫描周期获得核准后的输入状态结果、输出状态结果，再通过所述状态时序监控单元生成输入状态和输出状态的时序结果；接下来再次写入未核准的程序时，可以通过时序结果，实时并且同步地对程序进行逐条顺序化地监控，一旦出现异常，则进行预警，保证PLC的正常运行。
需要了解的是，所述状态时序监控单元是PLC中增设的相应MCU单元，可以利用MCU自身的机制去实时获取程序执行时的输入状态和输出状态，实现对PLC的程序进行实时同步化地监控，如果是将时序结果仅仅存储在相应的存储模块中，在进行每次状态监控时需要不断向PLC的中央处理器发送命令去获取相应的输入状态和输出状态，再与存储模块中的时序结果进行比对，因此不能起到实时监控的作用。
具体的，所述输入状态和输出状态的时序结果的界面中设置有输入状态和输出状态的指示标识，通过不同的颜色来标识相应的输入状态结果或输出状态结果是正确或错误。
在实际的应用中，时序结果的界面中包含有所有输入状态和输出状态的指示标识，可以通过绿色来标识输入状态结果或输出状态结果的正确性；通过红色来标识输入状态结果或输出状态结果的错误性。
具体的，所述方法还包括：所述状态时序监控单元通过嵌入的安全模块对所述输入状态和输出状态的时序结果进行加密存储，并在进行实时同步监控时进行解密处理。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种PLC程序监控系统，其特征在于，包括：PLC的输入单元、程序执行单元、输出单元和状态时序监控单元；所述程序执行单元分别与所述输入单元、所述输出单元和所述状态时序监控单元连接，所述状态时序监控单元还分别与所述输入单元、所述输出单元连接；
所述输入单元，用于供PLC以扫描方式按顺序读取外部输入端的输入信号状态并进行核准，以及获取核准后的输入状态结果；
所述程序执行单元，用于供PLC对程序按顺序进行扫描执行，并获得输出信号状态；
所述输出单元，用于从所述程序执行单元获取输出信号状态，并生成核准后的输出状态结果；
所述状态时序监控单元，用于在PLC通过所述程序执行单元对核准后的程序按顺序进行扫描执行后，从所述输入单元、所述输出单元分别获取核准后的输入状态结果、输出状态结果并按顺序生成输入状态和输出状态的时序结果；以及用于在PLC通过所述程序执行单元对未核准的程序按顺序进行扫描执行时，利用自身的机制通过所述时序结果实时地对所述程序执行单元中未核准的程序进行输入状态、输出状态的同步监控，并判断输入状态结果或输出状态结果是否正确；
所述输入状态和输出状态的时序结果通过界面以时序图的形式进行存储；PLC通过所述程序执行单元对未核准的程序按顺序进行扫描执行时，所述状态时序监控单元通过所述时序图对未核准的程序进行输入状态、输出状态的实时同步监控，若监控到的输入状态结果或输出状态结果与所述时序图中相应的输入状态结果或输出状态结果不一致时，则判断未核准的程序在该时刻异常。
2.根据权利要求1所述的PLC程序监控系统，其特征在于：所述PLC程序监控系统还包括预警单元，所述预警单元与所述状态时序监控单元连接，用于在所述状态时序监控单元判断出未核准的程序执行异常时，接收所述状态时序监控单元发出的预警信号并告知管理员或操作员进行处理。
3.根据权利要求1所述的PLC程序监控系统，其特征在于：所述输入状态和输出状态的时序结果的界面中设置有输入状态和输出状态的指示标识，用于通过不同的颜色来标识相应的输入状态结果或输出状态结果是正确或错误。
4.根据权利要求1所述的PLC程序监控系统，其特征在于：所述PLC程序监控系统还包括安全模块，所述安全模块嵌入在所述状态时序监控单元中，用于对所述输入状态和输出状态的时序结果进行加密存储，并在进行实时同步监控时进行解密处理。
5.一种PLC程序监控方法，其特征在于，PLC程序监控系统中包括PLC的输入单元、程序执行单元、输出单元和状态时序监控单元，所述方法包括以下步骤：
PLC通过所述输入单元以扫描方式按顺序读取外部输入端的输入信号状态并进行核准后获取输入状态结果；
PLC通过所述程序执行单元对核准后的程序按顺序进行扫描执行后获得输出信号状态，并传送至所述输出单元生成核准后的输出状态结果；
所述状态时序监控单元从所述输入单元、所述输出单元分别获取核准后的所述输入状态结果、所述输出状态结果并按顺序生成输入状态和输出状态的时序结果；所述输入状态和输出状态的时序结果通过界面以时序图的形式进行存储；
在PLC对未核准的程序按顺序进行扫描执行时，所述状态时序监控单元利用自身的机制通过所述时序结果实时地对所述程序执行单元中未核准的程序进行输入状态和输出状态的同步监控，并判断输入状态结果或输出状态结果是否正确；
在所述程序执行单元对未核准的程序按顺序扫描执行的时候通过所述时序图进行输入状态、输出状态的实时同步监控，若监控到所述输入状态结果或输出状态结果与所述时序图中相应的输入状态结果或输出状态结果不一致时，则判断未核准的程序在该时刻异常。
6.根据权利要求5所述的PLC程序监控方法，其特征在于:所述状态时序监控单元判断出未核准的程序执行异常时，向预警单元发送预警信号，所述预警单元接收预警信号并告知管理员或操作员进行处理。
7.根据权利要求5所述的PLC程序监控方法，其特征在于，所述输入状态和输出状态的时序结果的界面中设置有输入状态和输出状态的指示标识，通过不同的颜色来标识相应的输入状态结果或输出状态结果是正确或错误。
8.根据权利要求5所述的PLC程序监控方法，其特征在于，所述方法还包括：所述状态时序监控单元通过嵌入的安全模块对所述输入状态和输出状态的时序结果进行加密存储，并在进行实时同步监控时进行解密处理。
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