CN111884896A - 基于通信总线的数字安全链系统及其监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于通信总线的数字安全链系统及其监测方法，其中，该数字安全链系统包括：通信总线和挂载于通信总线上的多个安全链节点；其中，每个安全链节点包括：至少一个安全链分组单元，每个安全链分组单元包括：安全链上的一个或多个安全链开关；各个安全链节点经通信总线传输安全链信号。本发明通过多节点挂载的安全链总线结构，使得分布式部署的各个安全链节点，不仅能够直接实时监测各个触点开发的安全链信号，而且能够实时主动发送监测到的安全链信号，适用于大型、复杂、分布式、长布线距离的各种系统应用，尤其适用于工作于恶劣环境下的应用。

Description

基于通信总线的数字安全链系统及其监测方法

技术领域

本发明涉及安全链领域和通信领域，尤其涉及一种基于通信总线的数字安全链系统及其监测方法。

背景技术

本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明实施例提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。

众所周知，大型机器设备通常会使用安全链系统保障其自身及人员安全。传统的安全链系统是在信号连接基础上建立安全链回路，包括以下几个组成部分：激励源、激励电路、安全链器件、监测节点。可见，传统基于信号连接的安全链系统，由于整个安全链电路承载功率电流，当安全链回路过长时，会存在电压跌落的问题，而如果在空间跨度大的环境下部署，还会存在线路复杂的问题，使得安全链系统应用受限，无法适用于大型复杂安全链系统。

针对上述问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明实施例中提供了一种基于通信总线的数字安全链系统，用以解决现有基于信号连接的安全链系统，当线路过长时存在电压跌落，以及跨空间部署存在线路连接复杂的技术问题，该数字安全链系统包括：通信总线和挂载于通信总线上的多个安全链节点；其中，每个安全链节点包括：至少一个安全链分组单元，每个安全链分组单元包括：安全链上的一个或多个安全链开关；各个安全链节点经通信总线传输安全链信号。

本发明实施例中还提供了一种基于通信总线的数字安全链系统监测方法，用以解决现有基于信号连接的安全链系统，当线路过长时存在电压跌落，以及跨空间部署存在线路连接复杂的技术问题，该方法包括：监测每个安全链节点内预设待监测点的安全链信号；将每个安全链节点内预设待监测点的安全链信号，转换为每个安全链节点的安全链信号；将每个安全链节点的安全链信号，经通信总线传输到其他安全链节点。

本发明实施例中，提出了一种基于数据连接的数字安全链系统，与现有技术中基于信号连接建立的安全链系统相比，通过多节点挂载的安全链总线结构，使得分布式部署的各个安全链节点，不仅能够直接实时监测各个触点开发的安全链信号，而且能够实时主动发送监测到的安全链信号，适用于大型、复杂、分布式、长布线距离的各种系统应用，尤其适用于工作于恶劣环境下的应用。

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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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。在附图中：

图1为本发明实施例中提供的一种基于通信总线的数字安全链系统示意图；

图2为本发明实施例中提供的一种安全链的分组示意图；

图3为本发明实施例中提供的一种安全链节点组成示意图；

图4为本发明实施例中提供的一种掉电检测总线接口电路示意图；

图5为本发明实施例中提供的一种基于通信总线的数字安全链系统监测方法流程图；

图6为本发明实施例中提供的一种基于通信总线的数字安全链系统监测方法流程图。

附图标记：

10通信总线；

10a安全链信号总线；

10b诊断信号总线；

10c备份信号总线；

20安全链节点；

201安全链分组单元；

202总线接口；

202a安全链信号总线接口；

202b诊断信号总线接口；

202c备份信号总线接口；

203控制器；

204激励源；

205安全链检测通道；

206执行器；

207离散I/O接口；

2021单向整流器；

2022蓄电电路；

2023掉电检测电路；

2024控制电路；

2025收发器。

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明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

本发明实施例中提供了一种基于通信总线的数字安全链系统，借助通信总线结合自治安全链节点实现数字安全链，以替代传统安全链线路全局大环路，将具有物理独立的总线引入作为安全链的一个组成元素。通过总线连接分布式部署的各个自治安全链节点，节省了安全链环路长度和环路数量，避免了安全链过长造成的电压跌落问题，解决了传统安全链回路在空间跨度大环境下应用困难的问题。

图1为本发明实施例中提供的一种基于通信总线的数字安全链系统示意图，如图1所示，该数字安全链系统包括：通信总线10和挂载于通信总线10上的多个安全链节点20；

其中，每个安全链节点20包括：至少一个安全链分组单元201，每个安全链分组单元201包括：安全链上的一个或多个安全链开关；各个安全链节点20经通信总线10传输安全链信号。

需要说明的是，安全链是由电源和多个安全链开关构成的一个安全控制回路，回路上各个安全链开关都是闭合的，当任意一个安全链开关断开，则会执行安全停机。本发明实施例，将一个大型复杂安全链划分为分布式部署的多个自治安全链，经通信总线10实现各个自治安全链的相互连接。本发明实施例中通信总线10上的每个安全链节点20对应一个自治安全链，各个自治安全链可遵守统一的数字安全链协议，执行自治监测自治控制、总线仲裁和数据传输。本发明实施例中提供的基于通信总线的数字安全链系统，可适用于大型复杂安全链系统，尤其适用于恶劣环境下的工作应用，例如，高速电梯、港机设备、工厂分布生产线设备、铁路等。

本发明实施例提出的基于通信总线的安全链总线结构，由通信总线10连接各个安全链节点20，将高压、高功率安全链回路分别限制在局部区域变成可能，不仅解决了传统安全链的压降问题，而且为空间跨度大作业环境下复杂分布式系统纳入统一安全链管理提供了一种可行方法，解决了传统安全链应用困难的问题。通过引入逻辑电路还能提高安全链拓扑结构的灵活性。

图2为本发明实施例中提供的一种安全链的分组示意图，如图2所示，将一个安全链上的多个安全链开关划分为多个分组单元，每个分组单元由一个安全链节点20实现监测和控制；需要注意的是，本发明对安全链上多个安全链开关的分组规则不作限定，本领域技术人员可根据实际需要，对各个安全链开关进行划分，例如，根据各个安全链开关之间的间隔距离进行划分，将某一距离范围内的安全链开关划分为一个分组单元。

可选地，本发明实施例中各个安全链开关是指用于实现安全链的各种开关，其形式可以是机械开关，也可以是电子开关(例如，各种晶体管开关、场效应管开关、固态继电器等)，只要是用于实现安全链的各种机电开关、液压机电开关、半导体原理开关等都在本发明的保护范围内。

由于本发明实施例中每个安全链节点20内都包含一组安全链开关，因而，当每个安全链节点20监测到各自节点内一个或多个安全链开关的安全链信号后，需要将各个安全链开关的安全链信号进行转换，得到各个安全链节点20的安全链信号，经通信总线10传输到其他安全链节点20。

在一个实施例中，如图3所示，本发明实施例中的各个安全链节点20可以包括：总线接口202，通过总线接口202挂载于通信总线10上。

本发明实施例中的通信总线10可以包括但不限于：第一总线10a、第二总线10b和第三总线10c；其中，第一总线10a用于传输安全链信号，也称安全链信号总线；第二总线10b用于传输诊断信号，也称诊断信号总线；第三总线10c用于传输备份信号(例如，需要总线传输的其他专用信号)，也称备份信号总线。可选地，用于传输备份信号的第三总线可以是一个或多个，根据实际应用场景，能够用于传输各种类型的总线信号。例如，某些场景下，为了实现安全链信号或诊断信号的冗余配置，第三总线10c可以用于传输安全链信号或诊断信号。

需要说明的是，本发明实施例中第一总线10a(安全链信号总线)、第二总线10b(诊断信号总线)和第三总线10c(备份信号总线)是指三路总线信道，每一路总线信道可由一条有线或无线通信总线实现，也可由多条复用的有线或无线通信总线实现。总线复用技术包括但不限于：时分复用、频分复用、码分复用、空间分配复用、复合复用等。本发明提出了安全链总线的概念，将安全链信号转换成安全链数据，实现了安全链的数字化，本发明实施例中提供的数字化安全链系统，基于多节点挂载的安全链总线结构(即多节点共享通信媒介或信道的结构)，使得通信总线10上的各个安全链节点20不仅能够直接实时监测安全链信息，而且能够主动实时发送安全链信息。显然，本发明实施例中提供的数字安全链系统中，普通信号普通总线，可以集成上去，完善系统的功能。

可选地，结合各种编码规则，可提高各个总线上数据传输的可靠性、鲁棒性、安全性、带宽等。特殊情况下，总线可适当合并整合，这可能牺牲响应速度。

需要注意的是，本发明实施例中的通信总线10可以是有线通信，也可以是无线通信，如果是有线通信，本发明实施例中采用的通信总线10可以是如下任意一种或组合：CAN、USB、RS232、RS485、SPI、GPRS、光纤等；如果是无线通信，本发明实施例中采用的通信总线10可以是如下任意一种或组合：ZigBee、WiFi、蓝牙、3G、4G、5G、空间光通信等。

相应地，如图3所示，安全链节点20的总线接口202可以包括但不限于：第一总线接口202a(也称安全链信号总线接口)、第二总线接口202b(也称诊断信号总线接口)和第三总线接口202c(也称备份信号总线接口)，通过第一总线接口202a与第一总线10a连接，通过第二总线接口202b与第二总线10b连接，通过第三总线接口202c与第三总线10c连接。

在一个实施例中，如图3所示，本发明实施例中的各个安全链节点20还可以包括：控制器203，用于监测每个安全链节点20内各个安全链开关的安全链信号，或向每个安全链节点20内各个安全链开关下发控制信号。可选地，该控制器203可以由一个单片机来实现，也可以由一个可编程逻辑器来实现，还可以由一个控制电路来实现。

本发明实施例中，对安全链节点20内各个安全链开关的检测，可以采用直接检测，也可以采用间接检测。由于各个安全链节点20内的安全链开关不同，有些是采用直接检测，有些是采用间接检测，本发明实施例中将间接检测的安全链开关称为第一类安全链开关；将直接检测的安全链开关称为第二类安全链开关。

对于包含第一类安全链开关的安全链节点20，安全链节点20可以包括：激励源204，用于产生对每个安全链节点20内第一类安全链开关进行检测的激励信号。第一类安全链开关为采用间接检测方式进行检测的安全链开关。

对于包含第二类安全链开关的安全链节点20，安全链节点20还可以包括：安全链检测通道205，用于对每个安全链节点20内的第二类安全链开关进行检测。

对于包含第一类安全链开关和第二类安全链开关的安全链节点20，安全链节点20可以包括：激励源204和安全链检测通道205，其中，激励源204用于产生对第一类安全链开关进行检测的激励信号；安全链检测通道205用于对第二类安全链开关进行检测。

在一个实施例中，本发明实施例中的每个安全链节点20还可以包括：执行器206，用于对每个安全链节点20连接的设备执行安全控制操作。可选地，每个安全链节点20内的控制器203还用于向各个执行器206下发控制信号，使得各个执行器206根据控制器203下发的控制信号执行安全控制操作。

本发明实施例中，各个安全链节点20将本地安全链和总线上其他安全链节点20的安全链组成一个完整的安全链系统，实时监测。各个安全链节点20的本地安全链可独立自治动作，又可实时响应安全链总线异常。除了安全链信号外，各个安全链节点20还可以监控本地安全链和总线上其他安全链节点20的诊断信号或其他专用信号。通过操作集成的执行器，节点即时响应并处理安全链上发生的任何异常。

在一个实施例中，本发明实施例中的每个安全链节点20还可以包括：离散I/O接口207，用于连接离散设备，离散设备是指一些辅助设备，包括但不限于：控制手柄、指示灯(例如，LED)等。

由于安全链异常大多数情况下是由于掉电引起的异常，因而，对于有掉电或电源断路风险的安全链节点20，其总线接口(安全链信号总线接口、诊断信号总线接口或备份信号总线接口)可以采用图4所示的掉电检测总线接口电路，以解决通信总线上各个节点因掉电导致的断链或节点丢失问题。如图4所示，该掉电检测总线接口电路包括：单向整流器2021、蓄电电路2022、掉电检测电路2023、控制电路2024和收发器2025；其中，单向整流器2021的正极端与外部电源连接，单向整流器2021的负极端与蓄电电路2022连接；蓄电电路2022用于在外部电源断开的情况下，为掉电检测电路2023、控制电路2024和收发器2025；控制电路2024与掉电检测电路2023、收发器2025分别通信，用于根据掉电检测电路传输来的掉电触发信号生成掉电信息，并将掉电信息通过收发器2025发送到总线。各个安全链节点20通过该掉电检测总线收发器，能够实现节点掉电事件的即时主动上报，使得总线系统及时发现和标记总线上的掉电节点。

基于同一发明构思，本发明实施例中还提供了一种基于通信总线的数字安全链系统监测方法，可以应用但不限于图1所示的数字安全链系统。由于该方法解决问题的原理与基于通信总线的数字安全链系统相似，因此该方法的实施可以参见基于通信总线的数字安全链系统的实施，重复之处不再赘述。

图5为本发明实施例中提供的一种基于通信总线的数字安全链系统监测方法流程图，如图5所示，该方法包括如下步骤：

S501，监测每个安全链节点内预设待监测点的安全链信号；

S502，将每个安全链节点内预设待监测点的安全链信号，转换为每个安全链节点的安全链信号；

S503，将每个安全链节点的安全链信号，经通信总线传输到其他安全链节点。

需要说明的是，本发明实施例中预设待监测点是指预先在各个安全链节点内配置的一些接触点，例如，激励接入点、急停开关点、关键开关、互锁门机开关、安全链节点的安全链终点或执行器接入点等。通过对每个安全链节点内这些预设待监测点的监测，能够监测每个安全链节点内安全链开关或执行器的工作状态，进而为各个安全链节点异常检测或检查提供诊断信息，以便方便对各个安全链节点的维护或维修等。

需要注意的是，本发明实施例中通信总线上的每个安全链节点都可执行上述S501～S503提供的方案，原则上，本发明实施例中提出的安全链总线结构为一个多主的结构，但具体实施时，无论是单主结构，还是主从结构，只要各个节点均能实现自动上报安全链信号的方案，都在本发明的保护范围内。

在一个实施例中，如图6所示，本发明实施例中提供的基于通信总线的数字安全链系统监测方法还可以包括如下步骤：

S504，接收通信总线上传输的对各个安全链节点进行故障检测的诊断信号；

S505，根据诊断信号，向每个安全链节点内各个安全链开关下发控制信号。

在具体实施时，可以根据通信总线上的诊断信号和安全链信号，确定通信总线上的各个安全链节点内的安全链开关是否异常或故障；若存在异常或故障的安全链开关，则向各个安全链节点内的安全链开关下发相应的控制信号，以实现安全停机。

综上所述，本发明实施例中，提出了一种基于数据连接的数字安全链系统及其监测方法，与现有技术中基于信号连接建立的安全链系统相比，通过多节点挂载的安全链总线结构，使得分布式部署的各个安全链节点，不仅能够直接实时监测各个触点开发的安全链信号，而且能够实时主动发送监测到的安全链信号，适用于大型、复杂、分布式、长布线距离的各种系统应用，尤其适用于工作于恶劣环境下的应用。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于通信总线的数字安全链系统，其特征在于，包括：通信总线和挂载于所述通信总线上的多个安全链节点；

其中，每个安全链节点包括：至少一个安全链分组单元，每个安全链分组单元包括：安全链上的一个或多个安全链开关；各个安全链节点经所述通信总线传输安全链信号。

2.如权利要求1所述的数字安全链系统，其特征在于，所述通信总线包括：第一总线，用于传输安全链信号；所述安全链节点还包括：第一总线接口，与所述第一总线连接。

3.如权利要求2所述的数字安全链系统，其特征在于，所述通信总线还包括：第二总线，用于传输诊断信号；所述安全链节点还包括：第二总线接口，与所述第二总线连接。

4.如权利要求3所述的数字安全链系统，其特征在于，所述通信总线还包括：第三总线，用于传输备份信号；所述安全链节点还包括：第三总线接口，与所述第三总线连接。

5.如权利要求1所述的数字安全链系统，其特征在于，所述安全链节点还包括：

控制器，用于监测每个安全链节点内各个安全链开关的安全链信号，或向每个安全链节点内各个安全链开关下发控制信号。

6.如权利要求1所述的数字安全链系统，其特征在于，所述安全链节点还包括：

激励源，用于产生对每个安全链节点内第一类安全链开关进行检测的激励信号。

7.如权利要求1所述的数字安全链系统，其特征在于，所述安全链节点还包括：

安全链检测通道，用于对每个安全链节点内的第二类安全链开关进行检测。

8.如权利要求1所述的数字安全链系统，其特征在于，所述安全链节点还包括：

执行器，用于对每个安全链节点连接的设备执行安全控制操作。

9.如权利要求1所述的数字安全链系统，其特征在于，所述安全链节点还包括：

离散I/O接口，用于连接离散设备。

10.一种基于通信总线的数字安全链系统监测方法，其特征在于，该方法应用于权利要求1至9任意一项所述的数字安全链系统，包括：

监测每个安全链节点内预设待监测点的安全链信号；

将每个安全链节点内预设待监测点的安全链信号，转换为每个安全链节点的安全链信号；

将每个安全链节点的安全链信号，经通信总线传输到其他安全链节点。

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