CN116540622A

CN116540622A - 一种基于sil认证的可编程逻辑控制器的智能安全控制器

Info

Publication number: CN116540622A
Application number: CN202310627826.XA
Authority: CN
Inventors: 朱凌云; 叶海水; 王海云
Original assignee: Beijing Shangde Automation System Co ltd
Current assignee: Beijing Shangde Times Automation Engineering Co Ltd
Priority date: 2023-05-30
Filing date: 2023-05-30
Publication date: 2023-08-04
Anticipated expiration: 2043-05-30
Also published as: CN116540622B

Abstract

本发明公开了一种基于SIL认证的可编程逻辑控制器的智能安全控制器，本发明对火灾报警和/或消防联动控制器的核心单元进行创造性的改造，采用具有SIL认证高安全等级的可编程逻辑控制器(PLC)代替主板，并使用独立工作的触摸屏实现人机交互功能，取代了常规火灾报警控制器中液晶显示器和大量按键集成的模式，实现了显示和操作功能的集成化；如此，可适用于高温、高湿、复杂电磁环境场所的消防信号报警与联动控制、安全联锁控制、自动化设备运行管理。

Description

一种基于SIL认证的可编程逻辑控制器的智能安全控制器

技术领域

本发明属于控制器技术领域，具体涉及一种基于SIL认证的可编程逻辑控制器的智能安全控制器。

背景技术

目前，传统的火灾报警控制器和消防联动控制器大多是以单片机为核心，辅以数字、模拟以及显示驱动等外围电路构成的主板作为产品的主控单元，其它单元如显示屏、网卡、手动操作盘、消防电源等均需与主板进行数据通信以完成各自的功能；但是，采用前述以单片机为核心的主板，存在以下不足：主板自行设计，并不能很好的适用于高温、高湿、强电磁干扰的工业场所，其可靠性和稳定性不能保证，而主板一旦出现故障，整个控制器就失去了火灾报警和消防联动控制功能；另外，若采用通用安全仪表系统的控制器来作为火灾报警或消防联动的控制器，其虽然可靠性强，但是，其又仅能完成安全仪表的信号采集、处理及逻辑功能(如温度、压力和液位等)，不能实现对生产装置周边区域的消防安全信息的探测、报警及控制功能；基于此，如何提供一种可靠性强以及能够实现消防安全信息探测、报警及控制功能的控制器，已成为一个亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于SIL认证的可编程逻辑控制器的智能安全控制器，用以解决现有技术中采用以单片机为核心的主板所存在的可靠性和稳定性不能保证，以及采用通用安全仪表系统控制器所存在的无法实现消防安全信息探测、报警及控制功能的问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，提供了一种基于SIL认证的可编程逻辑控制器的智能安全控制器，包括：具备SIL认证的主PLC处理单元以及信号收发单元；

所述主PLC处理单元通信连接所述信号收发单元，所述信号收发单元通信连接有总线消防设备，其中，所述信号收发单元用于将所述总线消防设备发送的第一信号进行通信格式转换，并将转换后的第一信号发送至所述主PLC处理单元，且所述信号收发单元还用于将所述主PLC处理单元发送的第一控制信号转发至所述总线消防设备，以使所述总线消防设备依据所述第一控制信号运行；

所述主PLC处理单元还通信连接有安全设备、多线制消防设备及自动化设备，用于接收所述安全设备、所述多线制消防设备及所述自动化设备发送的第二信号，以及向所述安全设备、多线制消防设备以及自动化设备发送第二控制信号，以控制所述安全设备、所述多线制消防设备以及所述自动化设备运行。

基于上述公开的内容，一方面，本发明的核心控制单元选用在工业现场得到大量应用的可编程逻辑控制器(PLC)，PLC能够适用于高温、高湿、强电磁干扰的工业场所，其对应的平均无故障间隔时间(MTBF)通常高达10万小时以上，远远高于采用单机片为核心的常规消防报警联动控制器；同时，该PLC采用了具有SIL认证的安全型系列设备，进一步的提高了控制器的平均无故障间隔时间；另一方面，本发明所提供的控制器，分别通信连接有总线消防设备、安全设备、多线制消防设备及自动化设备，其中，总线消防设备和安全设备、多线制消防设备以及自动化设备均包括消防设备；如此，使得本发明所提供的控制器在兼具可靠性的同时，既能实现消防信号报警与联动控制，又能实现安全联锁控制、自动化设备运行管理；同时，本发明所提供的安全控制器通过了《GB4717-2005火灾报警控制器》和《GB16806-2006消防联动控制系统》标准检验，取得应急管理部消防产品合格评定中心颁发的CCCF证书，其功能性相比于传火灾报警控制器、消防联动控制器和安全仪表控制器，得到了大幅提升，适用于在消防自动化行业、安全仪表系统大规模应用与推广。

在一个可能的设计中，回路卡接口板、从PLC处理单元以及至少一个回路卡，其中，所述主PLC处理单元通过所述从PLC处理单元通信连接所述回路卡接口板，所述回路卡接口板通信连接至少一个回路卡，且至少一个回路卡中的每个回路卡均通信连接有总线消防设备；

每个回路卡用于接收对应总线消防设备发送的第一信号，并将各个第一信号转发至所述回路卡接口板，所述回路卡接口板用于将接收的各个第一信号进行电平转换，并将转换后的各个第一信号发送至所述从PLC处理单元；

所述从PLC处理单元，用于对各个转换后的第一信号进行通信协议转换，得到各个协议转换信号，并将各个协议转换信号发送至所述主PLC处理单元；

所述从PLC处理单元，还用于将所述第一控制信号转发至所述回路卡接口板，以便所述回路卡接口板通过目标回路卡将所述第一控制信号发送至目标外部设备，以使所述目标外部设备依据所述第一控制信号运行，其中，目标外部设备为所述第一控制信号所对应的总线消防设备，且所述目标回路卡为所述目标外部设备所连接的回路卡。

在一个可能的设计中，所述回路卡接口板包括：电源模块、通信转换模块、继电器以及接口模块；

所述接口模块包括至少三个接口单元，每个接口单元用于连接一回路卡，其中，每个接口单元的切换端电连接所述继电器的第一触点端，所述继电器的线圈端电连接所述电源模块，且所述继电器的第二触点端接地；

每个接口单元的输出端电连接所述通信转换模块，所述通信转换模块电连接所述从PLC处理单元，用于将各个回路卡发送的第一信号进行电平转换，并将转换后的各个第一信号发送至所述从PLC处理单元；

所述电源模块的输入端电连接板载电源，且所述电源模块的输出端电连接所述通信转换模块和所述接口模块的供电端。

在一个可能的设计中，所述智能安全控制器还包括：显示操作单元，其中，所述主PLC处理单元通信连接所述显示操作单元，且所述显示操作单元包括触摸人机交互单元。

基于上述公开的内容，本发明充分考虑了各组成单元的易使用性和易操作性，使用集成化的触摸屏设计，取代了传统的液晶显示屏加大量按键的常规设计，如此，降低了发生人为操作失误造成的故障的可能性，进一步的提高了运行的可靠性。

在一个可能的设计中，所述主PLC处理单元还通信连接有手动控制单元，且手动控制单元还电连接所述多线制消防设备。

在一个可能的设计中，所述主PLC处理单元还通信连接有状态指示单元，且所述状态指示单元包括外部设备状态指示灯、本机状态指示灯以及功能按键。

在一个可能的设计中，所述智能安全控制器还包括：报警单元，其中，所述主PLC处理单元通信连接所述报警单元，且所述报警单元包括蜂鸣器。

在一个可能的设计中，所述显示操作单元还通信连接有打印单元。

在一个可能的设计中，所述智能安全控制器还包括：供电电源，其中，所述供电电源分别电连接所述主PLC处理单元以及所述信号收发单元的供电端。

有益效果：

(1)本发明的核心控制单元选用在工业现场得到大量应用的可编程逻辑控制器(PLC)，PLC能够适用于高温、高湿、强电磁干扰的工业场所，其对应的平均无故障间隔时间(MTBF)通常高达10万小时以上，远远高于采用单机片为核心的常规消防报警联动控制器；同时，该PLC采用了具有SIL认证的安全型系列设备，进一步的提高了控制器的平均无故障间隔时间；另外，本发明所提供的控制器，分别通信连接有总线消防设备、安全设备、多线制消防设备及自动化设备，其中，总线消防设备和安全设备、多线制消防设备以及自动化设备均包括消防设备；如此，使得本发明所提供的控制器在兼具可靠性的同时，既能实现消防信号报警与联动控制，又能实现安全联锁控制、自动化设备运行管理，其功能性相比于传火灾报警控制器、消防联动控制器和安全仪表控制器，得到了大幅提升，适用于在消防自动化行业、安全仪表系统大规模应用与推广。

(2)本发明充分考虑了各组成单元的易使用性和易操作性，使用集成化的触摸屏设计，取代了传统的液晶显示屏加大量按键的常规设计，如此，降低了发生人为操作失误造成的故障的可能性，进一步的提高了运行的可靠性。

(3)本发明采用PLC作为主控单元，PLC具备丰富的、成熟的各种通讯协议(如PROFIBUS-DP、MODBUS-TCP、MODBUS-RTU、OPC、TCP-IP、PROFINET等)，能够方便的与各类前端设备、HMI人机交互装置、其它厂家控制器、后台工作站、安防系统等设备和系统通讯，如此，有助于各种系统的互连、兼容，并便于设计、建设一体化大安全监测、控制或管理系统。

附图说明

图1为本发明实施例提供的基于SIL认证的可编程逻辑控制器的智能安全控制器的架构示意图；

图2为本发明实施例提供的回路卡接口板的具体电路图。

具体实施方式

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，下面将结合附图和实施例或现有技术的描述对本发明作简单地介绍，显而易见地，下面关于附图结构的描述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。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。

应当理解，尽管本文可能使用术语第一、第二等等来描述各种单元，但是这些单元不应当受到这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个单元和另一个单元。例如可以将第一单元称作第二单元,并且类似地可以将第二单元称作第一单元，同时不脱离本发明的示例实施例的范围。

应当理解，对于本文中可能出现的术语“和/或”，其仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，单独存在B，同时存在A和B三种情况；对于本文中可能出现的术语“/和”，其是描述另一种关联对象关系，表示可以存在两种关系，例如，A/和B，可以表示：单独存在A，单独存在A和B两种情况；另外，对于本文中可能出现的字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”关系。

实施例：

参见图1所示，本实施例所提供的基于SIL认证的可编程逻辑控制器的智能安全控制器，可以但不限于应用于高温、高湿、复杂电磁环境场所的消防信号报警与联动控制、安全联锁控制、自动化设备运行管理，如石油、石化、化工、储油罐区、冶金、电力等工业场所；在具体应用时，该智能安全控制器可以但不限于包括有：具备SIL认证的主PLC(Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器)处理单元以及信号收发单元；其中，信号收发单元用于采集、传输现场火灾信号、消防设备信号，并将前述信号发送至主PLC处理单元，而主PLC处理单元则作为智能安全控制器的核心，用于实现接收的各类信号的联动关系的计算、处理、控制以及与其它各单元之间的联网通信等功能。

在本实施例中，主PLC处理单元具备SIL认证，通过了《GB4717-2005火灾报警控制器》和《GB16806-2006消防联动控制系统》标准检验，取得应急管理部消防产品合格评定中心颁发的CCCF证书，因此，本实施例采用具备SIL认证的PLC来作为控制器的核心，可大幅提高控制器平均无故障运行时间出，从而保证运行的稳定性。

在本实施例中，所述主PLC处理单元通信连接所述信号收发单元，所述信号收发单元通信连接有总线消防设备，其中，所述信号收发单元用于将所述总线消防设备发送的第一信号进行通信格式转换，并将转换后的第一信号发送至所述主PLC处理单元，且所述信号收发单元还用于将所述主PLC处理单元发送的第一控制信号转发至所述总线消防设备，以使所述总线消防设备依据所述第一控制信号运行；可选的，举例总线消防设备可以但不限于输入/输出模块、感烟探测器、感温探测器、隔离模块、声光报警器和手动报警按钮等；如此，总线消防设备即可通过信号收发单元向主PLC处理单元发送第一信号(如感温信号、感烟信号等火警信号、故障信号、反馈信号和监管信号等)，而后，主PLC处理单元则对接收到的第一信号进行处理，并通过信号收发单元向总线消防设备发送启动、停止、复位、屏蔽、解屏蔽等控制信号；另外，在本实施例中，举例信号收发单元所进行的通信格式转换可以但不限于包括电平转换以及通信协议转换，如此，可便于总线消防设备与主PLC处理单元之间进行数据通信，保证各信号的顺利传输。

同时，在本实施例中，所述主PLC处理单元还通信连接有安全设备、多线制消防设备及自动化设备，用于接收所述安全设备、所述多线制消防设备及所述自动化设备发送的第二信号，以及向所述安全设备、所述多线制消防设备以及所述自动化设备发送第二控制信号，以控制所述安全设备、所述多线制消防设备以及所述自动化设备运行，其中，所述安全设备、多线制消防设备及自动化设备包括安全仪表设备、多线制消防设备设备和自动控制设备；在具体应用时，多线制消防设备设备可以但不限于为灭火设备，诸如消防泵、风机、阀门(指消防阀门)等，而安全设备及自动控制设备则可以但不限于包括温度仪表、压力仪表、液位仪表、复位按键触点、截断阀控制装置等；如此通过前述设计，对于重要的消防设备，主PLC处理单元可直接进行控制，而对于安全仪表系统的各类信号(如温度、压力、液位、复位按键触点、阀门启动/停止等信号)，可直接接入主PLC处理单元，以便主PLC处理单元采集到前述信号后按照安全仪表系统设计的控制逻辑进行处理和输出。

由此通过前述设计，本发明采用能够适应于高温、高湿、强电磁干扰场所的PLC作为控制核心，其相比于传统以单片机为核心的控制器，可靠性更强，且PLC的平均无故障间隔时间通常高达10万小时以上，因此，能够保证控制器运行的稳定性以及可靠性；同时，本控制器的PLC处理单元采用具有SIL认证的安全型系列设备，进一步的提高了运行的可靠性；另外，本发明既能实现消防信号报警与联动控制，又能实现安全联锁控制、自动化设备运行管理功能，其使用的适用性得到了大幅提升。

可选的，下述提供前述智能安全控制器中各单元的具体结构。

参见图1所示，在本实施例中，举例所述信号收发单元可以但不限于包括：回路卡接口板、从PLC处理单元以及至少一个回路卡，其中，所述主PLC处理单元通过所述从PLC处理单元通信连接所述回路卡接口板，所述回路卡接口板通信连接至少一个回路卡，且所述至少一个回路卡中的每个回路卡均通信连接有所述总线消防设备；同时，每个回路卡用于接收对应总线消防设备发送的第一信号，并将各个第一信号转发至所述回路卡接口板，所述回路卡接口板用于将接收的各个第一信号进行电平转换，并将转换后的各个第一信号发送至所述从PLC处理单元；更进一步的，所述从PLC处理单元，则用于对各个转换后的第一信号进行通信协议转换，得到各个协议转换信号，并将各个协议转换信号发送至所述主PLC处理单元；如此基于前述阐述，则可实现外部设备的信号传入。

同理，若需向外部设发送信号，则通过从PLC处理单元进行转发，即所述从PLC处理单元，还用于将所述第一控制信号转发至所述回路卡接口板，以便所述回路卡接口板通过目标回路卡将所述第一控制信号发送至目标外部设备，以使所述目标外部设备依据第一控制信号运行，其中，目标外部设备为所述第一控制信号所对应的总线消防设备，且所述目标回路卡为所述目标外部设备所连接的回路卡。

在本实施例中，回路卡接口板则是起到数据中转功能，即进行外部信号的接收以及主PLC处理单元下发信号的发送；在具体应用时，回路卡接口板主要是将回路卡的TTL电平串口转换成RS485电平串口，并协同从PLC处理单元把回路卡的非标准通信协议转换成主PLC处理单元能够接收的标准MODBUS-RTU通信协议，以实现二者间的通信互联；当然，各个回路卡所接收的第一信号以及发送的第一控制信息与前述举例相同，于此不再赘述；另外，举例回路卡的数量可根据实际使用而具体设置，而在本实施例中，优选为2个。

可选的，下述提供回路卡接口板的其中一种电路结构：

在本实施例中，举例所述回路卡接口板可以但不限于包括：电源模块、通信转换模块、继电器以及接口模块，其中，前述各个模块之间的连接结构为：

如图2所示，举例所述接口模块可以但不限于包括：至少三个接口单元，每个接口单元用于连接一回路卡，其中，每个接口单元的切换端电连接所述继电器(RELAY)的第一触点端(即图2中的RELAY的触点1)，所述继电器的线圈端电连接所述电源模块，且所述继电器的第二触点端接地(即图2中RELAY的触点3)；同时，每个接口单元的输出端电连接所述通信转换模块，所述通信转换模块电连接所述从PLC处理单元，用于将各个回路卡发送的第一信号进行电平转换，并将转换后的各个第一信号发送至所述从PLC处理单元(从PLC处理单元则是对接收的各个第一信号进行通信协议换换)；如此通过前述设计，即可利用接口单元实现各回路卡之间的通信互联，而后，再利用通信转换模块进行电平转换，以及利用从PLC处理单元实现通信协议转换，以便将接收的各个第一信号转换为主PLC处理单元能够接收的信号格式。

当然，本实施例还为前述各个模块配备有电源模块，即所述电源模块的输入端电连接板载电源，且所述电源模块的输出端电连接所述通信转换模块和所述接口模块的供电端；具体的，板载电源可以但不限于为24V直流电源，且电源模块的输出可以但不限于5V直流电压。

另外，在具体实施时，举例通信转换模块可以但不限于采用TTL转RS485的电平转换芯片。

由此通过前述对信号收发单元的详细电路阐述，本发明利用回路卡、回路卡接口板以及从PLC处理单元，来实现与各总线消防设备之间的通信互联，可实现诸如火警、故障、反馈、监管等信号的上传，以及启动、停止、复位、屏蔽、解屏蔽等控制信号的下发，实现了火灾报警与消防控制的功能。

在一个具体的实施方式中，下述提供智能安全控制器更为丰富的外围功能单元。

首先，举例所述智能安全控制器还可以但不限于包括：显示操作单元，其中，所述主PLC处理单元通信连接所述显示操作单元，且所述显示操作单元包括触摸人机交互单元(如触摸屏)；在本实施例中，显示操作单元采用触摸屏实现，实现了显示和操作功能的集成化，其主要以TCP-IP协议完成与主PLC处理单元的双向数据传输，可实现整个控制器的调试、各类历史信息查询、单点设备输出控制、当前各类信号显示等功能；如此通过前述设计，利用触摸屏来取代常规火灾报警控制器中液晶显示器和大量按键集成的模式，降低了发生人为操作失误造成的故障的可能性，提高了系统运行的稳定性以及可靠性。

在具体应用时，举例所述主PLC处理单元还通信连接有手动控制单元，且手动控制单元还电连接所述多线制消防设备；如此，对于重要的消防设备(即灭火设备，如消防泵、风机、阀门等)，通过设置手动控制功能，可保证其在电气化故障时，依旧能够手动开启，进而进一步的提高了运行的可靠性。

可选的，为便于工作人员实时了解控制器状态，以及各外部设备的运行状态，本实施例还设置有状态指示单元，其中，所述主PLC处理单元通信连接所述状态指示单元，且所述状态指示单元包括外部设备状态指示灯、本机状态指示灯以及功能按键；由此通过前述设计，本发明实现了系统状态指示和各外部设备的状态指示，可便于工作人员能够及时发现运行故障，以采取相应的运维措施，来完成设备和控制器的维护。

更进一步的，举例智能安全控制器还可以但不限于包括有报警单元和打印单元，其中，所述主PLC处理单元和所述显示操作单元分别通信连接所述报警单元(如蜂鸣器)，且所述显示操作单元还通信连接有打印单元(如打印机)；如此，能够实现系统故障报警和火灾报警，同时，工作人员还可基于显示操作单元，来实现数据的打印，从而便于数据的分析以及留存。

最后，本实施例还为整个智能安全控制器设置有供电电源，其中，所述供电电源分别电连接所述主PLC处理单元、所述从PLC处理单元、所述信号收发单元、所述显示操作单元、所述状态指示单元、所述报警单元和所述打印单元的供电端；如此，即可为各个单元提供工作供电，从而保证整个控制器的正常运行。

另外，在本实施例中，举例本实施例所提供的智能安全控制器可设置自检功能，且内部的各电路单元采用模块化设计；如此，当发生故障后，能够通过自检功能，快速找到故障点，并通过更换相应的故障单元/模块，来排除故障；由此，可使整机的平均可恢复时间低至30分钟，从而降低了控制器的故障恢复时间以及提高了控制器的可维修性。

由此通过前述阐述，本发明对火灾报警和/或消防联动控制器的核心单元进行创造性的改造，采用具有SIL认证的可编程逻辑控制器(PLC)代替主板，并使用独立工作的触摸屏实现人机交互功能，取代了常规火灾报警控制器中液晶显示器和大量按键集成的模式，实现了显示和操作功能的集成化；如此，可适用于高温、高湿、复杂电磁环境场所的消防安全信息探测、报警、联动及安全仪表系统控制功能。

最后应说明的是：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的保护范围。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

1.一种基于SIL认证的可编程逻辑控制器的智能安全控制器，其特征在于，包括：具备SIL认证的主PLC处理单元以及信号收发单元；

2.根据权利要求1所述的一种基于SIL认证的可编程逻辑控制器的智能安全控制器，其特征在于，所述信号收发单元包括：回路卡接口板、从PLC处理单元以及至少一个回路卡，其中，所述主PLC处理单元通过所述从PLC处理单元通信连接所述回路卡接口板，所述回路卡接口板通信连接至少一个回路卡，且至少一个回路卡中的每个回路卡均通信连接有总线消防设备；

3.根据权利要求2所述的一种基于SIL认证的可编程逻辑控制器的智能安全控制器，其特征在于，所述回路卡接口板包括：电源模块、通信转换模块、继电器以及接口模块；

4.根据权利要求1所述的一种基于SIL认证的可编程逻辑控制器的智能安全控制器，其特征在于，所述智能安全控制器还包括：显示操作单元，其中，所述主PLC处理单元通信连接所述显示操作单元，且所述显示操作单元包括触摸人机交互单元。

5.根据权利要求1所述的一种基于SIL认证的可编程逻辑控制器的智能安全控制器，其特征在于，所述主PLC处理单元还通信连接有手动控制单元，且手动控制单元还电连接所述多线制消防设备。

6.根据权利要求1所述的一种基于SIL认证的可编程逻辑控制器的智能安全控制器，其特征在于，所述主PLC处理单元还通信连接有状态指示单元，且所述状态指示单元包括外部设备状态指示灯、本机状态指示灯以及功能按键。

7.根据权利要求1所述的一种基于SIL认证的可编程逻辑控制器的智能安全控制器，其特征在于，所述智能安全控制器还包括：报警单元，其中，所述主PLC处理单元通信连接所述报警单元，且所述报警单元包括蜂鸣器。

8.根据权利要求4所述的一种基于SIL认证的可编程逻辑控制器的智能安全控制器，其特征在于，所述显示操作单元还通信连接有打印单元。

9.根据权利要求1所述的一种基于SIL认证的可编程逻辑控制器的智能安全控制器，其特征在于，所述智能安全控制器还包括：供电电源，其中，所述供电电源分别电连接所述主PLC处理单元以及所述信号收发单元的供电端。