CN1303544C - 自动进行开关量事件先后顺序记录的系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的是一种自动进行开关量事件先后顺序记录的系统及其方法。该系统由一块主卡、至少一块从卡、连接卡件之间的基准同步网络、监控计算机、通信网络组成。每块卡内部主要包括微处理器、实时时钟、数据存储器、FLASH存储器、地址设置器、信号输入端口、光电隔离、输入锁存器、通信接口、基准同步接口、逻辑控制器。该系统通过一种硬件、软件、协议相结合的方法，实现了基于基准时间进行事件先后顺序记录的事件顺序记录系统，其结构简单，设计合理，具有分辨率高、输入点数多、成本低、安全性好、可靠性高的特点。

Description

自动进行开关量事件先后顺序记录的系统及其方法

技术领域

本发明属于自动化仪器仪表领域，特别涉及控制系统中一种高分辨率模块化的事件顺序记录系统。

背景技术

事件顺序记录(SOE)系统广泛的应用于自动控制领域，它记录开关量事件的先后顺序，当工业现场发生事故后，工程师可以利用它记录的数据来分析、判断事故的起因。分辨率是最重要的一项技术指标，一般要求是毫秒级，目前最典型的指标是1毫秒。目前的事件顺序记录系统，大致可分为两类，一类是集中控制的基地仪表，这种系统的特点是分辨率、输入点数以及成本之间的矛盾突出，想要分辨率高、输入点数多，一般都选用较高档的处理器，相对成本比较高；而且不容易与控制系统互连。另一类是分散控制的模块化系统，这种系统一般用总线相连，每个模块能输入8点或16点，单个模块的分辨率也可以做得很高，它与前一种系统相比有这么二个优点：1、输入点数可根据实际应用调整，如现场要求的点数多，可多用几个模块，如果现场要求点数少，就少用几个模块；2、安全性高，一个模块有故障不容易影响其它模块的工作。但这种系统最大的问题是模块间的分辨率低。

发明内容

为了解决现有事件顺序记录系统时间同步困难、分辨率低的缺点，本发明提供了一种高分辨率模块化的自动进行开关量事件先后顺序记录的控制系统及其记录的方法。本发明结构简单，设计合理，记录事件分辨率高、输入点数多、成本低、安全性好、可靠性高。

本发明采取的技术方案是：一种自动进行开关量事件先后顺序记录的控制系统，其特点是，该系统包括一块主卡、至少一块从卡以及一监控计算机；所述的主卡和从卡通过基准同步网络链接；所述的主卡、从卡和监控计算机通过通信网络链接。

上述一种自动进行开关量事件先后顺序记录的控制系统，其中，所述的主卡或各从卡结构均相同，其包括：微处理器、实时时钟、数据存储器、FLASH存储器、地址设置器、光电隔离电路、信号输入锁存器、信号输入端口、逻辑控制器、通信接口、以及基准同步接口；

所述的信号输入端口的输出端与光电隔离电路的输入端连接；光电隔离电路的输出端与信号输入锁存器的输入端连接；所述的微处理器的输入端分别与地址设置器和信号输入锁存器的输出端连接，该微处理器的输出端与逻辑控制器的输入端连接；同时，该微处理器分别与实时时钟、数据存储器、以及FLASH存储器通过数据线双向连接；并且，微处理器的串行口与通信接口双向连接，微处理器的外部中断口与基准同步接口双向连接。

一种自动进行开关量事件先后顺序记录的方法，其特点是，包括以下步骤：

a、首先根据自动控制回路中执行部件的多少选定相应的卡件，并将各卡件分别对应连接至自动控制回路中各执行部件的干触点；

b、将各个卡件之间由通信网络和基准同步网络相连，各卡件还通过基准同步网络与监控计算机相连；

c、由监控计算机下发命令任意指定一块卡件为主卡，其余的卡件为从卡，并给每个卡件冠以不重复的卡号，每块卡能处理16个开关量信号点，每个点冠以不同的序列号；

d、每块卡件都以小于1毫秒的周期扫描I/O端口，当一个首发事件产生后，首先得到信号的卡件通过基准同步网络向整个系统发一个基准同步信息；其它卡件响应后，通过各自微处理器的处理产生基准同步号；如果主卡收到首发事件的信号则产生一个绝对时间；

e、在此后的周期时间(又称重入时间)内，只要有事件产生，得到信号的卡件即把此时的基准同步号、毫秒计数器内的毫秒值(又称为相对时间)、卡号、产生该事件信号点的序列号以及它的开关量状态作为记录保存下来；

f、在经过了一个周期时间(又称重入时间)后，当又有事件产生将引发下一个重入时间段，根据步骤d、e生成一个新的基准同步号和一个新的绝对时间；如此循环；

g、监控计算机不断收集时间数据，并根据基准同步号把绝对时间和相对时间相加从而形成事件产生的完整时间。

上述一种自动进行开关量事件先后顺序记录的方法，其中，步骤a所述的卡号可通过拨码开关设置。

上述一种自动进行开关量事件先后顺序记录的方法，其中，步骤b所述的监控计算机收集各个卡件中的记录数据，整理后显示在监控画面上。

上述一种自动进行开关量事件先后顺序记录的方法，其中，步骤c所述的主卡是从实时时钟内读出此时的绝对时间，该绝对时间包括年、月、日、时、分、秒。

上述一种自动进行开关量事件先后顺序记录的方法，其中，步骤c和步骤e所述的基准同步号是指：一段时间中的首发事件产生后，所属卡发出的一个同步信息，该同步信息是系统在这段时间内的基准。

上述一种自动进行开关量事件先后顺序记录的方法，其中，所述的基准同步号代表着各个时间段的基准序号，它是相对时间寻找对应绝对时间的索引号，使系统的分辨率与毫秒计数器的分辨率相同。

上述一种自动进行开关量事件先后顺序记录的方法，其中，步骤f所述的监控计算机收集数据的方法是：先读取主卡内的数据，把所有的基准同步号以及对应的绝对时间保存下来，再读取其它从卡卡件的记录数据。

上述一种自动进行开关量事件先后顺序记录的方法，其中，该方法还包括断电数据保存的步骤g，该断电数据保存的方法是：通过把FLASH存储器中保存的数据是作为外部数据存储器的数据映射，在每次卡件重新上电时，再把数据从FLASH存储器中传送到数据存储器中。

由于本发明采取了以上的技术方案，整个系统包括一块主卡、若干块从卡、连接各卡件之间的基准同步网络、通信网络和监控计算机。每块卡内部由微处理器、实时时钟、数据存储器、FLASH存储器、地址设置器、信号输入端口、光电隔离电路、输入锁存器、通信接口、基准同步接口、逻辑控制器组成。该系统通过硬件、软件、协议相结合的方法对事件发生的顺序进行记录，每块卡都以小于1毫秒(如：250微秒)周期对端口进行扫描，以一段时间内得到第一次发生事件的那块卡通过基准同步网络向所有卡件发基准同步信息，使所有卡内的微处理器都开启一个毫秒计数器，当扫描到事件后就记录下当时毫秒计数器中的值，在这段时间中事件的先后顺序按记录中毫秒值的大小来区分。同时，本发明使得整个系统的分辨率可达1毫秒、输入点数可变、记录的数据容量较大，每块卡可记录3040条事件。本发明在每块卡件中设置的FLASH存储器使得所述系统还具有断电情况下的数据保存功能，在重新上电后能恢复成断电前的状态。因此，本发明结构简单，设计合理，解决了现有事件记录系统中时间同步困难、分辨率低的问题，达到了分辨率高、输入点数多、成本低、安全性好、可靠性高的目的。

附图说明

本发明的具体特征、性能由以下的实施例及其附图进一步描述。

图1为本发明的整体原理框图。

图2为本发明的单模块卡的原理框图。

图3为本发明的单模块卡的实施例电路原理图。

图4为本发明的工作流程图。

具体实施方式

请参阅图1。本发明的整体系统的原理框图包括一个模块称为主卡1，其它模块统称为从卡2，最多可以有30块卡件，每块卡件有16个输入点。主卡是由组态命令决定，它和从卡的软、硬件完全一样，它是由监控计算机下发命令任意指定的一块卡。每块卡都有自己的卡号，卡号可通过拨码开关设置。各个卡件之间由通信网络3和基准同步网络4相连，各卡件还通过基准同步网络与监控计算机5相连。监控计算机5收集各个卡件中的记录数据，整理后显示在监控画面上。每块卡都以小于1毫秒的周期扫描I/O端口，当一个首发事件产生后，所属卡就会通过基准同步网络向整个系统发一个基准同步信息；系统中所有的卡件的到信息后，把各自微处理器内的毫秒计数器开启，并把基准同步号更新。主卡除了上述操作以外，还从实时时钟内读出此时的年、月、日、时、分、秒(绝对时间)。在此后的周期的时间内(例如周期时间为30秒，即在此后的30秒时间内)，只要有事件产生，所属的卡件把此时的基准同步号、毫秒计数器内的毫秒值(又称为相对时间)、卡号以及产生该事件信号点的序列号和开关量状态作为记录保存下来。过了这段周期时间(又称为重入时间)后，当又有事件产生将引发下一个重入时间段、生成一个新的基准同步号和一个新的绝对时间。监控计算机收集数据时，先读取主卡内的数据，把所有的基准同步号以及对应的绝对时间保存下来，再读取其它卡件的记录数据，并根据基准同步号把绝对时间和相对时间加起来形成事件产生的完整时间。

单块卡件的内部原理框图，如图2所示。它包括微处理器6，在微处理器上分别接有实时时钟7、数据存储器8、FLASH存储器9、地址设置器10、光电隔离电路11、信号输入锁存器12、逻辑控制器16、通信接口14、基准同步接口15；所述的信号输入端口13的输出端与光电隔离电路11的输入端连接；光电隔离电路11的输出端与信号输入锁存器12的输入端连接，输入信号经过信号输入端口和光电隔离后到达输入锁存器。所述的微处理器6的输入端分别与地址设置器10和信号输入锁存器12的输出端连接，该微处理器6的输出端与逻辑控制器16的输入端连接；同时，该微处理器6分别与实时时钟7、数据存储器8、以及FLASH存储器9通过数据线双向连接；并且，微处理器6的串行口与通信接口双向连接，微处理器6的外部中断口与基准同步接口双向连接。微处理器每隔一定的周期(少于1毫秒，如：250微秒)来扫描输入端口，当经过反跳滤波处理后发现信号的状态有变化就确认一次事件产生。数据保存分两部分，生成的记录首先保存在外部的数据存储器8中，等CPU空闲时，再把外部数据存储器8中的数据保存到的FLASH存储器9中，作为断电时的数据保护，FLASH中保存的数据是外部数据存储器的数据映射，在每次卡件重新上电时，再数据从FLASH中搬到RAM中。绝对时间是从实时时钟7中读取，它的时间由监控程序进行定期同步。地址设置器10用于设置卡件的卡号，在一个系统中的卡号不能有重复。微处理器的串行口与通信接口14相连，微处理器的外部中断口与基准同步接口15相连。

图3为结合实际实施例中单块卡件的电路原理图，微处理器U1可选用80C320，以处理器U1为核心，其低8位地址线通过锁存器U2(例如型号为74HC573)锁存后与微处理器P2口的高8位地址线一起合成地址总线，在这条地址总线上连接着程序存储器U3、数据存储器U4、FLAH存储器U6的地址口线。微处理器U1的数据口线经双向锁存器U8(例如型号为74HC245)后连入数据总线，数据总线连接着数据存储器U4、FLASH存储器U6、实时时钟U5、输入锁存器U9~U11(例如型号为74HC244)的数据线。控制总线通过微处理器U1的高8位地址线经过逻辑控制器U7(例如型号为GAL16V8)逻辑译码后形成，从逻辑控制器U7的第12脚至19脚输出连到数据存储器U4、实时时钟U5、FLASH存储器U6、输入锁存器U9~U11的片选控制脚。U12是RS485信号的控制芯片(例如型号为DS75176)，它的1脚、4脚连到微处理器U1的第10、11脚，控制端2脚、3脚与微处理器U1的4脚相连，用来控制通信数据的收发切换。U13完成基准同步接口的功能，它的1脚和4脚连到U1的6脚和8脚，控制脚2脚、3脚与U1的5脚相连，用来控制基准同步信号的收发切换。U11是卡件地址的输入锁存器，通过SW1拨码开关对卡件的地址进行设置。U9和U10是信号输入锁存器，其输入端与光耦TLP521的输出相连，微处理器通过读取锁存器中的数据来获取输入信号的状态。

本发明进行一种自动进行开关量事件先后顺序记录的方法，其特点是，该方法通过硬件、软件、协议相结合对事件发生的顺序进行记录，包括以下步骤：

a、首先根据自动控制回路中执行部件的多少选定相应的卡件，并将各卡件分别对应连接至自动控制回路中各执行部件的干触点；

b、将各个卡件之间由通信网络和基准同步网络相连，各卡件还通过基准同步网络与监控计算机相连；所述的卡号可通过拨码开关设置。

c、由监控计算机下发命令任意指定一块卡为主卡，其余的卡为从卡，并给每个卡冠以卡号；所述的监控计算机收集各个卡件中的记录数据，整理后显示在监控画面上。

d、每块卡都以小于1毫秒的周期扫描I/O端口，当一个首发事件产生后，首先得到信号的卡件会通过基准同步网络向整个系统发一个基准同步信息；系统中所有的卡件得到信息后，把各自微处理器内的毫秒计数器开启，更新基准同步号；所述的主卡则在其收到首发事件的信号时从实时时钟内读出此时的绝对时间，该绝对时间包括年、月、日、时、分、秒。

e、在此后的周期时间(又称重入时间)内，只要有事件产生，得到信号的卡件即把此时的基准同步号、毫秒计数器内的毫秒值(又称为相对时间)、卡号以及产生事件那个信号点的序列号和开关量状态作为记录保存下来；

f、在经过了一个周期时间(又称重入时间)后，当又有事件产生将引发下一个重入时间段、生成一个新的基准同步号和一个新的绝对时间；

g、监控计算机不断收集时间数据，其收集数据的方法是：先读取主卡内的数据，把所有的基准同步号以及对应的绝对时间保存下来，再读取其它从卡卡件的记录数据；并根据基准同步号把绝对时间和相对时间相加从而形成事件产生的完整时间。例如，2号卡的某条记录中，同步基准号为“5”，状态的信息为“第2点闭合”，相对时间是“3034毫秒”，而主卡中读取的绝对时间是“2002年11月3日13点34分23秒”；那么经过时间相加处理后，用户看到的是“2002年11月3日13点34分26秒34毫秒，2号卡的第2点闭合”，因此有了完整准确的时间，事件发生的先后顺序就非常清晰了。

步骤c和步骤e所述的基准同步号是指：一段时间中的首发事件产生后，所属卡发出的一个同步信息，该同步信息是系统在这段时间内的基准。所述的基准同步号代表着各个时间段的基准序号，它是相对时间寻找对应绝对时间的索引号，使系统的分辨率与毫秒计数器的分辨率相同。

本发明一种自动进行开关量事件先后顺序记录的方法，还包括断电数据保存的步骤h，该断电数据保存的方法是：通过把FLASH存储器中保存的数据是作为外部数据存储器的数据映射，在每次卡件重新上电时，再把数据从FLASH存储器中传送到数据存储器中。

本发明结构简单，设计合理，解决了现有事件记录系统中时间同步困难、分辨率低的问题，达到了分辨率高、输入点数多、成本低、安全性好、可靠性高的效果。

Claims (9)

1、一种自动进行开关量事件先后顺序记录的控制系统，其特征在于，该系统包括一块主卡、至少一块从卡以及一监控计算机；所述的主卡和从卡通过基准同步网络链接；所述的主卡、从卡和监控计算机通过通信网络链接；

所述的主卡或各从卡结构均相同，其包括：微处理器、实时时钟、数据存储器、FLASH存储器、地址设置器、光电隔离电路、信号输入锁存器、信号输入端口、逻辑控制器、通信接口、以及基准同步接口；

所述的信号输入端口的输出端与光电隔离电路的输入端连接；光电隔离电路的输出端与信号输入锁存器的输入端连接；所述的微处理器的输入端分别与地址设置器和信号输入锁存器的输出端连接，该微处理器的输出端与逻辑控制器的输入端连接；同时，该微处理器分别与实时时钟、数据存储器、以及FLASH存储器通过数据线双向连接；并且，微处理器的串行口与通信接口双向连接，微处理器的外部中断口与基准同步接口双向连接；

每块卡都以小于1毫秒的周期扫描I/O端口，当一个首发事件产生后，得到该首发事件的那块卡会通过基准同步网络向整个系统发一个基准同步信息；系统中所有的卡件得到信息后，把各自微处理器内的毫秒计数器开启，并把基准同步号更新；过了这段周期时间后，当又有事件产生将引发下一个重入时间段，生成一个新的基准同步号和一个新的绝对时间；监控计算机收集数据时，先读取主卡内的数据，把所有的基准同步号以及对应的绝对时间保存下来，再读取其它卡件的记录数据，并根据基准同步号把绝对时间和相对时间加起来形成事件产生的完整时间。

2、一种自动进行开关量事件先后顺序记录的方法，其特征在于，包括以下步骤：

a、首先根据自动控制回路中执行部件的多少选定相应的卡件，并将各卡件分别对应连接至自动控制回路中各执行部件的干触点；

b、将各个卡件之间由通信网络和基准同步网络相连，各卡件还通过基准同步网络与监控计算机相连；

c、由监控计算机下发命令任意指定一块卡件为主卡，其余的卡件为从卡，并给每个卡件冠以不重复的卡号，每块卡能处理多个开关量信号点，每个点冠以不同的序列号；

d、每块卡件都以小于1毫秒的周期扫描I/O端口，当一个首发事件产生后，首先得到信号的卡件通过基准同步网络向整个系统发一个基准同步信息；系统中所有的卡件得到信息后，使所有卡内的微处理器都开启一个产生相对时间的毫秒计数器，并通过各自微处理器的处理产生基准同步号；如果主卡收到首发事件的信号则产生一个绝对时间；

e、在此后的周期时间内，只要有事件产生，得到信号的卡件即把此时的基准同步号、毫秒计数器内的相对时间毫秒值、卡号、产生该事件信号点的序列号以及它的开关量状态作为记录保存下来；

f、在经过了一个周期时间后，当又有事件产生将引发下一个重入时间段，根据步骤d、e生成一个新的基准同步号和一个新的绝对时间；如此循环；

g、监控计算机不断收集时间数据，并根据基准同步号把绝对时间和相对时间相加，从而形成事件产生的完整时间。

3、根据权利要求2所述的一种自动进行开关量事件先后顺序记录的方法，其特征在于，步骤c所述的卡号可通过拨码开关设置。

4、根据权利要求2所述的一种自动进行开关量事件先后顺序记录的方法，其特征在于，步骤b所述的监控计算机收集各个卡件中的记录数据，整理后显示在监控画面上。

5、根据权利要求2所述的一种自动进行开关量事件先后顺序记录的方法，其特征在于，步骤c所述的主卡收到基准同步信息后，还从实时时钟内读出此时的绝对时间，包括年、月、日、时、分、秒。

6、根据权利要求2所述的一种自动进行开关量事件先后顺序记录的方法，其特征在于，步骤d和步骤e所述的基准同步号是指：一段时间中的首发事件产生后，所属卡发出的一个同步信息，该同步信息是系统在这段时间内的基准。

7、根据权利要求6所述的一种自动进行开关量事件先后顺序记录的方法，其特征在于，所述的基准同步号代表着各个时间段的基准序号，它是相对时间寻找对应绝对时间的索引号，使系统的分辨率与毫秒计数器的分辨率相同。

8、根据权利要求2所述的一种自动进行开关量事件先后顺序记录的方法，其特征在于，步骤g所述的监控计算机收集数据的方法是：先读取主卡内的数据，把所有的基准同步号以及对应的绝对时间保存下来，再读取其它从卡卡件的记录数据。

9、根据权利要求2所述的一种自动进行开关量事件先后顺序记录的方法，其特征在于，该方法还包括断电数据保存的步骤h，该断电数据保存的方法是：通过把FLASH存储器中保存的数据作为外部数据存储器的数据映射，在每次卡件重新上电时，再把数据从FLASH存储器中传送到外部数据存储器中。

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