CN1920714B - 安全可编程逻辑控制器 - Google Patents

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Abstract

一种安全可编程逻辑控制器，包括I/O模块、CPU模块以及连接器。CPU模块包括功能块存储器单元，通过对每个梯形电路编程来存储多个功能块，其中该梯形电路用于计算输出信号，该输出信号基于来自符合安全装置连接规范的每个安全装置的输入信号来确定。所述梯形电路满足预定的安全标准，且因此满足该安全标准的功能块得以使用。程序链接单元基于每个I/O模块的ID号依次链接接收自功能块存储器单元的每个功能块，以自动地创建安全程序。基于ID号可唯一地确定对应的功能块。

Description

安全可编程逻辑控制器
技术领域
本发明涉及安全可编程逻辑控制器(PLC)，包括：I/O模块，诸如紧急停止开关和光幕的安全装置连接至其上；以及CPU模块，用于执行安全程序以便于通过I/O模块来控制每个安全装置；更具体地，涉及自动创建安全程序。
背景技术
最近，安全功能普遍引入了使用可编程逻辑控制器(下文称为PLC)的系统控制器。所述安全功能包括，例如用于双重CPU、MPU或者各种处理单元以使处理结果适当地输出的功能，以及当系统中出现紧急状况时基于预定的故障安全操作来停止系统操作的功能，等等。例如，当紧急停止开关被按下或者当诸如光幕的传感器检测到人的侵入时，可发生紧急状况。
用于构建如专利文档1中所公开的系统的安全PLC在本领域已公知。
例如，用于创建安全程序的标准已由国际电工委员会(IEC)出版。为了创建符合该标准的安全程序，需要较高水平的对于安全程序的技术知识。
同时，为了减少涉及对于一般PLC的序列程序的生产力或开发成本的问题，提出了如专利文档2所公开的编程装置。
专利文档1：日本未审查专利申请出版物：No.2002-358106。
专利文档2：日本未审查专利申请出版物H11-3105。
然而，专利文档2所公开的相关编程装置处理通过使用例如C或ladder的高级编程语言来描述的用户程序(例如，序列程序)。因此，用户应通过使用这样的程序语言准备用户程序。
另外，为了制作用户程序(即，安全程序)，用户对于预定的安全标准、用于安全程序制作的成熟经验等应具有高水平的知识。因此，需要长时间和高制造成本。
发明内容
本发明被设计用来解决上述问题，并且提供了一种安全PLC，其对于用户来说并不需要特别了解安全程序的构造。
为了解决以上问题，本发明由以下设置来表征。
(1)安全可编程逻辑控制器(PLC)，包括：
I/O模块，连接至安全装置，用于在任何时间检测预定条件，并且构建为分别满足每个安全装置的单独连接规范；
CPU模块，执行用于管理I/O模块的安全程序；以及
连接器，用于将I/O模块和CPU模块彼此互连；
其中CPU模块包括：
功能块存储器单元，存储多个功能块，该多个功能块分别准备用于安全装置的相应连接规范，在所述多个功能块的每个功能块中编程了梯形电路(ladder circuit)，用于计算输出信号，该输出信号基于来自对应安全装置的输入信号来确定，
ID号获取单元，读取连接至连接器的I/O模块的识别号，以及
程序链接单元，基于读取的识别号顺序链接从功能块存储器单元接收的功能块，以创建安全程序。
(2)根据(1)的安全PLC，其中可由安全程序引用或更新的从预定因数区域(predetermined factor area)上的功能块之一输出的输出信息的一条，被用作至其它剩余功能块的至少一个的输入信息，以便以级联方式连接多个功能块。
在此情形中，识别(ID)号用以确定每个I/O模块的分类并且针对每个I/O而限定。
根据本发明，可有效地或合理地解决上述问题。
通过本发明，可获得以下效果。
根据本发明，由于为每个安全装置提供并且通过使用每个安全装置执行的每个单独功能块由与I/O模块的特定分类相关的ID号唯一地确定，可通过依次链接每个功能块来自动创建期望的安全程序。
因此，有可能提供一种安全PLC，其对于用户来说不需要详细地明了解安全程序的构造。
此外，根据本发明，由于从任意功能块输出至因数区域的输出信息的一条直接输入至另一个功能块，有可能以级联方式容易地将功能块彼此连接。
附图说明
图1是示出了根据本发明第一实施例的安全PLC 100的逻辑构造的示意图。
图2是示出了CPU模块110的逻辑构造的块图。
图3是示出了安全程序Z的连接构造的程序结构图。
图4是用于描述在I/O区域114和安全程序Z之间关系的示意图。
图5是用于描述引用或者更新I/O区域114中的外部变量的操作的示意图。
图6是示出了地址查找表115的表结构视图。
图7是示出了用于实施程序链接单元112的控制顺序的流程图。
图8是示出了在安全程序Z中的操作的流程图。
具体实施方式
下文将参考附图详细描述本发明的实施例。
本发明并不局限于以下将描述的实施例，而是可以以各种形式实施。
图1是示出了根据本发明实施例的安全PLC 100的逻辑构造的示意图。安全PLC 100包括：电源模块101；CPU模块110，用于执行用于管理I/O模块的安全程序；标准装置I/O模块120；以及任选的装置I/O模块130。下文中，将标准装置I/O模块120称作主模块120。主模块120根据标准具有诸如紧急停止功能以及伺服电源开/关控制功能的安全功能。
用于在任何时间检测涉及安全的预定条件的安全装置连接至每个I/O模块。另外，每个I/O模块构建为满足适于每个可连接安全装置的每个连接规范的单独规范。这些安全装置可以是各种检测装置，如双重紧急停止按钮、光幕、门锁传感器、垫子开关(mat switch)以及激光扫描器。
安全装置(例如，检测装置)的输入/输出操作是通过使用外部输入和输出接触作为输入/输出接口来执行的。例如，在主模块120中，可提供4个外部输入接触和3个外部输出接触。
每个模块包括：微处理单元(MPU)、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、输入/输出接口等。每个模块通过如图2中所示的作为连接器的输入/输出总线102彼此连接。
图2是示出了CPU模块110的逻辑构造的块图。CPU模块110包括：ID获取单元111、程序链接单元112、功能块存储器单元113、I/O区114等。例如，I/O区域114表示在主存储器装置中形成在预定段中的输入/输出数据缓存区域，并且当其操作时，I/O区域114中的输入/输出数据基于输入/输出总线102的操作从其它模块(例如I/O模块120和130)得以引用或更新。
功能块存储器单元113存储多个功能块FB1、FB2、FB3…，其中针对每个安全装置的连接规范，用于计算输出信号的梯形电路被编程，该输出信号根据来自每个安全装置的输入信号来确定。该梯形电路适合于预定的安全标准。因此，这些功能块FB1、FB2、FB3…也适合于对应的安全标准。
ID获取单元111通过I/O区域114来读取连接至输入/输出总线102的每个I/O模块120和130的ID号。程序链接单元112基于读取的ID号依次链接从功能块存储器单元113接收的功能块以便在主存储器装置中的预定区域A上创建安全程序Z。
由于可基于ID号唯一地确定对应的功能块，可在已经准备的功能块的单元中单独执行关联于每个安全装置的安全功能。
二次存储器装置D可以是可安装在CPU模块110上的任何非易失性存储器装置，如可写ROM。
图3是示出了安全程序Z的互连结构的示意图。功能块FBa是用于执行必须通过主模块120表现的安全操作的序列程序。在I/O区域114上保持了全部的直接对应于4个外部输入接触的变量X001至X004以及直接对应于3个外部输出接触的变量Y001至Y003。下文中将这些变量X001至X004以及Y001至Y003称作功能块FB1的外部变量。
通过程序链接单元112连接的功能块FB1具有内部变量存储区域A21。初始处理S包括用于将直接对应于外部输入接触的变量X001至X004拷贝至内部变量存储区域21的输入处理。另外，结束处理E包括用于将内部变量存储区域A21上的计算的输出信息拷贝至变量Y001至Y003的输出处理。
具有连接至功能块FB1的功能块FB2的功能块FBb采用类似方式构建。然而，功能块FBb是用于执行必须通过I/O模块130表现的安全操作的序列程序。
相关于级联连接的因数K001共用于功能块FBa和FBb之间。结果，来自任一功能块(例如，FBa)的输出信息的一条可被用作至另一个功能块(例如，FBb)的输入信息。因而，有可能构建这些功能块(例如，FBa和FBb)之间的级联连接。
例如，可以如图3中所示沿多个I/O模块(即，功能块)从上至下以单向方式构建该级联连接。另外，可以经由所有I/O模块(即，功能块)按预定方向以循环方式构建该级联连接。
例如，当如图3所示的因数K001用作用于关断伺服马达电源的紧急停止信号等时，有可能依次将来自功能块FBa的紧急停止信号传向位于下游侧的功能块FBb。用于传递紧急停止信号的如此构造允许期望的安全系统在紧急状况下快速且安全地停止。
下文中，将参考附图4描述安全程序Z和I/O区域114之间的关系。用于图1的插槽0的I/O区1140被限定于用作用于存储输入/输出数据的缓存区的I/O区域114的顶部。该I/O区1140是涉及图1的I/O模块120(即，主模块)的输入和输出操作的主存储器区，并且存储与主模块传送以及通过输入/输出总线102引用或更新的数据。其余I/O区1141、1142、…的每个类似地对应于每个插槽。
图3的安全程序Z位于图4的限定在主存储器装置上的区域A中。区域A包括：程序区域A1，用于存储由包括在安全程序Z中的可执行机器指令构成的过程单元ZPR；以及内部变量区域A2，其包括用于存储由过程单元ZPR引用或更新的内部变量的内部变量存储区A21和A22。如以下参考图5和6所述，地址查找表115唯一地限定存储在I/O区域114中的诸如X001和Y001的外部输入/输出变量与存储在内部变量区域A2中的内部变量(例如，输入/输出因数)之间的每个关系。
图5示出了用于存储在I/O区域114中的外部变量X001、X002、…、以及Y001、Y002、…的引用/更新操作。图5的表1140示出了图4的用于插槽0的I/O区1140的构造。
仅由图3的功能块FB1引用或更新的内部变量存储在图4和5的内部变量存储区域A21中。这些内部变量可分类为：对应于外部输入变量X001至X004的输入因数内部变量MI001至MI004；对应于外部输出变量Y001至Y003的输出因数内部变量MO001至MO003；以及不直接相关于这些输入/输出变量的其余局部内部变量ML001、ML002、…。
因此，如图4和5示出的输入操作in1对应于由初始处理S执行的上述输入处理，并且如图4和5中所示的输出操作out1对应于由结束处理E执行的上述输出处理。
不必说，对于插槽1(即，I/O模块130)，输入和输出操作in1和out1类似地执行。
图6示出了地址查找表115的构造。地址查找表115的地址1150对应于插槽0，并且存储：I/O区1140的地址、位于插槽0的I/O模块120的ID号、对应于该ID号的功能块号(FB号)、包括在I/O模块120中的外部输入和输出接触的连接数、以及内部变量存储区A21的地址。在下文中，其余的区1151、1152、…对每个插槽类似地限定。
在此情形中，重要的是图2的每个功能块FB1、FB2、FB3…针对由ID号唯一限定的I/O模块的每个分类而准备，并且图3和4的内部变量存储区域A21和A22针对每个插槽而准备。根据此构造，有可能自动地并且动态地创建安全程序Z。
图7是示出了用于实施程序链接单元112的控制过程的流程图。在该处理的第一步骤410，连接至输入/输出总线102的每个I/O模块的ID号根据插槽号通过使用ID号获取单元111从插槽0依次读取，并且存储在图6的地址查找表115中的对应区中。
随后，以下步骤420至450被执行以实施图1的程序链接单元112。
在步骤420，基于由ID号限定的每个I/O模块特定分类来完成地址查找表115。
然后，在步骤430，存储在功能块存储器单元113中的数据基于在步骤420完成的地址查找表115从顶部区1150依次检索，以便搜索对应的功能块FB1、FB2、FB3…。然后，对应的功能块被加载到区域A上的对应区上。
在步骤440，如图5中所示基于地址查找表115来确定在内部变量区A2中限定的用于使用输入/输出总线102的输入/输出处理的每个内部变量与在I/O区域114中限定的用于每个输入/输出操作的每个外部变量之间的关系。加载到主存储器装置上的功能块FB1、FB2、FB3、…链接至可执行程序。
在步骤450，已经在步骤440中自动创建的安全程序Z被存储在图2的二次存储器装置D中。
然后通过使用LED显示等将创建于主存储器装置中的安全程序Z处于可执行条件(图7中的准备就绪条件)的事实通知给用户以便允许用户执行对RUN开关的操纵。
另外，激活安全程序Z的用户将每个安全装置安装在对应的I/O模块中。通过使用安全程序Z检查安全装置的连接状况。随后，当确认这些连接满足对应的连接规范之后，基于者安全程序Z的操作或设置将期望系统的状况变化至可安全操作的状况(即，安全状况)。
结果，组织所述系统的操作员不必具有关于安全系统内容的详细的高水平知识，而是只需要识别安全装置的连接状况，或者具有关于必须保证的安全装置的适当理解。
因此，根据本发明，由于满足预定安全标准的安全程序可自动创建，有可能显著降低各种工作时间，如用于实施安全系统的调整时间或设计时间。
最后，将参考附图8描述在区域A上自动创建的安全程序Z的操作。该安全程序Z的过程单元ZPR创建于区域A中的程序区域A1上。另外，过程单元ZPR所使用的因数位于内部变量区域A2中。
首先，在图8的步骤610的初始设置处理中，当供电或启动重置或者重启操作时，初始程序执行一次。
然后在预定的第一控制时段内，过程单元ZPR从I/O区域114中的用于每个插槽的I/O区读取表示每个I/O模块的条件的变量(例如输入变量)，并且将其输入至对应的内部变量区域A2(图8中的步骤630)。通过在任何时间引用这些因数来依次执行每个功能块FB1和FB2(图8中的步骤650)。
通过过程单元ZPR中的执行，存储在内部变量区域A2中的每个因数得以引用或更新。然后，作为第一控制时段的最终处理，过程单元ZPR将表示用于每个I/O模块的指令内容的输出信息从内部变量区域A2输出至I/O区域114(图8的步骤670)。对于I/O区域114的输入/输出总线102的存取操作，该输出操作被排他地执行。
在过程单元ZPR的上述操作之前和之后，根据系统中的输入/输出控制程序通过输入/输出总线102发送和接收I/O区域114中的数据。

Claims (2)

1.一种安全可编程逻辑控制器，包括：
I/O模块，连接至安全装置，用于在任何时间检测预定条件并且构建为分别满足每个安全装置的单独连接规范；
CPU模块，执行用于管理I/O模块的安全程序；以及
连接器，用于将I/O模块和CPU模块彼此互连，
其中CPU模块包括：
功能块存储器单元，存储多个功能块，该多个功能块分别准备用于所述安全装置的相应连接规范，在所述多个功能块的每个功能块中编程了梯形电路，用于计算输出信号，该输出信号基于来自对应安全装置的输入信号来确定，
ID号获取单元，读取连接至连接器的I/O模块的识别号，以及
程序链接单元，基于读取的识别号依次链接从功能块存储器单元接收的功能块，以创建安全程序。
2.根据权利要求1的安全可编程逻辑控制器，其中可由安全程序引用或更新的从预定因数区域上的功能块之一输出的输出信息的一条，被用作至其它剩余功能块的至少一个的输入信息，以便以级联方式连接所述多个功能块。
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