[發明專利]自動化控制器中的控制硬件和監視系統的獨立操作

在審

• 申請號: 201410592510.2
• 申請日: 2014-10-29
• 公開（公告）號: CN104597860A
• 公開（公告）日: 2015-05-06
• 發明（設計）人: 丹尼爾·E·基利安
• 申請（專利權）人: 洛克威爾自動控制技術股份有限公司
• 主分類號: G05B19/418
• 分類號: G05B19/418
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 康建峰;陳煒

技術領域

本文所公開主題通常涉及用于工業控制器的監視系統，更具體地涉及監視工業控制器的處理器并且獨立于處理器執行的系統。

背景技術

工業控制器(例如可編程邏輯控制器(PLC))是用于控制例如工廠環境中的工業過程或機器的專用電子計算機系統。工業控制器在許多方式上與常規計算機不同。物理上，工業控制器被構造成對震動和損壞基本上更加魯棒并且更好地抵御外部污染和極端環境狀況。處理器和操作系統被優化成實時控制和執行使得已經定制的程序能夠與各種不同控制器應用相適應的語言。工業控制器可以具有用于例如通過具有鍵盤、鼠標和顯示器的本地連接終端對工業控制器進行訪問、配置和/或編程的用戶接口。

通常，工業控制器具有高度模塊化架構，其使得不同數目和類型的模塊或適配器能夠被用于將控制器連接至用于監視和/或控制工業過程或機器的物理設備。網卡或適配器建立適用于高可靠性和可用性實時通信的專用“控制網絡”。在工業控制系統中通常使用的這種控制網絡包括例如控制網、設備網或以太網/IP。通過保證最大通信延遲，控制網絡不同于標準通信網絡，例如以太網。這可以例如通過預先計劃網絡的帶寬和/或提供用于高可用性的冗余通信能力來獲得。控制網絡還在物理方面彼此不同，例如，介質的類型(例如，同軸線纜、雙絞線或光纖)、其操作協議(例如，波特率、信道數、字傳輸大小或連接消息傳遞的使用)、如何格式化數據以及如何將其收集在標準消息中。

作為其增強的模塊化的一部分，工業控制器可以采用專用于特定類型的電氣信號和功能(例如檢測AC或DC輸入信號或者控制AC或DC輸出信號)的I/O模塊。這些I/O模塊中的每一個可以具有使得它們能夠連同其它所選的I/O模塊一起以不同的組合安裝在殼體或機架中以符合特定應用的需求的連接器系統。多個或單個I/O模塊可以被定位在接近所控制的過程或機器的方便控制點，以經由專用控制網絡與中央工業控制器進行通信。

隨著工業過程和機器變得更加復雜，工業控制器和相關聯的工業控制系統也變得更加復雜。可能會導致系統失效的部件的數目相應地增加。因此，程序員已設計系統來檢測是否存在失效。例如，可以在受控機器或過程的設備與I/O模塊之間布線冗余的輸入和輸出。處理器可以監視每個輸入或輸出的狀態，以確保每一個均正常工作。類似地，公知周期性地將狀態轉變強加于獨立的輸入或輸出，以確保輸入和輸出仍能夠改變狀態。

恰恰隨著工業控制系統中的部件的數目增加，工業控制器中部件的數目也類似地增加。工業控制器包括控制板，控制板可以包括例如微處理器、模數(A/D)轉換器以及用于經由許多端口(包括但不限于工業網絡、通用串行總線(USB)、光纖連接、通用異步接收器/發送器(UART)和背板)通信的緩沖器和接口。控制板還包括用于數據、地址和在各種設備與對于上述中的每一個在不同控制電壓處的電源之間的電力的許多總線。工業控制器中部件的增加數目使其更容易出故障。

在工業控制器中檢測故障提供了獨特的挑戰。在控制處理器中執行的程序控制工業控制系統的操作。如果部件中之一失效，則控制處理器會進入這樣一種狀況，其中程序停止正常工作并且會在未知或無意狀態下終止。如果控制處理器處于未知或無意的狀態下，則工業控制系統會類似地在未知或無意的狀態下終止操作，并且會導致對控制系統的損壞。因此，工業控制器通常被配置成如果其檢測到故障狀況則執行控制系統的硬關閉或者立即關閉。

歷來，已知除了使用控制處理器來控制工業控制系統之外，還使用控制處理器來監視工業控制器的狀況。控制處理器可以執行試圖在工業控制器失效之前利用工業控制器檢測系統問題的程序。然而，額外的監視程序增加了控制處理器的復雜度，并且還會導致故障。如果監視程序失效，則工業控制器進入故障狀況，產生對工業控制系統的硬關閉。

強制工業控制系統的硬關閉具有各種缺點。工業控制器保持有包含工業控制系統的當前狀態的表。如果硬關閉發生，則控制系統停止工作，這轉而會導致表中的許多狀態改變。一旦技術人員修理了控制器，則不存在工業控制系統在關閉之前的狀態的認知。會需要在重新開始控制系統的操作之前，清理工業控制系統，例如通過從過程流水線移除產品或者通過將駐地移動到已知位置。清理過程導致了在修理過程中的另外時間和費用。

因此，期望提供一種用于工業控制器的改進的監視系統。

發明內容