一种工业控制中设备闭锁及接线的智能化实现方法

技术领域

本发明涉及一种智能化实现方法，具体是一种工业控制中设备闭锁及接线的智能化实现方法。

背景技术

在工业控制领域中，自动化控制的应用已经十分普遍，在工艺流程的控制过程中，下游设备的故障或停止工作，要求上游设备立即停止，以防事故的扩大或物料的堆积。在复杂的工艺过程中，一台关键设备往往与多台设备相关联，闭锁关系相对比较复杂。传统方法是在控制层中，由程序设计人员根据生产工艺的要求，通过监测相关设备的运行状态，设计相应的程序实现闭锁关系。这种方法存在三大不足：一是工艺流程中每台的闭锁关系不同，程序设计工作量较大；二是闭锁关系的修改也很不方便；三是控制信号和运行状态的接线必须根据设计图纸接线。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工业控制中设备闭锁及接线的智能化实现方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种工业控制中设备闭锁及接线的智能化实现方法，工控机作为系统管理工作单元和人机界面，和分布在现场的控制单元通过计算机网络组成一个等同的拓扑结构，假定与本台设备相关联的设备为A、B、C、D共四台，每台设备有运行和停止两种状态，1代表运行，0代表停止，在上位机软件中，我们设定4个运行状态字：Flag_A＝0xFF00，Flag_B＝0xF0F0，Flag_C＝0xC0C0，Flag_D＝0xA0A0，根据工艺要求，对这4个运行状态字进行相应的逻辑运算，得到一个闭锁关系字Lock_Word，工控机将此闭锁关系字通过计算机网络发送到控制层，在控制层，实时监测相关联设备A、B、C、D的运行状态ON_A、ON_B、ON_C及ON_D，组合成运行状态字ON_Word。

作为本发明再进一步的方案：所述现场的控制单元可以是单片机或者可编程控制器组成。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明克服了背景技术中提到的相关问题，且普遍适用于任何工艺流程的控制。

附图说明

图1为工业控制中设备闭锁及接线的智能化实现方法的系统框图。

图2为工业控制中设备闭锁及接线的智能化实现方法中关联设备示意图。

图3为工业控制中设备闭锁及接线的智能化实现方法中单台设备控制电气原理图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1～3，本发明实施例中，一种工业控制中设备闭锁及接线的智能化实现方法，工控机作为系统管理工作单元和人机界面，和分布在现场的控制单元通过计算机网络组成一个等同的拓扑结构。假定与本台设备相关联的设备为A、B、C、D共四台，每台设备有运行和停止两种状态，1代表运行，0代表停止，在上位机软件中，我们设定4个运行状态字：Flag_A＝0xFF00，Flag_B＝0xF0F0，Flag_C＝0xC0C0，Flag_D＝0xA0A0，根据工艺要求，对这4个运行状态字进行相应的逻辑运算，得到一个闭锁关系字Lock_Word，工控机将此闭锁关系字通过计算机网络发送到控制层，在控制层，实时监测相关联设备A、B、C、D的运行状态ON_A、ON_B、ON_C及ON_D，组合成运行状态字ON_Word。所述现场的控制单元可以是单片机或者可编程控制器组成。

现代控制系统的硬件构架基本相似，工控机作为系统管理工作单元和人机界面，和分布在现场的控制单元通过计算机网络组成一个等同的拓扑结构。在可靠性要求比较高的场合，常采用两台互为冗余的工控机。现场控制单元可以是单片机或者可编程控制器组成，前者具有成本较低和编程灵活方便的优点，后者具有抗干扰能力较强的优点。计算机网络可以是各种现场数据总线，工业以太网以其高可靠性和开放性而被采用最为广泛。图1给出了系统框图。

实际过程控制中，每台设备的闭锁关系情况不尽相同，我们以控制系统中单台设备最多与4台设备相关联为例，介绍闭锁关系自动实现的算法。假定与本台设备相关联的设备为A、B、C、D共四台，如图2所示。

假定与本台设备相关联的设备为A、B、C、D共四台，每台设备有运行和停止两种状态(1代表运行，0代表停止)，共计有16种运行状态的组合，如下表所示：

在实际控制过程中，不同的工艺要求，上述16种到运行状态中有一种或几种运行状态的组合满足本台设备的开车条件。在上位机软件中，我们设定4个运行状态字：Flag_A＝0xFF00，Flag_B＝0xF0F0，Flag_C＝0xC0C0，Flag_D＝0xA0A0，根据工艺要求，对这4个运行状态字进行相应的逻辑运算，可以得到一个闭锁关系字Lock_Word。工控机将此闭锁关系字通过计算机网络发送到控制层。

int Lock_Word＝Fun(Flag_A，Flag_B，Flag_C，Flag_D)

在控制层，实时监测相关联设备A、B、C、D的运行状态ON_A、ON_B、ON_C及ON_D，组合成运行状态字ON_Word：

其中ON_A＝1，代表设备A运行；ON_A＝0，代表设备A停止。以此类推。

则本台设备的闭锁关系为：

unint Temp＝0x0001；

Temp＝Temp＜＜ON_Word；

Bit Flag_lock＝Lock_Word&Temp；

若Flag_lock！＝0，则表示本台设备的上游设备工作正常，本台设备可以正常工作，若Flag_lock＝0，则表示本台设备的上游设备工作不正常，根据工艺要求，本台设备应当立即停车，以防造成事故的发生。

传统的控制系统中，每台设备有可能处于集控方式，也可能处于就地人工控制方式。对于就地控制方式，本文不加以讨论，仅介绍集控方式下的情况。

单台设备集控的电气原理

图3给出了单台设备的电气原理图，其中开车命令由控制层发出，设备在满足开车条件情况下，控制信号输出控制信号，设备运行后，开车命令信号延时20ms后自动消失，设备运行后由设备返回的运行状态自保，确保控制信号有效输出。当系统发出停车信号停车节点中断控制信号的输出，设备自动停止。当本台设备的关联设备发生时，闭锁/解锁节点自动中断控制信号的输出。下图只是给出了单台设备控制的基本原理，在实际控制过程中，我们还必须判别设备的故障信息，比如开车故障、停车故障、故障停车及设备禁起信号等。这些故障信息均可以通过不同信号发出的时序，通过相应的逻辑运算加以确定，本文不针对这些加以讨论，仅介绍自动接线的实现方法。

自动接线的原理

在自动控制系统中，大多数设备有输出控制信号、运行状态输入信号和工作方式输入信号(就地控制或集中控制)三种开关量信号，少量设备会有多个输出信号和多个返回信号。在实际控制过程中，我们将每个输出信号定义为一台设备，其中不同设备的工作方式信号是可以相同。系统层通过网络实时将相关信息发往控制层，信息报文的定义如下：

第1字节为信息帧头(标准帧，数据长度为8)

第2字节为本台设备所处控制机的地址码

第3字节为本台设备的控制信号的端口号

第4字节为本台设备的工作方式输入的端口号

第5字节为本台设备的运行状态输入的端口号

第6字节为关联设备1所处控制机的地址码

第7字节为关联设备1所运行状态输入的端口号

第8字节为关联设备2所处控制机的地址码

第9字节为关联设备2所运行状态输入的端口号

第10字节为关联设备3所处控制机的地址码

第11字节为关联设备3所运行状态输入的端口号

第12字节为关联设备4所处控制机的地址码

第13字节为关联设备4所运行状态输入的端口号

第14字节为闭锁关系字高8位

第15字节为闭锁关系字低8位

第16字节为通信校验字

在控制层中，控制机根据接收到的信息，按每台设备的输出端口号为顺序，分别定义相应的数据区：

数据区的数据由控制机根据实时状态不断刷新，则每台设备的输出信号可由以下程序实现(假设控制设备数最多为80台)：

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。