安全控制系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种安全控制系统，包括：一主处理器；两个从处理器，均具备控制继电器的工作组件；输入回路检测模块；以及输入模块，其在所述输入回路检测模块检测为输入模块无异常时，输入模块的输入端可接收输入信号，并将相应输入信号传输至所述两个从处理器；其中，所述主处理器和从处理器共享同一工作时钟，所述工作时钟被先后分割为脉冲检测域、通讯域和运行域，所述脉冲检测域用于主处理器控制所述输入回路检测模块对输入模块进行回路检测；所述通讯域用于主处理器与两个从处理器通信；所述运行域用于所述从处理器控制工作组件根据所述输入信号对继电器进行控制。本发明能够对继电器提供高可靠性的控制，并使各处理器同步有序工作。
【专利说明】安全控制系统
【技术领域】
[0001] 本发明涉及安全控制领域，尤其是用于控制继电器工作以使大型设备在安全状况 下运行的安全控制系统。
【背景技术】
[0002] 在机床、包装机械、塑料机械、汽车制造等行业中，产线上的设备一般都为大型重 型设备，需要人员操作，若设备出现异常可能导致人员伤亡或灾难发生，例如滚筒的回转运 动（可能将手卷入）、机器人在其正常工作区域以外的运动，极有可能产生危险，而继电器 在这些设备中的应用可以在设备出现异常时及时停止设备运行，有效减小了灾难发生的可 能。继电器属于受控执行的安全开关，需安全控制系统作为控制器根据情况对其控制，由 于继电器工作正常与否对现场安全有着至关重要的影响，对安全控制系统的可靠性要求极 高，现有的通过单个处理器对逻辑电路的控制实现继电器的触点作相应启闭的技术方案， 需要高性能的处理器以及逻辑电路作保证以对输入信号作及时正确的响应，但依然很难保 证其可靠性，一旦处理器或逻辑电路某一部分出错，都将导致继电器误动作。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是提供一种安全控制系统，能够对继电器提供高可靠性的控制，并 使各关联的处理器同步有序工作，以快速响应输入信号。
[0004] 为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种安全控制系统，包括：
[0005] -主处理器；
[0006] 两个从处理器，受控于所述主处理器，均具备控制继电器的工作组件；
[0007] 输入回路检测模块，受控于所述主处理器；以及
[0008] 输入模块，其在所述输入回路检测模块检测为输入模块无异常时，输入模块的输 入端可接收输入信号，并将相应输入信号传输至所述两个从处理器；
[0009] 其中，所述主处理器和从处理器共享同一工作时钟，所述工作时钟被先后分割为 脉冲检测域、通讯域和运行域，所述脉冲检测域用于主处理器控制所述输入回路检测模块 对输入模块进行回路检测；所述通讯域用于主处理器与两个从处理器通信；所述运行域用 于所述从处理器控制工作组件根据所述输入信号对继电器进行控制。
[0010] 根据本发明的一个实施例，所述工作时钟由硬件中断触发，在每次中断开始，系 统的计时单元对系统时钟计时，以相应产生分割为所述脉冲检测域、通讯域和运行域的工 作时钟。
[0011] 根据本发明的一个实施例，所述工作组件包括：
[0012] 输入组件，具备多个输入端，用于将所述输入模块传输至从处理器的输入信号的 输入；
[0013] 开关组件，具备多个开关，其连接所述输入组件并根据所述输入信号控制其相应 开关的导通并传输所述输入信号；
[0014] 逻辑组件，连接所述开关组件，其根据输入信号、开关组件、以及自身逻辑组成的 配合得到输出信号；
[0015] 输出组件，连接所述逻辑组件，用于所述输出信号的输出；
[0016] 所述输出信号用于在所述运行域中所述从处理器对继电器的控制。
[0017] 根据本发明的一个实施例，上位机可对所述安全控制系统进行配置或调试，在所 述从处理器具备控制继电器的工作组件之前，所述工作组件在上位机中由人工进行配置。
[0018] 根据本发明的一个实施例，在所述从处理器具备控制继电器的工作组件之前、所 述工作组件在上位机中进行配置之后，所述工作组件由上位机传输给所述主处理器，由主 处理器在至少一个工作时钟的通讯域中将所述工作组件传输至所述从处理器中。
[0019] 根据本发明的一个实施例，主处理器在首个工作时钟的通讯域中将所述工作组件 传输至所述从处理器中。
[0020] 根据本发明的一个实施例，所述从处理器收到工作组件后对其进行CRC校验，若 工作组件传输出错，则从处理器通知主处理器在得到校验结果后的下个工作时钟的通讯域 中将所述工作组件传输至所述从处理器中。
[0021] 根据本发明的一个实施例，所述输出信号在每个工作时钟中更新，在通讯域中，所 述从处理器将上个工作时钟的输出组件的输出信号反馈至主处理器。
[0022] 根据本发明的一个实施例，所述从处理器具备工作组件并收到所述输入信号后， 所述从处理器对各组件的相应部位进行状态扫描并确定相应部位间的连接关系，所述相应 部位包括输入组件的多个输出端子、开关组件的多个输入端子和输出端子、逻辑组件的多 个输入端子和输出端子、输出组件的多个输入端子，所述连接状态显示两个部位匹配连接 时其间可传输相应信息。
[0023] 根据本发明的一个实施例，所述工作组件以一个或多个结构体数据包存储于每个 所述从处理器的非易失性存储器中。
[0024] 采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有如下突出优点：本发明的安全 控制系统采用主处理器同步控制两个从处理器的形式，主从支配模式将保证信号传递链的 可靠性，同时将工作时钟分割成主处理器和两个从处理器共享的脉冲检测域、通讯域和运 行域，在所述脉冲检测域中，主处理器控制输入回路检测模块对输入模块进行回路检测，在 所述输入回路检测模块检测为输入模块无异常时，输入模块的输入端可接收输入信号，并 将相应输入信号传输至所述两个从处理器，保证输入信号的可靠安全，在通讯域中，主处理 器与两个从处理器通信；在运行域中，所述从处理器控制工作组件根据所述输入信号对继 电器进行控制，将主处理器和两个从处理器分时分配工作的时间，使得系统工作有序，响应 及时。
[0025] 此外，将从处理器中对输入信号的处理以及输出信号的形成用工作组件控制，工 作组件可在上位机中由客户根据需求进行配置，其后连接主处理器将工作组件传至主处理 器中，再由主处理器将工作组件在通讯域中传至从处理器中存储，从处理器在运行域中使 用工作组件完成对继电器的控制，实现了工作组件的可配置与可复用，简化了系统设计，有 利于降低成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0026] 图1为本发明实施例的安全控制系统的结构示意图；
[0027] 图2为本发明实施例的工作时钟划分示意图；
[0028] 图3为本发明实施例的工作组件的结构示意图。
【具体实施方式】
[0029] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明 的【具体实施方式】做详细的说明。
[0030] 在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以 很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况 下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施以及具体附图的限制。
[0031] 图1示出了一实施例的安全控制系统，包括：主处理器1，第一从处理器2,第二从 处理器3,输入回路检测模块4,输入模块5、以及继电器6。
[0032] 本实施例的继电器可以指单个继电器、或者多个继电器的组合、或者单个继电器 及其旁路的组合、或者多个继电器及其旁路的组合。
[0033] 输入回路检测模块4和输入模块5用于保证输入信号的正确性，输入回路检测模 块4由主处理器1控制对输入模块5进行检测，在输入模块5发生异常（例如输入回路短 路）时，需要对输入模块5进行检修或直接更换，在所述输入回路检测模块4检测为输入模 块5无异常时，输入模块5的输入端可接收输入信号IN_S，并将相应输入信号IN_S传输至 两个从处理器；第一从处理器2和第二从处理器3均受控于所述主处理器1。
[0034] 在本实施例中，第一从处理器2和第二从处理器3均已具备控制继电器的工作组 件（图中未示出），工作组件以一个或多个结构体数据包存储于每个从处理器的非易失性 存储器中，例如FLASH(闪存）中，多个结构体例如可以通过链表、队列等形式组合，结构体 形成的数据以数据包的形式分包传输并存储。
[0035] 其中，所述主处理器1、第一从处理器2和第二从处理器3共享同一工作时钟，如图 2,所述工作时钟被先后分割为脉冲检测域T1、通讯域T2和运行域T3,所述脉冲检测域T1 用于主处理器1控制所述输入回路检测模块4对输入模块5进行回路检测；所述通讯域T2 用于主处理器1与两个从处理器通信；所述运行域T3用于第一从处理器2和第二从处理器 3控制工作组件根据所述输入信号对继电器6进行控制。
[0036] 在脉冲检测域T1低脉冲电平开始时，主处理器1输出脉冲检测信号至输入回路检 测模块4从而控制器其对输入模块的检测，可以理解的，主处理器可以获得检测的结果信 息，若输入模块未出现异常，贝 1J输入模块可接入输入信号，该输入信号经由输入模块传输至 第一从处理器2和第二从处理器3中。输入模块从检测的状态切换到输入的状态需要一定 时间，例如需要人工对连接的端子进行切换，因而本次工作时钟后面的脉冲中不对输入信 号进行处理。
[0037] 在本实施例中，在通讯域T2开始后，第一从处理器2和第二从处理器3将输入信 号输入至量从处理器的工作组件后得到的状态信息反馈至主处理器1中，当然，工作时钟 是一个持续时钟，这个通讯域T2中从处理器对主处理器的反馈是基于其上一时钟的运行 域中已将输入信号输入至量从处理器的工作组件后得到了状态信息。
[0038] 在运行域T3中，第一从处理器2和第二从处理器3控制工作组件开始工作，工作 组件根据输入信号得出一输出信号对继电器6进行控制，该输出信号与状态信息关联或者 相同。
[0039] 主处理器1、第一从处理器2和第二从处理器3共享同一工作时钟并按照各时钟工 作、传递命令，该工作时钟实现了主处理器1、第一从处理器2和第二从处理器3的同步，有 利于系统工作有序。
[0040] 需要说明的是，图2中仅对一个工作时钟标以T1、T2、T3的记号，在描述中，由于各 工作时钟的一致性，故将后面省略的工作时钟也用ΤΙ、Τ2、Τ3描述，对于一个时钟而言，各 时钟域的先后顺序应当是脉冲检测域Τ1、通讯域Τ2和运行域Τ3,但各时钟域的先后顺序并 不一定代表本系统各信号产生或者各部件进入工作的先后顺序，例如，需在运行域Τ3中从 处理器对输入信号进行处理产生一个状态信息，从而在后面工作时钟的通讯域Τ2中，从处 理器将该状态信息反馈至主处理器，当然，在通讯域Τ2中主从处理器间的通信内容并不限 于此。
[0041] 在一个实施例中，工作时钟由硬件中断触发，每产生一个中断，系统的计时单元 对系统时钟计时，以相应产生分割为所述脉冲检测域、通讯域和运行域的工作时钟，在本系 统中，中断定时产生，例如200ms -次，中断出现，则出现如图2中的脉冲检测域Τ1的低脉 冲电平，计时单元计时例如40ms后，进入通讯域T2,计时单元继续计时例如120ms后，进入 运行域T3,循环往复如此，硬件中断可以加快系统相应的速度。
[0042] 如图3所示，所述工作组件包括：输入组件C1，开关组件C2,逻辑组件C3,输出组 件C4。其中，输入组件C1，具备多个输入端，用于将所述输入模块5传输至从处理器的输入 信号IN_S的输入；开关组件C2,具备多个开关，其连接所述输入组件C1并根据所述输入信 号預_5控制其相应开关的导通并传输所述输入信号IN_S ;逻辑组件C3,连接所述开关组件 C2,其根据输入信号IN_S、开关组件C2、以及自身逻辑组成的配合得到输出信号；输出组件 C4,连接所述逻辑组件C3,用于所述输出信号的输出；所述输出信号用于在所述运行域T3 中所述从处理器对继电器6的控制。
[0043] 在图3中，各组件的端子并未予以标记，本领域技术人员应当能够识别，此外，在 图3中，多路输入连接至一个开关中，开关仅通过输入信号为高的信号，换言之，开关未对 输入信号做改动仅起传输的作用，多组输入信号通过逻辑组件C3的转换得到输出信号，逻 辑组件中例如是与门、或门、非门、异或门、同或门、选择器等的一种或几种的结合，逻辑组 件对输入信号进行相应的逻辑转换由输出组件输出输出信号。由于输入信号的变动，在每 个工作时钟中工作组件可对所述输出信号进行更新，并在通讯域中，从处理器将上个工作 时钟的输出组件的输出信号反馈至主处理器，此处的输出信号表示从处理器根据工作组件 得到的状态信息。
[0044] 在一实施例中，安全控制系统可暂未处于工作状态，其连接上位机（图中未示 出），上位机可对所述安全控制系统进行配置或调试，初始时，所述从处理器还未具备工作 组件，所述工作组件在上位机中由人工进行配置，之后，由上位机将工作组件传输给所述主 处理器，继而由主处理器在至少一个工作时钟的通讯域中将所述工作组件传输至所述从处 理器中。将对输入信号的处理模块以工作组件的方式创建，实现了工作组件的可配置，方便 用户的使用，此外，工作组件可配置给其他多个安全控制系统，实现了工作组件的可复用， 有利于降低成本。
[0045] 较佳的，可以是在一个工作时钟的通讯域中，主处理器将所述工作组件传输至所 述从处理器中，更具体的，主处理器在首个工作时钟的通讯域中将所述工作组件传输至所 述从处理器中。
[0046] 进一步，主处理器在首个工作时钟的通讯域中将所述工作组件传输至所述从处理 器中，所述从处理器收到工作组件后对其进行CRC(Cyclic Redundancy Check,循环冗余校 验码）校验，若工作组件传输出错，则从处理器通知主处理器在得到校验结果后的下个工 作时钟的通讯域中将所述工作组件传输至所述从处理器中，应当理解的，校验是在从处理 器收到工作组件数据包后对包进行校验，并且每次收到均校验，若出错则继续重传。保证了 工作组件的正确性，进一步保证安全控制系统的可靠性。
[0047] 作为一种可选的实施方式，在所有工作时钟的通讯域中，主处理器每次均将所述 工作组件传输至所述从处理器中，从处理器对工作组件数据包不进行校验。
[0048] 对于工作组件各组件的连接可以是有条件的，所述从处理器具备工作组件并收到 所述输入信号后，所述从处理器对各组件的相应部位进行状态扫描并确定相应部位间的连 接关系，所述相应部位包括输入组件的多个输出端子、开关组件的多个输入端子和输出端 子、逻辑组件的多个输入端子和输出端子、输出组件的多个输入端子，各组件通过相应端子 连接之前，各端子的连接状态显示两个部位匹配连接时其间可传输相应信息，防止信号传 输出错。
[0049] 本发明的安全控制系统采用主处理器同步控制两个从处理器的形式，继电器同时 受两个从处理器的控制，可靠性高，同时将工作时钟分割成主处理器和两个从处理器共享 的脉冲检测域、通讯域和运行域，在所述脉冲检测域中，主处理器控制输入回路检测模块对 输入模块进行回路检测，在所述输入回路检测模块检测为输入模块无异常时，输入模块的 输入端可接收输入信号，并将相应输入信号传输至所述两个从处理器，保证输入信号的可 靠安全，在通讯域中，主处理器与两个从处理器通信；在运行域中，所述从处理器控制工作 组件根据所述输入信号对继电器进行控制，将主处理器和两个从处理器分时分配工作的时 间，使得系统工作有序。
[0050] 此外，将从处理器中对输入信号的处理以及输出信号的形成用工作组件控制，工 作组件可在上位机中由客户根据需求进行配置，配置后连接主处理器将工作组件传至主处 理器中，再由主处理器将工作组件在通讯域中传至从处理器中存储，从处理器在运行域中 使用工作组件完成对继电器的控制，由于工作组件可配置可复用，简化了系统设计，有利于 降低成本。
[0051] 本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定权利要求，任何本领域 技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的 保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。
【权利要求】
1. 一种安全控制系统，其特征在于，该系统包括： 一主处理器； 两个从处理器，受控于所述主处理器，均具备控制继电器的工作组件； 输入回路检测模块，受控于所述主处理器；以及 输入模块，其在所述输入回路检测模块检测为输入模块无异常时，输入模块的输入端 可接收输入信号，并将相应输入信号传输至所述两个从处理器； 其中，所述主处理器和从处理器共享同一工作时钟，所述工作时钟被先后分割为脉冲 检测域、通讯域和运行域，所述脉冲检测域用于主处理器控制所述输入回路检测模块对输 入模块进行回路检测；所述通讯域用于主处理器与两个从处理器通信；所述运行域用于所 述从处理器控制工作组件根据所述输入信号对继电器进行控制。
2. 如权利要求1所述的安全控制系统，其特征在于，所述工作时钟由硬件中断触发，在 每次中断开始，系统的计时单元对系统时钟计时，以相应产生分割为所述脉冲检测域、通讯 域和运行域的工作时钟。
3. 如权利要求1所述的安全控制系统，其特征在于，所述工作组件包括： 输入组件，具备多个输入端，用于将所述输入模块传输至从处理器的输入信号的输 入； 开关组件，具备多个开关，其连接所述输入组件并根据所述输入信号控制其相应开关 的导通并传输所述输入信号； 逻辑组件，连接所述开关组件，其根据输入信号、开关组件、以及自身逻辑组成的配合 得到输出信号； 输出组件，连接所述逻辑组件，用于所述输出信号的输出； 所述输出信号用于在所述运行域中所述从处理器对继电器的控制。
4. 如权利要求3所述的安全控制系统，其特征在于，上位机可对所述安全控制系统进 行配置或调试，在所述从处理器具备控制继电器的工作组件之前，所述工作组件在上位机 中由人工进行配置。
5. 如权利要求4所述的安全控制系统，其特征在于，在所述从处理器具备控制继电器 的工作组件之前、所述工作组件在上位机中进行配置之后，所述工作组件由上位机传输给 所述主处理器，由主处理器在至少一个工作时钟的通讯域中将所述工作组件传输至所述从 处理器中。
6. 如权利要求5所述的安全控制系统，其特征在于，主处理器在首个工作时钟的通讯 域中将所述工作组件传输至所述从处理器中。
7. 如权利要求6所述的安全控制系统，其特征在于，所述从处理器收到工作组件后对 其进行CRC校验，若工作组件传输出错，则从处理器通知主处理器在得到校验结果后的下 个工作时钟的通讯域中将所述工作组件传输至所述从处理器中。
8. 如权利要求3所述的安全控制系统，其特征在于，所述输出信号在每个工作时钟中 更新，在通讯域中，所述从处理器将上个工作时钟的输出组件的输出信号反馈至主处理器。
9. 如权利要求3所述的安全控制系统，其特征在于，所述从处理器具备工作组件并收 到所述输入信号后，所述从处理器对各组件的相应部位进行状态扫描并确定相应部位间的 连接关系，所述相应部位包括输入组件的多个输出端子、开关组件的多个输入端子和输出 端子、逻辑组件的多个输入端子和输出端子、输出组件的多个输入端子，所述连接状态显示 两个部位匹配连接时其间可传输相应信息。
10.如权利要求1所述的安全控制系统，其特征在于，所述工作组件以一个或多个结构 体数据包存储于每个所述从处理器的非易失性存储器中。
【文档编号】G05B19/048GK104216329SQ201410523021
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年10月8日 优先权日:2014年10月8日
【发明者】张伟, 张磊 申请人:上海雷尼威尔技术有限公司