一種基于Modbus協(xié)議的自動化過程安全監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于Modbus協(xié)議的自動化過程安全監(jiān)控系統(tǒng)，包括監(jiān)控主機、全功能從機和簡功能從機,全功能從機具有監(jiān)測、聯(lián)動控制功能，簡功能從機只具有監(jiān)測功能，在自動化過程安全監(jiān)控中，全功能從機與指定的若干簡功能從機進行綁定，全功能從機啟動Modbus通信網(wǎng)絡(luò)報文識別接收程序，解析出所綁定的簡功能從機發(fā)送的監(jiān)測數(shù)據(jù)，判斷所綁定的簡功能從機的監(jiān)測信號參數(shù)是否正常，如有異常執(zhí)行聯(lián)動聯(lián)鎖保護，本發(fā)明解決了Modbus協(xié)議因從機不能互相通信，而無法實現(xiàn)從機之間的直接聯(lián)動控制問題，提高了Modbus監(jiān)控系統(tǒng)的時效性。
【專利說明】—種基于Modbus協(xié)議的自動化過程安全監(jiān)控系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及自動化控制領(lǐng)域，特別涉及自動化控制過程中的安全運行監(jiān)控系統(tǒng)?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]隨著自動化控制技術(shù)的快速發(fā)展，自動化生產(chǎn)和控制設(shè)備被大量的應(yīng)用到工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)各個領(lǐng)域，這種高度自動化、集成化的發(fā)展趨勢，對自動化控制過程中的安全運行提出了更高要求。
[0003]Modbus通信協(xié)議是一個用于工業(yè)現(xiàn)場的總線協(xié)議，以其幀格式簡單、緊湊，用戶系統(tǒng)開發(fā)簡單，使用容易著稱，2008年，我國頒布了 GB/T 19582-2008《基于Modbus協(xié)議的工業(yè)自動化網(wǎng)絡(luò)規(guī)范》國家標(biāo)準(zhǔn)，進一步推動了 Modbus通信協(xié)議在我國自動化控制領(lǐng)域的應(yīng)用普及。但Modbus通信協(xié)議有一定的不足，即Modbus通信是主-從通信協(xié)議，總是由主機發(fā)起，以特定的地址訪問某個從機，從機接到并處理完請求后，向主機返回一個報文，從機間不能互相通信，無法實現(xiàn)從機之間的直接聯(lián)動控制，隨著控制系統(tǒng)信號參數(shù)種類和數(shù)量的擴容以及相互聯(lián)動聯(lián)鎖需求，對基于Modbus通信協(xié)議的自動化控制過程安全監(jiān)控系統(tǒng)的時效性和安全冗余提出了挑戰(zhàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明基于Modbus協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)規(guī)范，提出了一種基于Modbus協(xié)議的自動化過程安全監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)方案。本方案包括監(jiān)控主機、全功能從機和簡功能從機，不同類型的從機擔(dān)任著不同的任務(wù)，全功能從機具有監(jiān)測、聯(lián)動控制功能，簡功能從機只具有監(jiān)測功能，簡功能從機通過和全功能從機進行綁定設(shè)置，解決了 Modbus協(xié)議因從機不能互相通信，而無法實現(xiàn)從機之間的直接聯(lián)動控制問題。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
一種基于Modbus協(xié)議的自動化過程安全監(jiān)控系統(tǒng)，作為自動化生產(chǎn)控制過程中的安全保護系統(tǒng)，獨立于生產(chǎn)過程控制之上，實時在線監(jiān)測生產(chǎn)裝置的安全性，當(dāng)生產(chǎn)裝置出現(xiàn)緊急情況時，不需要經(jīng)過生產(chǎn)自動化控制系統(tǒng)，直接由過程安全監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出保護聯(lián)鎖信號，對現(xiàn)場設(shè)備進行安全保護。
[0006]該系統(tǒng)包括監(jiān)控主機、全功能從機和簡功能從機，所述監(jiān)控主機通過串行總線和各從機連接，其特征在于:
所述全功能從機，包括監(jiān)測單元、控制單元、執(zhí)行單元和通信單元，監(jiān)測單元實時監(jiān)測自動化過程安全環(huán)節(jié)中的重點速變信號參數(shù)，控制單元連接監(jiān)測單元，對監(jiān)測單元處理后的信號參數(shù)實時進行邏輯分析，控制單元還與執(zhí)行單元連接，控制單元判斷所監(jiān)測信號參數(shù)出現(xiàn)異常時，主動對執(zhí)行單元發(fā)出命令并執(zhí)行聯(lián)鎖保護，控制單元還與通信單元連接，用于實現(xiàn)本機和上位監(jiān)控主機的數(shù)據(jù)通信及偵測監(jiān)控主機和各從機的Modbus通信。
[0007]所述簡功能從機，包括監(jiān)測單元和通信單元，監(jiān)測單元監(jiān)測自動化過程安全環(huán)節(jié)中的緩變信號，通過通信單元將監(jiān)測的數(shù)據(jù)進行網(wǎng)絡(luò)上傳。[0008]所述的全功能從機與指定的若干簡功能從機進行綁定設(shè)置，構(gòu)成一個功能簇，在自動化過程安全監(jiān)控中，同簇的全功能從機啟動Modbus通信網(wǎng)絡(luò)報文識別接收程序，解析出所綁定的簡功能從機發(fā)送的監(jiān)測數(shù)據(jù)，判斷所綁定的簡功能從機監(jiān)測的緩變信號參數(shù)是否正常，如有異常執(zhí)行聯(lián)動聯(lián)鎖保護。
[0009]所述的全功能從機與指定的若干簡功能從機的綁定設(shè)置，包括綁定所述簡功能從機的地址編碼和所監(jiān)測的緩變信號參數(shù)的安全閾值。
[0010]所述的全功能從機的Modbus通信網(wǎng)絡(luò)報文識別接收程序步驟，包括:
A.全功能從機進行本機報文識別,如是監(jiān)控主機對本機的數(shù)據(jù)請求,執(zhí)行相關(guān)命令操作，否則進行綁定從機報文識別；
B.全功能從機進行綁定從機報文識別，如是綁定從機報文，則接收網(wǎng)絡(luò)報文，否則結(jié)束程序；
C.全功能從機進行網(wǎng)絡(luò)報文接收，解析報文幀類型，是數(shù)據(jù)幀則解析出所綁定的簡功能從機的監(jiān)測數(shù)據(jù)，是命令幀則結(jié)束程序；
D.全功能從機對綁定的簡功能從機的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行判斷，如數(shù)據(jù)異常執(zhí)行聯(lián)動聯(lián)鎖保護，數(shù)據(jù)正常則結(jié)束程序；
E.結(jié)束程序。
[0011]本發(fā)明的有益效果:
1、方法創(chuàng)新，本發(fā)明和現(xiàn)有Modbus協(xié)議技術(shù)方案相比，采用從機間綁定技術(shù)，解決了 Modbus協(xié)議因從機不能互相通信，而無法實現(xiàn)從機之間的直接聯(lián)動控制問題，提高了Modbus監(jiān)控系統(tǒng)的時效性。
[0012]2、結(jié)構(gòu)創(chuàng)新，本發(fā)明將自動化過程安全環(huán)節(jié)中的重點速變信號參數(shù)監(jiān)測控制和一般緩變信號的監(jiān)測進行硬件結(jié)構(gòu)區(qū)別化設(shè)計，這種方案分工明確、結(jié)構(gòu)簡單、成本降低。
[0013]3、提高了系統(tǒng)安全冗余度，本發(fā)明除了從機間可進行綁定聯(lián)動控制外，監(jiān)控主機還能根據(jù)系統(tǒng)所監(jiān)測的速變信號和緩變信號類型，依據(jù)Modbus協(xié)議進行常規(guī)的監(jiān)控操作，確保了自動化控制過程中的安全運行。
[0014]【專利附圖】

【附圖說明】
圖1為自動化過程安全監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為全功能從機結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為簡功能從機結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4為全功能從機聯(lián)動聯(lián)鎖流程示意圖。
[0015]
【具體實施方式】
[0016]下面通過具體的實施方式并結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細(xì)說明。如圖1所示，一種基于Modbus協(xié)議的自動化過程安全監(jiān)控系統(tǒng)，作為自動化生產(chǎn)控制過程中的安全保護系統(tǒng)，獨立于自動化生產(chǎn)過程控制之上，實時在線監(jiān)控生產(chǎn)裝置運行的安全性，當(dāng)生產(chǎn)裝置出現(xiàn)緊急情況時，不需要經(jīng)過生產(chǎn)自動化控制系統(tǒng)，直接由過程安全監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出聯(lián)鎖信號，對現(xiàn)場設(shè)備進行安全保護。
[0017]該系統(tǒng)包括由監(jiān)控主機、全功能從機和若干簡功能從機，全功能從機具有監(jiān)測、聯(lián)鎖控制功能，簡功能從機只具有監(jiān)測功能，系統(tǒng)的全功能從機和指定的簡功能從機進行綁定設(shè)置，構(gòu)成一個功能簇，所述監(jiān)控主機通過RS-485串行總線和各從機連接，通過Modbus協(xié)議通信，實現(xiàn)對各從機設(shè)置、發(fā)送數(shù)據(jù)請求、接收各從機監(jiān)測數(shù)據(jù)，監(jiān)測自動化過程的安全運行。
[0018]如圖2所示,所述全功能從機包括監(jiān)測單元、控制單元、執(zhí)行單元和通信單元,監(jiān)測單元和控制單元連接，控制單元和執(zhí)行單元及通信單元連接，全功能從機的監(jiān)測單元實時采集和處理自動化過程安全環(huán)節(jié)中的重點速變I/o開關(guān)量信號或模擬量信號，控制單元對監(jiān)測單元處理后的信號參數(shù)實時進行邏輯分析，判斷本機所監(jiān)測的信號參數(shù)是否出現(xiàn)異常，如有異常，在不需要監(jiān)控主機的干預(yù)下，控制單元會立即對執(zhí)行單元發(fā)出命令，執(zhí)行單元會進行自動報警并執(zhí)行聯(lián)鎖保護，通信單元用于實現(xiàn)本機和上位監(jiān)控主機的數(shù)據(jù)通信及偵測監(jiān)控主機和各從機的Modbus通信。
[0019]如圖3所示，所述簡功能從機包括監(jiān)測單元和通信單元，簡功能從機用于監(jiān)測自動化過程安全環(huán)節(jié)中的緩變信號，當(dāng)監(jiān)控主機向簡功能從機發(fā)送數(shù)據(jù)請求時，監(jiān)測單元通過通信單元將監(jiān)測處理后的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)進行上傳。
[0020]所述基于Modbus協(xié)議的自動化過程安全監(jiān)控系統(tǒng)在運行前，監(jiān)控主機首先通過RS-485串行總線，將若干需要綁定的簡功能從機的地址編碼和所監(jiān)測的不同信號參數(shù)的安全閾值寫入到綁定的全功能從機的綁定寄存器，完成綁定設(shè)置，構(gòu)成一個功能簇。系統(tǒng)運行時，同一簇的全功能從機除實時監(jiān)測自動化過程安全環(huán)節(jié)中的重點速變信號參數(shù)外，全功能從機還要實現(xiàn)聯(lián)動聯(lián)鎖功能，如圖4所示，所述的全功能從機的通信單元實時偵測監(jiān)控主機和各從機的Modbus通信,全功能從機的控制單元啟動Modbus通信網(wǎng)絡(luò)報文識別接收程序，通過通信單元先進行本機網(wǎng)絡(luò)報文識別，如是監(jiān)控主機對本機的數(shù)據(jù)請求，全功能從機會執(zhí)行監(jiān)控主機的命令操作；如果不是本機報文，全功能從機再進行綁定從機的報文識另IJ，如是某個綁定從機報文，則進行綁定報文接收，然后全功能從機的控制單元再對報文幀類型進行解析，如果是命令幀則舍棄，是數(shù)據(jù)幀則解析出所綁定的簡功能從機的監(jiān)測數(shù)據(jù)，然后控制單元判斷所綁定的簡功能從機的監(jiān)測數(shù)據(jù)是否在綁定設(shè)置的安全閾值范圍之內(nèi)，如有異常，在不需要監(jiān)控主機的干預(yù)下，控制單元會對執(zhí)行單元發(fā)出聯(lián)動聯(lián)鎖命令，執(zhí)行單元進行自動報警并執(zhí)行聯(lián)動聯(lián)鎖保護；如果網(wǎng)絡(luò)報文既不是全功能從機的報文，也不是所綁定的各簡功能從機的報文，則程序結(jié)束，全功能從機的通信單元會偵測下一幀的Modbus通信網(wǎng)絡(luò)報文。
【權(quán)利要求】
1.一種基于Modbus協(xié)議的自動化過程安全監(jiān)控系統(tǒng)，包括監(jiān)控主機、全功能從機和簡功能從機，所述監(jiān)控主機通過串行總線與各從機連接，其特征在于: 所述全功能從機，包括監(jiān)測單元、控制單元、執(zhí)行單元和通信單元，監(jiān)測單元實時監(jiān)測自動化過程安全環(huán)節(jié)中的重點速變信號參數(shù)，控制單元連接監(jiān)測單元，對監(jiān)測單元處理后的信號參數(shù)實時進行邏輯分析，控制單元還與執(zhí)行單元連接，控制單元判斷所監(jiān)測信號參數(shù)出現(xiàn)異常時，主動對執(zhí)行單元發(fā)出命令并執(zhí)行聯(lián)鎖保護，控制單元還與通信單元連接，用于實現(xiàn)本機和上位監(jiān)控主機的數(shù)據(jù)通信及偵測監(jiān)控主機和各從機的Modbus通信； 所述簡功能從機，包括監(jiān)測單元和通信單元，監(jiān)測單元監(jiān)測自動化過程安全環(huán)節(jié)中的緩變信號參數(shù)，通過通信單元將監(jiān)測的數(shù)據(jù)進行網(wǎng)絡(luò)上傳； 所述的全功能從機與指定的若干簡功能從機進行綁定設(shè)置，構(gòu)成一個功能簇，在自動化過程監(jiān)控中，同簇的全功能從機啟動Modbus通信網(wǎng)絡(luò)報文識別接收程序，解析出所綁定的簡功能從機發(fā)送的監(jiān)測數(shù)據(jù)，判斷所綁定的簡功能從機監(jiān)測的緩變信號參數(shù)是否異常，如有異常執(zhí)行聯(lián)動聯(lián)鎖保護。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動化過程安全監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于:所述的全功能從機與指定的若干簡功能從機的綁定設(shè)置，包括綁定所述簡功能從機的地址編碼和所監(jiān)測的緩變信號參數(shù)的安全閾值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動化過程安全監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于:所述的全功能從機的Modbus通信網(wǎng)絡(luò)報文識別接收程序步驟，包括: A.全功能從機進行本機報文識別，如是監(jiān)控主機對本機的數(shù)據(jù)請求，執(zhí)行相關(guān)命令操作，否則進行綁定從機報文識別； B.全功能從機進行綁定從機報文識別，如是綁定從機報文，則接收網(wǎng)絡(luò)報文，否則結(jié)束程序； C.全功能從機進行網(wǎng)絡(luò)報文接收，解析報文幀類型，是數(shù)據(jù)幀則解析出所綁定的簡功能從機的監(jiān)測數(shù)據(jù)，是命令幀則結(jié)束程序； D.全功能從機對綁定的簡功能從機的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行判斷，如數(shù)據(jù)異常執(zhí)行聯(lián)動聯(lián)鎖保護，數(shù)據(jù)正常則結(jié)束程序； E.結(jié)束程序。
【文檔編號】G05B19/418GK103941700SQ201410174431
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月28日
【發(fā)明者】張曉華 申請人:張曉華