專利名稱：安全可編程邏輯控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及安全可編程邏輯控制器(PLC)，包括I/O模塊，諸如緊急停止開關(guān)和光幕的安全裝置連接至其上；以及CPU模塊，用于執(zhí)行安全程序以便于通過I/O模塊來控制每個安全裝置；更具體地，涉及自動創(chuàng)建安全程序。
背景技術(shù)：
最近，安全功能普遍引入了使用可編程邏輯控制器(下文稱為PLC)的系統(tǒng)控制器。所述安全功能包括，例如用于雙重CPU、MPU或者各種處理單元以使處理結(jié)果適當?shù)剌敵龅墓δ埽约爱斚到y(tǒng)中出現(xiàn)緊急狀況時基于預(yù)定的故障安全操作來停止系統(tǒng)操作的功能，等等。例如，當緊急停止開關(guān)被按下或者當諸如光幕的傳感器檢測到人的侵入時，可發(fā)生緊急狀況。
用于構(gòu)建如專利文檔1中所公開的系統(tǒng)的安全PLC在本領(lǐng)域已公知。
例如，用于創(chuàng)建安全程序的標準已由國際電工委員會(IEC)出版。為了創(chuàng)建符合該標準的安全程序，需要較高水平的對于安全程序的技術(shù)知識。
同時，為了減少涉及對于一般PLC的序列程序的生產(chǎn)力或開發(fā)成本的問題，提出了如專利文檔2所公開的編程裝置。
專利文檔1日本未審查專利申請出版物No.2002-358106。
專利文檔2日本未審查專利申請出版物H11-3105。
然而，專利文檔2所公開的相關(guān)編程裝置處理通過使用例如C或ladder的高級編程語言來描述的用戶程序(例如，序列程序)。因此，用戶應(yīng)通過使用這樣的程序語言準備用戶程序。
另外，為了制作用戶程序(即，安全程序)，用戶對于預(yù)定的安全標準、用于安全程序制作的成熟經(jīng)驗等應(yīng)具有高水平的知識。因此，需要長時間和高制造成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明被設(shè)計用來解決上述問題，并且提供了一種安全PLC，其對于用戶來說并不需要特別了解安全程序的構(gòu)造。
為了解決以上問題，本發(fā)明由以下設(shè)置來表征。
(1)安全可編程邏輯控制器(PLC)，包括I/O模塊，連接至安全裝置，用于在任何時間檢測預(yù)定條件，并且構(gòu)建為分別滿足每個安全裝置的單獨連接規(guī)范；CPU模塊，執(zhí)行用于管理I/O模塊的安全程序；以及連接器，用于將I/O模塊和CPU模塊彼此互連；其中CPU模塊包括功能塊存儲器單元，存儲多個功能塊，該多個功能塊分別準備用于安全裝置的相應(yīng)連接規(guī)范；梯形電路(ladder circuit)，用于計算輸出信號，該輸出信號基于來自被編程在多個功能塊的每個功能塊中的對應(yīng)安全裝置的輸入信號來確定，ID號獲取單元，讀取連接至連接器的I/O模塊的識別號，以及程序鏈接單元，基于讀取的識別號順序鏈接從功能塊存儲器單元接收的功能塊，以創(chuàng)建安全程序。
(2)根據(jù)(1)的安全PLC，其中可由安全程序引用或更新的從預(yù)定因數(shù)區(qū)域(predetermined factor area)上的功能塊之一輸出的輸出信息的一條，被用作至其它剩余功能塊的至少一個的輸入信息，以便以級聯(lián)方式連接多個功能塊。
在此情形中，識別(ID)號用以確定每個I/O模塊的分類并且針對每個I/O而限定。
根據(jù)本發(fā)明，可有效地或合理地解決上述問題。
通過本發(fā)明，可獲得以下效果。
根據(jù)本發(fā)明，由于為每個安全裝置提供并且通過使用每個安全裝置執(zhí)行的每個單獨功能塊由與I/O模塊的特定分類相關(guān)的ID號唯一地確定，可通過依次鏈接每個功能塊來自動創(chuàng)建期望的安全程序。
因此，有可能提供一種安全PLC，其對于用戶來說不需要詳細地明了解安全程序的構(gòu)造。
此外，根據(jù)本發(fā)明，由于從任意功能塊輸出至因數(shù)區(qū)域的輸出信息的一條直接輸入至另一個功能塊，有可能以級聯(lián)方式容易地將功能塊彼此連接。


圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明第一實施例的安全PLC 100的邏輯構(gòu)造的示意圖。
圖2是示出了CPU模塊110的邏輯構(gòu)造的塊圖。
圖3是示出了安全程序Z的連接構(gòu)造的程序結(jié)構(gòu)圖。
圖4是用于描述在I/O區(qū)域114和安全程序Z之間關(guān)系的示意圖。
圖5是用于描述引用或者更新I/O區(qū)域114中的外部變量的操作的示意圖。
圖6是示出了地址查找表115的表結(jié)構(gòu)視圖。
圖7是示出了用于實施程序鏈接單元112的控制順序的流程圖。
圖8是示出了在安全程序Z中的操作的流程圖。
具體實施例方式
下文將參考附圖詳細描述本發(fā)明的實施例。
本發(fā)明并不局限于以下將描述的實施例，而是可以以各種形式實施。
圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的安全PLC 100的邏輯構(gòu)造的示意圖。安全PLC 100包括電源模塊101；CPU模塊110，用于執(zhí)行用于管理I/O模塊的安全程序；標準裝置I/O模塊120；以及任選的裝置I/O模塊130。下文中，將標準裝置I/O模塊120稱作主模塊120。主模塊120根據(jù)標準具有諸如緊急停止功能以及伺服電源開/關(guān)控制功能的安全功能。
用于在任何時間檢測涉及安全的預(yù)定條件的安全裝置連接至每個I/O模塊。另外，每個I/O模塊構(gòu)建為滿足適于每個可連接安全裝置的每個連接規(guī)范的單獨規(guī)范。這些安全裝置可以是各種檢測裝置，如雙重緊急停止按鈕、光幕、門鎖傳感器、墊子開關(guān)(mat switch)以及激光掃描器。
安全裝置(例如，檢測裝置)的輸入/輸出操作是通過使用外部輸入和輸出接觸作為輸入/輸出接口來執(zhí)行的。例如，在主模塊120中，可提供4個外部輸入接觸和3個外部輸出接觸。
每個模塊包括微處理單元(MPU)、隨機存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、輸入/輸出接口等。每個模塊通過如圖2中所示的作為連接器的輸入/輸出總線102彼此連接。
圖2是示出了CPU模塊110的邏輯構(gòu)造的塊圖。CPU模塊110包括ID獲取單元111、程序鏈接單元112、功能塊存儲器單元113、I/O區(qū)114等。例如，I/O區(qū)域114表示在主存儲器裝置中形成在預(yù)定段中的輸入/輸出數(shù)據(jù)緩存區(qū)域，并且當其操作時，I/O區(qū)域114中的輸入/輸出數(shù)據(jù)基于輸入/輸出總線102的操作從其它模塊(例如I/O模塊120和130)得以引用或更新。
功能塊存儲器單元113存儲多個功能塊FB1、FB2、FB3…，其中針對每個安全裝置的連接規(guī)范，用于計算輸出信號的梯形電路被編程，該輸出信號根據(jù)來自每個安全裝置的輸入信號來確定。該梯形電路適合于預(yù)定的安全標準。因此，這些功能塊FB1、FB2、FB3…也適合于對應(yīng)的安全標準。
ID獲取單元111通過I/O區(qū)域114來讀取連接至輸入/輸出總線102的每個I/O模塊120和130的ID號。程序鏈接單元112基于讀取的ID號依次鏈接從功能塊存儲器單元113接收的功能塊以便在主存儲器裝置中的預(yù)定區(qū)域A上創(chuàng)建安全程序Z。
由于可基于ID號唯一地確定對應(yīng)的功能塊，可在已經(jīng)準備的功能塊的單元中單獨執(zhí)行關(guān)聯(lián)于每個安全裝置的安全功能。
二次存儲器裝置D可以是可安裝在CPU模塊110上的任何非易失性存儲器裝置，如可寫ROM。
圖3是示出了安全程序Z的互連結(jié)構(gòu)的示意圖。功能塊FBa是用于執(zhí)行必須通過主模塊120表現(xiàn)的安全操作的序列程序。在I/O區(qū)域114上保持了全部的直接對應(yīng)于4個外部輸入接觸的變量X001至X004以及直接對應(yīng)于3個外部輸出接觸的變量Y001至Y003。下文中將這些變量X001至X004以及Y001至Y003稱作功能塊FB1的外部變量。
通過程序鏈接單元112連接的功能塊FB1具有內(nèi)部變量存儲區(qū)域A21。初始處理S包括用于將直接對應(yīng)于外部輸入接觸的變量X001至X004拷貝至內(nèi)部變量存儲區(qū)域21的輸入處理。另外，結(jié)束處理E包括用于將內(nèi)部變量存儲區(qū)域A21上的計算的輸出信息拷貝至變量Y001至Y003的輸出處理。
具有連接至功能塊FB1的功能塊FB2的功能塊FBb采用類似方式構(gòu)建。然而，功能塊FBb是用于執(zhí)行必須通過I/O模塊130表現(xiàn)的安全操作的序列程序。
相關(guān)于級聯(lián)連接的因數(shù)K001共用于功能塊FBa和FBb之間。結(jié)果，來自任一功能塊(例如，F(xiàn)Ba)的輸出信息的一條可被用作至另一個功能塊(例如，F(xiàn)Bb)的輸入信息。因而，有可能構(gòu)建這些功能塊(例如，F(xiàn)Ba和FBb)之間的級聯(lián)連接。
例如，可以如圖3中所示沿多個I/O模塊(即，功能塊)從上至下以單向方式構(gòu)建該級聯(lián)連接。另外，可以經(jīng)由所有I/O模塊(即，功能塊)按預(yù)定方向以循環(huán)方式構(gòu)建該級聯(lián)連接。
例如，當如圖3所示的因數(shù)K001用作用于關(guān)斷伺服馬達電源的緊急停止信號等時，有可能依次將來自功能塊FBa的緊急停止信號傳向位于下游側(cè)的功能塊FBb。用于傳遞緊急停止信號的如此構(gòu)造允許期望的安全系統(tǒng)在緊急狀況下快速且安全地停止。
下文中，將參考附圖4描述安全程序Z和I/O區(qū)域114之間的關(guān)系。用于圖1的插槽0的I/O區(qū)1140被限定于用作用于存儲輸入/輸出數(shù)據(jù)的緩存區(qū)的I/O區(qū)域114的頂部。該I/O區(qū)1140是涉及圖1的I/O模塊120(即，主模塊)的輸入和輸出操作的主存儲器區(qū)，并且存儲與主模塊傳送以及通過輸入/輸出總線102引用或更新的數(shù)據(jù)。其余I/O區(qū)1141、1142、…的每個類似地對應(yīng)于每個插槽。
圖3的安全程序Z位于圖4的限定在主存儲器裝置上的區(qū)域A中。區(qū)域A包括程序區(qū)域A1，用于存儲由包括在安全程序Z中的可執(zhí)行機器指令構(gòu)成的過程單元ZPR；以及內(nèi)部變量區(qū)域A2，其包括用于存儲由過程單元ZPR引用或更新的內(nèi)部變量的內(nèi)部變量存儲區(qū)A21和A22。如以下參考圖5和6所述，地址查找表115唯一地限定存儲在I/O區(qū)域114中的諸如X001和Y001的外部輸入/輸出變量與存儲在內(nèi)部變量區(qū)域A2中的內(nèi)部變量(例如，輸入/輸出因數(shù))之間的每個關(guān)系。
圖5示出了用于存儲在I/O區(qū)域114中的外部變量X001、X002、…、以及Y001、Y002、…的引用/更新操作。圖5的表1140示出了圖4的用于插槽0的I/O區(qū)1140的構(gòu)造。
僅由圖3的功能塊FB1引用或更新的內(nèi)部變量存儲在圖4和5的內(nèi)部變量存儲區(qū)域A21中。這些內(nèi)部變量可分類為對應(yīng)于外部輸入變量X001至X004的輸入因數(shù)內(nèi)部變量MI001至MI004；對應(yīng)于外部輸出變量Y001至Y003的輸出因數(shù)內(nèi)部變量MO001至MO003；以及不直接相關(guān)于這些輸入/輸出變量的其余局部內(nèi)部變量ML001、ML002、…。
因此，如圖4和5示出的輸入操作in1對應(yīng)于由初始處理S執(zhí)行的上述輸入處理，并且如圖4和5中所示的輸出操作out1對應(yīng)于由結(jié)束處理E執(zhí)行的上述輸出處理。
不必說，對于插槽1(即，I/O模塊130)，輸入和輸出操作in1和out1類似地執(zhí)行。
圖6示出了地址查找表115的構(gòu)造。地址查找表115的地址1150對應(yīng)于插槽0，并且存儲I/O區(qū)1140的地址、位于插槽0的I/O模塊120的ID號、對應(yīng)于該ID號的功能塊號(FB號)、包括在I/O模塊120中的外部輸入和輸出接觸的連接數(shù)、以及內(nèi)部變量存儲區(qū)A21的地址。在下文中，其余的區(qū)1151、1152、…對每個插槽類似地限定。
在此情形中，重要的是圖2的每個功能塊FB1、FB2、FB3…針對由ID號唯一限定的I/O模塊的每個分類而準備，并且圖3和4的內(nèi)部變量存儲區(qū)域A21和A22針對每個插槽而準備。根據(jù)此構(gòu)造，有可能自動地并且動態(tài)地創(chuàng)建安全程序Z。
圖7是示出了用于實施程序鏈接單元112的控制過程的流程圖。在該處理的第一步驟410，連接至輸入/輸出總線102的每個I/O模塊的ID號根據(jù)插槽號通過使用ID號獲取單元111從插槽0依次讀取，并且存儲在圖6的地址查找表115中的對應(yīng)區(qū)中。
隨后，以下步驟420至450被執(zhí)行以實施圖1的程序鏈接單元112。
在步驟420，基于由ID號限定的每個I/O模塊特定分類來完成地址查找表115。
然后，在步驟430，存儲在功能塊存儲器單元113中的數(shù)據(jù)基于在步驟420完成的地址查找表115從頂部區(qū)1150依次檢索，以便搜索對應(yīng)的功能塊FB1、FB2、FB3…。然后，對應(yīng)的功能塊被加載到區(qū)域A上的對應(yīng)區(qū)上。
在步驟440，如圖5中所示基于地址查找表115來確定在內(nèi)部變量區(qū)A2中限定的用于使用輸入/輸出總線102的輸入/輸出處理的每個內(nèi)部變量與在I/O區(qū)域114中限定的用于每個輸入/輸出操作的每個外部變量之間的關(guān)系。加載到主存儲器裝置上的功能塊FB1、FB2、FB3、…鏈接至可執(zhí)行程序。
在步驟450，已經(jīng)在步驟440中自動創(chuàng)建的安全程序Z被存儲在圖2的二次存儲器裝置D中。
然后通過使用LED顯示等將創(chuàng)建于主存儲器裝置中的安全程序Z處于可執(zhí)行條件(圖7中的準備就緒條件)的事實通知給用戶以便允許用戶執(zhí)行對RUN開關(guān)的操縱。
另外，激活安全程序Z的用戶將每個安全裝置安裝在對應(yīng)的I/O模塊中。通過使用安全程序Z檢查安全裝置的連接狀況。隨后，當確認這些連接滿足對應(yīng)的連接規(guī)范之后，基于者安全程序Z的操作或設(shè)置將期望系統(tǒng)的狀況變化至可安全操作的狀況(即，安全狀況)。
結(jié)果，組織所述系統(tǒng)的操作員不必具有關(guān)于安全系統(tǒng)內(nèi)容的詳細的高水平知識，而是只需要識別安全裝置的連接狀況，或者具有關(guān)于必須保證的安全裝置的適當理解。
因此，根據(jù)本發(fā)明，由于滿足預(yù)定安全標準的安全程序可自動創(chuàng)建，有可能顯著降低各種工作時間，如用于實施安全系統(tǒng)的調(diào)整時間或設(shè)計時間。
最后，將參考附圖8描述在區(qū)域A上自動創(chuàng)建的安全程序Z的操作。該安全程序Z的過程單元ZPR創(chuàng)建于區(qū)域A中的程序區(qū)域A1上。另外，過程單元ZPR所使用的因數(shù)位于內(nèi)部變量區(qū)域A2中。
首先，在圖8的步驟610的初始設(shè)置處理中，當供電或啟動重置或者重啟操作時，初始程序執(zhí)行一次。
然后在預(yù)定的第一控制時段內(nèi)，過程單元ZPR從I/O區(qū)域114中的用于每個插槽的I/O區(qū)讀取表示每個I/O模塊的條件的變量(例如輸入變量)，并且將其輸入至對應(yīng)的內(nèi)部變量區(qū)域A2(圖8中的步驟630)。通過在任何時間引用這些因數(shù)來依次執(zhí)行每個功能塊FB1和FB2(圖8中的步驟650)。
通過過程單元ZPR中的執(zhí)行，存儲在內(nèi)部變量區(qū)域A2中的每個因數(shù)得以引用或更新。然后，作為第一控制時段的最終處理，過程單元ZPR將表示用于每個I/O模塊的指令內(nèi)容的輸出信息從內(nèi)部變量區(qū)域A2輸出至I/O區(qū)域114(圖8的步驟670)。對于I/O區(qū)域114的輸入/輸出總線102的存取操作，該輸出操作被排他地執(zhí)行。
在過程單元ZPR的上述操作之前和之后，根據(jù)系統(tǒng)中的輸入/輸出控制程序通過輸入/輸出總線102發(fā)送和接收I/O區(qū)域114中的數(shù)據(jù)。
權(quán)利要求
1.一種安全可編程邏輯控制器(PLC)，包括I/O模塊，連接至安全裝置，用于在任何時間檢測預(yù)定條件并且構(gòu)建為分別滿足每個安全裝置的單獨連接規(guī)范；CPU模塊，執(zhí)行用于管理I/O模塊的安全程序；以及連接器，用于將I/O模塊和CPU模塊彼此互連，其中CPU模塊包括功能塊存儲器單元，存儲多個功能塊，該多個功能塊分別準備用于所述安全裝置的相應(yīng)連接規(guī)范；梯形電路，用于計算輸出信號，該輸出信號基于來自被編程在所述多個功能塊的每個功能塊中的對應(yīng)安全裝置的輸入信號來確定，ID號獲取單元，讀取連接至連接器的I/O模塊的識別號，以及程序鏈接單元，基于讀取的識別號依次鏈接從功能塊存儲器單元接收的功能塊，以創(chuàng)建安全程序。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的安全PLC，其中可由安全程序引用或更新的從預(yù)定因數(shù)區(qū)域上的功能塊之一輸出的輸出信息的一條，被用作至其它剩余功能塊的至少一個的輸入信息，以便以級聯(lián)方式連接所述多個功能塊。
全文摘要
一種安全可編程邏輯控制器，包括I/O模塊、CPU模塊以及連接器。CPU模塊包括功能塊存儲器單元，通過對每個梯形電路編程來存儲多個功能塊，其中該梯形電路用于計算輸出信號，該輸出信號基于來自符合安全裝置連接規(guī)范的每個安全裝置的輸入信號來確定。所述梯形電路滿足預(yù)定的安全標準，且因此滿足該安全標準的功能塊得以使用。程序鏈接單元基于每個I/O模塊的ID號依次鏈接接收自功能塊存儲器單元的每個功能塊，以自動地創(chuàng)建安全程序?；贗D號可唯一地確定對應(yīng)的功能塊。
文檔編號G05B19/05GK1920714SQ20061009857
公開日2007年2月28日 申請日期2006年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月12日
發(fā)明者丹羽邦幸 申請人:株式會社捷太格特