CN101198916A - 可编程控制器 - Google Patents

Abstract

一种具有用于自诊断的自诊断单元60(70)的可编程控制器，其中自诊断单元60(70)包括数据存储单元61(71)和查验起始单元62(72)，数据存储单元61(71)用于存储与完成了查验的查验单元相关的数据，查验起始单元用于当在打开电源后发生执行自诊断时，基于存储在数据存储单元61(71)中的数据，从在打开电源之前的时刻已经完成查验的查验单元的下一个查验单元开始查验。

Description

可编程控制器

技术领域

本发明涉及一种可编程控制器，尤其是一种具有自诊断单元的可编程控制器，自诊断单元用于通过顺序查验在顺序查验单元中分别分配有地址的多个存储区，来对RAM是否正常进行自诊断。

背景技术

在FA(工厂自动化)的技术领域中，可编程控制器(以下称为“PLC”)用于控制不同类型的装置。PLC应用到不同类型的单一工业机械，例如机床、自动装配机和自动焊机。这里，PLC由具有CPU、ROM和RAM的计算机构成。并且，一些PLC具有自诊断功能，对于在PLC内是否存在任何故障执行自诊断，以确保PLC本身的足够可靠性而正常工作。在PLC中，在打开电源之后的适当时间执行上述自诊断。在打开电源之后立即在PLC启动正常操作之前的准备中执行的自诊断，以下称作“初始自诊断”，而在PLC的正常操作过程中的适当时间反复执行的自诊断，以下称作“正常自诊断”。

自诊断主要包括查验RAM是否正常。通常，作为自诊断，以地址的顺序依次查验分别分配有地址的两个或多个存储区。参照图7，对此将在下面进行详细说明。

首先，在所有存储区中存储的要从第一地址到第n地址被查验的数据存储在堆栈中，作为备份。接着，检查用于查验的数据是否正确地写入到第一地址内的存储区，并且通过将在从第二地址到第n地址的其它地址中的存储区数据与备份数据进行比较，检查其它地址中的存储区数据是否没有改变。因此，能够查验在第一地址中的存储区是否没有断开(切断)，并且在第一地址中的存储区是否与其它存储区没有短接(短路)。

对在第二地址中的以及该地址顺序中其余的每个存储区顺序执行这种存储区查验。这里，对于在第二地址中的以及其余的存储区的查验，不必将例如在第一地址中的存储区的已经完成查验的存储区与备份数据进行比较，因为已经检查了它没有与其它存储区短路。因此，省去了已经完成查验的存储区。

对要查验的所有存储区重复进行总共n次查验，并且一旦完成在最后的第n地址中的存储区的查验，就完成了要查验的所有存储区的查验，即，一个循环的自诊断结束。

在常规的PLC中，一个循环的自诊断在打开电源后立即作为初始自诊断而执行，或在正常操作过程中作为正常自诊断而执行。这里，虽然在初始自诊断中，通过一系列的处理连续执行一个循环的自诊断，但是在正常操作过程中，PLC不能确保用于通过一系列的处理连续执行一个循环的自诊断的足够的空闲时间，因为通常要执行用于控制不同装置的程序。因此，对于正常自诊断，不能通过一系列的处理连续执行一个循环的自诊断，而是使用分配给自诊断的空闲时间细分一个循环的自诊断。在常规的PLC中，虽然在初始自诊断中从顶端地址中的存储区开始查验是正常的，但是在打开电源后的第一次的正常自诊断中也从顶端地址中的存储区开始查验。

上述背景技术是一般的情况，申请人在申请时知道没有文献对此背景技术进行详细说明。

发明内容

在上述自诊断中，要花费长时间去完成一个循环的自诊断，因为要以地址的顺序依次重复查验要查验的所有存储区。因此，当分别关注初始自诊断和正常自诊断时，常规的PLC具有如下问题。

首先，关注初始自诊断，例如在常规的PLC中花费大约15～30秒去执行初始自诊断。因此，常规PLC所具有的问题是打开电源后的启动慢，并且在打开电源后不能立即对其进行操作。

由于PLC具有正常自诊断，所以可以简单地认为通过省略初始自诊断而使启动更快。然而，即使执行正常自诊断，利用操作过程中的空闲时间执行这种正常自诊断，由此也要花费长时间去完成一个周期的自诊断。例如，为了完成一个循环的正常自诊断，要求在大约20～30分钟的长时间上连续操作PLC而不关闭电源。这里，如果由于某些因素，在一个循环的正常自诊断结束之前，反复发生关闭电源的情况，那么将总是存在没有由正常自诊断完成查验的存储区，显著地降低了PLC的可靠性。因此，不能省略初始自诊断。

特别的，当采用PLC作为用于失效保护的PLC或所谓的“安全PLC”时，其控制多种装置到安全侧(safety side)，例如根据来自用于安全的输入装置的输入信号，停止或操作多种控制目标的装置到安全侧，要求更高的可靠性，用于安全的输入装置例如是紧急停止按钮、人体探测传感器、或用于探测信号线断路的探测器。在这种安全PLC中，不适于省略初始自诊断。

考虑正常自诊断，如果在一个循环的正常自诊断结束之前反复发生关闭电源的情况，那么将总是存在没有由正常自诊断完成查验的存储区。因此，根据该正常自诊断过程，常规的PLC不能够确保足够的可靠性。

此外，由于其花费长时间完成一个循环的正常自诊断，所以当通过关闭PLC的电源而停止操作时，一个循环的正常自诊断不一定结束。因此，在长时间使用中反复开/关PLC的电源时，具有较后查验顺序的存储区的查验次数明显少于具有较前查验顺序的存储区。因此，常规PLC存在问题，即在各个存储区之间的查验频率中存在差别，并且不能实现相同的可靠性。

考虑到上述问题，实现本发明，并且本发明的一个目的是提供一种PLC，其中关注初始自诊断，缩短执行初始自诊断所需要的时间，由此使得打开电源后的启动更快，同时关注正常自诊断，确保足够的可靠性，并且对于要查验的各个存储区实现相同的可靠性。

为了实现上述目的，本发明提供一种具有自诊断单元的可编程控制器，自诊断单元用于通过顺序查验在顺序查验单元中分别分配有地址的多个存储区，来自诊断RAM是否正常，该自诊断单元的特征在于：包括数据存储单元和查验起始单元，数据存储单元用于存储与完成了查验的查验单元相关的数据，查验起始单元用于当在打开电源后发生执行自诊断时，基于存储在数据存储单元中的数据，从在打开电源之前的时刻已经对其完成查验的查验单元的下一个查验单元开始查验。

这里，自诊断单元执行的自诊断可以是初始自诊断或正常自诊断。此外，在数据存储单元中存储的数据可以是与完成了查验的查验单元相关的数据，以使得查验起始单元能够从已经完成查验的查验单元的下一个查验单元开始查验，换句话说，所述数据用于指定在下一次自诊断中开始的查验单元。因此，这些数据例如可以是指示完成了查验的查验单元的数据、指示完成查验的查验单元的下一个查验单元的数据、以及适当内容的数据。

在上述构造的PLC中，如果关闭电源随后再次打开，那么自诊断从上一次关闭电源之前已经完成自诊断的查验单元的下一个查验单元开始查验。换句话说，从上一次关闭电源之前的自诊断继续进行在打开电源后的自诊断。

因此，在自诊断是初始自诊断的情况下，通过重复打开和关闭电源，顺序从第一查验单元到最后查验单元，对所有查验单元完成查验，由此不必通过一次初始自诊断查验所有要查验的存储区。因此，通过一次初始自诊断的查验主体可以是部分存储区。并且通过这样做，缩短了初始自诊断所需要的时间，并且使打开电源后的启动变快。

另一方面，在自诊断是正常自诊断的情况下，即使在一个循环的正常自诊断结束前的阶段的短时间内反复关闭电源，也从在上一次关闭电源之前完成了查验的查验单元的下一个查验单元继续查验，由此随着打开电源的总时间的推移，对具有较后顺序的查验单元安全地执行查验。因此，这种正常自诊断为PLC确保了足够的可靠性。此外，因为正常自诊断为PLC确保了足够的可靠性，所以可以省略初始自诊断。并且通过省略初始自诊断，使打开电源后的PLC的启动显著加快。

此外，即使在一个循环的正常自诊断没有结束的阶段关闭电源，再次打开电源后也从完成了查验的查验单元的下一个查验单元继续查验，由此在具有较前顺序的查验单元和具有较后顺序的查验单元之间在查验次数上没有差异。因此，对各个存储区实现了相同的可靠性。

这样，使用上述构造的PLC，关注初始自诊断，缩短了初始自诊断所需要的时间，由此使得打开电源后的启动变快。另一方面，关注正常自诊断，安全的实现了足够的可靠性。并且对各个存储区实现了相同的可靠性。

在本发明的可编程控制器中，自诊断单元是初始自诊断单元，其在打开电源后立即执行初始自诊断，每次打开电源时初始自诊断单元对一个查验单元执行自诊断，其中将所有要查验的存储区再分到的存储区组是查验单元。

在上述构造的PLC中，在初始自诊断中，由于对于作为一个查验单元的一个存储区组执行初始自诊断，所以与查验所有要查验的存储区相比，缩短了初始自诊断的所需时间。因此，在上述构造的PLC中，使在打开电源后的启动安全的变快了。

此外，在一个初始自诊断中，仅对所有要查验的存储区的一部分进行自诊断，每当重复打开电源时，通过初始自诊断分别顺序地自诊断多个查验单元，由此通过初始自诊断来自诊断所有查验单元。因此，没有没被自诊断的查验单元，并且不削弱可靠性。

除初始自诊断单元之外，本发明的可编程控制器可以进一步包括正常自诊断单元，在可编程控制器本身正常工作的同时，正常自诊断单元通过以所分配地址的顺序从第一存储区到最后存储区依次查验所有要查验的存储区，自诊断RAM是否正常。

在上述构造的PLC中，除初始自诊断之外，执行正常自诊断，进一步提高了可靠性。这种正常自诊断可以如常规的那样在任何时间从顶端地址内的存储区开始查验，或在关闭电源并随后再次打开之后从上一次对其完成查验的存储区的下一个地址内的存储区开始查验。

在本发明的可编程控制器中，将所有要查验的存储区分到两个存储区组。

在上述构造的PLC中，由于查验单元是存储区组，其中将所有存储区分到两个存储区组，当第一次打开电源时使用初始自诊断以及当第二次打开电源时使用初始自诊断，确保对所有要查验的存储区执行查验。即，由于打开电源两次，所以查验了所有要查验的存储区。因此，即使由于某些因素关闭电源，如果此后打开电源，那么与上一次的初始自诊断一起，通过打开电源后的初始自诊断完全查验所有要查验的存储区，由此严格确保了可靠性。

在本发明的可编程控制器中，自诊断单元可以是正常自诊断单元，在可编程控制器正常工作的同时，正常自诊断单元执行自诊断，以及正常自诊断单元可以对作为查验单元的分配有地址的各个存储区进行自诊断。

在上述构造的PLC中，自诊断执行为正常自诊断，并且在打开电源后执行的正常自诊断从当上一次关闭电源时已经完成查验的存储区继续，从下一地址的存储区开始查验。因此，即使也随着打开电源的总时间对具有较后顺序地址的查验单元安全的执行查验。因此，这种正常自诊断能够获得PLC的足够的可靠性。

此外，在具有较前顺序地址的存储区和具有较后顺序的存储区之间在查验次数上没有差异。

本发明的可编程控制器可以进一步包括紧急自诊断单元，用于当查验起始单元不能指定要开始查验的查验单元时，紧急自诊断单元在打开电源后立即以所分配地址的顺序从第一存储区到最后存储区依次查验所有要查验的存储区。

查验起始单元不能指定要开始查验的查验单元的状态是异常状态，例如所有都复位到初始状态的状态、在数据存储单元中存储的数据丢失的状态、或查验起始单元不能够基于存储在数据存储单元中的数据执行处理的状态。在这些异常状态中，在打开电源后立即在上述构造的PLC中由紧急自诊断单元以分配的地址的顺序，从第一存储区到最后存储区依次查验所有要查验的存储区。即，如常规的那样对所有存储区执行初始自诊断。因此，进一步提高了PLC的可靠性。

附图说明

在附图中：

图1是示出使用PLC的设备的结构的原理框图；

图2是示出安全PLC的功能配置的框图；

图3是示出初始自诊断单元(正常自诊断单元)的结构的框图；

图4是示出在初始自诊断中的一个查验单元的例子的说明图；

图5A和5B是对于正常自诊断的说明图，其中图5A是示出了关闭电源状态的说明图，而图5B是示出了打开电源之后的下一时刻启动查验的状态的说明图；

图6是示出在安全PLC中执行的自诊断过程的流程图；和

图7是示出查验存储区的状态的说明图。

具体实施方式

下面将参照附图，详细说明根据本发明的PLC的一个实施例。

图1示意性地示出了使用PLC 40的设备的结构，例如FA(工厂自动化)、或不同的单一工业机械，例如机床、自动装配机和自动焊机。在这个设备中，PLC 40连接到例如限位开关的输入装置10和例如电机的输出装置30，其中PLC 40根据来自输入装置10的信号控制输出装置30的操作，从而控制整个设备的正常操作。

该设备具有安全PLC 50，其连接到用于安全的输入装置20和输出装置30，用于安全的输入装置20例如是紧急停止按钮、人体探测传感器、或用于探测信号线断路的探测器。这个安全PLC 50控制输出装置30到安全侧，例如如果从用于安全的输入装置20输入信号，就通过关闭输出装置30的电源来停止输出装置30的操作，或启动输出装置30到不产生危险的一侧，并且安全PLC 50实现所谓的“失效保护”。并且根据本发明实施例的PLC采用为安全PLC 50。除安全PLC之外，根据本发明实施例的PLC可以采用为用于控制输出装置30的正常操作的PLC，例如PLC 40。

下面将详细说明安全PLC 50。与常规PLC一样，安全PLC 50由包括CPU、ROM和RAM的计算机构成，并且具有自诊断RAM中是否存在任何故障的自诊断功能。此外，本实施例的安全PLC 50执行的自诊断包括打开电源之后立即在启动正常操作之前的准备中进行的初始自诊断、在正常操作中的适当时间反复执行的正常自诊断、以及当在例如内部存储的数据丢失或没有正常执行基于数据的处理时的紧急时刻所执行的紧急自诊断。如图2所示，安全PLC 50具有的功能配置包括用于执行初始自诊断的初始自诊断单元60、用于执行正常自诊断的正常自诊断单元70、以及用于执行紧急自诊断的紧急自诊断单元80。

由正常自诊断单元70执行的正常自诊断和由紧急自诊断单元80执行的紧急自诊断与常规自诊断中的那些是相同的，其中，如果分配有地址的存储区是独立的查验单元，就以地址的顺序从第一地址中的存储区到最后地址中的存储区依次查验要查验的存储区，而初始自诊断单元60执行不同于常规自诊断的自诊断。

下面将详细说明初始自诊断单元60。每当打开电源时，初始自诊断单元60就对一个查验单元执行初始自诊断，其中将所有要查验的存储区再分到多个存储区组，所述存储区组是查验单元。此外，如图3所示，初始自诊断单元60包括数据存储单元61和查验起始单元62。这里，数据存储单元61存储与完成了查验的查验单元相关的数据，而查验起始单元62在打开电源后立即执行的初始自诊断过程中，基于存储在数据存储单元61中的数据，从在打开电源之前的时刻已经完成了查验的查验单元的下一个查验单元开始查验，换句话说，从在上一次打开电源时执行初始自诊断而对其完成查验的查验单元的下一个查验单元开始查验。

在本实施例中，如图4所示，将从第一地址的存储区到第n地址的存储区的所有要查验的存储区分为第一存储区组和第二存储区组的两个存储区。特别的，第一存储区组由从第一地址到第n/2地址的存储区组成，而第二存储区组由从第(n/2+1)地址到第n地址的存储区组成，其中第一存储区组和第二存储区组是平分的。

因此，打开电源后，本实施例的安全PLC 50立即对在上一次打开电源后立即完成(进行)查验的一个查验单元的这一组存储区组的下一存储区组执行初始自诊断。例如，如果在上一次打开电源时对第一存储区组进行初始自诊断，那么在下一次打开电源时对第二存储区组执行初始自诊断。这里，在对一组存储区组执行初始自诊断过程中，通过几乎与常规执行方法相同的方法，以地址的顺序依次查验分配有地址的存储区。

虽然在本实施例中将所有存储区分为两个，但是可以将存储区分为三个或更多。在这种情况下，优选的，划分存储区使得存储区组可以是相等的。因为每次打开电源进行初始自诊断所要求的时间可以不变。

在本实施例中，虽然在正常操作期间由正常自诊断单元70反复执行一个循环的正常自诊断，如常规执行的那样，但是这个正常自诊断单元70可以通过以地址顺序依次查验要查验的存储区来执行正常自诊断，这里分配有地址的存储区是查验单元，其中如图3所示，正常自诊断单元70可包括数据存储单元71和查验起始单元72，数据存储单元71存储与完成了查验的查验单元相关的数据，而查验起始单元72在打开电源后执行的自诊断过程中，基于存储在数据存储单元71中的数据，从在打开电源之前的时刻已经对其完成查验的查验单元的下一个查验单元开始查验。

这样，在完成对所有要查验的存储区的查验之前，换句话说，在完成一个循环的正常自诊断之前，即使关闭电源，在下一次打开电源后的正常操作期间执行第一正常自诊断过程中，也能够从已经完成查验的存储区的下一个地址中的存储区开始查验，而不重复查验在上一次关闭电源之前已经完成查验的存储区。例如，在查验从第一地址到第n地址的存储区的情况下，即使当完成了从第一地址内的存储区到第x地址内的存储区(见图5A所示的图中的斜线部分)的查验时关闭电源，也能够在下次打开电源后执行的第一正常自诊断中从第(x+1)地址内的存储区开始查验，如图5B所示。

当在存储在数据存储单元61、71中的数据丢失的情况下，或在即使存储了数据但查验起始单元62、72也没有从下一个查验单元开始自诊断的情况下，不能由查验起始单元62、72确定查验单元以开始查验时，可能是安全PLC 50异常。因此，在这种情况下，在打开电源后立即由紧急自诊断单元80以分配的地址的顺序，从第一存储区到最后存储区依次查验所有要查验的存储区。即，执行具有与常规初始自诊断相同内容的紧急自诊断。因此，当在安全PLC 50中存在故障时，检测故障，防止伴随异常条件的可能性而启动正常操作的不一致。

参照图6的流程图，下面将说明本实施例的安全PLC中执行的自诊断程序。下文中，将说明用于执行初始自诊断的程序，但是在括号中示出了正常自诊断的程序，而省略了它的说明。

首先，在打开电源后(在操作过程中执行第一正常自诊断的时刻)，立即在步骤S10确定是否能够指定要开始的查验单元。这里，查验单元是存储区组(存储区)，并且如果能够由查验起始单元62(72)基于存储在数据存储单元61(71)中的数据，指定要开始的查验单元，即，如果在步骤S10的回答是“是”，那么程序进行到步骤S20，以执行初始自诊断(正常自诊断)，从这个查验单元开始查验。此后，程序进行到步骤S40。

另一方面，如果确定不能够指定查验单元，即，如果在步骤S10的回答是“否”，那么程序进行到步骤S30，以执行紧急自诊断。此后，程序进行到步骤S40。

在步骤S40，与完成了查验的查验单元相关的数据被存储在数据存储单元61(71)中，并且程序结束。这里，数据存储单元61(71)可以存储数据，所述数据本身指示完成了查验的查验单元，或指示下一次开始查验的查验单元。此外，在执行紧急自诊断之后存储的数据是与在最后地址中的存储区所属的查验单元相关的数据。

在正常自诊断中，在数据存储单元71中存储数据的时刻可以出现在每次完成对单独查验单元的查验时。然而，在这种情况下，由于每次完成查验时都需要存储数据的过程，所以在安全PLC操作的同时花费较长的时间执行一个周期的正常自诊断。因此，单独提供电源中断探测部件，用于探测电源关闭，并且在由电源中断探测部件探测到电源关闭之后，使用备用电源，优选地存储与已经完成查验的查验单元有关的数据。

工业实用性

如上所述，根据本发明，关注初始自诊断，缩短了初始自诊断所需要的时间，由此能够提供在打开电源之后更快启动的PLC。另一方面，关注正常自诊断，确保实现了足够的可靠性，由此能够提供对要查验的各个存储区实现相同可靠性的PLC。

Claims (6)

1.一种可编程控制器，包括：

存储装置，具有分别分配有地址的多个存储区；以及

自诊断单元，通过顺序查验以多个查验单元为单位的存储区，对于存储装置是否正常执行自诊断，

其中，所述自诊断单元包括：

数据存储单元，存储与完成了查验的查验单元相关的数据；以及

查验起始单元，当在打开电源后执行自诊断时，其基于存储在数据存储单元中的数据，从在打开电源之前的时刻已经完成查验的查验单元的下一个查验单元开始查验。

2.根据权利要求1的可编程控制器，其中所述自诊断单元是初始自诊断单元，其在打开电源后立即执行初始自诊断，并且

其中每次打开电源时所述初始自诊断单元对多个查验单元之一执行自诊断，其中将所有要查验的存储区再分到的存储区组是查验单元。

3.根据权利要求2的可编程控制器，进一步包括正常自诊断单元，在可编程控制器正常工作的同时，所述正常自诊断单元通过以所分配地址的顺序从第一存储区到最后存储区依次查验所有要查验的存储区，对于存储装置是否正常执行自诊断。

4.根据权利要求2和3的任意一个的可编程控制器，其中将所有要查验的存储区分到两个存储区组。

5.根据权利要求1的可编程控制器，其中所述自诊断单元是正常自诊断单元，在可编程控制器正常工作的同时，所述正常自诊断单元执行自诊断，以及

其中所述正常自诊断单元对作为查验单元的各个存储区执行自诊断。

6.根据权利要求1～5任意一个的可编程控制器，进一步包括紧急自诊断单元，当所述查验起始单元不能指定要开始查验的查验单元时，所述紧急自诊断单元在打开电源后立即以所分配地址的顺序从第一存储区到最后存储区依次查验所有要查验的存储区。

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