一种基于SPARC 架构CPU 的PLC 嵌入式实时安全控制运行系统及其运行方法技术方案

本发明专利技术属于工业控制领域，具体涉及一种基于SPARC架构CPU的PLC嵌入式实时安全控制运行系统及其运行方法，所述安全控制运行系统包括：主任务模块、通信模块、加载运行模块、IO管理模块、外部库模块、辅助功能模块、诊断模块、冗余模块、掉电保护模块、Modbus模块；所述主任务模块能分别调用加载运行模块、通信模块、IO管理模块、辅助功能模块、掉电保护模块和冗余模块；所述通信模块能分别调用加载运行模块、IO管理模块、诊断模块和Modbus模块；所述加载运行模块能调用外部库模块；所述运行方法包括主任务初始化、喂狗、写O数据、读I数据、运行*.nbp工程文件、运行周期控制。本发明专利技术填补了目前中国国产安全PLC的空白，具有安全性、实用性、通用性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于工业控制领域，具体涉及一种基于SPARC架构CPU的PLC嵌入式实时安全控制运行系统及其运行方法。
技术介绍
中国自80年代初引进PLC(Programmable Logic Control Ier，可编程逻辑控制器)，通过技术引进、消化吸收、仿制和国产化，使中国PLC产品近年来有较大的发展，小型PLC的有些品种己批量生产，中型PLC己有产品，大型PLC己开始研制。但是到目前为止，中国国内PLC形成产品化生产的企业约30多家，年产量超过1000台的不到10家，而且目前中国国内用户选用PLC产品仍以国外产品为主，中国国内产品的市场占有率不超过10 %，有自主产权的PLC则更少，PLC的核心技术一直把握在欧、美、日本等工业发达国家手里。但中国市场对PLC的需求却以年递增率12%的速度增长。PLC作为目前工业自动化的重要基础设备，被称为“工业自动化三大支柱性产业之一”，在各工业生产领域发挥着愈来愈大的作用，在汽车制造、粮食加工、化学药品、金属冶炼、矿山开发，造纸业等多行业广泛使用。中国的PLC不能只停留在消化性研究的水平上，亟需有自主产权的新型的PLC的出现。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对目前中国国产安全PLC的空白，提供一种基于SPARC(Scalable Processor ARChitecture，可扩充处理器架构)架构CPU的PLC嵌入式实时安全控制运行系统(SCRS(Safety&Security Control Running System))及其运行方法。本专利技术解决问题的技术方案是:提供一种基于SPARC架构CPU的PLC嵌入式实时安全控制运行系统，包括:用于作为所述安全控制运行系统的入口的主任务模块；用于与上位机进行通信和信息交互的通信模块；用于从PLC可执行*.nbp工程文件中解析出用户程序并运行所述用户程序的加载运行模块；用于与现场设备进行10(Input/Output，输入输出)通信的10管理模块；用于兼容IEC61131_3标准的外部库模块；辅助功能模块；用于用户逻辑组态程序自诊断的诊断模块；用于保障所述安全控制运行系统的安全的冗余模块；用于保障掉电时的数据安全的掉电保护模块；用于兼容通用的Modbus总线协议的Modbus模块；所述主任务模块能分别调用加载运行模块、通信模块、10管理模块、辅助功能模块、掉电保护模块和冗余模块;所述通信模块能分别调用加载运行模块、10管理模块、诊断模块和Modbus模块;所述加载运行模块能调用外部库模块。进一步地，所述安全控制运行系统位于下位机的CPU模块中，且通过TCP/IP或RS232接口与所述上位机相连。进一步地，所述下位机为用于采集和传输原始数据的PLC(Programmable LogicController，可编程逻辑控制器)，所述PLC由所述CPU模块、耦合器模块、模拟输入量模块、模拟输出量模块、数字输入量模块、数字输出量模块和末端模块组成，所述CHJ模块、耦合器模块、模拟输入量模块、模拟输出量模块、数字输入量模块、数字输出量模块和末端模块分别通过同一个EtherCAT现场总线和现场设备相连。进一步地，所述CPU模块包括基于SPARC架构的CPU，以及分别与所述基于SPARC架构的CPU连接的SDRAM(Synchronous Dynamic Random Access Memory，同步动态随机存储器)、DPRAM(Double Port Random Access Memory，双口随机存取存储器)、PROM(Programmable Read-Only Memory，可编程只读存储器)、GP10(General Purpose InputOutput通用输入输出口或总线扩展器)、TIMER(定时器)、UART(Universal AsynchronousReceiver/Transmitter，通用异步收发传输器)、DSU(Debug Support Unit，调试支持单元)、AD(数模转换)单元、EtherNet(以太网)单元、12C(Inter — Integrated Circuit，内部集成电路)串行总线。进一步地，所述CPU模块还包括安全控制操作系统(SCOS (Saf ety&Secur ityControl Operating System))，所述安全控制操作系统包括安全内核、文件系统驱动单元、EtherCAT协议栈、以太网协议栈、运行周期控制时钟、硬件设备驱动单元，所述硬件设备驱动单元和安全内核相连，所述安全内核分别与文件系统驱动单元、EtherCAT协议桟、以太网协议栈、运行周期控制时钟相连。进一步地，所述上位机中配置有用于PLC逻辑组态、网络组态、编译、登录、下装、监视变量、诊断的 SC-ProSys模块，所述SC-ProSys (Security&Safety Contro 1-ProgramSystem，安全控制编程系统)模块为安全控制编程工具。 进一步地，所述现场设备包括智能仪表、传感器和阀门。进一步地，所述主任务模块中设有看门狗子模块;所述外部库模块设有符合IEC61131-3标准的外部库接口；所述冗余模块采用基于双机热备的冗余架构，所述双机热备为二取一模式，所述双机热备中主机运算，从机不运算。进一步地，所述辅助功能模块包括:用于辅助诊断错误的日志子模块；用于通过不同的闪烁方式来体现系统状态的状态显示子模块；用于自动进行异常处理的异常处理子模块；所述辅助功能模块的各个子模块用于保障PLC基本功能的正常运行。所述基于SPARC架构CPU的PLC嵌入式实时安全控制运行系统的运行方法，包括如下步骤:步骤1:主任务初始化:包括安全控制运行系统时钟初始化、通信初始化、状态显示初始化、加载初始化、10初始化、看门狗超时时间及任务周期初始化；步骤2:喂狗:主任务每循环一次喂一次看门狗，每次下装时重新配置任务周期；步骤3:写输出数据(写O数据):从数据区向DPRAM写需要改写的输出数据；步骤4:写输入数据(读I数据):从DPRAM将所有输入数据读入数据区；步骤5:运行*.nbp工程文件:根据现行状态是否为运行状态来确定是否执行*.nbp工程文件；步骤6:安全控制运行系统与SC-ProSys模块通信:步骤6.1:接收通信帧头:通过CRC(Cyclic Redundancy Check，循环冗余检验)校验判断通信帧头是否正确；步骤6.2:接收通信帧数据:通过CRC校验判断通信帧数据是否正确，解析出通信服务编码;通信服务编码是自定义协议时为每个通信服务绑定的唯一编码；步骤6.3:根据服务编码进行不同服务处理:根据编码进入相应分支进行处理，处理包括:加载运行、变量监视与修改、日志查询、诊断、登录、退出、开始、停止；步骤7:运行周期控制:控制周期运行时间，保证任务执行为一个周期时间，如任务提前结束则需要主任务延时余下的时间。进一步地，所述上位机运行SC-ProSys模块，所述下位机运行安全控制运行系统。根据自定义的通信协议得到如下的上下位交互关系:(I)所述上位机的SC-ProSys模块对下位机的安全控制运行系统能进行登录、监视、退出登录、退出监视、开始运行和停止运本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于SPARC架构CPU的PLC嵌入式实时安全控制运行系统，其特征在于，包括：用于作为所述安全控制运行系统的入口的主任务模块；用于与上位机进行通信和信息交互的通信模块；用于从PLC可执行*.nbp工程文件中解析出用户程序并运行所述用户程序的加载运行模块；用于与现场设备进行IO通信的IO管理模块；用于兼容IEC61131‑3标准的外部库模块；辅助功能模块；用于用户逻辑组态程序自诊断的诊断模块；用于保障所述安全控制运行系统的安全的冗余模块；用于保障掉电时的数据安全的掉电保护模块；用于兼容Modbus总线协议的Modbus模块；所述主任务模块能分别调用加载运行模块、通信模块、IO管理模块、辅助功能模块、掉电保护模块和冗余模块；所述通信模块能分别调用加载运行模块、IO管理模块、诊断模块和Modbus模块；所述加载运行模块能调用外部库模块。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：丰大军，赵德政，贡春燕，赵乾伟，
申请(专利权)人：中国电子信息产业集团有限公司第六研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11