一種基于單片機的現(xiàn)場可編程智能控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于單片機的現(xiàn)場可編程智能控制系統(tǒng)，包括一組或多組由通過總線連接的主機、從機和擴展機組成的子控制系統(tǒng)；主機用于處理擴展機所采集到的現(xiàn)場信號，并通過擴展機向現(xiàn)場設備發(fā)出控制信號；從機用于現(xiàn)場信號的傳輸；擴展機用于現(xiàn)場信號的采集、轉換以及向現(xiàn)場設備傳送控制信號。本實用新型通過設置一組或多組子控制系統(tǒng)，每組子控制系統(tǒng)包括通過總線連接的主機、從機和擴展機；能夠根據(jù)不同的現(xiàn)場可設計出不同的現(xiàn)場信號模塊組合方式，代替接觸器、繼電器控制系統(tǒng)實現(xiàn)對現(xiàn)場設備的信號采集及控制，能夠極大地降低企業(yè)制造成本，保證中小型企業(yè)中研發(fā)生產。
【專利說明】一種基于單片機的現(xiàn)場可編程智能控制系統(tǒng)【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種控制系統(tǒng)，尤其涉及一種基于單片機的現(xiàn)場可編程智能控制系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]隨著科技的進步，可編程序控制器(PLC)在工業(yè)現(xiàn)場控制中發(fā)揮著越來越重要作用。目前，市場上的PLC大都為技術實力雄厚的大型企業(yè)生產，如日本的三菱、歐姆龍，德國的西門子等廠家。這些廠家具有豐富的電子產品生產經驗和完善的技術鏈條，廠家中負責生產集成電路的部門可以完成對PLC的硬件、軟件、上位機開發(fā)軟件和配套設備的設計、制造、銷售和培訓等的一系列過程，甚至包括PLC內部的處理器芯片。這些主流可編程序控制器功能完善、可靠性很高，但設計制造過程十分復雜，從硬件電路的設計到上位機軟件的開發(fā)是一個異常巨大繁瑣的系統(tǒng)工程，只有大型企業(yè)才具備這樣的條件，而中小型企業(yè)很難進入PLC設計制造領域。
[0003]在當前PLC的應用場所之中，并不是所有的地方都需要功能復雜、完善的PLC。目前通行的PLC，除了具有基本指令之外，還具有復雜的功能指令、現(xiàn)場總線功能和聯(lián)機通信、功能模塊擴展功能，以及一些相關的工控設備，如觸摸屏等，極大地增加了 PLC的成本，導致PLC價格十分昂貴。而在很多應用場所，上述功能中的大多數(shù)都是用不上的，如控制單獨工作、工作過程不太復雜的機械設備、簡單的過程控制設備等，如果使用目前功能完善的PLC將會導致使用成本急劇升高；如果采用接觸器、繼電器控制又會造成產品可靠性的下降；若要直接采用單片機控制，由于單片機開發(fā)過程異常復雜，將會增加開發(fā)成本與產品開發(fā)周期。因此，亟需一 種低成本、具有基本邏輯指令和簡單聯(lián)機擴展功能的PLC，能夠降低企業(yè)制造成本，代替接觸器、繼電器控制系統(tǒng)以提高控制可靠性，方便靈活的應用于中小型企業(yè)中研發(fā)生產。
實用新型內容
[0004]本實用新型的目的是提供一種基于單片機的現(xiàn)場可編程智能控制系統(tǒng)，能夠降低企業(yè)制造成本，代替接觸器、繼電器控制系統(tǒng)以提高控制可靠性，方便靈活的應用于中小型企業(yè)中研發(fā)生產。
[0005]本實用新型采用下述技術方案:
[0006]一種基于單片機的現(xiàn)場可編程智能控制系統(tǒng)，包括一組或多組由通過總線連接的主機、從機和擴展機組成的子控制系統(tǒng)；
[0007]主機用于處理擴展機所采集到的現(xiàn)場信號，并通過擴展機向現(xiàn)場設備發(fā)出控制信號；主機由通過總線連接的處理模塊、現(xiàn)場接口模塊和現(xiàn)場信號模塊組成；處理模塊與上位機或其它子控制系統(tǒng)中主機內的處理模塊進行通信；處理模塊還通過現(xiàn)場接口模塊與主機內的現(xiàn)場信號模塊、從機和擴展機進行通信；
[0008]從機用于現(xiàn)場信號的傳輸；從機由通過總線連接的現(xiàn)場接口模塊和現(xiàn)場信號模塊組成；
[0009]擴展機用于現(xiàn)場信號的采集、轉換以及向現(xiàn)場設備傳送控制信號；擴展機由現(xiàn)場信號模塊組成。
[0010]所述子控制系統(tǒng)包括多臺從機和多臺擴展機。
[0011 ] 所述現(xiàn)場信號模塊包括模擬量模塊和開關量信號模塊。
[0012]所述處理模塊包括分別與單片機連接的輸入、輸出接口和通信接口模塊，通信接口模塊包括上位通信口和下位通信口，處理模塊通過上位通信口與上位機或其它子控制系統(tǒng)中主機內的單片機進行通信；處理模塊通過下位通信口與現(xiàn)場接口模塊連接，實現(xiàn)與主機內的現(xiàn)場信號模塊、從機和擴展機進行通信。
[0013]所述輸入接口由4路模擬+8路數(shù)字接線端子、RC濾波和光電隔離電路構成，輸出接口包括8路數(shù)字繼電器、2路模擬繼電器和2路模擬指示燈輸出；上位通信口采用RS422接口、RS232接口和RS485接口 ；下位通信口采用SPI總線通信接口。
[0014]所述現(xiàn)場接口模塊包括雙向SPI通信接口和現(xiàn)場信號模塊接口；雙向SPI通信接口連接處理模塊和/或現(xiàn)場接口模塊；現(xiàn)場信號模塊接口連接現(xiàn)場信號模塊。
[0015]所述任意一組子控制系統(tǒng)中主機內設置的處理模塊均通過上位通信口和總線與上位機、其他各組子控制系統(tǒng)中主機內設置的處理模塊進行通信；任意一組子控制系統(tǒng)中主機內設置的處理模塊均連接不超過7臺從機，多臺從機采用SPI環(huán)形總線結構連接；與主機相連的多臺從機內的現(xiàn)場接口模塊之間設置有輔助通信鏈路，輔助通信鏈路為一主多從模式的UART通信鏈路。
[0016]所述現(xiàn)場接口模塊連接一臺模擬量模塊或多臺開關量信號模塊。
[0017]每一個與現(xiàn)場接口模塊連接的開關量信號模塊連接多臺開關量信號模塊。
[0018]所述的開關量信號模塊設置有32個1點,包括16個輸入點和16個輸出點；所述的模擬量模塊設置有3個模擬量輸入通道和3個模擬量輸出通道。
[0019]本實用新型通過設置一組或多組子控制系統(tǒng)，每組子控制系統(tǒng)包括通過總線連接的主機、從機和擴展機；能夠根據(jù)不同的現(xiàn)場可設計出不同的現(xiàn)場信號模塊組合方式，代替接觸器、繼電器控制系統(tǒng)實現(xiàn)對現(xiàn)場設備的信號采集及控制，能夠極大地降低企業(yè)制造成本，保證中小型企業(yè)中研發(fā)生產。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為本實用新型的原理框圖。
【具體實施方式】
[0021]如圖1所示，本實用新型所述的一種基于單片機的現(xiàn)場可編程智能控制系統(tǒng)，由一組或多組子控制系統(tǒng)組成；子控制系統(tǒng)包括通過總線連接的主機、從機和擴展機；每組子控制系統(tǒng)可包括多臺從機和多臺擴展機。
[0022]主機用于處理擴展機所采集到的現(xiàn)場信號，并通過擴展機向現(xiàn)場設備發(fā)出控制信號；主機由通過總線連接的處理模塊、現(xiàn)場接口模塊和現(xiàn)場信號模塊組成。處理模塊與上位機或其它子控制系統(tǒng)中主機內的處理模塊進行通信；處理模塊還通過現(xiàn)場接口模塊與主機內的現(xiàn)場信號模塊、從機和擴展機進行通信。[0023]主機內的處理模塊包括分別與單片機連接的輸入、輸出接口和通信接口模塊，輸入接口由4路模擬+8路數(shù)字接線端子、RC濾波和光電隔離電路構成，輸出接口包括8路數(shù)字繼電器、2路模擬繼電器和2路模擬指示燈輸出；通信接口模塊包括上位通信口和下位通信口，上位通信口可采用RS422接口、RS232接口和RS485接口 ；下位通信口采用SPI總線通信接口。處理模塊通過上位通信口與上位機或其它子控制系統(tǒng)中主機內的處理模塊進行通信，實現(xiàn)對上位機中的程序下載和通信，以及與其它子控制系統(tǒng)中主機的聯(lián)機工作；處理模塊通過下位通信口與現(xiàn)場接口模塊連接，實現(xiàn)與主機內的現(xiàn)場信號模塊、從機和擴展機進行通信。
[0024]輸入、輸出接口和通信接口模塊均屬于本領域管用技術手段，在此不再贅述。單片機由低功耗8位RISC芯片、EEPROM芯片、總線通信接口芯片構成。
[0025]主機內的現(xiàn)場接口模塊包括雙向SPI通信接口和現(xiàn)場信號模塊接口；雙向SPI通信接口用于連接本主機內的處理模塊和/或其他從機內的現(xiàn)場接口模塊；現(xiàn)場信號模塊接口連接現(xiàn)場信號模塊?，F(xiàn)場接口模塊還可以連接LED點陣，用于現(xiàn)場信號的指示。
[0026]主機內的現(xiàn)場信號模塊包括模擬量模塊和開關量信號模塊。現(xiàn)場信號模塊由采集電路、光電隔離電路、放大器、信號寄存器等構成，可以將現(xiàn)場設備的開關量信號或模擬量信號轉換為數(shù)據(jù)，通過現(xiàn)場接口模塊傳輸至主機。開關量信號模塊設置有32個1點，包括16個輸入點和16個輸出點；模擬量模塊設置有3個模擬量輸入通道和3個模擬量輸出通道。主機內的現(xiàn)場接口模塊可連接一臺模擬量模塊或多臺開關量信號模塊，每一個與主機內的現(xiàn)場接口模塊連接的開關量信號模塊又可以連接多臺開關量信號模塊。
[0027]當本實用新型中保護多組子控制系統(tǒng)時，任意一組子控制系統(tǒng)中主機內設置的處理模塊均通過上位通信口和總線與上位機、其他各組子控制系統(tǒng)中主機內設置的處理模塊進行通信。
[0028]從機用于現(xiàn)場信號的傳輸；從機由通過總線連接的現(xiàn)場接口模塊和現(xiàn)場信號模塊組成；
[0029]從機內的現(xiàn)場接口模塊包括雙向SPI通信接口和現(xiàn)場信號模塊接口；雙向SPI通信接口用于連接本組子控制系統(tǒng)中主機內的現(xiàn)場接口模塊和/或本組子控制系統(tǒng)中其他從機內的現(xiàn)場接口模塊；現(xiàn)場信號模塊接口連接現(xiàn)場信號模塊。
[0030]從機內的現(xiàn)場信號模塊與主機內的現(xiàn)場信號模塊相同，包括模擬量模塊和開關量信號模塊，在此不再贅述。從機內的現(xiàn)場接口模塊可連接一臺模擬量模塊或多臺開關量信號模塊，每一個與從機內的現(xiàn)場接口模塊連接的開關量信號模塊又可以連接多臺開關量信號模塊。
[0031]當任意一組子控制系統(tǒng)中的主機連接有多臺從機時，多臺從機采用SPI環(huán)形總線結構連接；與主機相連的多臺從機內的現(xiàn)場接口模塊之間設置有輔助通信鏈路，輔助通信鏈路為一主多從模式的UART通信鏈路，用于現(xiàn)場接口模塊之間的自檢測、數(shù)據(jù)校驗和備用數(shù)據(jù)通信。
[0032]擴展機用于現(xiàn)場信號的采集、轉換以及向現(xiàn)場設備傳送控制信號；擴展機由現(xiàn)場信號模塊組成，擴展機內的現(xiàn)場信號模塊采用開關量信號模塊。開關量信號模塊設置有32個1點，包括16個輸入點和16個輸出點。每一個與從機內的開關量信號模塊連接的擴展機又可以連接多臺擴展機。[0033]本實用新型中，任意一組子控制系統(tǒng)中主機內的處理模塊可通過上位通信口與上位機或其它子控制系統(tǒng)中主機內的處理模塊進行通信，考慮到總線驅動能力和信號鏡像寄存器容量的限制，本實施例中，子控制系統(tǒng)的數(shù)量最好不超過8組。任意一組子控制系統(tǒng)中主機內的處理模塊可通過TTL電平的SPI總線通信接口與多臺從機連接，考慮到TTL電平的傳輸距離和傳輸可靠性，與同一臺主機連接的從機數(shù)量不超過7臺，且主機與從機、從機與從機間的距離不宜過大。本實用新型中現(xiàn)場信號模塊的設計靈活，在保證信號標準的前提下，不同的現(xiàn)場可設計出不同的現(xiàn)場信號模塊組合方式，且現(xiàn)場信號模塊可以設計出不同數(shù)量的1接口或模擬通道數(shù)量?？紤]到信號的傳輸距離和傳輸可靠性，本實施例中，主機和從機內的現(xiàn)場接口模塊均可連接I臺模擬量模塊或不超過4臺開關量信號模塊，每一個與現(xiàn)場接口模塊連接的開關量信號模塊又可以連接不超過3臺開關量信號模塊。開關量信號模塊設置有32個1點，包括16個輸入點和16個輸出點；模擬量模塊設置有3個模擬量輸入通道和3個模擬量輸出通道。
[0034]以本實用新型的最佳實施方式為例，本實用新型通過設置8組子控制系統(tǒng)，可實現(xiàn)8臺主機的聯(lián)機使用，每一組子控制系統(tǒng)中的主機又可連接7臺從機，每一個采用開關量信號模塊的從機又可與3臺擴展機連接，組合方式靈活多變，可實現(xiàn)最多具有1024個字節(jié)、8192個點的現(xiàn)場信號處理能力。子控制系統(tǒng)中的主機為運算核心，每一組子控制系統(tǒng)中的主機都具有信號處理能力，從機和擴展機起到信號轉換和傳輸功能。
【權利要求】
1.一種基于單片機的現(xiàn)場可編程智能控制系統(tǒng)，其特征在于:包括一組或多組由通過總線連接的主機、從機和擴展機組成的子控制系統(tǒng)； 主機用于處理擴展機所采集到的現(xiàn)場信號，并通過擴展機向現(xiàn)場設備發(fā)出控制信號；主機由通過總線連接的處理模塊、現(xiàn)場接口模塊和現(xiàn)場信號模塊組成；處理模塊與上位機或其它子控制系統(tǒng)中主機內的處理模塊進行通信；處理模塊還通過現(xiàn)場接口模塊與主機內的現(xiàn)場信號模塊、從機和擴展機進行通信； 從機用于現(xiàn)場信號的傳輸；從機由通過總線連接的現(xiàn)場接口模塊和現(xiàn)場信號模塊組成； 擴展機用于現(xiàn)場信號的采集、轉換以及向現(xiàn)場設備傳送控制信號；擴展機由現(xiàn)場信號模塊組成。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于單片機的現(xiàn)場可編程智能控制系統(tǒng)，其特征在于:所述子控制系統(tǒng)包括多臺從機和多臺擴展機。
3.根據(jù)權利要求2所述的基于單片機的現(xiàn)場可編程智能控制系統(tǒng)，其特征在于:所述現(xiàn)場信號模塊包括模擬量模塊和開關量信號模塊。
4.根據(jù)權利要求3所述的基于單片機的現(xiàn)場可編程智能控制系統(tǒng)，其特征在于:所述處理模塊包括分別與單片機連接的輸入、輸出接口和通信接口模塊，通信接口模塊包括上位通信口和下位通信口，處理模塊通過上位通信口與上位機或其它子控制系統(tǒng)中主機內的單片機進行通信；處理模塊通過下位通信口與現(xiàn)場接口模塊連接，實現(xiàn)與主機內的現(xiàn)場信號模塊、從機和擴展機進行通信。
5.根據(jù)權利要求4所述的基于單片機的現(xiàn)場可編程智能控制系統(tǒng)，其特征在于:所述輸入接口由4路模擬+8路數(shù)字接線端子、RC濾波和光電隔離電路構成，輸出接口包括8路數(shù)字繼電器、2路模擬繼電器和2路模擬指示燈輸出；上位通信口采用RS422接口、RS232接口和RS485接口 ；下位通信口采用SPI總線通信接口。
6.根據(jù)權利要求5所述的基于單片機的現(xiàn)場可編程智能控制系統(tǒng)，其特征在于:所述現(xiàn)場接口模塊包括雙向SPI通信接口和現(xiàn)場信號模塊接口 ；雙向SPI通信接口連接處理模塊和/或現(xiàn)場接口模塊；現(xiàn)場信號模塊接口連接現(xiàn)場信號模塊。
7.根據(jù)權利要求6所述的基于單片機的現(xiàn)場可編程智能控制系統(tǒng)，其特征在于:所述任意一組子控制系統(tǒng)中主機內設置的處理模塊均通過上位通信口和總線與上位機、其他各組子控制系統(tǒng)中主機內設置的處理模塊進行通信；任意一組子控制系統(tǒng)中主機內設置的處理模塊均連接不超過7臺從機，多臺從機采用SPI環(huán)形總線結構連接；與主機相連的多臺從機內的現(xiàn)場接口模塊之間設置有輔助通信鏈路，輔助通信鏈路為一主多從模式的UART通信鏈路。
8.根據(jù)權利要求7所述的基于單片機的現(xiàn)場可編程智能控制系統(tǒng)，其特征在于:所述現(xiàn)場接口模塊連接一臺模擬量模塊或多臺開關量信號模塊。
9.根據(jù)權利要求8所述的基于單片機的現(xiàn)場可編程智能控制系統(tǒng)，其特征在于:每一個與現(xiàn)場接口模塊連接的開關量信號模塊連接多臺開關量信號模塊。
10.根據(jù)權利要求9所述的基于單片機的現(xiàn)場可編程智能控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的開關量信號模塊設置有32個1點，包括16個輸入點和16個輸出點；所述的模擬量模塊設置有3個模擬量輸入通道和3個模擬量輸出通道。
【文檔編號】G05B19/05GK203825425SQ201320721975
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2013年11月16日 優(yōu)先權日:2013年11月16日
【發(fā)明者】王清珍, 路康, 張莉 申請人:王清珍