專利名稱：一種支持PLC通信的EtherNet/IP模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種EtherNet/IP模塊，尤其涉及一種支持PLC通信的 EtherNet/IP 模塊。
背景技術(shù)：
長期以來，PLC (可編程控制器)始終處于工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域的主戰(zhàn)場(chǎng)，為各種各樣的自動(dòng)化控制設(shè)備提供了非?？煽康目刂茟?yīng)用。其主要原因，在于它能夠?yàn)樽詣?dòng)化控制應(yīng)用提供安全可靠和比較完善的解決方案，適合于當(dāng)前工業(yè)企業(yè)對(duì)自動(dòng)化的需要。與此同時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)總線的出現(xiàn)使工業(yè)控制系統(tǒng)向分散化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化發(fā)展成為可能，從而使工業(yè)控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)和功能結(jié)構(gòu)產(chǎn)生重大變革。另一方面，由于工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)正向分布式、智能化的實(shí)時(shí)控制方面發(fā)展，用戶要求企業(yè)從現(xiàn)場(chǎng)控制層到管理層能實(shí)現(xiàn)全面的無縫信息集成，并提供一個(gè)開放的基礎(chǔ)構(gòu)架，這些都要求控制網(wǎng)絡(luò)使用開放的、 透明的通信協(xié)議，但是以前的系統(tǒng)往往無法滿足這些要求，近年國際工業(yè)控制領(lǐng)域的共同趨勢(shì)是使用基于IEEE802. 3和TCP/IP的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，形成新型的基于以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)，即“工業(yè)以太網(wǎng)”。所謂工業(yè)以太網(wǎng)，一般來講是指技術(shù)上與商用以太網(wǎng)(IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn))兼容，又針對(duì)工業(yè)應(yīng)用采取了改進(jìn)措施使其更加適用于工業(yè)場(chǎng)合。隨著工業(yè)控制技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展，PLC的通信聯(lián)網(wǎng)功能在日趨復(fù)雜和大型化的工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用，工業(yè)以太網(wǎng)在技術(shù)和實(shí)際應(yīng)用中的適用性、可行性、發(fā)展性上具有很大的優(yōu)勢(shì)，在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中具有巨大的發(fā)展?jié)摿Γ殉蔀楣I(yè)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展方向。目前，具有工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)功能的PLC領(lǐng)域國內(nèi)沒有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品。 近年，國內(nèi)有一些大學(xué)、企業(yè)對(duì)網(wǎng)絡(luò)化PLC控制技術(shù)開展了研究，先后推出了一些具有通信功能的小型產(chǎn)品，但都是基于Modbus或ftx)fibUS-DP等現(xiàn)場(chǎng)總線，無法滿足市場(chǎng)上各個(gè)領(lǐng)域遠(yuǎn)距離、實(shí)時(shí)、高效、大數(shù)據(jù)量的網(wǎng)絡(luò)化控制功能要求。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種支持PLC通信的EtherNet/IP模塊， 可將多個(gè)PLC模塊便捷、高速地接入KherNet/IP網(wǎng)絡(luò)，從而解決PLC模塊之間相互通信的問題。本實(shí)用新型為解決上述技術(shù)問題而采用的技術(shù)方案是提供一種支持PLC通信的 EtherNet/IP模塊，包括電源模塊、時(shí)鐘復(fù)位模塊、CPU模塊、存儲(chǔ)器模塊和以太網(wǎng)接口模塊，其中，所述CPU模塊通過內(nèi)部總線和FPGA模塊相連，所述FPGA模塊通過底板總線和PLC 模塊相連。上述的支持PLC通信的EtherNet/IP模塊，其中，所述CPU模塊為ARM9芯片模塊。上述的支持PLC通信的KherNet/IP模塊，其中，所述電源模塊的輸出電壓為 3. 3V。[0010]本實(shí)用新型對(duì)比現(xiàn)有技術(shù)有如下的有益效果本實(shí)用新型提供的支持PLC通信的 EtherNet/IP模塊，通過FPGA模塊與PLC模塊定期交互數(shù)據(jù)，可將多個(gè)PLC模塊便捷、高速地接入KherNet/IP網(wǎng)絡(luò)，從而解決PLC模塊之間相互通信的問題。

圖1為本實(shí)用新型KherNet/IP模塊與PLC模塊連接示意圖；圖2為本實(shí)用新型支持PLC通信的EtherNet/IP模塊組網(wǎng)構(gòu)架示意圖；圖3為本實(shí)用新型支持PLC通信的EtherNet/IP模塊硬件結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本實(shí)用新型支持PLC通信的EtherNet/IP模塊軟件構(gòu)架示意圖；圖5為本實(shí)用新型支持PLC通信的EtherNet/IP模塊工作流程示意圖。圖中1電源模塊2時(shí)鐘復(fù)位模塊3 CPU模塊4存儲(chǔ)器模塊5以太網(wǎng)接口模塊6 FPGA模塊7 PLC 模塊
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的描述。圖1為本實(shí)用新型KherNet/IP模塊與PLC模塊連接示意圖；圖2為本實(shí)用新型支持PLC通信的EtherNet/IP模塊組網(wǎng)構(gòu)架示意圖；圖3為本實(shí)用新型支持PLC通信的 EtherNet/IP模塊硬件結(jié)構(gòu)示意圖。請(qǐng)參見圖1 圖3，本實(shí)用新型提供的支持PLC通信的EtherNet/IP模塊包括電源模塊1、時(shí)鐘復(fù)位模塊2、CPU模塊3、存儲(chǔ)器模塊4和以太網(wǎng)接口模塊5，其中，所述CPU 模塊3通過內(nèi)部總線和FPGA模塊6相連，所述FPGA模塊6通過底板總線和PLC模塊7相連。本實(shí)用新型提供的EtherNet/IP模塊通過上位機(jī)編程配置軟件實(shí)現(xiàn)PLC的本體的編程以及對(duì)Khernet/IP網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的配置、組網(wǎng)，從而實(shí)現(xiàn)PLC之間的通信，如圖1所示。整個(gè) EtherNet/IP系統(tǒng)如圖2所示。PLC模塊和EIP模塊定期交互數(shù)據(jù)。在KherNet/IP網(wǎng)絡(luò)中，所有的EtherNet/IP模塊(圖2中的EIPl模塊、EIP2模塊、EIP3模塊等)都是對(duì)等的， 作為主站時(shí)，接收網(wǎng)絡(luò)中相關(guān)EIP模塊(依上位機(jī)配置軟件配置而定)的數(shù)據(jù)，作為從站時(shí)， 向網(wǎng)絡(luò)中相關(guān)EIP模塊發(fā)送數(shù)據(jù)。下面進(jìn)一步介紹本實(shí)用新型各主要模塊電源模塊1 它是整個(gè)設(shè)備正常工作的基礎(chǔ)。為了降低產(chǎn)品的功耗，在設(shè)計(jì)中，優(yōu)先選用3. 3V作為產(chǎn)品的主電源，選用的各種芯片包括CPU、FLASH、SRAM、以太網(wǎng)芯片等都使用3. 3V電源。時(shí)鐘復(fù)位模塊2 這部分對(duì)電路的穩(wěn)定工作至關(guān)重要。選用11. 0592M晶振來產(chǎn)生 CPU芯片所需要的主時(shí)鐘頻率，同時(shí)選用專門的復(fù)位芯片支持自動(dòng)復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位。CPU模塊3 本實(shí)用新型產(chǎn)品軟件需要運(yùn)行操作系統(tǒng)、TCP/IP協(xié)議棧、EtherNet/IP 協(xié)議、主站管理等，為了保證整個(gè)系統(tǒng)軟件的高實(shí)時(shí)性及可靠性，因此選用了高性能的ARM9
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心ZT ο以太網(wǎng)接口模塊5 :ARM9芯片具有10M/100M自適應(yīng)的以太網(wǎng)MAC控制器，通過MII接口外接物理層芯片，網(wǎng)絡(luò)變壓器和RJ45接頭，構(gòu)成了網(wǎng)絡(luò)電路模塊。FPGA模塊6: FPGA芯片采用的是Altera的EP2C5T144C芯片6N，采用全銅層、低 K值、1. 2伏SRAM工藝設(shè)計(jì)，裸片尺寸被盡可能最小的優(yōu)化。采用300毫米晶圓，以TSMC成功的90nm工藝技術(shù)為基礎(chǔ)，Cyclone II器件提供了 4，608到68，416個(gè)邏輯單元(LE)，并具有一整套最佳的功能，包括嵌入式18比特χ 18比特乘法器、專用外部存儲(chǔ)器接口電路、 4kbit嵌入式存儲(chǔ)器塊、鎖相環(huán)(PLL)和高速差分I/O能力。圖4為本實(shí)用新型支持PLC通信的EtherNet/IP模塊軟件構(gòu)架示意圖。請(qǐng)繼續(xù)參見圖4，上述的EtherNet/IP模塊軟件設(shè)計(jì)上采用嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)， 該平臺(tái)包含了基本的操作系統(tǒng)內(nèi)核，底層芯片驅(qū)動(dòng)，高性能的TCP/IP協(xié)議棧和其它操作系統(tǒng)組件。 根據(jù)EtherNet/IP模塊功能和應(yīng)用可在系統(tǒng)軟件上劃分為以下任務(wù)塊， EtherNet/IP協(xié)議實(shí)現(xiàn)任務(wù)、主站管理任務(wù)、與PLC接口任務(wù)、設(shè)備狀態(tài)指示控制任務(wù)，其它任務(wù)為操作系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)和內(nèi)核任務(wù)，如系統(tǒng)時(shí)鐘和TCP、UDP任務(wù)等。圖5為本實(shí)用新型支持PLC通信的EtherNet/IP模塊工作流程示意圖。請(qǐng)繼續(xù)參見圖5，當(dāng)EtherNet/IP模塊上電后，首先執(zhí)行硬件初始化、操作系統(tǒng)初始化，啟動(dòng)狀態(tài)指示任務(wù)，通過指示燈顯示程序不同的執(zhí)行結(jié)果，隨后啟動(dòng)PLC接口任務(wù)， 主要負(fù)責(zé)與PLC之間進(jìn)行各種命令、數(shù)據(jù)的交換，此時(shí)，程序一直等待PLC的配置數(shù)據(jù)，如果沒有配置數(shù)據(jù)，則程序一直等待，直到PLC發(fā)送配置數(shù)據(jù)。如果有配置數(shù)據(jù)，則根據(jù)配置數(shù)據(jù)建立EtherNet/IP協(xié)議的相關(guān)任務(wù)，啟動(dòng)EIP主站管理、從站運(yùn)行的任務(wù)，這樣，可向 EtherNet/IP網(wǎng)絡(luò)中相關(guān)KherNet/IP模塊發(fā)起連接，作為主站處理相關(guān)數(shù)據(jù)；同時(shí)也接受 EtherNet/IP網(wǎng)絡(luò)中相關(guān)KherNet/IP模塊發(fā)起的連接，作為從站處理相關(guān)數(shù)據(jù)，最終實(shí)現(xiàn) EtherNet/IP模塊與各自PLC的數(shù)據(jù)交換。EIP模塊與PLC模塊定期交互是通過FPGA芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。綜上所述，本實(shí)用新型提供的一種支持PLC通信的EtherNet/IP模塊，可將多個(gè) PLC便捷、高速地接入EtherNet/IP網(wǎng)絡(luò)。本EtherNet/IP模塊在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用方便，設(shè)計(jì)創(chuàng)新，具有廣泛的市場(chǎng)前景。具體優(yōu)點(diǎn)如下1)本地PLC可將本地?cái)?shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中遠(yuǎn)程PLC的數(shù)據(jù)集成到一起完成用戶所需的邏輯控制，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)PLC系統(tǒng)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)距離、實(shí)時(shí)、高效、大數(shù)據(jù)量的網(wǎng)絡(luò)化傳輸。2)MKherNet/IP網(wǎng)絡(luò)可以通過上位機(jī)配置軟件的需要，靈活配置網(wǎng)絡(luò)中PLC所需的數(shù)據(jù)，且如果網(wǎng)絡(luò)中多臺(tái)PLC都需要本地PLC的數(shù)據(jù)，本地PLC只需發(fā)送一次數(shù)據(jù)，所有的PLC都可同時(shí)收到此數(shù)據(jù)，這大大提高了 EtherNet/ IP網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳遞的效率，優(yōu)化了單fKherNet/IP模塊的傳輸數(shù)據(jù)的能力。3)所有的 EtherNet/IP模塊在網(wǎng)絡(luò)中都處于對(duì)等的位置，根據(jù)用戶的需求，既可作為主站管理所有 EtherNet/IP模塊，也可作為從站受其它KherNet/IP管理，這樣，極大提高了網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)交互的能力。雖然本實(shí)用新型已以較佳實(shí)施例揭示如上，然其并非用以限定本實(shí)用新型，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的修改和完善，因此本實(shí)用新型的保護(hù)范圍當(dāng)以權(quán)利要求書所界定的為準(zhǔn)。
權(quán)利要求1.一種支持PLC通信的EtherNet/IP模塊，包括電源模塊(1)、時(shí)鐘復(fù)位模塊(2)、CPU 模塊(3)、存儲(chǔ)器模塊(4)和以太網(wǎng)接口模塊(5)，其特征在于，所述CPU模塊(3)通過內(nèi)部總線和FPGA模塊(6)相連，所述FPGA模塊(6)通過底板總線和PLC模塊(7)相連。
2.如權(quán)利要求1所述的支持PLC通信的EtherNet/IP模塊，其特征在于，所述CPU模塊 (3)為ARM9芯片模塊。
3.如權(quán)利要求1或2所述的支持PLC通信的EtherNet/IP模塊，其特征在于，所述電源模塊(1)的輸出電壓為3. 3V。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種支持PLC通信的EtherNet/IP模塊，包括電源模塊、時(shí)鐘復(fù)位模塊、CPU模塊、存儲(chǔ)器模塊和以太網(wǎng)接口模塊，其中，所述CPU模塊通過內(nèi)部總線和FPGA模塊相連，所述FPGA模塊通過底板總線和PLC模塊相連。本實(shí)用新型提供的支持PLC通信的EtherNet/IP模塊，通過FPGA模塊與PLC模塊定期交互數(shù)據(jù)，可將多個(gè)PLC模塊便捷、高速地接入EtherNet/IP網(wǎng)絡(luò)，從而解決PLC模塊之間相互通信的問題。
文檔編號(hào)H04L12/28GK202178774SQ20112028166
公開日2012年3月28日 申請(qǐng)日期2011年8月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月4日
發(fā)明者奚培鋒, 李乙, 薛吉 申請(qǐng)人:上海電器科學(xué)研究所(集團(tuán))有限公司, 上海電器科學(xué)研究院