專利名稱：一種基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的分布式自學(xué)習(xí)順序控制系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于工業(yè)無(wú)線技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的分布式自學(xué)習(xí)順序控制系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
目前為止，工業(yè)順序控制系統(tǒng)都是采用“集中”“有線”的控制方式，即采用集中的 控制器而且整個(gè)控制系統(tǒng)都使用線纜連接。此外，在安裝完控制系統(tǒng)后，需要專門的人員進(jìn)行邏輯組態(tài)和調(diào)試。雖然這種控制技術(shù)比較成熟并且得到了廣泛的應(yīng)用，但是也存在諸多不足，比如需要消耗大量的線纜，采用集中的控制器引入集中的故障，組態(tài)及調(diào)試需要花費(fèi)人力和時(shí)間等。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述背景技術(shù)中提到的現(xiàn)有工業(yè)控制系統(tǒng)的不足，本發(fā)明提出了一種基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的分布式自學(xué)習(xí)順序控制系統(tǒng)及方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的分布式自學(xué)習(xí)順序控制系統(tǒng)，用于對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行控制，其特征是該系統(tǒng)包括上位機(jī)、基站和無(wú)線開關(guān)量模塊；所述上位機(jī)和基站連接；基站和無(wú)線開關(guān)量模塊無(wú)線連接；所述基站包括電源、電源轉(zhuǎn)換模塊、無(wú)線通信模塊、基站主芯片、以太網(wǎng)協(xié)議芯片和RJ45接口 ；電源和電源轉(zhuǎn)換模塊連接；電源轉(zhuǎn)換模塊分別與無(wú)線通信模塊、基站主芯片和以太網(wǎng)協(xié)議芯片連接；無(wú)線通信模塊和基站主芯片連接；基站主芯片和以太網(wǎng)協(xié)議芯片連接；以太網(wǎng)協(xié)議芯片和RJ45接口連接；所述無(wú)線開關(guān)量模塊包括設(shè)定個(gè)無(wú)線開關(guān)量采集模塊和無(wú)線開關(guān)量輸出模塊；所述無(wú)線開關(guān)量采集模塊包括電池、外部電源、開關(guān)量采集無(wú)線通信模塊、電平變換電路、信號(hào)變換器和開關(guān)量采集接線端子；電池分別與開關(guān)量采集無(wú)線通信模塊和電平變換電路連接；外部電源分別與電平變換電路和信號(hào)變換器連接；開關(guān)量采集無(wú)線通信模塊和電平變換電路連接；電平變換電路和信號(hào)變換器連接；信號(hào)變換器和開關(guān)量采集接線端子連接；所述無(wú)線開關(guān)量輸出模塊包括電源、電平轉(zhuǎn)換和穩(wěn)壓電路、開關(guān)量輸出無(wú)線通信模塊、多路驅(qū)動(dòng)電路、繼電器和開關(guān)量輸出接線端子；電源與電平轉(zhuǎn)換和穩(wěn)壓電路連接；電平轉(zhuǎn)換和穩(wěn)壓電路分別與開關(guān)量輸出無(wú)線通信模塊、多路驅(qū)動(dòng)電路和繼電器連接；開關(guān)量輸出無(wú)線通信模塊和多路驅(qū)動(dòng)電路連接；多路驅(qū)動(dòng)電路和繼電器連接；繼電器和開關(guān)量輸出接線端子連接；所述上位機(jī)用于對(duì)無(wú)線開關(guān)量模塊進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)視和操作；所述基站用于建立無(wú)線自組織網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)、對(duì)無(wú)線開關(guān)量模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換、將上位機(jī)的控制指令發(fā)送給對(duì)應(yīng)的無(wú)線開關(guān)量模塊、自動(dòng)對(duì)收到的每個(gè)控制指令遞增編號(hào)作為指令的序列號(hào)；
所述無(wú)線開關(guān)量模塊具備自學(xué)習(xí)能力，用于生成控制邏輯。所述無(wú)線通信模塊、開關(guān)量采集無(wú)線通信模塊或開關(guān)量輸出無(wú)線通信模塊為JN5148 模塊。所述無(wú)線開關(guān)量模塊具有路由功能。一種基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的分布式自學(xué)習(xí)順序控制方法，其特征是該方法包括以下步驟步驟I :將無(wú)線開關(guān)量采集模塊和無(wú)線開關(guān)量輸出模塊和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行連接；步驟2 :上位機(jī)通過(guò)基站向無(wú)線開關(guān)量模塊發(fā)送指令，無(wú)線開關(guān)量模塊按照指令對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行控制；
步驟3 :無(wú)線開關(guān)量采集模塊和無(wú)線開關(guān)量輸出模塊記錄指令和指令的序列號(hào)，并根據(jù)采集的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備信息生成控制邏輯；步驟4 :無(wú)線開關(guān)量采集模塊和無(wú)線開關(guān)量輸出模塊塊根據(jù)生成的控制邏輯產(chǎn)生控制指令，并通過(guò)無(wú)線開關(guān)量輸出模塊輸出控制指令對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行控制。所述無(wú)線開關(guān)量輸出模塊接收來(lái)自無(wú)線開關(guān)量采集模塊的指令并驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。
本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在I.系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)約把控制任務(wù)分散到現(xiàn)場(chǎng)的無(wú)線開關(guān)量模塊中執(zhí)行，取消傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)中集中式控制器，從而不用在控制室里安裝控制柜，整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)就只包含監(jiān)控級(jí)和現(xiàn)場(chǎng)級(jí)，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)約，極大地降低了系統(tǒng)的成本。2.自學(xué)習(xí)生成控制邏輯在系統(tǒng)安裝完成后，只要運(yùn)行員按照生產(chǎn)步序發(fā)送控制指令完成一次手動(dòng)操作，分散在現(xiàn)場(chǎng)的無(wú)線開關(guān)量模塊就能夠自動(dòng)記錄控制指令和指令序列號(hào)，并通過(guò)自學(xué)習(xí)生成控制邏輯，無(wú)需進(jìn)行專門的邏輯組態(tài)，節(jié)省系統(tǒng)的調(diào)試時(shí)間。3.無(wú)集中故障由于系統(tǒng)取消了傳統(tǒng)系統(tǒng)中集中的控制器，而無(wú)線開關(guān)量模塊的故障也僅影響與本無(wú)線開關(guān)量模塊連接的設(shè)備，當(dāng)系統(tǒng)中的部分無(wú)線開關(guān)量模塊發(fā)生故障時(shí)，不會(huì)導(dǎo)致整個(gè)控制系統(tǒng)的崩潰，有效的消除了集中式的故障。4.減少系統(tǒng)所需的信號(hào)線纜發(fā)明的系統(tǒng)中需要敷設(shè)的線纜包括從基站到上位機(jī)間的以太網(wǎng)線纜以及無(wú)線開關(guān)量模塊與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備連接的線纜。一個(gè)基站只需一根網(wǎng)線就能實(shí)現(xiàn)和上位機(jī)的連接，同時(shí)由于無(wú)線開關(guān)量模塊是就地安裝，與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備距離較近，因此，整個(gè)系統(tǒng)所消耗的線纜要比傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)少得多，既降低了系統(tǒng)的成本及安裝費(fèi)用，又方便系統(tǒng)的維護(hù)。5.穩(wěn)定可靠的無(wú)線自組織網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)使用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)替代了有線，由于無(wú)線信道的缺陷，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信質(zhì)量受到一定影響，但是采用無(wú)線自組織網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)冗余傳輸路徑，保證網(wǎng)絡(luò)的整體通信質(zhì)量。如果網(wǎng)絡(luò)中的某個(gè)模塊發(fā)生故障，無(wú)線自組織網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)可繞過(guò)這些故障，數(shù)據(jù)將通過(guò)另外的路徑實(shí)現(xiàn)傳遞。同時(shí)，基于ZigBee技術(shù)構(gòu)建的無(wú)線自組織網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)具有自組織、自修復(fù)的能力，有效提高了無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)目煽啃浴?.系統(tǒng)安裝便捷
系統(tǒng)中使用的無(wú)線通信模塊具有高接收靈敏度，長(zhǎng)距離通信能力，同時(shí)采用的是無(wú)線自組織網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，因此在就地安裝無(wú)線模塊時(shí)，只要保證與網(wǎng)絡(luò)的連通性即可，無(wú)需長(zhǎng)距離敷設(shè)電纜，也不用考慮地理?xiàng)l件的限制，甚至可以將無(wú)線開關(guān)量模塊集成在現(xiàn)場(chǎng)開關(guān)量設(shè)備里，既節(jié)省線纜又不占用額外的空間?；镜姆胖每删C合考慮無(wú)線開關(guān)量模塊在現(xiàn)場(chǎng)的分布情況以及以太網(wǎng)的布線情況，選擇合適的安裝點(diǎn)。整個(gè)系統(tǒng)的安裝與傳統(tǒng)系統(tǒng)相比要方便快捷得多。7.網(wǎng)絡(luò)的通信負(fù)荷更加均衡將控制邏輯分散到現(xiàn)場(chǎng)無(wú)線模塊后，控制任務(wù)由現(xiàn)場(chǎng)的控制單元協(xié)調(diào)完成。只需要無(wú)線開關(guān)量模塊進(jìn)行局部通信，而不用經(jīng)過(guò)集中的通信設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)的通信負(fù)荷更加均衡，有利于系統(tǒng)的可靠工作。


圖I為基于ZigBee的無(wú)線分布式自學(xué)習(xí)順序控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為JN5148模塊的方框圖；圖3為基站方框圖；圖4為無(wú)線開關(guān)量采集模塊方框圖；圖5為無(wú)線開關(guān)量輸出模塊方框圖；圖6為基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的分布式自學(xué)習(xí)順序控制系統(tǒng)的工作過(guò)程方框圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖，對(duì)優(yōu)選實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，下述說(shuō)明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發(fā)明的范圍及其應(yīng)用。本發(fā)明利用ZigBee技術(shù)，在現(xiàn)場(chǎng)的無(wú)線開關(guān)量模塊之間建立無(wú)線自組織網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，使得現(xiàn)場(chǎng)的無(wú)線開關(guān)量模塊能進(jìn)行信息交互，節(jié)省系統(tǒng)所需的電纜。同時(shí)，基于分布式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理，將控制邏輯分散到現(xiàn)場(chǎng)的無(wú)線開關(guān)量模塊上執(zhí)行，取消了集中的控制器，無(wú)線開關(guān)量模塊能夠記錄運(yùn)行員發(fā)出的控制指令和指令序列號(hào)，并進(jìn)行自學(xué)習(xí)生成控制邏輯，實(shí)現(xiàn)基于ZigBee的無(wú)線分布式自學(xué)習(xí)順序控制系統(tǒng)。本發(fā)明所采用的無(wú)線通信模塊為Jennic推出的JN 5148模塊，具有高代碼執(zhí)行效率以及足夠的存儲(chǔ)空間并且能構(gòu)建可靠的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，為本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)提供條件。本發(fā)明提供一種價(jià)格低廉、安裝便利、安全可靠的基于ZigBee的無(wú)線分布式自學(xué)習(xí)順序控制系統(tǒng)，其目的在于取消集中的控制器和邏輯組態(tài)過(guò)程，系統(tǒng)的控制邏輯被分散到現(xiàn)場(chǎng)的無(wú)線開關(guān)量模塊上，既均衡了系統(tǒng)的通信負(fù)荷又避免集中的故障。通信方面，由現(xiàn)場(chǎng)的無(wú)線開關(guān)量模塊利用附帶的ZigBee無(wú)線通信模塊建立具有自愈和自我組織的無(wú)線自組織網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，模塊可以隨時(shí)加入和退出網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)模塊之間通過(guò)冗余的無(wú)線鏈路進(jìn)行信息交換。本發(fā)明是基于ZigBee的無(wú)線分布式自學(xué)習(xí)順序控制系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括上位機(jī)、基站和無(wú)線開關(guān)量模塊，上位機(jī)和基站連接；基站和無(wú)線開關(guān)量模塊無(wú)線連接；基站包括24V直流電源、電源轉(zhuǎn)換模塊、無(wú)線通信模塊、基站主芯片、以太網(wǎng)協(xié)議芯片和RJ45接口 ；24V直流電源和電源轉(zhuǎn)換模塊連接；電源轉(zhuǎn)換模塊分別與無(wú)線通信模塊、基站主芯片和以太網(wǎng)協(xié)議芯片連接；無(wú)線通信模塊和基站主芯片連接；基站主芯片和以太網(wǎng)協(xié)議芯片連接；以太網(wǎng)協(xié)議芯片和RJ45接口連接；無(wú)線開關(guān)量模塊包括設(shè)定個(gè)無(wú)線開關(guān)量采集模塊和無(wú)線開關(guān)量輸出模塊；無(wú)線開關(guān)量采集模塊包括電池、外部電源、開關(guān)量采集無(wú)線通信模塊、電平變換電路、信號(hào)變換器和開關(guān)量采集接線端子；電池分別與開關(guān)量采集無(wú)線通信模塊和電平變換電路連接；外部電源分別與電平變換電路和信號(hào)變換器連接；開關(guān)量采集無(wú)線通信模塊和電平變換電路連接；電平變換電路和信號(hào)變換器連接；信號(hào)變換器和開關(guān)量采集接線端子連接；無(wú)線開關(guān)量輸出模塊包括電源、電平轉(zhuǎn)換和穩(wěn)壓電路、開關(guān)量輸出無(wú)線通信模塊、多路驅(qū)動(dòng)電路、繼電器和開關(guān)量輸出接線端子；電源與電平轉(zhuǎn)換和穩(wěn)壓電路連接；電平轉(zhuǎn)換和穩(wěn)壓電路分別與開關(guān)量輸出無(wú)線通信模塊、多路驅(qū)動(dòng)電路和繼電器連接；開關(guān)量輸出無(wú)線通信模塊和多路驅(qū)動(dòng)電路連接；多路驅(qū)動(dòng)電路和繼電器連接；繼電器和開關(guān)量輸出接線端子連接。本發(fā)明系統(tǒng)中組成設(shè)備的功能如下上位機(jī)與傳統(tǒng)工業(yè)控制系統(tǒng)中的上位機(jī)相比，除了需要監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的狀態(tài)，還 增加了對(duì)無(wú)線開關(guān)量模塊的狀態(tài)監(jiān)視，并在畫面上為運(yùn)行員提供了操作界面，對(duì)無(wú)線開關(guān)量模塊進(jìn)行操作；基站上的無(wú)線通信模塊作為協(xié)調(diào)器啟動(dòng)，建立無(wú)線自組織網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，基站對(duì)來(lái)自無(wú)線開關(guān)量模塊的數(shù)據(jù)格式進(jìn)行轉(zhuǎn)換以用于上位機(jī)畫面組態(tài)軟件顯示，同時(shí)接收上位機(jī)發(fā)出的手動(dòng)操作指令并發(fā)送到對(duì)應(yīng)的無(wú)線開關(guān)量模塊，基站在接收到控制指令時(shí)，對(duì)收到的指令按照遞增順序進(jìn)行編號(hào)，作為指令的序列號(hào)，連同控制指令一起發(fā)送到對(duì)應(yīng)的無(wú)線開關(guān)量1吳塊；無(wú)線開關(guān)量模塊包括無(wú)線開關(guān)量采集模塊和無(wú)線開關(guān)量輸出模塊。無(wú)線開關(guān)量采集模塊和無(wú)線開關(guān)量輸出模塊都帶有無(wú)線通信模塊，組建無(wú)線自組織網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。無(wú)線開關(guān)量模塊都具有路由功能，模塊間的通信鏈路不依賴單個(gè)模塊，當(dāng)鏈路上的模塊故障時(shí)，可以繞過(guò)故障的模塊重新建立傳輸路徑。其中，無(wú)線開關(guān)量采集模塊采用電池供電，為減少發(fā)送能耗，采用最大例外報(bào)告，在系統(tǒng)允許的數(shù)據(jù)刷新時(shí)間內(nèi)，當(dāng)設(shè)備的狀態(tài)保持不變時(shí)，不進(jìn)行狀態(tài)信息的發(fā)送。本發(fā)明的最大特點(diǎn)在于取消集中的邏輯控制器而且無(wú)需進(jìn)行專門的邏輯編程組態(tài)，利用無(wú)線通信模塊的存儲(chǔ)和運(yùn)算資源，使得無(wú)線開關(guān)量模塊具有自學(xué)習(xí)的能力，從而生成控制邏輯。整個(gè)系統(tǒng)的控制任務(wù)由分散到現(xiàn)場(chǎng)的無(wú)線開關(guān)量模塊相互協(xié)調(diào)，根據(jù)控制邏輯順序完成。本發(fā)明的步驟為步驟I :將無(wú)線開關(guān)量采集模塊和無(wú)線開關(guān)量輸出模塊和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行連接；由基站發(fā)起，無(wú)線開關(guān)量模塊加入，組建無(wú)線自組織網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，將無(wú)線開關(guān)量模塊與現(xiàn)場(chǎng)開關(guān)量設(shè)備連接，并通過(guò)無(wú)線開關(guān)量模塊所用數(shù)據(jù)幀中表示設(shè)備的字段進(jìn)行識(shí)別現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備；步驟2 :上位機(jī)通過(guò)基站向無(wú)線開關(guān)量模塊發(fā)送指令，無(wú)線開關(guān)量模塊按照指令對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行控制；上位機(jī)能對(duì)無(wú)線開關(guān)量模塊進(jìn)行監(jiān)視和操作。上位機(jī)先通過(guò)基站向無(wú)線開關(guān)量模塊廣播組態(tài)模式標(biāo)志，運(yùn)行員根據(jù)生產(chǎn)步序在上位機(jī)上進(jìn)行單步操作發(fā)送控制指令，基站對(duì)控制指令進(jìn)行編號(hào)，添加序列號(hào)，將控制指令和指令序列號(hào)發(fā)送給對(duì)應(yīng)的無(wú)線開關(guān)量模塊；步驟3 :無(wú)線開關(guān)量采集模塊和無(wú)線開關(guān)量輸出模塊記錄指令和指令的序列號(hào)，并根據(jù)采集的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備信息生成控制邏輯；在組態(tài)模式下，設(shè)定有自學(xué)習(xí)功能的無(wú)線開關(guān)量模塊自動(dòng)記錄接收到的控制指令Y、控制指令的序列號(hào)m、收到控制指令時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀態(tài)X以及此狀態(tài)的持續(xù)時(shí)間T，通過(guò)自學(xué)習(xí)可以確定X和Y間的邏輯關(guān)系，并將T作為邏輯關(guān)系的延遲觸發(fā)時(shí)間，從而確定表示控制邏輯的函數(shù)Y=Fi(Hm),其中，i表示第i個(gè)設(shè)定有自學(xué)習(xí)功能的無(wú)線開關(guān)量模塊，m作為無(wú)線開關(guān)量模塊在步序中的動(dòng)作順序。在根據(jù)生產(chǎn)步序完成一次操作后，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的控制邏輯Fsystan分散到無(wú)線開關(guān)量模塊上，表示為Fsystan= (F1, F2,. . .，F(xiàn)J，n為設(shè)定有自學(xué)習(xí)功能的無(wú)線開關(guān)量模塊的數(shù)量；步驟4 :無(wú)線開關(guān)量采集模塊和無(wú)線開關(guān)量輸出模塊塊根據(jù)生成的控制邏輯產(chǎn)生控制指令，并通過(guò)無(wú)線開關(guān)量輸出模塊輸出控制指令對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行控制。 無(wú)線開關(guān)量模塊進(jìn)入運(yùn)行模式，系統(tǒng)的控制任務(wù)由具有自學(xué)習(xí)功能的無(wú)線開關(guān)量采集模塊和無(wú)線開關(guān)量輸出模塊以分布式的方式順序完成；在運(yùn)行模式下，無(wú)線開關(guān)量模塊根據(jù)記錄的序列號(hào)m，獲取現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀態(tài)X，在滿足狀態(tài)持續(xù)時(shí)間T的條件時(shí)，自動(dòng)執(zhí)行組態(tài)模式下生成的控制邏輯Y=Fi (X，T, m)，生成控制指令Y，并完成指令輸出驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備動(dòng)作，而且無(wú)線開關(guān)量模塊根據(jù)m的值從小到大順序執(zhí)行控制邏輯，以分布式的方式完成整個(gè)系統(tǒng)的控制任務(wù)，實(shí)現(xiàn)基于ZigBee的無(wú)線分布式自學(xué)習(xí)順序控制系統(tǒng)。本發(fā)明特點(diǎn)包括以下a.無(wú)線開關(guān)量模塊安裝到現(xiàn)場(chǎng)后，在基站作用下，組建無(wú)線自組織網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)能被上位機(jī)監(jiān)視和操作，而且在無(wú)線通信的數(shù)據(jù)幀中設(shè)置有專門的字段用來(lái)表示與數(shù)據(jù)相關(guān)的現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)設(shè)備；b.無(wú)線開關(guān)量采集模塊和無(wú)線開關(guān)量輸出模塊都能利用無(wú)線通信模塊的FLASH存儲(chǔ)控制邏輯，可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需要將控制邏輯分散到無(wú)線開關(guān)量采集模塊或無(wú)線開關(guān)量輸出模塊。c.系統(tǒng)的控制任務(wù)被分散到現(xiàn)場(chǎng)的無(wú)線開關(guān)量模塊上，無(wú)線開關(guān)量模塊通過(guò)無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)交換信息；按照生產(chǎn)工藝的要求順序完成控制邏輯；各個(gè)無(wú)線開關(guān)量模塊中，控制邏輯的執(zhí)行結(jié)果只影響與它連接的設(shè)備，對(duì)其他設(shè)備沒有直接影響，消除了集中故障。d.系統(tǒng)分為組態(tài)模式和運(yùn)行模式在組態(tài)模式下，運(yùn)行員通過(guò)上位機(jī)首先向網(wǎng)絡(luò)中的無(wú)線開關(guān)量模塊廣播組態(tài)模式標(biāo)志，使設(shè)定具有自學(xué)習(xí)功能的無(wú)線開關(guān)量模塊進(jìn)入生成控制邏輯的狀態(tài)，通過(guò)記錄指令Y和指令的序列號(hào)m，并根據(jù)采集的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備信狀態(tài)X以及狀態(tài)持續(xù)時(shí)間T，通過(guò)自學(xué)習(xí)生成控制邏輯Fi ;運(yùn)行模式下，所有的無(wú)線開關(guān)量模塊開始自動(dòng)運(yùn)行，具有自學(xué)習(xí)功能的無(wú)線開關(guān)量模塊根據(jù)m的大小順序，通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)獲取現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的狀態(tài)X，在滿足T條件時(shí)，執(zhí)行在組態(tài)模式下生成的控制邏輯，自動(dòng)地生成控制指令Y，并由無(wú)線開關(guān)量輸出模塊輸出控制指令驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備動(dòng)作。整個(gè)系統(tǒng)的控制任務(wù)由無(wú)線開關(guān)量模塊以分布式的方式順序完成。e.無(wú)線開關(guān)量采集模塊周期性地采集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的狀態(tài)并將采集到的狀態(tài)通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸；如果在無(wú)線開關(guān)量采集模塊上執(zhí)行控制邏輯，將根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的狀態(tài)和控制邏輯，產(chǎn)生控制指令并發(fā)送到對(duì)應(yīng)的無(wú)線開關(guān)量輸出模塊；f.無(wú)線開關(guān)量輸出模塊通過(guò)無(wú)線通信模塊收發(fā)數(shù)據(jù)，并輸出控制指令驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)設(shè)備動(dòng)作。如果在無(wú)線開關(guān)量輸出模塊中執(zhí)行控制邏輯，將來(lái)自其他無(wú)線開關(guān)量模塊的信息作為輸入，生成控制指令，直接驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備動(dòng)作；g.無(wú)線開關(guān)量模塊實(shí)時(shí)地向基站發(fā)送信息，基站接收到無(wú)線開關(guān)量模塊傳來(lái)的信息，將其轉(zhuǎn)換為上位機(jī)組態(tài)軟件要求的數(shù)據(jù)格式后，在監(jiān)視畫面上顯示；當(dāng)運(yùn)行員在畫面上對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行手動(dòng)操作時(shí)，上位機(jī)通過(guò)有線網(wǎng)絡(luò)將操作指令傳給基站，由基站將操作指令發(fā)給指定的無(wú)線開關(guān)量模塊；圖I是本發(fā)明系統(tǒng)實(shí)施例提供的基于ZigBee的無(wú)線分布式自學(xué)習(xí)順序控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，為了便于說(shuō)明，僅給出本發(fā)明實(shí)施例相關(guān)的部分。在本實(shí)施例中，基于ZigBee的無(wú)線分布式自學(xué)習(xí)順序控制系統(tǒng)的組成包括上位機(jī)、基站、無(wú)線開關(guān)量模塊。其中，基站包括網(wǎng)關(guān)和無(wú)線通信模塊。無(wú)線開關(guān)量模塊分為無(wú)線開關(guān)量采集模塊和無(wú)線開關(guān) 量輸出模塊，其中無(wú)線開關(guān)量采集模塊包括無(wú)線通信模塊和開關(guān)量采集模塊，無(wú)線開關(guān)量輸出模塊包括無(wú)線通信模塊和開關(guān)量輸出模塊。無(wú)線開關(guān)量模塊通過(guò)線纜與現(xiàn)場(chǎng)開關(guān)量設(shè)備連接，現(xiàn)場(chǎng)開關(guān)量設(shè)備包括閥門回信器、電磁閥等提供開關(guān)量信號(hào)或由開關(guān)量控制的現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)設(shè)備。上位機(jī)負(fù)責(zé)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)(監(jiān)控軟件有IFIX、Intouch、WinCC、Freelance等，本實(shí)施例中采用Intouch), Intouch提供對(duì)多種數(shù)據(jù)協(xié)議的支持，本實(shí)施例中使用Modbus TCP/IP協(xié)議。上位機(jī)監(jiān)視生產(chǎn)過(guò)程以及現(xiàn)場(chǎng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)，并在顯示畫面上為運(yùn)行員提供了相應(yīng)的操作按鈕，能對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)無(wú)線開關(guān)量模塊進(jìn)行手動(dòng)操作；圖2給出的是所述系統(tǒng)中使用的無(wú)線通信模塊，由Jennic公司推出，型號(hào)為JN5148。無(wú)線通信模塊的核心是32位的RISC CPU。無(wú)線通信模塊提供了硬件定時(shí)器，在該定時(shí)器基礎(chǔ)上，可以設(shè)置多個(gè)軟件定時(shí)器來(lái)記錄時(shí)間。無(wú)線通信模塊支持UART和SPI通信方式，其中通過(guò)SPI與存儲(chǔ)程序的外部Flash進(jìn)行連接，通過(guò)UART與其他芯片交換數(shù)據(jù)。此夕卜，還提供DIO引腳與開關(guān)量采集/輸出模塊連接，并通過(guò)2. 4GHz無(wú)線收發(fā)器接入無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。圖3給出基站的結(jié)構(gòu)示意圖。在整個(gè)系統(tǒng)中，基站承擔(dān)數(shù)據(jù)的上傳和下發(fā)任務(wù)?；镜慕M成包括供給電源、無(wú)線通信模塊和網(wǎng)關(guān)，其中網(wǎng)關(guān)部分包括基站主芯片和以太網(wǎng)協(xié)議芯片?；镜墓ぷ鬟^(guò)程為無(wú)線通信模塊首先以網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器啟動(dòng)，建立無(wú)線自組織網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)；當(dāng)基站收到無(wú)線開關(guān)量模塊的數(shù)據(jù)時(shí)，無(wú)線通信模塊通過(guò)UART發(fā)送數(shù)據(jù)給基站主芯片，然后基站主芯片將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為Modbus格式并發(fā)送到以太網(wǎng)協(xié)議芯片，最后得到ModbusTCP/IP協(xié)議格式的數(shù)據(jù)，再通過(guò)RJ 45接口發(fā)送到以太網(wǎng)上；當(dāng)上位機(jī)向下發(fā)送控制指令時(shí)，以太網(wǎng)協(xié)議芯片通過(guò)RJ 45接口從上位機(jī)獲得數(shù)據(jù)后，對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，然后通過(guò)數(shù)據(jù)線和地址線將數(shù)據(jù)發(fā)送給基站主芯片，基站主芯片完成數(shù)據(jù)接收，如果是在組態(tài)模式下，在判斷是由上位機(jī)發(fā)給無(wú)線開關(guān)量模塊的控制指令后，將一個(gè)變量的值遞增，作為指令的序列號(hào)，并通過(guò)UART，將控制指令和指令序列號(hào)發(fā)送給無(wú)線通信模塊；如圖4所示，無(wú)線開關(guān)量采集模塊主要組成部分包括開關(guān)量采集無(wú)線通信模塊和開關(guān)量采集模塊。開關(guān)量采集模塊將現(xiàn)場(chǎng)的開關(guān)量信號(hào)轉(zhuǎn)換為與開關(guān)量采集無(wú)線通信模塊的CPU兼容的邏輯電平。開關(guān)量采集無(wú)線通信模塊開始工作時(shí)，RISC CPU從外部Flash調(diào)用程序，啟動(dòng)定時(shí)器周期性地采集現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)設(shè)備的狀態(tài)，并根據(jù)設(shè)計(jì)的程序?qū)Σ杉降脑O(shè)備狀態(tài)進(jìn)行邏輯判斷，如檢查設(shè)備是否故障，然后將設(shè)備的狀態(tài)通過(guò)2. 4GHz無(wú)線收發(fā)器發(fā)送出去。同時(shí)，無(wú)線開關(guān)量采集模塊也可以響應(yīng)來(lái)自基站的信息，比如上位機(jī)對(duì)模塊的復(fù)位操作。由于所使用的無(wú)線通信模塊提供21個(gè)DIO引腳，因此開關(guān)量采集模塊可有多個(gè)的信號(hào)采集通道，可以根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計(jì)通道數(shù)量，圖中只給出原理示意。圖5給出無(wú)線開關(guān)量輸出模塊的結(jié)構(gòu)，主要包括開關(guān)量輸出無(wú)線通信模塊和開關(guān)量輸出模塊。在本實(shí)施例中，由開關(guān)量輸出無(wú)線開關(guān)量輸出模塊執(zhí)行控制邏輯。因此，在開關(guān)量輸出無(wú)線通信模塊上自動(dòng)生成控制邏輯，并存儲(chǔ)在外部Flash中。無(wú)線開關(guān)量輸出模塊輸出時(shí)，由開關(guān)量輸出無(wú)線通信模塊根據(jù)控制邏輯產(chǎn)生控制指令，然后通過(guò)DIO引腳，將控制指令傳給驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)繼電器動(dòng)作，完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的控制。在本實(shí)施例中，由無(wú)線開關(guān)量輸出模塊通過(guò)自學(xué)習(xí)生成并存儲(chǔ)控制邏輯，而且一個(gè)無(wú)線開關(guān)量輸出模塊對(duì)應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)的一個(gè)設(shè)備。圖6給出的是基于ZigBee的無(wú)線分布式自 學(xué)習(xí)順序控制系統(tǒng)的具體工作過(guò)程。在組態(tài)模式下，運(yùn)行員通過(guò)上位機(jī)首先向網(wǎng)絡(luò)中的無(wú)線開關(guān)量輸出模塊廣播組態(tài)模式標(biāo)識(shí)，使無(wú)線開關(guān)量輸出模塊都進(jìn)入生成控制邏輯的狀態(tài)，而無(wú)線開關(guān)量采集模塊周期性地采集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的狀態(tài)信息并在網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行廣播，開始時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備處于初始狀態(tài)X1，持續(xù)時(shí)間T1=O,然后運(yùn)行員發(fā)出第一個(gè)控制指令Y1對(duì)步序中第一個(gè)動(dòng)作的設(shè)備進(jìn)行操作，則接收到控制指令的無(wú)線開關(guān)量輸出模塊記錄控制指令Y1,控制指令的序列號(hào)m=l，即表示該無(wú)線開關(guān)量模塊為最先動(dòng)作的模塊，從而確定表示該無(wú)線開關(guān)量輸出模塊的控制邏輯Y1=F1^O, I)。無(wú)線開關(guān)量輸出模塊輸出控制指令后，對(duì)應(yīng)的無(wú)線開關(guān)量采集模塊檢 測(cè)到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的狀態(tài)，在網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行廣播，其他無(wú)線開關(guān)量輸出模塊在收到第一個(gè)動(dòng)作設(shè)備的狀態(tài)改變后，啟動(dòng)定時(shí)器，并等待上位機(jī)的控制指令。當(dāng)上位機(jī)發(fā)出第二個(gè)控制指令Y2時(shí)，對(duì)應(yīng)的無(wú)線開關(guān)量輸出模塊輸出控制指令，同時(shí)記錄控制指令Y2、控制指令的序列號(hào)m=2和收到控制指令時(shí)的定時(shí)器數(shù)值T2,再根據(jù)當(dāng)前現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的狀態(tài)X2,無(wú)線開關(guān)量輸出模塊通過(guò)自學(xué)習(xí)，確定表示控制邏輯的函數(shù)Y2=F2 (X2，T2, 2)，其余的無(wú)線開關(guān)量輸出模塊的定時(shí)器數(shù)值清零，在收到第二個(gè)動(dòng)作設(shè)備的無(wú)線開關(guān)量采集模塊廣播的狀態(tài)后，再啟動(dòng)定時(shí)器。重復(fù)上述過(guò)程，便能在每個(gè)設(shè)備的對(duì)應(yīng)的無(wú)線開關(guān)量輸出模塊中生成符合生產(chǎn)步序要求的控制邏輯，整個(gè)系統(tǒng)的控制邏輯Fsysta^F1, F2,…，F(xiàn)J，η為無(wú)線開關(guān)量輸出模塊的數(shù)量。在運(yùn)行模式下，m=l的無(wú)線開關(guān)量輸出模塊最先執(zhí)行控制邏輯F1，生成控制指令，然后輸出驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，并廣播控制指令，收到廣播的無(wú)線開關(guān)量輸出模塊查看存儲(chǔ)的m是否為2收集到的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀態(tài)是否為X2、狀態(tài)持續(xù)時(shí)間是否到達(dá)T2，如果是，則執(zhí)行控制邏輯F2,生成控制指令Y2,如果不是，則繼續(xù)等待。以此類推，無(wú)線開關(guān)量輸出模塊根據(jù)存儲(chǔ)的m值的大小，順序執(zhí)行控制邏輯Fi,完成整個(gè)順序控制系統(tǒng)的控制任務(wù)，實(shí)現(xiàn)基于ZigBee的無(wú)線分布式自學(xué)習(xí)順序控制系統(tǒng)。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的分布式自學(xué)習(xí)順序控制系統(tǒng)，用于對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行控制，其特征是該系統(tǒng)包括上位機(jī)、基站和無(wú)線開關(guān)量模塊； 所述上位機(jī)和基站連接；基站和無(wú)線開關(guān)量模塊無(wú)線連接； 所述基站包括電源、電源轉(zhuǎn)換模塊、無(wú)線通信模塊、基站主芯片、以太網(wǎng)協(xié)議芯片和RJ45接口 ；電源和電源轉(zhuǎn)換模塊連接；電源轉(zhuǎn)換模塊分別與無(wú)線通信模塊、基站主芯片和以太網(wǎng)協(xié)議芯片連接；無(wú)線通信模塊和基站主芯片連接；基站主芯片和以太網(wǎng)協(xié)議芯片連接；以太網(wǎng)協(xié)議芯片和RJ45接口連接； 所述無(wú)線開關(guān)量模塊包括設(shè)定個(gè)無(wú)線開關(guān)量采集模塊和無(wú)線開關(guān)量輸出模塊； 所述無(wú)線開關(guān)量采集模塊包括電池、外部電源、開關(guān)量采集無(wú)線通信模塊、電平變換電路、信號(hào)變換器和開關(guān)量采集接線端子；電池分別與開關(guān)量采集無(wú)線通信模塊和電平變換電路連接；外部電源分別與電平變換電路和信號(hào)變換器連接；開關(guān)量采集無(wú)線通信模塊和電平變換電路連接；電平變換電路和信號(hào)變換器連接；信號(hào)變換器和開關(guān)量采集接線端子 連接； 所述無(wú)線開關(guān)量輸出模塊包括電源、電平轉(zhuǎn)換和穩(wěn)壓電路、開關(guān)量輸出無(wú)線通信模塊、多路驅(qū)動(dòng)電路、繼電器和開關(guān)量輸出接線端子；電源與電平轉(zhuǎn)換和穩(wěn)壓電路連接；電平轉(zhuǎn)換和穩(wěn)壓電路分別與開關(guān)量輸出無(wú)線通信模塊、多路驅(qū)動(dòng)電路和繼電器連接；開關(guān)量輸出無(wú)線通信模塊和多路驅(qū)動(dòng)電路連接；多路驅(qū)動(dòng)電路和繼電器連接；繼電器和開關(guān)量輸出接線端子連接； 所述上位機(jī)用于對(duì)無(wú)線開關(guān)量模塊進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)視和操作； 所述基站用于建立無(wú)線自組織網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)、對(duì)無(wú)線開關(guān)量模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換、將上位機(jī)的控制指令發(fā)送給對(duì)應(yīng)的無(wú)線開關(guān)量模塊、自動(dòng)對(duì)收到的每個(gè)控制指令遞增編號(hào)作為指令的序列號(hào)； 所述無(wú)線開關(guān)量模塊具備自學(xué)習(xí)能力，用于生成控制邏輯。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的分布式自學(xué)習(xí)順序控制系統(tǒng)，其特征是所述無(wú)線通信模塊、開關(guān)量采集無(wú)線通信模塊或開關(guān)量輸出無(wú)線通信模塊為JN5148模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的分布式自學(xué)習(xí)順序控制系統(tǒng)，其特征是所述無(wú)線開關(guān)量模塊具有路由功能。
4.一種利用權(quán)利要求I所述系統(tǒng)進(jìn)行的控制方法，其特征是該方法包括以下步驟 步驟I :將無(wú)線開關(guān)量采集模塊和無(wú)線開關(guān)量輸出模塊和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行連接； 步驟2 :上位機(jī)通過(guò)基站向無(wú)線開關(guān)量模塊發(fā)送指令，無(wú)線開關(guān)量模塊按照指令對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行控制； 步驟3 :無(wú)線開關(guān)量采集模塊和無(wú)線開關(guān)量輸出模塊記錄指令和指令的序列號(hào)，并根據(jù)采集的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備信息生成控制邏輯； 步驟4 :無(wú)線開關(guān)量采集模塊和無(wú)線開關(guān)量輸出模塊塊根據(jù)生成的控制邏輯產(chǎn)生控制指令，并通過(guò)無(wú)線開關(guān)量輸出模塊輸出控制指令對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行控制。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的控制方法，其特征是所述無(wú)線開關(guān)量輸出模塊接收來(lái)自無(wú)線開關(guān)量采集模塊的指令并驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。
全文摘要
本發(fā)明公開了工業(yè)無(wú)線技術(shù)領(lǐng)域中的一種基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的分布式自學(xué)習(xí)順序控制系統(tǒng)及方法。本發(fā)明包括上位機(jī)、基站和無(wú)線開關(guān)量模塊；上位機(jī)和基站有線連接；基站和無(wú)線開關(guān)量模塊無(wú)線連接。本發(fā)明取消了集中式控制器，不用進(jìn)行編程組態(tài)，由無(wú)線開關(guān)量模塊通過(guò)自學(xué)習(xí)確定控制邏輯，并通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息交互，分布式地完成整個(gè)系統(tǒng)的順序控制任務(wù)。
文檔編號(hào)H04W84/18GK102736531SQ201210196879
公開日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2012年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月14日
發(fā)明者汪鳳珠, 王仁書, 白焰, 許呈嫣 申請(qǐng)人:華北電力大學(xué)