CN106773907A - 一种远程io控制***及其控制器和io模块 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种远程IO控制***及其控制器和IO模块，控制器和IO模块分别集成有高速总线接口，可以通过高速总线相连，提高了通信速率。控制器中，主站芯片获取各个IO模块的IO口状态数据后写入自身的RAM存储区，控制芯片可通过并行总线访问该RAM存储区，像访问其内部RAM空间一样快速读取/写入数据，使控制芯片可以快速获取各个IO模块的IO口状态数据，提高了***的实时性；IO模块中，通过拨码开关电路即可设置IO模块的通信波特率及通信地址，IO模块提供多种工作模式，可通过拨码开关电路切换，无需编程，缩短了产品开发时间。该远程IO控制***电路结构简单，可靠性高、成本低、开发周期短，便于安装和维护。

Description

一种远程IO控制***及其控制器和IO模块
技术领域
本发明涉及现场总线远程控制技术领域，具体涉及一种远程IO控制***及其控制器和IO模块。
背景技术
远程IO模块在现代工业控制中具有广泛的应用，是分布式控制***中的关键部件，主要用于连接工业控制***中的各种现场装置如传感器、按钮、电磁阀、指示灯、电机驱动等的输入、输出信号，并通过通信网络将采集到的现场信号传送至主站或其它控制***。
现有的远程IO模块采用的连接方式通常为各种类型的现场总线技术，如工业以太网、RS485总线、CAN总线等，协议复杂、速率低，现有的远程IO控制***通常存在以下一种或多种问题，如：电路结构复杂、通信协议复杂、成本过高、开发周期过长、因通讯速率低达而不到工业现场实时性要求等问题。
发明内容
本发明提供了一种远程IO控制***及其控制器和IO模块，以解决现有的远程IO控制***结构和通信协议复杂、成本高、开发周期长、因通讯速率低达而不到工业现场实时性要求等问题。
根据本发明的一个方面，本发明提供了一种远程IO控制***的控制器，所述控制器包括控制芯片和主站芯片，所述控制芯片通过并行总线连接所述主站芯片；所述主站芯片集成有高速总线接口，用于连接远程IO控制***的各个IO模块；所述主站芯片上设置有RAM存储区，所述控制芯片通过并行总线接口方式访问所述RAM存储区；
所述主站芯片，用于通过所述高速总线接口获取各个IO模块的IO口状态数据，写入所述RAM存储区；以及从所述RAM存储区读取控制数据，通过所述高速总线接口向所述IO模块发送所述控制数据；
所述控制芯片，用于通过并行总线读取所述RAM存储区中的所述IO口状态数据；以及根据所述IO口状态数据通过并行总线向所述RAM存储区写入控制数据。
根据本发明的另一个方面，本发明提供了一种远程IO控制***的IO模块，所述IO模块包括子站芯片、数字量IO口和拨码开关电路；
所述子站芯片集成有高速总线接口，用于连接远程IO控制***的控制器；
所述拨码开关电路，用于配置所述IO模块的通信波特率和通信地址，以及配置所述数字量IO口的工作模式为输入模式或输出模式；
所述子站芯片，用于当所述数字量IO口为输入模式时，将所述数字量IO口的状态数据通过所述高速总线接口发送给所述控制器；以及当所述数字量IO口为输出模式时，根据从所述控制器接收到的控制数据，控制所述数字量IO口输出相应的信号。
根据本发明的又一个方面，本发明提供了一种远程IO控制***，包括一个上述的控制器以及多个上述的IO模块；所述控制器的高速总线接口与所述IO模块的高速总线接口通过高速RS485总线相连。
本发明的有益效果是：本发明实施例提供的远程IO控制***通过高速总线连接控制器和各个IO模块，提高了控制器与IO模块之间的通信速率；控制器中的控制芯片通过并行总线接口方式访问主站芯片上的RAM存储区，可以像访问其内部RAM空间一样快速读取/写入数据，从而使控制芯片可以快速获取各个IO模块的IO口状态数据，提高了***的实时性；IO模块无须编程，只须通过拨码开关电路设置好IO模块的通信波特率及通信地址后即可快速接入网络使用，缩短了产品开发时间。该远程IO控制***电路结构简单，可靠性高、成本低、开发周期短，便于安装和维护。
附图说明
图1是本发明一个实施例提供的一种远程IO控制***的控制器的结构示意图；
图2是本发明一个实施例提供的一种远程IO控制***的IO模块的结构示意图；
图3是本发明一个实施例提供的一种远程IO控制***的结构示意图。
具体实施方式
本发明的设计构思是：现有的远程IO控制***结构和通信协议复杂、成本高、开发周期长、因通讯速率低达而不到工业现场实时性要求。针对这种情况，本发明通过高速总线连接远程IO控制***的控制器和IO模块，提高通信速率；控制器中的控制芯片通过并行总线接口方式访问主站芯片上的RAM存储区，可以像访问其内部RAM空间一样快速读取/写入数据，从而使控制芯片可以快速获取各个IO模块的IO口状态数据，提高***的实时性；IO模块无须编程，只须通过拨码开关电路设置好IO模块的通信波特率及通信地址后即可快速接入网络使用，缩短了产品开发时间。
实施例一
图1是本发明一个实施例提供的一种远程IO控制***的控制器的结构示意图，如图1所示，本实施例提供的远程IO控制***的控制器包括控制芯片110和主站芯片120，控制芯片110通过并行总线连接主站芯片120。主站芯片120集成有高速总线接口130，用于连接远程IO控制***的各个IO模块。
主站芯片120上设置有RAM存储区，用于存储多个IO模块对应的IO口状态数据。控制芯片110通过并行总线接口方式访问主站芯片120的RAM存储区，可以像访问其内部RAM空间一样快速读取/写入主站芯片120上的RAM存储区。
主站芯片120通过高速总线接口获取各个IO模块的IO口状态数据，写入RAM存储区。主站芯片120还从RAM存储区读取控制数据，通过高速总线接口130向IO模块发送该控制数据。控制芯片110通过8位或16位并行总线接口方式访问主站芯片120的RAM存储区，通过并行总线读取主站芯片120的RAM存储区中的IO口状态数据，以及根据从主站芯片120的RAM存储区中读取到的IO口状态数据，通过并行总线向主站芯片120的RAM存储区写入控制数据，从而控制芯片110可以快速获取各个IO模块的IO口状态数据。优选地，本实施例中控制芯片110采用LPC1788ARM芯片，主站芯片120采用MKY36芯片，高速总线接口130包括AD4148芯片。
在一个优选实施例中，控制器还包括EEPROM芯片140，如24C1024芯片，EEPROM芯片140与控制芯片110相连，用于存储远程IO控制***的控制参数和历史数据。
在另一个优选实施例中，控制器还包括电源电路150，用于为控制器提供工作电源，电源电路150包括一个B0505S-2W电源芯片和一个AMS1117-3.3降压芯片。
在又一个优选实施例中，控制器还包括若干以太网接口160、RS485接口170和RS232接口180，分别与控制芯片110的内置外设相连，可以方便地连接控制设备，如PC机、PLC(可编程逻辑控制器)等，或者连接远程IO控制***中其他的控制器。以太网接口160包括LAN8720A芯片，RS485接口170包括MAX3485芯片，RS232接口180包括MAX3232芯片。
实施例二
图2是本发明一个实施例提供的一种远程IO控制***的IO模块的结构示意图，如图2所示，本实施例提供的远程IO控制***的IO模块子站芯片210、数字量IO口220和拨码开关电路230。
子站芯片210集成有高速总线接口240，用于连接远程IO控制***的控制器。拨码开关电路230用于配置IO模块的通信波特率和通信地址，以及配置数字量IO口220的工作模式为输入模式或输出模式。本实施例提供的IO模块无须编程，只须通过拨码开关电路230设置好IO模块的通信波特率及通信地址后即可快速接入网络使用，缩短了产品开发时间。
IO模块的数字量IO口220可根据现场需要灵活配置为输入模式或输出模式。输出模式包括普通输出模块和PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)输出模式，在PWM输出模式下可以，利用数字量IO口220输出的数字信号对模拟电路进行控制。当数字量IO口220被配置为输入模式时，子站芯片210将数字量IO口220的状态数据通过高速总线接口240发送给远程IO控制***的控制器；当数字量IO口220被配置为输出模式时，子站芯片210根据从远程IO控制***的控制器接收到的控制数据，控制数字量IO口220输出相应的数字信号。
优选地，子站芯片210为MKY35芯片，高速总线接口240包括AD4148芯片。MKY35子站芯片提供16路可配置的数字量IO口，提供8种配置模式。
在一个优选实施例中，数字量IO口220包括驱动芯片250，如ULN2803芯片，用于提高数字量IO口220的驱动能力。
在一个优选实施例中，IO模块还包括电源电路260，用于为IO模块提供工作电源。电源电路260包括B0505S-2W电源芯片。
实施例三
图3是本发明一个实施例提供的一种远程IO控制***的结构示意图，如图3所示，本实施例提供的远程IO控制***包括上述实施例一中的控制器310以及多个上述实施例二中的IO模块320。本实施例提供的远程IO控制***的电路结构简单，可靠性高、成本低、开发周期短，便于安装和维护。控制器310的高速总线接口与IO模块320的高速总线接口通过高速RS485总线相连，可采用全双工或半双工模式通信。传统的RS485连接器的通讯速率较低，通常波特率最多仅能够达到115.2kbps。因此本实施例在保持物理层为RS485的情况下，采用通讯速率较高的通信协议，例如使用PROFIBUS-DP协议，形成高速RS458总线，最高波特率可达12Mbps，可以满足工业现场实时性的要求。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，在本发明的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行其他的改进或变形。本领域技术人员应该明白，上述的具体描述只是更好的解释本发明的目的，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种远程IO控制***的控制器，其特征在于，所述控制器包括控制芯片和主站芯片，所述控制芯片通过并行总线连接所述主站芯片；所述主站芯片集成有高速总线接口，用于连接远程IO控制***的各个IO模块；所述主站芯片上设置有RAM存储区，所述控制芯片通过并行总线接口方式访问所述RAM存储区；
所述主站芯片，用于通过所述高速总线接口获取各个IO模块的IO口状态数据，写入所述RAM存储区；以及从所述RAM存储区读取控制数据，通过所述高速总线接口向所述IO模块发送所述控制数据；
所述控制芯片，用于通过并行总线读取所述RAM存储区中的所述IO口状态数据；以及根据所述IO口状态数据通过并行总线向所述RAM存储区写入控制数据。
2.如权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述控制器还包括EEPROM芯片，所述EEPROM芯片与所述控制芯片相连，用于存储控制参数和历史数据。
3.如权利要求2所述的控制器，其特征在于，所述控制器还包括电源电路，用于为所述控制器提供工作电源。
4.如权利要求3所述的控制器，其特征在于，所述控制器还包括若干以太网接口、RS485接口和RS232接口，用于连接不同的控制设备。
5.如权利要求4所述的控制器，其特征在于，
所述控制芯片为LPC1788ARM芯片；
所述主站芯片为MKY36芯片；
所述高速总线接口包括AD4148芯片；
所述EEPROM芯片为24C1024芯片；
所述电源电路包括B0505S-2W电源芯片和AMS1117-3.3降压芯片；
所述以太网接口包括LAN8720A芯片；
所述RS485接口包括MAX3485芯片；
所述RS232接口包括MAX3232芯片。
6.一种远程IO控制***的IO模块，其特征在于，所述IO模块包括子站芯片、数字量IO口和拨码开关电路；
所述子站芯片集成有高速总线接口，用于连接远程IO控制***的控制器；
所述拨码开关电路，用于配置所述IO模块的通信波特率和通信地址，以及配置所述数字量IO口的工作模式为输入模式或输出模式；
所述子站芯片，用于当所述数字量IO口为输入模式时，将所述数字量IO口的状态数据通过所述高速总线接口发送给所述控制器；以及当所述数字量IO口为输出模式时，根据从所述控制器接收到的控制数据，控制所述数字量IO口输出相应的信号。
7.如权利要求6所述的IO模块，其特征在于，所述数字量IO口包括驱动芯片，用于提高所述数字量IO口的驱动能力。
8.如权利要求7所述的IO模块，其特征在于，所述IO模块还包括电源电路，用于为所述IO模块提供工作电源。
9.如权利要求8所述的IO模块，其特征在于，
所述子站芯片为MKY35芯片；
所述高速总线接口包括AD4148芯片；
所述驱动芯片为ULN2803芯片；
所述电源电路包括B0505S-2W电源芯片。
10.一种远程IO控制***，包括一个如权利要求1-5任一项所述的控制器以及多个如权利要求6-9任一项所述的IO模块；
所述控制器的高速总线接口与所述IO模块的高速总线接口通过高速RS485总线相连。
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