CN116760659B - 可编程逻辑控制器及其数据通信方法 - Google Patents

Abstract

本公开的实施例涉及可编程逻辑控制器及其数据通信方法。该可编程逻辑控制器包括多个模块，该多个模块包括可编程控制单元模块以及多个输入/输出模块，该多个模块中的每一模块上均设置有EPA通信单元以及多个EPA通信接口，每一模块分别通过该多个EPA通信接口中的一个或两个EPA通信接口与多个模块中另外的一个或两个模块串行连接，以在所述多个模块之间形成第一EPA通信总线，所述第一EPA通信总线用于实现所述多个模块之间的EPA通信。基于该可编程逻辑控制器所进行的相应数据通信方法能够提高可编程逻辑控制器的各模块之间的数据通信效率。

Description

可编程逻辑控制器及其数据通信方法

技术领域

本公开的实施例总体涉及通信技术领域，并且更具体地涉及一种可编程逻辑控制器及其数据通信方法。

背景技术

可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，简称为PLC）是一种用于自动化控制的控制设备，其具备可编程、模块化、高可靠等特点，因此广泛应用于工业、航空、航天、航海、关键装备设备等控制领域。

可编程逻辑控制器通常包括可编程控制单元模块以及多个输入/输出模块，这些输入/输出模块可以是用于接收和采集输入信号的各种数字数据或模拟数据采集模块、用来控制各种执行器的各种数字量或模拟量数据输出模块以及双向通信模块等。当前，通常基于CAN、Profibus、EtherCAT等通信总线来实现这些模块之间的互连，并通过这样的通信总线来实现这些模块相互之间的内部通信。但是，这种通信总线无法实现合适的确定性数据处理方法，尤其在整个控制过程中需要大容量逻辑运算从而需要频繁进行数据通信时，容易引起数据丢包或数据链路拥堵的问题，而且网络带宽利用率也较低。

发明内容

针对上述问题，本公开提供了一种可编程逻辑控制器及其数据通信方法，使得有助于提高可编程逻辑控制器所包括的各个模块之间的数据通信效率，而不会引起数据丢包和数据链路拥堵之类的问题。

根据本公开的第一方面，提供了一种可编程逻辑控制器，包括多个模块，所述多个模块包括可编程控制单元模块以及多个输入/输出模块，所述多个模块中的每一模块上均设置有EPA通信单元以及多个EPA通信接口，每一模块分别通过相应的多个EPA通信接口中的一个或两个EPA通信接口与所述多个模块中另外的一个或两个模块串行连接，以在所述多个模块之间形成第一EPA通信总线，所述第一EPA通信总线用于实现所述多个模块之间的EPA通信。

根据本公开的第二方面，提供了一种用于可编程逻辑控制器的数据通信方法，所述可编程逻辑控制器为根据本公开的第一方面的可编程逻辑控制器，所述数据通信方法包括：在所述可编程逻辑控制器的每一模块处，接收所述可编程逻辑控制器的组态配置信息，所述组态配置信息包括所述可编程逻辑控制器中包括的多个模块的优先级顺序；确定所述模块在通信周期的周期时间段期间需占用的第一时间片的长度，所述第一时间片的长度与所述模块所属的模块类型有关；基于所述多个模块的优先级顺序确定所述模块需占用的第一时间片在周期时间段中的位置；以及在每一通信周期的周期时间段期间，在所述模块对应的第一时间片内，经由所述模块的EPA通信接口在相应EPA通信总线上传输相应的数据。

在一些实施例中，各个数据输入类型的模块的优先级顺序高于各个数据输入输出类型的模块所包括的数据接收单元的优先级顺序，各个数据输入输出类型的模块所包括的数据接收单元的优先级顺序高于可编程控制单元模块的优先级顺序，可编程控制单元模块的优先级顺序高于各个数据输入输出类型的模块所包括的数据发送单元的优先级顺序，各个数据输入输出类型的模块所包括的数据发送单元的优先级顺序高于各个数据输出类型的模块的优先级顺序。

在一些实施例中，每一输入/输出模块为数据输入类型的模块、数据输出类型的模块、或数据输入和输出类型的模块。

在一些实施例中，每一模块还分别通过所述多个EPA通信接口中另外的一个或两个EPA通信接口与所述多个模块中所述另外的一个或两个模块串行连接，以在所述多个模块之间形成第二EPA通信总线，所述第二EPA通信总线也用于实现所述多个模块之间的EPA通信。

在一些实施例中，所述第一通信总线为线形EPA通信总线或环形EPA通信总线。

在一些实施例中，所述第一通信总线和所述第二通信总线均为线形EPA通信总线或者均为环形EPA通信总线。

在一些实施例中，该数据通信方法还包括：如果所述模块需要在所述非周期时间段期间传输相应的非周期数据，则确定所述模块在所述非周期时间段期间需占用的第二时间片的长度；基于所述多个模块中需要在所述非周期时间段期间传输非周期数据的一个或多个模块的优先级顺序，确定所述模块需占用的第二时间片在所述非周期时间段中的位置；以及在所述通信周期的非周期时间段期间，在所述模块对应的第二时间片内，经由所述模块的EPA通信接口在所述相应EPA通信总线上传输相应的非周期数据。

在一些实施例中，确定所述模块在通信周期的周期时间段期间所占的第一时间片的长度包括：如果所述模块属于数据输入类型的模块，则基于所述模块的多通道数据采集接口所包括的数据采集通道的数量、每一数据采集通道每次所能采集的数据量、相应EPA通信总线的数据传输速率以及所述第一时间片的网络信息的长度确定所述模块需占用的第一时间片的长度。

在一些实施例中，所述网络信息的长度为32字节。

在一些实施例中，确定所述模块在通信周期的周期时间段期间所占的第一时间片的长度包括：如果所述模块属于数据输出类型的模块，则基于所述模块的多通道数据输出接口所包括的数据输出通道的数量、每一数据输出通道每次所能输出的数据量以及相应EPA通信总线的数据传输速率确定所述模块需占用的第一时间片的长度。

在一些实施例中，确定所述模块在通信周期的周期时间段期间所占的第一时间片的长度包括：如果所述模块属于数据输入和输出类型的模块，则基于所述模块所包括的数据接收单元通过相应的数据采集接口每次所能采集的第一数据量以及相应的EPA通信总线的数据传输速率确定所述数据接收单元需占用的第一时间片的长度，并基于所述模块所包括的数据发送单元通过相应的数据输出接口每次所能输出的第二数据量以及相应EPA通信总线的数据传输速率确定所述数据发送单元需占用的第一时间片的长度。

在一些实施例中，确定所述模块在所述非周期时间段期间需占用的第二时间片的长度包括：基于所述非周期数据的数据量、相应EPA通信总线的数据传输速率以及网络信息的长度确定所述模块在所述非周期时间段期间需占用的第二时间片的长度。

应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本公开的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本公开的范围。本公开的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

附图说明

结合附图并参考以下详细说明，本公开各实施例的上述和其他特征、优点及方面将变得更加明显。在附图中，相同或相似的附图标注表示相同或相似的元素。

图1示出了根据本公开的一些实施例的示例性可编程逻辑控制器100的示意图。

图2示出了根据本公开的另一些实施例的示例性可编程逻辑控制器200的示意图。

图3示出了根据本公开的再一些实施例的示例性可编程逻辑控制器300的示意图。

图4示出了根据本公开的又一些实施例的示例性可编程逻辑控制器400的示意图。

图5示出了根据本公开的实施例的用于可编程逻辑控制器的数据通信方法500的示意图。

图6示出了根据本公开的实施例的示例性可编程逻辑控制器的通信周期的示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本公开的示范性实施例做出说明，其中包括本公开实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本公开的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。

在本文中使用的术语“包括”及其变形表示开放性包括，即“包括但不限于”。除非特别申明，术语“或”表示“和/或”。术语“基于”表示“至少部分地基于”。术语“一个示例实施例”和“一个实施例”表示“至少一个示例实施例”。术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”。术语“第一”、“第二”等等可以指代不同的或相同的对象。下文还可能包括其他明确的和隐含的定义。

如上所述，当前，通常基于CAN、Profibus、EtherCAT等内部通信总线来将可编程逻辑控制器所包括的各个模块连接在一起，以实现这些模块之间的相互通信。但是，这种通信总线无法实现合适的确定性数据处理方法，因此在整个控制过程中需要大容量逻辑运算从而需要频繁输入或输出数据时，容易引起数据丢包或数据链路拥堵的问题，而且网络带宽利用率也较低。

为了至少部分地解决上述问题以及其他潜在问题中的一个或者多个，本公开的示例实施例提出了一种可编程逻辑控制器，包括多个模块，所述多个模块包括可编程控制单元模块以及多个输入/输出模块，所述多个模块中的每一模块上均设置有EPA通信单元以及与所述EPA通信单元相关联的多个EPA通信接口，每一模块分别通过相应的多个EPA通信接口中的一个或两个EPA通信接口与所述多个模块中另外的一个或两个模块串行连接，以在所述多个模块之间形成第一EPA通信总线，所述第一EPA通信总线用于实现所述多个模块之间的EPA通信。以此方式，使得有助于提高可编程逻辑控制器所包括的各个模块之间的数据通信效率，而不会引起数据丢包和数据链路拥堵之类的问题，而且还有利于提高网络带宽的利用率。

图1示出了根据本公开的一些实施例的示例性可编程逻辑控制器100的示意图。如图1所示，可编程逻辑控制器100包括多个模块，即可编程控制单元模块110、第一输入/输出模块120-1、第二输入/输出模块120-2和第三输入/输出模块120-3 。应注意，虽然在图1中示出了可编程逻辑控制器100包括三个输入/输出模块，但是在实际使用中，可编程逻辑控制器100可包括更多或更少的输入/输出模块，具体取决于该可编程逻辑控制器100的应用场景。实际上，在本公开中，由于各个模块之间是通过EPA总线连接的，因此可编程逻辑控制器100可被实现为总共包括小于或等于255个模块，因为EPA总线的同一网段内可安装255个EPA节点。另外，虽然图1中未示出，但可编程逻辑控制器100还应包括电源模块，以为可编程逻辑控制器100中的各个其他模块进行供电，但是由于电源模块通常不参与数据通信，因此在本公开中后续部分中提及的各个模块并不涉及电源模块。

在本公开中，可编程逻辑控制器100被实现为基于EPA总线的可编程逻辑控制器（具体实现方式可参考下面的描述），因此该可编程逻辑控制器100所包括的每一个模块（即，可编程控制单元模块110、第一输入/输出模块120-1、第二输入/输出模块120-2和第三输入/输出模块120-3 ）上都设置有EPA通信单元以及多个EPA通信接口（图中未示出），以便实现该模块与其他模块之间基于EPA总线的连接和通信。例如，每一输入/输出模块都可在现有的相应输入/输出模块的基础上添加EPA通信单元以及多个EPA通信接口来实现，因此实现起来较为简单。EPA通信单元可由写有EPA总线程序的芯片实现。虽然在图1中示出了可编程逻辑控制器100所包括的每一个模块上设置有四个EPA通信接口，但是在实际使用中，每一模块上可设置有更多或更少的EPA通信接口，具体取决于各个模块之间需要形成的拓扑连接结构。另外，应领会，在图1中每一模块所包括的EPA通信接口是可互换地使用的。在本公开中，EPA通信接口可被实现为例如LVDS接口、PCIe接口等。

在本公开中，可编程控制单元模块110主要包括微处理器和存储器，其主要用于不断地采集输入信号，执行用户程序以处理数据，并刷新***的输出。

在本公开中，第一输入/输出模块120-1、第二输入/输出模块120-2和第三输入/输出模块120-3可具有相应的模块类型，该模块类型可以是数据输入类型的模块（其可以是数字量输入模块或模拟量输入模块）、或者是数据输出类型的模块（其可以是数字量输出模块或模拟量输出模块）、或者是数据输入和输出类型的模块（其可以是各种网络通信模块，例如以太网通信模块、串口通信模块）。数字量输入模块用来接收从按钮、选择开关、数字拨码开关、限位开关、接近开关、光电开关、压力继电器等来的开关量输入信号。模拟量输入模块用来接收诸如电位器、测速发电机和各种变送器等提供的连续变化的模拟量电流、电压信号，或者直接接收诸如热电阻、热电偶等提供的温度信号或者湿度信号等等。数字量输出模块用来控制接触器、电磁阀、电磁铁、指示灯、数字显示装置和报警装置等输出设备，模拟量输出模块用来控制电动调节阀、变频器等执行器。在本公开中，数据输入类型的模块指示用于从与该模块连接的外部设备（诸如，各种开关、按钮、传感器等）采集数据，并将该模块采集到的数据提供给可编程控制单元模块进行处理的模块。数据输出类型的模块指示用于从可编程控制单元模块接收数据（通常为控制指令），并将接收到的数据输出到与该模块连接的外部设备（诸如，接触器、电磁阀、电磁铁、指示灯、数字显示装置、报警装置、电动调节阀、变频器以及其他执行机构等等），以便实现对该外部设备的控制等的模块。数据输入和输出类型的模块指示既需要从与该模块连接的第一外部设备（诸如，第一计算设备）采集数据以将采集到的数据提供给可编程控制单元模块进行处理，又需要从可编程控制单元模块接收控制指令之类的数据以将接收到的数据输出到与该模块连接的第二外部设备（诸如，第二计算设备），以便实现对该第二外部设备的控制的模块，第一外部设备和第二外部设备可以是相同的外部设备也可以是不同的外部设备。

在本公开中，在输入/输出模块属于数据输入类型的模块的情况下，该输入/输出模块除了包括EPA通信单元以经由EPA通信接口与可编程逻辑控制器中的其他模块进行通信之外，还包括数据接收单元以经由相应的多通道数据采集接口从与其连接的外部设备（诸如，各种开关、按钮、传感器等）获取数据。具体地，这种数据输入类型的模块可从通过多通道数据采集接口与其连接的外部设备采集所需的数据，采集到的数据再通过该模块所连接到相应EPA通信总线输入（或发送）到可编程控制单元模块。因此，在本公开中，这种数据输入类型的模块需要通过相应的EPA通信总线输入到可编程控制单元模块的数据量取决于其多通道数据采集接口所包括的数据采集通道的数量以及各个数据采集通道每次可采集的数据量。

在输入/输出模块属于数据输出类型的模块的情况下，该输入/输出模块除了包括EPA通信单元以经由EPA通信接口与可编程逻辑控制器中的其他模块进行通信之外，还包括数据发送单元以经由相应的多通道数据输出接口向与其连接的外部设备（诸如接触器、电磁阀、电磁铁、指示灯、数字显示装置、报警装置、电动调节阀、变频器以及其他执行机构等等）输出（或发送）数据。具体地，可编程控制单元模块经由相应的EPA通信总线发送给这种数据输出类型的模块的数据（通常为控制指令）需进一步由该数据输出类型的模块通过其多通道数据输出接口输出（或发送）到与该数据输出类型的模块连接的外部设备，以便基于这些数据对该相应的外部设备进行控制等。因此，在本公开中，这种数据输出类型的模块可通过相应的EPA通信总线从可编程控制单元模块接收的数据量取决于其多通道数据输出接口所包括的数据输出通道的数量以及各个数据输出通道每次可输出的数据量。

在输入/输出模块属于数据输入输出类型的模块的情况下，该输入/输出模块除了包括EPA通信单元以经由EPA通信接口与可编程逻辑控制器中的其他模块进行通信之外，还包括数据接收单元以经由相应的数据采集接口接收与其连接的第一外部设备（诸如，第一计算设备）的数据，并且还包括数据发送单元以经由相应的数据输出接口向与其连接的第二外部设备（诸如，第二计算设备）发送数据。如上所述，这里第一外部设备和第二外部设备可以是相同的设备，也可以是不同的设备。具体地，一方面，这种数据输入输出类型的模块可以从通过数据采集接口与其连接的第一外部设备获取所需的数据，所获取的数据需再通过该模块所连接到相应EPA通信总线输入（或发送）到可编程控制单元模块。因此，在本公开中，这种数据输入输出类型的模块需通过相应的EPA通信总线输入到可编程控制单元模块的数据量取决于其数据采集接口每次可获取的数据量。另一方面，可编程控制单元模块可经由相应的EPA通信总线向这种数据输入输出类型的模块发送数据（通常为控制指令），该数据（或控制指令）是需由该数据输入输出类型的模块通过其数据输出接口输出（或发送）到与该数据输出类型的模块连接的第二外部设备，以便基于这些数据对该相应的第二外部设备进行控制等的数据。因此，在本公开中，这种数据输入输出类型的模块可通过相应的EPA通信总线从可编程控制单元模块接收的数据量实际上取决于其数据输出接口每次可输出的数据量。

在本公开中，由于各个输入/输出模块都需要与可编程控制单元模块110进行数据交换，因此可编程控制单元模块110可被设置为主时钟，多个输入/输出模块120-1到120-3可被设置为从时钟，从而使得在这些模块需要进行通信时，可事先使得各个输入/输出模块120-1到120-3与可编程控制单元模块110进行时钟同步。

在本公开中，可编程逻辑控制器中包括的每一模块都分别通过相应的多个EPA通信接口中的一个或两个EPA通信接口与该可编程逻辑控制器中包括的另外的一个或两个模块串行连接，以在该多个模块之间形成EPA通信总线，因此该可编程逻辑控制器相当于一个由这些模块连接而成的EPA通信***，各个模块都可经由所形成的EPA通信总线与其他模块进行通信。

例如，在图1所示的示例中，可编程控制单元模块110通过EPA通信接口101与第一输入/输出模块120-1连接，第一输入/输出模块120-1分别通过EPA通信接口111和112与可编程控制单元模块110和第二输入/输出模块120-2串行连接，第二输入/输出模块120-2则分别通过EPA通信接口121和122与第一输入/输出模块120-1和第三输入/输出模块120-3串行连接，并且第三输入/输出模块则通过EPA通信接口131与第二输入/输出模块120-2连接，从而形成了可编程逻辑控制器100的第一EPA通信总线，该第一 EPA通信总线可用于实现该多个模块之间的EPA通信。在图1所示的实施例中，所实现的第一EPA通信总线为线形EPA通信总线。应领会，当可编程逻辑控制器100包括更多的模块时，也可通过与图1类似的连接方式来形成相应的线形的第一EPA通信总线。

图2示出了根据本公开的另一些实施例的示例性可编程逻辑控制器200的示意图。可编程逻辑控制器200也被实现为基于EPA总线的可编程逻辑控制器。如图2所示，可编程逻辑控制器200包括多个模块，即可编程控制单元模块210、第一输入/输出模块220-1、第二输入/输出模块220-2和第三输入/输出模块220-3，其分别与如图1所示的可编程控制单元模块110、第一输入/输出模块120-1、第二输入/输出模块120-2和第三输入/输出模块120-3类似 。图2所示的实施例与图1所示的实施例类似，只是在图2所示的实施例中，除了形成了如图2中的细实线所示的第一EPA通信总线之外，还形成了如图2中的粗实线所示的第二EPA通信总线，使得在第一EPA通信总线出现问题时，可编程逻辑控制器200中包括的各个模块之间可通过第二EPA通信总线来进行通信。

具体地，在图2中，可编程控制单元模块210通过EPA通信接口201与第一输入/输出模块220-1连接，第一输入/输出模块220-1则分别通过EPA通信接口211和212与可编程控制单元模块210和第二输入/输出模块220-2串行连接，第二输入/输出模块220-2则分别通过EPA通信接口221和222与第一输入/输出模块220-1和第三输入/输出模块220-3串行连接，并且第三输入/输出模块220-3则通过EPA通信接口231与第二输入/输出模块220-2连接，从而形成了可编程逻辑控制器200的第一EPA通信总线（如图2中的细实线所示），该第一 EPA通信总线可用于实现该多个模块之间的EPA通信。

在图2中，可编程控制单元模块210还通过EPA通信接口202与第一输入/输出模块220-1连接，第一输入/输出模块220-1则还分别通过EPA通信接口213和214与可编程控制单元模块210和第二输入/输出模块220-2串行连接，第二输入/输出模块220-2则还分别通过EPA通信接口223和224与第一输入/输出模块220-1和第三输入/输出模块220-3串行连接，并且第三输入/输出模块220-3则还通过EPA通信接口233与第二输入/输出模块220-2连接，从而形成了可编程逻辑控制器200的第二EPA通信总线（如图2中的粗实线所示），该第二EPA通信总线也可用于实现该多个模块之间的EPA通信。

如图2所示，所实现的第一EPA通信总线和第二EPA通信总线均为线形EPA通信总线。应领会，当可编程逻辑控制器200包括更多的模块时，也可通过与图2类似连接的方式来形成相应的线形的第一EPA通信总线和线形的第二EPA通信总线，其中第一EPA通信总线和第二EPA通信总线为可编程逻辑控制器的冗余通信总线。例如，第一EPA通信总线和第二EPA通信总线收发的***数据相同且同步，当第一EPA通信总线和第二EPA通信总线中的任一者因故障断掉时，另一者仍可继续工作。

图3示出了根据本公开的再一些实施例的示例性可编程逻辑控制器300的示意图。可编程逻辑控制器300也被实现为基于EPA总线的可编程逻辑控制器。如图3所示，可编程逻辑控制器300包括多个模块，即可编程控制单元模块310、第一输入/输出模块320-1、第二输入/输出模块320-2和第三输入/输出模块320-3 ，其分别与如图1所示的可编程控制单元模块110、第一输入/输出模块120-1、第二输入/输出模块120-2和第三输入/输出模块120-3类似。图3所示的实施例与图1所示的实施例类似，只是在图3所示的实施例中，第三输入/输出模块320-3除了通过EPA通信接口331与第二输入/输出模块串行连接外，还通过通信接口332与可编程控制单元模块310串行连接，从而使得第一EPA通信总线闭合成为环形EPA通信总线。应领会，当可编程逻辑控制器300包括更多的模块时，也可通过与图3类似连接的方式来形成相应的环形的第一EPA通信总线。在采用环形总线结构时，该总线中任一模块断开，都不会造成整条总线的瘫痪。

图4示出了根据本公开的又一些实施例的示例性可编程逻辑控制器400的示意图。可编程逻辑控制器400也被实现为基于EPA总线的可编程逻辑控制器。如图4所示，可编程逻辑控制器400包括多个模块，即可编程控制单元模块410、第一输入/输出模块420-1、第二输入/输出模块420-2和第三输入/输出模块420-3 ，其分别与如图2所示的可编程控制单元模块210、第一输入/输出模块220-1、第二输入/输出模块220-2和第三输入/输出模块220-3类似。图4所示的实施例与图2所示的实施例类似，只是在图4所示的实施例中，第三输入/输出模块420-3除了通过EPA通信接口431与第二输入/输出模块串行连接外，还通过通信接口432与可编程控制单元模块310串行连接，从而使得相应的第一EPA通信总线（如图4中的细实线所示）闭合成为环形EPA通信总线，此外第三输入/输出模块420-3除了通过EPA通信接口433与第二输入/输出模块串行连接外，还通过通信接口434与可编程控制单元模块410串行连接，从而使得相应的第二EPA通信总线（如图4中的粗实线所示）也闭合成为环形EPA通信总线。应领会，当可编程逻辑控制器400包括更多的模块时，也可通过与图4类似的连接方式来形成相应的环形的第一EPA通信总线和环形的第二EPA通信总线，其中第一EPA通信总线和第二EPA通信总线为可编程逻辑控制器的冗余通信总线。例如，第一EPA通信总线和第二EPA通信总线收发的***数据相同且同步，当第一EPA通信总线和第二EPA通信总线中的任一者因故障断掉时，另一者仍可继续工作。

图5示出了根据本公开的实施例的用于可编程逻辑控制器的数据通信方法500的示意图。该可编程逻辑控制器是本公开所述的基于EPA总线的可编程逻辑控制器，其示例为例如可编程逻辑控制器100、200、300或400。方法500可由可编程逻辑控制器所包括的每一个模块执行。应当理解的是，方法500还可以包括未示出的附加框和/或可以省略所示出的框，本公开的范围在此方面不受限制。

在步骤502，在可编程逻辑控制器的每一模块处，接收可编程逻辑控制器的组态配置信息，该组态配置信息包括该可编程逻辑控制器中包括的各个模块的优先级顺序。

在本公开中，可编程逻辑控制器中包括的每一个模块都被分配了一定的优先级顺序，因此各个模块在通信周期的周期时间段和非周期时间段需占用的时间片可根据这样的优先级顺序来进行分配。

在一些实施例中，各个数据输入类型的模块的优先级顺序高于各个数据输入输出类型的模块所包括的数据接收单元的优先级顺序，各个数据输入输出类型的模块所包括的数据接收单元的优先级顺序高于可编程控制单元模块的优先级顺序，可编程控制单元模块的优先级顺序高于各个数据输入输出类型的模块所包括的数据发送单元的优先级顺序，各个数据输入输出类型的模块所包括的数据发送单元的优先级顺序高于各个数据输出类型的模块的优先级顺序。在不同的数据输入类型的模块之间也存在一定的优先级顺序的排序，在不同的数据输入输出类型的模块的数据接收单元之间也存在一定的优先级顺序的排序，在不同的数据输出类型的模块之间也存在一定的优先级顺序的排序，在不同的数据输入输出类型的模块的数据发送单元之间也存在一定的优先级顺序的排序。例如，在图6所示的示例中，就采用了这样的优先级排序方式。在本公开中，由于各个数据输出类型的模块的优先级顺序是连续的，并且其需要接收的数据都是由可编程控制单元模块发出的，因此这些数据输出类型的模块可共用32字节的网络信息。

在步骤504，确定该模块（即步骤502中提到的模块，其可以是可编程逻辑控制器中包括的任一模块）在通信周期的周期时间段期间需占用的第一时间片的长度。在本公开中，第一时间片的长度与模块所属的模块类型有关。

在本公开中，每一个通信周期都可包括周期时间段和非周期时间段，其中周期时间段用于传输实时性要求较高的周期数据，非周期时间段用于传输实时性要求不高的非周期数据。例如，下面将详细描述的由数据输入类型的模块采集到的数据、由数据输入输出类型的模块采集到的数据、需要发送给数据输出类型的模块的数据以及需要发送给数据输入输出类型的模块的数据都属于实时性要求较高的周期数据，因此需要在周期时间段期间进行传输。非周期数据可包括关于相应模块的诊断信息数据，如断线诊断数据、超量程诊断数据等。在本公开中，为了实现在周期时间段和非周期时间段期间的确定性通信，需要为每一模块确定其在周期时间段需要占用的第一时间片。例如，图6示出了根据本公开的实施例的示例性可编程逻辑控制器的通信周期的示意图。在图6所示的示例中，在可编程逻辑控制器包括数字量输入模块、模拟量输入模块、以太网通信模块、串口通信模块、可编程控制单元模块、模拟量输出模块，因此需要为所有这些模块确定第一时间片的长度和第二时间片的长度。如图6所示，对于通信周期的周期时间段，可编程逻辑控制器中包括的每一个模块分别具有相应的第一时间片t1到t8，该第一时间片的长度的确定将在下面更详细的描述。

在第一方面，如果步骤502中提到的模块属于数据输入类型的模块，则该模块仅包括数据接收单元，而不包括数据发送单元，因此该模块仅占用一个第一时间片。具体地，可基于该模块的多通道数据采集接口所包括的数据采集通道的数量、每一数据采集通道每次所能采集的数据量、相应EPA通信总线的数据传输速率以及该第一时间片的网络信息的长度确定该模块需占用的第一时间片的长度。在本文中，该相应EPA通信总线指的是用于将该模块采集到的数据输入到可编程控制单元模块的EPA通信总线，其可以是前面提到的第一EPA通信总线，也可以是前面提到的第二EPA通信总线。

在一些实现中，这种数据输入类型的模块所占的第一时间片的长度可采用以下公式（1）来确定：

(1)

在以上公式（1）中，n表示所述模块的多通道数据采集接口所包括的数据采集通道的数量，x表示每一数据采集通道每次所能采集的数据的字节数，v表示相应EPA通信总线的数据传输速率（例如，千兆网络的数据传输速率为1*10⁹，百兆网络的数据传输速率为1*10⁸），y表示该第一时间片的网络信息的长度。在以上公式（1）中，所计算出的第一时间片的长度的单位为秒。

另外，在本公开中，当nx小于最小数据字节数时，则nx取最小数据字节数。该最小数据字节数可以为32字节，并且网络信息的长度y也可以为32字节。

假设步骤502中提到的模块为数字量输入模块，其多通道数据采集接口所包括的数据采集通道的数量n为16，每一数据采集通道每次所能采集的数据量x为1bit，因此nx为16bit（即2个字节）。由于16bit小于最小数据字节数，因此将nx取为32字节。假设相应EPA通信总线的数据传输速率v为1*10⁹，并且网络信息的长度也为32字节，因此该数字量输入模块的第一时间片的长度为。

在第二方面，如果步骤502中提到的模块属于数据输出类型的模块，则该模块仅包括数据发送单元，而不包括数据接收单元，因此该模块仅占用一个第一时间片。具体地，可基于该模块的多通道数据输出接口所包括的数据输出通道的数量、每一数据输出通道每次所能传输的数据量以及相应EPA通信总线的数据传输速率来确定该模块需占用的第一时间片的长度。同样，该相应EPA通信总线指的是用于将可编程控制单元模块的数据发送给该数据输出类型的模块的EPA通信总线，其可以是前面提到的第一EPA通信总线，也可以是前面提到的第二EPA通信总线。

在一些实现中，这种数据输入类型的模块所占的第一时间片的长度可采用以下公式（2）来确定：

(2)

在以上公式（2）中，n表示该模块的多通道数据输出接口所包括的数据输出通道的数量，x表示每一数据输出通道每次所能输出的数据的字节数，v表示相应EPA通信总线的数据传输速率。

假设步骤502中提到的模块为数字量输出模块，该数字量输出模块的多通道数据输出接口所包括的数据输出通道的数量n为16，每一数据输出通道每次所能采集的数据量x为1bit，因此nx为16bit（即2个字节）。假设相应EPA通信总线的数据传输速率v为1*10⁹，因此该数字量输出模块的第一时间片的长度为。

假设步骤502中提到的模块为模拟量输出模块，该模拟量输出模块的多通道数据输出接口所包括的数据输出通道的数量n为8，每一数据输出通道每次所能采集的数据量x为4字节，因此nx为32个字节。假设相应EPA通信总线的数据传输速率v为1*10⁹，因此该模拟量输出模块的第一时间片的长度为。

在本公开中，可编程逻辑控制器所包括的各个数据输出类型的模块可共用一个网络信息，因此这些数据输出类型的模块中的每一个数据输出类型的模块的第一时间片实际上相当于这些数据输出类型的模块在通信周期期间共用的一个时间片的子时间片，这些子时间片也可按照前面提到的优先级顺序在该共用的时间片之间进行排序。在本公开中，该共用的时间片的长度为y/v加上每一个数据输出类型的模块的第一时间片的长度，其中v表示相应EPA通信总线的数据传输速率，y表示网络信息的长度网络信息的长度为例如32字节。在本公开中，当该共用的时间片的长度小于时，可将该共用的时间片的长度设为等于/>，在本公开中该最小数据字节数可以为32字节，但是每一个数据输出类型的模块的第一时间片的长度可保持不变。

在第三方面，如果步骤502中提到的模块属于数据输入和输出类型的模块，则该数据输入和输出类型的模块既包括数据接收单元又包括数据发送单元，因此需要在两个方向上通过相应的EPA总线进行通信，因此该模块需占用两个第一时间片，即该模块所包括的数据接收单元需占用一个第一时间片，并且该模块所包括的数据发送单元也需占用一个第一时间片。在本公开中，可基于该模块所包括的数据接收单元通过相应的数据采集接口每次所能采集的第一数据量以及相应的EPA通信总线的数据传输速率确定该数据接收单元需占用的第一时间片的长度，并基于该模块所包括的数据发送单元通过相应的数据输出接口每次所能输出的第二数据量以及相应EPA通信总线的数据传输速率确定该数据发送单元需占用的第一时间片的长度。

在一些实现中，数据输入和输出类型的模块所包括的数据接收单元需占用的第一时间片的长度以及数据发送单元需占用的第一时间片的长度可分别采用以下公式（3）和（4）来确定：

(3)

(4)

在以上公式（3）和（4）中，z₁为该模块所包括的数据接收单元通过相应的数据采集接口每次所能采集的第一数据量，n₂为该模块所包括的数据发送单元通过相应的数据输出接口每次所能输出的第二数据量，v为相应EPA通信总线的数据传输速率，y为网络信息的长度。在一些实施例中，该网络信息的长度可以为32字节。

例如，假设步骤502中提到的模块为以太网通信模块，该以太网通信模块所包括的数据接收单元通过相应的数据采集接口每次所能采集的第一数据量x₁为300字节，并且该以太网通信模块所包括的数据发送单元通过相应的数据输出接口每次所能输出的第二数据量x₂为400字节，并且相应EPA通信总线的数据传输速率v为1*10⁹，则可确定该以太网通信模块的该数据接收单元需占用的第一时间片的长度为，并且该以太网通信模块的该数据发送单元需占用的第一时间片的长度为/>。

在第四方面，如果步骤502中提到的模块为可编程控制单元模块，则可基于该可编程控制单元模块所需进行的处理的复杂度以及相应的CPU的性能确定所述模块所占的第一时间片的长度。这可使用确定现有的各种EPA设备的时间片的长度的方法来确定，本文中不再进一步进行赘述。

回到图5，在步骤506，基于该多个模块（即可编程逻辑控制器中包括的多个）的优先级顺序确定该模块（即步骤502中提到的模块）需占用的第一时间片在周期时间段中的位置。

如上所述，可编程逻辑控制器中包括的每一个模块都被分配了一定的优先级顺序，并且每一个模块需占用的第一时间片的长度都可被事先确定，因此通过根据这些优先级顺序进行排序，就可确定每一个模块在周期时间段中的位置。

在步骤508，在每一通信周期的周期时间段期间，在该模块对应的第一时间片内，经由该模块的EPA通信接口在相应EPA通信总线上传输相应的数据。

例如，该相应EPA通信总线可以是以上提到的第一EPA通信总线，也可以是以上提到的第二EPA通信总线，该第一EPA通信总线可以是线形EPA通信总线或环形EPA通信总线，同样该第二EPA通信总线也可以是线形EPA通信总线或环形EPA通信总线。

通过本公开的以上技术方案，可保证该可编程逻辑控制器中的每一模块在通信周期的周期时间段内都具有确定的时间片来传输相应的数据，由于该时间片是根据各个模块需要发送或接收的数据量来确定的，因此可以避免通信的等待时间，因此可有效提高各个模块之间的数据通信效率，而且这种确定的时间片可确保即使在大容量逻辑运算控制时也不会出现数据丢包或拥堵，因此有效缩小了通信周期，保证了可编程逻辑控制器内部通信数据收发的确定性和同步性，进而解决了可编程逻辑控制器网络带宽利用率低的问题，并且提高了实时通信性能。因此，本公开的基于EPA总线的可编程逻辑控制器具有具备大容量运算控制能力以及执行能力。

在本公开中，数据通信方法500还可包括如果该模块（即步骤502中提到的模块）需要在当前通信周期的非周期时间段期间传输相应的非周期数据，则确定该模块在该非周期时间段期间需占用的第二时间片的长度。例如，在图6所示的示例中，仅数字量输入模块、以太网通信模块和模拟量输出模块需要在相应通信周期的非周期时间段期间传输相应的非周期数据。因此，这些模块需要确定相应的第二时间片的长度。然后，可基于可编程逻辑控制器所包括的多个模块中需要在该非周期时间段期间传输非周期数据的一个或多个模块的优先级顺序，确定该模块需占用的第二时间片在该非周期时间段中的位置。假设可编程逻辑控制器中有三个模块需要在该非周期时间段期间传输相应的非周期数据，则可按照该三个模块的优先级顺序，该三个模块的第二时间片进行排序，从而可以确定各个第二时间片在该非周期时间段中的位置。例如，在图6所示的示例中，需基于数字量输入模块、以太网通信模块和模拟量输出模块的优先级顺序来确定各个第二时间片在非周期时间段中的位置。在确定了第二时间片的位置之后，就可在通信周期的非周期时间段期间，在该模块对应的第二时间片内，经由该模块的EPA通信接口在相应EPA通信总线上传输相应的非周期数据。

在本公开中，可基于相应模块需传输的非周期数据的数据量、相应EPA通信总线的数据传输速率以及网络信息的长度确定该模块在非周期时间段期间需占用的第二时间片的长度。

在一些实现中，各个模块需要占用的第二时间片的长度可采用以下公式（5）来确定：

(5)

在以上公式（5）中，l表示该模块需在当前通信周期的非周期时间段期间传输的非周期数据的数据量，v表示相应EPA通信总线的数据传输速率，y表示网络信息的长度。在以上公式（5）中，所计算出的第一时间片的长度的单位为秒。

另外，在本公开中，当l小于最小数据字节数时，则可将l取为最小数据字节数。该最小数据字节数可以为32字节，并且网络信息的长度y也可以为32字节。

另一方面，如果该模块（即步骤502中提到的模块）不需要在当前通信周期（即步骤502中提到的通信周期）的非周期时间段期间传输相应的非周期数据，则不需要确定该模块在该非周期时间段期间需占用的第二时间片的长度更不需要确定相应的第二时间片在该非周期时间段的位置。

通过以上技术手段，可在通信周期的非周期时间段中实现对第二时间片的动态分配，因此可以减小可编程逻辑控制器对总线实时区网络带宽的占用，进而有助于缩小可编程逻辑控制器的通信周期。

以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (12)

1.一种可编程逻辑控制器，包括多个模块，所述多个模块包括可编程控制单元模块以及多个输入/输出模块，所述多个模块中的每一模块上均设置有EPA通信单元以及多个EPA通信接口，

每一模块分别通过相应的多个EPA通信接口中的一个或两个EPA通信接口与所述多个模块中另外的一个或两个模块串行连接，以在所述多个模块之间形成第一EPA通信总线，所述第一EPA通信总线用于实现所述多个模块之间的EPA通信；

其中每一模块还分别通过所述多个EPA通信接口中另外的一个或两个EPA通信接口与所述多个模块中所述另外的一个或两个模块串行连接，以在所述多个模块之间形成第二EPA通信总线，所述第二EPA通信总线也用于实现所述多个模块之间的EPA通信。

2.根据权利要求1所述的可编程逻辑控制器，其中每一输入/输出模块为数据输入类型的模块、数据输出类型的模块、或数据输入和输出类型的模块。

3.根据权利要求1所述可编程逻辑控制器，其中所述第一EPA通信总线为线形EPA通信总线或环形EPA通信总线。

4.根据权利要求1所述的可编程逻辑控制器，其中所述第一EPA通信总线和所述第二EPA通信总线均为线形EPA通信总线或者均为环形EPA通信总线。

5.一种用于可编程逻辑控制器的数据通信方法，所述可编程逻辑控制器为权利要求1到4中的任一项所述的可编程逻辑控制器，所述数据通信方法包括：

在所述可编程逻辑控制器的每一模块处，接收所述可编程逻辑控制器的组态配置信息，所述组态配置信息包括所述可编程逻辑控制器中包括的多个模块的优先级顺序；

确定所述模块在通信周期的周期时间段期间需占用的第一时间片的长度，所述第一时间片的长度与所述模块所属的模块类型有关；

基于所述多个模块的优先级顺序确定所述模块需占用的第一时间片在周期时间段中的位置；以及

在每一通信周期的周期时间段期间，在所述模块对应的第一时间片内，经由所述模块的EPA通信接口在相应EPA通信总线上传输相应的数据。

6.根据权利要求5所述的数据通信方法，其中各个数据输入类型的模块的优先级顺序高于各个数据输入输出类型的模块所包括的数据接收单元的优先级顺序，各个数据输入输出类型的模块所包括的数据接收单元的优先级顺序高于可编程控制单元模块的优先级顺序，可编程控制单元模块的优先级顺序高于各个数据输入输出类型的模块所包括的数据发送单元的优先级顺序，各个数据输入输出类型的模块所包括的数据发送单元的优先级顺序高于各个数据输出类型的模块的优先级顺序。

7.根据权利要求5所述的数据通信方法，还包括：

如果所述模块需要在当前通信周期的非周期时间段期间传输相应的非周期数据，则确定所述模块在所述非周期时间段期间需占用的第二时间片的长度；

基于所述多个模块中需要在所述非周期时间段期间传输非周期数据的一个或多个模块的优先级顺序，确定所述模块需占用的第二时间片在所述非周期时间段中的位置；以及

在所述通信周期的非周期时间段期间，在所述模块对应的第二时间片内，经由所述模块的EPA通信接口在所述相应EPA通信总线上传输相应的非周期数据。

8.根据权利要求5所述的方法，其中确定所述模块在通信周期的周期时间段期间所占的第一时间片的长度包括：

如果所述模块属于数据输入类型的模块，则基于所述模块的多通道数据采集接口所包括的数据采集通道的数量、每一数据采集通道每次所能采集的数据量、相应EPA通信总线的数据传输速率以及所述第一时间片的网络信息的长度确定所述模块需占用的第一时间片的长度。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述网络信息的长度为32字节。

10.根据权利要求5所述的方法，其中确定所述模块在通信周期的周期时间段期间所占的第一时间片的长度包括：

如果所述模块属于数据输出类型的模块，则基于所述模块的多通道数据输出接口所包括的数据输出通道的数量、每一数据输出通道每次所能输出的数据量以及相应EPA通信总线的数据传输速率确定所述模块需占用的第一时间片的长度。

11.根据权利要求5所述的方法，其中确定所述模块在通信周期的周期时间段期间所占的第一时间片的长度包括：

如果所述模块属于数据输入和输出类型的模块，则基于所述模块所包括的数据接收单元通过相应的数-据采集接口每次所能采集的第一数据量以及相应的EPA通信总线的数据传输速率确定所述数据接收单元需占用的第一时间片的长度，并基于所述模块所包括的数据发送单元通过相应的数据输出接口每次所能输出的第二数据量以及相应EPA通信总线的数据传输速率确定所述数据发送单元需占用的第一时间片的长度。

12.根据权利要求7所述的方法，其中确定所述模块在所述非周期时间段期间需占用的第二时间片的长度包括：

基于所述非周期数据的数据量、相应EPA通信总线的数据传输速率以及网络信息的长度确定所述模块在所述非周期时间段期间需占用的第二时间片的长度。