CN208903118U - 一种基于工业实时以太网的可编程逻辑控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于工业实时以太网的可编程逻辑控制器，属于自动化控制领域。本实用新型提供的可编程逻辑控制器，通过主控模块和IO扩展模块之间以以太网连接，使得主控模块可基于以太网，通过以太网通讯单元与IO扩展模块通信连接。该可编程逻辑控制器避免采用专用ASIC芯片，通过设置以太网通讯单元即可实现主控模块和IO扩展模块之间的数据交互，而以太网通讯单元可通过使用普通的PHY芯片和交换芯片即可完成PLC***硬件设计，从而可降低PLC的制作成本，满足工业应用的需求。

Description

一种基于工业实时以太网的可编程逻辑控制器

技术领域

本实用新型涉及自动化控制领域，特别涉及一种基于工业实时以太网的可编程逻辑控制器。

背景技术

可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，简称PLC)，它采用可以编制程序的存储器，用来在执行存储逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。其实质是一种专用于工业控制的计算机。

可编程逻辑控制器包括电源模块、主控模块、IO扩展模块和底座。现有技术中，主控模块通过专用ASIC芯片与IO扩展模块进行周期性数据交互，即在一个扫描周期内，主控模块通过专用ASIC芯片向IO扩展模块发送逻辑计算数据，同时采集所有IO扩展模块的输入数据。

然而，采用专用AISC方案进行PLC硬件设计时，专用ASIC芯片的费用较高，使得制作PLC的成本高，不能满足工业应用需求。

实用新型内容

本实用新型提供一种基于工业实时以太网的可编程逻辑控制器，可解决上述技术问题。

具体而言，包括以下的技术方案：

提供了一种基于工业实时以太网的可编程逻辑控制器，包括：电源模块、主控模块、IO扩展模块和底座；

所述底座包括至少三个插孔，每个插孔中均设置有电源总线和以太网总线；

所述电源模块、所述主控模块和所述IO扩展模块分别***在所述底座的不同的所述插孔中；其中，

所述主控模块包括微处理器单元和以太网通讯单元，所述微处理器单元和所述以太网通讯单元通信连接，且所述主控模块通过所述以太网通讯单元与所述IO扩展模块通信连接。

在一种可能的实施方式中，所述主控模块还包括IEC61131-3单元；

所述IEC61131-3单元和所述微处理器单元通信连接。

在一种可能的实施方式中，所述主控模块还包括通用通信单元；

所述通用通信单元和所述微处理器单元通信连接，所述通用通信单元用于与网络接口连接。

在一种可能的实施方式中，所述网络接口包括RS232接口、RS485接口、Zigbee接口中的至少一种。

在一种可能的实施方式中，所述主控模块还包括显示单元；

所述显示单元和所述微处理器单元通信连接。

在一种可能的实施方式中，所述主控模块还包括定位单元；

所述定位单元和所述微处理器单元通信连接。

在一种可能的实施方式中，所述主控模块还包括故障诊断单元；

所述故障诊断单元和所述微处理器单元通信连接。

在一种可能的实施方式中，所述主控模块还包括存储单元；

所述存储单元和所述微处理器单元通信连接。

在一种可能的实施方式中，所述可编程逻辑控制器还包括冗余模块；

所述冗余模块设置在所述底座上、不同于所述电源模块、所述主控模块和所述IO扩展模块所在的插孔中；

所述主控模块还包括冗余控制单元，所述冗余控制单元和所述微处理器单元通信连接，且所述主控模块通过所述冗余控制单元与所述冗余模块通信连接。

本实用新型实施例提供的技术方案的有益效果是：

本实用新型提供的可编程逻辑控制器，通过设置主控模块和IO扩展模块之间以以太网连接，使得主控模块可基于以太网通过以太网通讯单元与IO扩展模块通信连接。该可编程逻辑控制器避免采用专用ASIC芯片，通过设置以太网通讯单元即可实现主控模块和IO扩展模块之间的数据交互，而以太网通讯单元可通过使用普通的PHY芯片和交换芯片即可完成PLC***硬件设计，从而可降低PLC的制作成本，满足工业应用需求。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种可编程逻辑控制器的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种可编程逻辑控制器的主控模块的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。

可以理解的是，“以太网”是现有局域网采用的最通用的通信协议标准。该标准定义了在局域网(LAN)中采用的电缆类型和信号处理方法。在本实用新型实施例中，“以太网”相当于物理介质，用于实现模块之间的相互通信，为了满足工业需求，可采用工业实时以太网。更具体地，“以太网”可以为标准以太网，相应可采用“以太网通讯单元”为“标准以太网通讯单元”。

本实用新型实施例提供了一种基于工业实时以太网的可编程逻辑控制器，如图1所示，该可编程逻辑控制器包括：电源模块、主控模块、IO扩展模块和底座；

底座包括至少三个插孔，每个插孔中均设置有电源总线和以太网总线；

电源模块、主控模块和IO扩展模块分别***在底座的不同的插孔中；其中，

主控模块包括微处理器单元和以太网通讯单元，微处理器单元和以太网通讯单元通信连接，且主控模块通过以太网通讯单元与IO扩展模块通信连接。

应用时，将电源模块、主控模块和IO扩展模块分别***底座的插孔中，使得主控模块和IO扩展模块通过电源总线与电源模块连接，同时使主控模块和IO扩展模块通过以太网总线连接到以太网上。在一个扫面周期内，基于以太网，主控模块的微处理器单元可通过以太网通讯单元对IO扩展模块的数据进行采集和计算(逻辑和/或算数运算)，然后再通过以太网通讯单元将计算后的数据输出给IO扩展模块，控制IO扩展模块的运行。如此循环，直到可编程逻辑控制器停止运行。

本实用新型提供的可编程逻辑控制器，通过设置主控模块和IO扩展模块之间以以太网连接，使得主控模块可基于以太网通过以太网通讯单元与IO扩展模块通信连接。该可编程逻辑控制器避免采用专用ASIC芯片，通过设置以太网通讯单元即可实现主控模块和IO扩展模块之间的数据交互，而以太网通讯单元可通过使用普通的PHY芯片和交换芯片即可完成PLC***硬件设计，从而可降低PLC的制作成本，满足工业应用需求。

另外，以太网的优点众多，例如，通讯速度快，支持热插拔，产品的实时性可以随着以太网技术的升级、网络传输速度的提升而得到提高。采用这种通讯方式，使得可编程逻辑控制器具备了以太网的高速、开放性接口及支持热插拔等优点，同时也提升了可编程逻辑控制器在工控领域的安全性、稳定性、实时性、灵活性和兼容性。

底座上的插孔用于插设可编程逻辑控制器的模块组件，每个模块组件对应***一个插孔中。插孔的数量可具体根据模块组件的数量进行设置，以图1为例，可编程逻辑控制器包括电源模块、主控模块、IO扩展模块和冗余模块(后文将详述)，因此可设置底座具有四个插孔。而事实上，由于IO扩展模块可包括多个模块(图1所示的IO扩展模块1，IO扩展模块2，IO扩展模块3等等)，例如模拟量输入/输出模块、数字量输入/输出模块、计数器模块、PWM输出模块、继电器输出控制模块及通讯扩展模块(如图2所示)。因此，可根据实际需要，在底座上设置具有相应数量的插孔。

底座上每个插孔中均设置有电源总线和以太网总线，电源模块通过电源总线向其他模块组件供电，其中，电源可包括DC5V电源***和DC24V电源***。以太网总线使各组件接入以太网中。

在上述的可编程控制器中，主控模块作为核心处理部件，与PLC***开发环境相连，实现PLC工程的上传、下载、运行、在线调试等功能。其中，主控模块的微处理器单元用于信号的采集、运算、处理和控制；以太网通讯单元是可编程逻辑控制器的以太网接口，用于主控模块与IO扩展模块之间的数据交互，实现对IO扩展模块的数据采集、运算和输出控制。太网通讯单元可运行于标准以太网介质上，用于解决工业控制及数据采集领域中数据传输实时性的问题。

另外，以太网通讯单元还能够与外部的I/O单元、扩展通讯板卡进行通讯，实现可编程逻辑控制器控制器资源的扩展。

进一步地，主控模块以微处理器单元为核心，还可挂载多个其他单元组件，例如，如图2所示，可挂载IEC61131-3单元、通用通信单元、显示单元、定位单元、故障诊断单元、存储单元等等。

下面将结合附图2，分别对可挂载的单元组件进行示例性说明。

在一种可能的实施方式中，可使主控模块包括IEC61131-3单元，IEC61131-3单元和微处理器单元通信连接。

IEC61131-3单元用于PLC二次开发环境与可编程逻辑控制器之间的工程下载与上传、在线调试及交互通讯。可实现与开发环境的数据交互，在开发环境中进行硬件I/O资源组态，且二次开发、编译后的工程文件，可通过以太网通讯单元与IEC61131-3单元进行交互。

本实用新型提供标准的IEC61131-3二次开发接口，可广泛应用于石油、化工、智慧城市建设等领域，具有通用性的同时还具有实用性。

在一种可能的实施方式中，可使主控模块还包括通用通信单元；通用通信单元和微处理器单元通信连接。

通用通信单元用于与网络接口连接，网络接口可包括RS232接口、RS485接口、Zigbee接口中的至少一种。图2示出了同时包括三个接口的情况。通用通信单元用于现场总线网络中的数据采集控制等，且可通过可编程接口实现对这些通用接口的二次编程。

在一种可能的实施方式中，还可使主控模块包括显示单元；显示单元和微处理器单元通信连接。

显示单元可用于对微处理单元的运行状态进行实时指示。包括RS232、RS485、Zigbee、以太网数据收发指示；微处理器单元与I/O单元连接状态指示、微处理器单元运行状态指示、微处理器单元运行故障指示等等。

示例地，显示单元可以为LED显示单元，采用LED显示单元可指示***运行状态(1HZ闪烁)、故障状态(常亮/常灭)，连接状态(未连接：4HZ闪烁；正常连接：常亮；掉线：2HZ闪烁)、通讯指示灯(现场总线数据收发指示)。

在一种可能的实施方式中，还可使主控模块包括定位单元；定位单元和微处理器单元通信连接。

定位单元用于实现定位信息的采集，对当前设备的安装位置进行定位，并将定位信息交给微处理器单元。

示例地，定位单元可以为GPS定位单元，采用高精度GPS定位单元(芯片)，可实现可编程逻辑控制器安装位置的实时采集上传，结合GIS***，可实现可编程逻辑控制器设备安装位置的实时采集上传和自动展示。

在一种可能的实施方式中，还可使主控模块包括故障诊断单元；故障诊断单元和微处理器单元通信连接。

故障诊断单元用于诊断主控模块自身状态，也可用于诊断可编程逻辑控制器的其他模块组件(例如，IO扩展模块和冗余模块)状态，当监测到***故障时，可对当前故障进行分析、诊断，形成报告，及时报警，以确保能够实时发现并及时处理故障。

在一种可能的实施方式中，还可使主控模块包括存储单元；存储单元和微处理器单元通信连接。

存储单元用于存储***的自身参数和运行时的过程数据，包括配置信息、日志信息等。存储器单元可采用铁电存储器，兼具ROM的非易失性数据存储特性和RAM的无限次读写、高速读写以及低功耗等优势。

在上述的可编程逻辑控制器中，可编程逻辑控制器还包括冗余模块；冗余模块设置在底座上、不同于电源模块、主控模块和IO扩展模块所在的插孔中；

主控模块还包括冗余控制单元，冗余控制单元和微处理器单元通信连接，且主控模块通过冗余控制单元与冗余模块通信连接。

冗余控制单元用于使主控模块与冗余模块之间进行数据同步和互相协调，一旦主控模块异常、冗余模块能够实时接管主控模块的工作，增加***的稳定性与可靠性。

示例地，当微处理器单元出现异常，冗余控制单元能够实时激活冗余模块，替代微处理器单元的功能，使可编程逻辑控制器能够安全、稳定运行。

以上所述仅是为了便于本领域的技术人员理解本实用新型的技术方案，并不用以限制本实用新型。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于工业实时以太网的可编程逻辑控制器，包括：电源模块、主控模块、IO扩展模块和底座；其特征在于，

所述底座包括至少三个插孔，每个插孔中均设置有电源总线和以太网总线；

所述电源模块、所述主控模块和所述IO扩展模块分别***在所述底座的不同的所述插孔中；其中，

所述主控模块包括微处理器单元和以太网通讯单元，所述微处理器单元和所述以太网通讯单元通信连接，且所述主控模块通过所述以太网通讯单元与所述IO扩展模块通信连接。

2.根据权利要求1所述的可编程逻辑控制器，其特征在于，所述主控模块还包括IEC61131-3单元；

所述IEC61131-3单元和所述微处理器单元通信连接。

3.根据权利要求1所述的可编程逻辑控制器，其特征在于，所述主控模块还包括通用通信单元；

所述通用通信单元和所述微处理器单元通信连接，所述通用通信单元用于与网络接口连接。

4.根据权利要求3所述的可编程逻辑控制器，其特征在于，所述网络接口包括RS232接口、RS485接口、Zigbee接口中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的可编程逻辑控制器，其特征在于，所述主控模块还包括显示单元；

所述显示单元和所述微处理器单元通信连接。

6.根据权利要求1所述的可编程逻辑控制器，其特征在于，所述主控模块还包括定位单元；

所述定位单元和所述微处理器单元通信连接。

7.根据权利要求1所述的可编程逻辑控制器，其特征在于，所述主控模块还包括故障诊断单元；

所述故障诊断单元和所述微处理器单元通信连接。

8.根据权利要求1所述的可编程逻辑控制器，其特征在于，所述主控模块还包括存储单元；

所述存储单元和所述微处理器单元通信连接。

9.根据权利要求1所述的可编程逻辑控制器，其特征在于，所述可编程逻辑控制器还包括冗余模块；

所述冗余模块设置在所述底座上、不同于所述电源模块、所述主控模块和所述IO扩展模块所在的插孔中；

所述主控模块还包括冗余控制单元，所述冗余控制单元和所述微处理器单元通信连接，且所述主控模块通过所述冗余控制单元与所述冗余模块通信连接。