CN2812069Y - 智能工业控制远程输入/输出扩展*** - Google Patents

智能工业控制远程输入/输出扩展*** Download PDF

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CN2812069Y CNU2005200412258U CN200520041225U CN2812069Y CN 2812069 Y CN2812069 Y CN 2812069Y CN U2005200412258 U CNU2005200412258 U CN U2005200412258U CN 200520041225 U CN200520041225 U CN 200520041225U CN 2812069 Y CN2812069 Y CN 2812069Y
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高建勋
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Abstract

本实用新型提供一种智能工业控制远程输入/输出扩展***。传统的远程***大都采用PCL加上单元的结构方式，其存在的问题是通用性差，通信方式单一，通讯能力受到限制。本实用新型提供的远程输入/输出扩展***，包括：现场控制器、通讯模块和输入/输出模块；所述现场控制器包括主机板和通讯扩展板；所述通讯模块与所述现场控制器中的通讯扩展板，通过以太网相连接；所述输入/输出模块通过以主从通讯现场总线方式与所述通讯模块相连。

Description

智能工业控制远程输入/输出扩展***
技术领域
本实用新型涉及一种输入/输出***，具体地说，涉及一种工业控制远程输入/输出扩展***。
背景技术
现有的远程输入/输出(I/O)***大都采用PLC加上扩大单元的结构方式，例如，Siemens生产的S7。也有使用一体化模块方式，如南京工程兵学院生产的893-IDCB远程测控终端。
Siemens生产的S7型远程I/O***是由PLC构成。受PLC外型结构限制及单一通讯方式(Profibus)，其FIO(现场输入输出)功能不能相对独立，必须和自家的PLC配合使用，且测点数量有限，分散度不高。多数I/O模块未采用智能化结构，对现场信号的采样无法做动态修正。
南京工程兵学院生产的893-IDCB产品虽有分布式配置功能，但其I/O模块过于分散，不利于相对集中的控制***配置；采用单一的BITBUS通讯方式，通讯能力受到限制，无法直接与第三方的控制***相连，即***的开放性明显受到限制；无法适应组成具有较强控制能力的大***。
发明内容
因此，本实用新型的目的在于提供一种智能化、低功耗、低成本、能处理各类工业现场信号的智能工业控制远程输入/输出扩展***，在本实用新型的***中，采用了分层的网络通讯结构，达到不同设备间的互联。
根据上述目的，本实用新型的智能工业控制远程输入/输出扩展***，其特征在于，包括：现场控制器、通讯模块和输入/输出模块；
所述现场控制器包括主机板和通讯扩展板；所述通讯模块与所述现场控制器中的通讯扩展板，通过以太网相连接；所述输入/输出模块通过以主从通讯现场总线方式与所述通讯模块相连。
在上述的智能工业控制远程输入/输出扩展***中，所述现场控制器的主机板采用Intel奔腾兼容CPU芯片构成；所述通讯扩展板采用低功耗嵌入式单片机。
在上述的智能工业控制远程输入/输出扩展***中，所述通讯扩展板包括两个现场总线通讯端和一个双机冗余切换端口。
在上述的智能工业控制远程输入/输出扩展***中，所述通讯模块采用16位嵌入式单片机，
在上述的智能工业控制远程输入/输出扩展***中，所述通讯模块还包括一个PCI扩展总线接口和I/O模块通讯端口，所述I/O模块通讯端采用RS485串行通讯方式。
在上述的智能工业控制远程输入/输出扩展***中，所述输入/输出模块包括一16位嵌入式单片机。
附图说明
图1是本实用新型的智能工业控制远程I/O扩展***的整体结构示意图；
图2是本实用新型的现场控制器的结构示意图；其中图2A是主机板的结构示意图；图2B是扩展通讯板的结构示意图；
图3本实用新型的通讯模块的结构示意图；
图4是本实用新型的I/O模块的结构示意图。
具体实施方式
首先请参阅图1所示，从整体上描述本实用新型的智能工业控制远程输入/输出(I/O)扩展***的结构示意图。如图1所示，本实用新型的智能工业控制远程I/O扩展***由三个部分构成：现场控制器10、通讯模块30和输入/输出(I/O)模块50。
I/O模块50是位于现场的用于采集现场的各种信号的模块，其作用是把现场采集的信号转换成数字信号，通过通讯模块30传送给现场控制器10。在现场I/O模块可以是一个，也可以根据需要设置多个。在设置有多个I/O模块时，多个I/O模块之间通过现场总线90相互串接在一个公共通讯链路上，然后，再连接到一通讯模块30上。通讯模块30与所有I/O模块30之间采用以主从通讯现场总线的方式进行通讯。其中，通讯模块30为主站，从站为下挂的所有I/O模块50。通讯模块30与现场控制器10之间通过以太网70相连接。通讯模块30根据对可靠性的要求高低，可以采用单配方式，如果对通信的可靠性要求较高，也可以采用双重冗余配置。现场控制器10通过以太网70与通讯模块30相连，实现现场控制器10与通讯模块30之间的通讯。
现场控制器10是整个远程输入/输出扩展***的上位机，由主机板和通讯扩展板两部分构成。主机板与扩展板都为带有CPU的智能控制板。图2A示出了本实用新型的主机板的一个具体实施例，图2B示出了本实用新型的通讯扩展板的一个
具体实施例。
如图2A所示，主机板包括有一个与Intel-奔腾兼容的CPU芯片，在本实施例中，Intel奔腾300MHzCPU芯片11。与该CPU芯片11相配合的包括一个Intel芯片组12和128M的SDRAM存储器13，还可以包括一个32M的CF卡14。作为与***设备的通讯端口，主机板上还包括有二个标谁的100M/10M自适应网络接口15A和15B。
如图2B所示，通讯扩展板上的CPU通常采用低功耗的嵌入式单片机，在图2B所示的实施例中，采用了Intel 80188兼容的R8830低功耗嵌入式单片机17，与该单片机17相配合的包括一个低功耗可编程器件(XC95144XL)18、一个128K的SRAM存储器19和一个512K的FLASH(快闪存储器)20。可编程器件18用于实现通讯板上的***逻辑控制。现场控制器内的主机板与通讯扩展板之间通过各个板上的一个PC104总线16A和16B进行连接。在通讯扩展板上还设置有二个相互独立的现场总线通讯端21A和21B，通过以太网70(如图1所示)与通讯模块30进行通讯。图2B中，22为一个双机冗余切换端口，23是24V的电源端口。
通讯模块30是整个***中重要的组成部分之一，它位于现场控制器10与各个I/O模块50之间，主要实现现场I/O模块的实时管理、远程通讯、双机切换等功能。图3示出了本实用新型中的通讯模块的一个具体实施例。如图3所示，通讯模块以16位的嵌入式单片机31为中心，与之配合的***电路包括128K的SRAM存储器32、512K的FLASH快闪存储器33、40MHz晶振34、可编程逻辑器件35、以太网接口36、双机切换驱动器37、实时时钟38等。这些器件与单片机31配合，构成一个计算机控制单元，在软件的驱动下，实现现场I/O的自动扫描、模块管理、TCP/IP数据讯、双机切换等功能。
如图3所示，通讯模块还包括一个PCI扩展总线接口39和I/O模块通讯端口40A和40B，其中40A是下位机通讯端口，40B是上位机通讯端口，在上位机通讯端口40B与单片机31之间还可以设置一个光电隔离器41。通讯模块30与I/O模块50之间的通讯可以采用RS485串行通讯方式进行。
I/O(输入/输出)模块50在整个***中可以是多种多样的，在目前经常使用的主要包括模拟量输入模块、模拟量输出模块、开关量输入模块和开关最输出模块这四种。在本实用新型中，I/O模块均采用了智能化电路设计，所有模块都设置有16位嵌入式单片机。图4示出了本实用新型的一种I/O模块的结构示意图，包括有前置电路51、缓冲放大器52、模/数转换器53、CPU54和通讯端口55。来自工业现场的输入输出信号，首先连接到前置电路51上，由前置电路51进行处理，然后输入到缓冲放大器52中，经过信号放大之后，由模/数转换器53进行模数转换，得到输入输出信号的数字信号，提供给CPU54进行数字处理。利用计算机处理技术、软件滤波、量程处理，可以使模拟量的采集精度达到0.1％的水平。在I/O模块中，还可以应用看门狗电路、电磁兼容性(EMC)技术等，使模块的抗干扰能力得到增强，各模块的I/O输出端与***及通讯口相互隔离，隔离电压达到1000Vp-p以上。
如上所述，在本实用新型的智能工业控制远程输入/输出扩展***中，采用了多种现场总线技术，分层次地实现各模块及设备间的通讯互联。I/O模块与***之间采用了RS485串行通讯方式，125KB/s的波特率，通讯距离远，可靠性高。采用MODUS-RTU通信协议，具有开放性强、设备互连简便的优点，可直接接入第三方设备。
通讯模块采用了以太网作为其上位机的通用通讯端口，以和IP为设备互连的通信协议，配上复杂可编程的逻辑器件构成的冗余切换电路，进一步提高了***的可靠性。

Claims (6)

1、一种智能工业控制远程输入/输出扩展***，其特征在于，包括：现场控制器、通讯模块和输入/输出模块；
所述现场控制器包括主机板和通讯扩展板；所述通讯模块与所述现场控制器中的通讯扩展板，通过以太网相连接；所述输入/输出模块通过以主从通讯现场总线方式与所述通讯模块相连。
2、如权利要求1所述的智能工业控制远程输入/输出扩展***，其特征在于，所述现场控制器的主机板采用Intel奔腾兼容CPU芯片构成；所述通讯扩展板采用低功耗嵌入式单片机。
3、如权利要求2所述的智能工业控制远程输入/输出扩展***，其特征在于，所述通讯扩展板包括两个现场总线通讯端和一个双机冗余切换端口。
4、如权利要求1所述的智能工业控制远程输入/输出扩展***，其特征在于，所述通讯模块采用16位嵌入式单片机，
5、如权利要求4所述的智能工业控制远程输入/输出扩展***，其特征在于，所述通讯模块还包括一个PCI扩展总线接口和I/O模块通讯端口，所述I/O模块通讯端采用RS485串行通讯方式。
6、如权利要求1所述的智能工业控制远程输入/输出扩展***，其特征在于，所述输入/输出模块包括一16位嵌入式单片机。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102156465A (zh) * 2011-03-28 2011-08-17 上海交通大学 基于分组和现场总线技术的电动缸阵列控制***
CN102331021A (zh) * 2010-07-13 2012-01-25 北京五航星太阳能科技发展有限公司 一种智能化的电器自动控制技术设备
CN111966024A (zh) * 2020-08-28 2020-11-20 杭叉集团股份有限公司 一种远程io模块和远程io模块配置方法

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