一種基于單片機(jī)的現(xiàn)場可編程智能控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種基于單片機(jī)的現(xiàn)場可編程智能控制系統(tǒng)，包括一組或多組由通過總線連接的主機(jī)、從機(jī)和擴(kuò)展機(jī)組成的子控制系統(tǒng)；主機(jī)用于處理擴(kuò)展機(jī)所采集到的現(xiàn)場信號，并通過擴(kuò)展機(jī)向現(xiàn)場設(shè)備發(fā)出控制信號；從機(jī)用于現(xiàn)場信號的傳輸；擴(kuò)展機(jī)用于現(xiàn)場信號的采集、轉(zhuǎn)換以及向現(xiàn)場設(shè)備傳送控制信號。本實(shí)用新型通過設(shè)置一組或多組子控制系統(tǒng)，每組子控制系統(tǒng)包括通過總線連接的主機(jī)、從機(jī)和擴(kuò)展機(jī)；能夠根據(jù)不同的現(xiàn)場可設(shè)計出不同的現(xiàn)場信號模塊組合方式，代替接觸器、繼電器控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的信號采集及控制，能夠極大地降低企業(yè)制造成本，保證中小型企業(yè)中研發(fā)生產(chǎn)。
【專利說明】一種基于單片機(jī)的現(xiàn)場可編程智能控制系統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種控制系統(tǒng)，尤其涉及一種基于單片機(jī)的現(xiàn)場可編程智能控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科技的進(jìn)步，可編程序控制器(PLC)在工業(yè)現(xiàn)場控制中發(fā)揮著越來越重要作用。目前，市場上的PLC大都為技術(shù)實(shí)力雄厚的大型企業(yè)生產(chǎn)，如日本的三菱、歐姆龍，德國的西門子等廠家。這些廠家具有豐富的電子產(chǎn)品生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)和完善的技術(shù)鏈條，廠家中負(fù)責(zé)生產(chǎn)集成電路的部門可以完成對PLC的硬件、軟件、上位機(jī)開發(fā)軟件和配套設(shè)備的設(shè)計、制造、銷售和培訓(xùn)等的一系列過程，甚至包括PLC內(nèi)部的處理器芯片。這些主流可編程序控制器功能完善、可靠性很高，但設(shè)計制造過程十分復(fù)雜，從硬件電路的設(shè)計到上位機(jī)軟件的開發(fā)是一個異常巨大繁瑣的系統(tǒng)工程，只有大型企業(yè)才具備這樣的條件，而中小型企業(yè)很難進(jìn)入PLC設(shè)計制造領(lǐng)域。
[0003]在當(dāng)前PLC的應(yīng)用場所之中，并不是所有的地方都需要功能復(fù)雜、完善的PLC。目前通行的PLC，除了具有基本指令之外，還具有復(fù)雜的功能指令、現(xiàn)場總線功能和聯(lián)機(jī)通信、功能模塊擴(kuò)展功能，以及一些相關(guān)的工控設(shè)備，如觸摸屏等，極大地增加了 PLC的成本，導(dǎo)致PLC價格十分昂貴。而在很多應(yīng)用場所，上述功能中的大多數(shù)都是用不上的，如控制單獨(dú)工作、工作過程不太復(fù)雜的機(jī)械設(shè)備、簡單的過程控制設(shè)備等，如果使用目前功能完善的PLC將會導(dǎo)致使用成本急劇升高；如果采用接觸器、繼電器控制又會造成產(chǎn)品可靠性的下降；若要直接采用單片機(jī)控制，由于單片機(jī)開發(fā)過程異常復(fù)雜，將會增加開發(fā)成本與產(chǎn)品開發(fā)周期。因此，亟需一 種低成本、具有基本邏輯指令和簡單聯(lián)機(jī)擴(kuò)展功能的PLC，能夠降低企業(yè)制造成本，代替接觸器、繼電器控制系統(tǒng)以提高控制可靠性，方便靈活的應(yīng)用于中小型企業(yè)中研發(fā)生產(chǎn)。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型的目的是提供一種基于單片機(jī)的現(xiàn)場可編程智能控制系統(tǒng)，能夠降低企業(yè)制造成本，代替接觸器、繼電器控制系統(tǒng)以提高控制可靠性，方便靈活的應(yīng)用于中小型企業(yè)中研發(fā)生產(chǎn)。
[0005]本實(shí)用新型采用下述技術(shù)方案:
[0006]一種基于單片機(jī)的現(xiàn)場可編程智能控制系統(tǒng)，包括一組或多組由通過總線連接的主機(jī)、從機(jī)和擴(kuò)展機(jī)組成的子控制系統(tǒng)；
[0007]主機(jī)用于處理擴(kuò)展機(jī)所采集到的現(xiàn)場信號，并通過擴(kuò)展機(jī)向現(xiàn)場設(shè)備發(fā)出控制信號；主機(jī)由通過總線連接的處理模塊、現(xiàn)場接口模塊和現(xiàn)場信號模塊組成；處理模塊與上位機(jī)或其它子控制系統(tǒng)中主機(jī)內(nèi)的處理模塊進(jìn)行通信；處理模塊還通過現(xiàn)場接口模塊與主機(jī)內(nèi)的現(xiàn)場信號模塊、從機(jī)和擴(kuò)展機(jī)進(jìn)行通信；
[0008]從機(jī)用于現(xiàn)場信號的傳輸；從機(jī)由通過總線連接的現(xiàn)場接口模塊和現(xiàn)場信號模塊組成；
[0009]擴(kuò)展機(jī)用于現(xiàn)場信號的采集、轉(zhuǎn)換以及向現(xiàn)場設(shè)備傳送控制信號；擴(kuò)展機(jī)由現(xiàn)場信號模塊組成。
[0010]所述子控制系統(tǒng)包括多臺從機(jī)和多臺擴(kuò)展機(jī)。
[0011 ] 所述現(xiàn)場信號模塊包括模擬量模塊和開關(guān)量信號模塊。
[0012]所述處理模塊包括分別與單片機(jī)連接的輸入、輸出接口和通信接口模塊，通信接口模塊包括上位通信口和下位通信口，處理模塊通過上位通信口與上位機(jī)或其它子控制系統(tǒng)中主機(jī)內(nèi)的單片機(jī)進(jìn)行通信；處理模塊通過下位通信口與現(xiàn)場接口模塊連接，實(shí)現(xiàn)與主機(jī)內(nèi)的現(xiàn)場信號模塊、從機(jī)和擴(kuò)展機(jī)進(jìn)行通信。
[0013]所述輸入接口由4路模擬+8路數(shù)字接線端子、RC濾波和光電隔離電路構(gòu)成，輸出接口包括8路數(shù)字繼電器、2路模擬繼電器和2路模擬指示燈輸出；上位通信口采用RS422接口、RS232接口和RS485接口 ；下位通信口采用SPI總線通信接口。
[0014]所述現(xiàn)場接口模塊包括雙向SPI通信接口和現(xiàn)場信號模塊接口；雙向SPI通信接口連接處理模塊和/或現(xiàn)場接口模塊；現(xiàn)場信號模塊接口連接現(xiàn)場信號模塊。
[0015]所述任意一組子控制系統(tǒng)中主機(jī)內(nèi)設(shè)置的處理模塊均通過上位通信口和總線與上位機(jī)、其他各組子控制系統(tǒng)中主機(jī)內(nèi)設(shè)置的處理模塊進(jìn)行通信；任意一組子控制系統(tǒng)中主機(jī)內(nèi)設(shè)置的處理模塊均連接不超過7臺從機(jī)，多臺從機(jī)采用SPI環(huán)形總線結(jié)構(gòu)連接；與主機(jī)相連的多臺從機(jī)內(nèi)的現(xiàn)場接口模塊之間設(shè)置有輔助通信鏈路，輔助通信鏈路為一主多從模式的UART通信鏈路。
[0016]所述現(xiàn)場接口模塊連接一臺模擬量模塊或多臺開關(guān)量信號模塊。
[0017]每一個與現(xiàn)場接口模塊連接的開關(guān)量信號模塊連接多臺開關(guān)量信號模塊。
[0018]所述的開關(guān)量信號模塊設(shè)置有32個1點(diǎn),包括16個輸入點(diǎn)和16個輸出點(diǎn)；所述的模擬量模塊設(shè)置有3個模擬量輸入通道和3個模擬量輸出通道。
[0019]本實(shí)用新型通過設(shè)置一組或多組子控制系統(tǒng)，每組子控制系統(tǒng)包括通過總線連接的主機(jī)、從機(jī)和擴(kuò)展機(jī)；能夠根據(jù)不同的現(xiàn)場可設(shè)計出不同的現(xiàn)場信號模塊組合方式，代替接觸器、繼電器控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的信號采集及控制，能夠極大地降低企業(yè)制造成本，保證中小型企業(yè)中研發(fā)生產(chǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為本實(shí)用新型的原理框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]如圖1所示，本實(shí)用新型所述的一種基于單片機(jī)的現(xiàn)場可編程智能控制系統(tǒng)，由一組或多組子控制系統(tǒng)組成；子控制系統(tǒng)包括通過總線連接的主機(jī)、從機(jī)和擴(kuò)展機(jī)；每組子控制系統(tǒng)可包括多臺從機(jī)和多臺擴(kuò)展機(jī)。
[0022]主機(jī)用于處理擴(kuò)展機(jī)所采集到的現(xiàn)場信號，并通過擴(kuò)展機(jī)向現(xiàn)場設(shè)備發(fā)出控制信號；主機(jī)由通過總線連接的處理模塊、現(xiàn)場接口模塊和現(xiàn)場信號模塊組成。處理模塊與上位機(jī)或其它子控制系統(tǒng)中主機(jī)內(nèi)的處理模塊進(jìn)行通信；處理模塊還通過現(xiàn)場接口模塊與主機(jī)內(nèi)的現(xiàn)場信號模塊、從機(jī)和擴(kuò)展機(jī)進(jìn)行通信。[0023]主機(jī)內(nèi)的處理模塊包括分別與單片機(jī)連接的輸入、輸出接口和通信接口模塊，輸入接口由4路模擬+8路數(shù)字接線端子、RC濾波和光電隔離電路構(gòu)成，輸出接口包括8路數(shù)字繼電器、2路模擬繼電器和2路模擬指示燈輸出；通信接口模塊包括上位通信口和下位通信口，上位通信口可采用RS422接口、RS232接口和RS485接口 ；下位通信口采用SPI總線通信接口。處理模塊通過上位通信口與上位機(jī)或其它子控制系統(tǒng)中主機(jī)內(nèi)的處理模塊進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)對上位機(jī)中的程序下載和通信，以及與其它子控制系統(tǒng)中主機(jī)的聯(lián)機(jī)工作；處理模塊通過下位通信口與現(xiàn)場接口模塊連接，實(shí)現(xiàn)與主機(jī)內(nèi)的現(xiàn)場信號模塊、從機(jī)和擴(kuò)展機(jī)進(jìn)行通信。
[0024]輸入、輸出接口和通信接口模塊均屬于本領(lǐng)域管用技術(shù)手段，在此不再贅述。單片機(jī)由低功耗8位RISC芯片、EEPROM芯片、總線通信接口芯片構(gòu)成。
[0025]主機(jī)內(nèi)的現(xiàn)場接口模塊包括雙向SPI通信接口和現(xiàn)場信號模塊接口；雙向SPI通信接口用于連接本主機(jī)內(nèi)的處理模塊和/或其他從機(jī)內(nèi)的現(xiàn)場接口模塊；現(xiàn)場信號模塊接口連接現(xiàn)場信號模塊?，F(xiàn)場接口模塊還可以連接LED點(diǎn)陣，用于現(xiàn)場信號的指示。
[0026]主機(jī)內(nèi)的現(xiàn)場信號模塊包括模擬量模塊和開關(guān)量信號模塊?，F(xiàn)場信號模塊由采集電路、光電隔離電路、放大器、信號寄存器等構(gòu)成，可以將現(xiàn)場設(shè)備的開關(guān)量信號或模擬量信號轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)，通過現(xiàn)場接口模塊傳輸至主機(jī)。開關(guān)量信號模塊設(shè)置有32個1點(diǎn)，包括16個輸入點(diǎn)和16個輸出點(diǎn)；模擬量模塊設(shè)置有3個模擬量輸入通道和3個模擬量輸出通道。主機(jī)內(nèi)的現(xiàn)場接口模塊可連接一臺模擬量模塊或多臺開關(guān)量信號模塊，每一個與主機(jī)內(nèi)的現(xiàn)場接口模塊連接的開關(guān)量信號模塊又可以連接多臺開關(guān)量信號模塊。
[0027]當(dāng)本實(shí)用新型中保護(hù)多組子控制系統(tǒng)時，任意一組子控制系統(tǒng)中主機(jī)內(nèi)設(shè)置的處理模塊均通過上位通信口和總線與上位機(jī)、其他各組子控制系統(tǒng)中主機(jī)內(nèi)設(shè)置的處理模塊進(jìn)行通信。
[0028]從機(jī)用于現(xiàn)場信號的傳輸；從機(jī)由通過總線連接的現(xiàn)場接口模塊和現(xiàn)場信號模塊組成；
[0029]從機(jī)內(nèi)的現(xiàn)場接口模塊包括雙向SPI通信接口和現(xiàn)場信號模塊接口；雙向SPI通信接口用于連接本組子控制系統(tǒng)中主機(jī)內(nèi)的現(xiàn)場接口模塊和/或本組子控制系統(tǒng)中其他從機(jī)內(nèi)的現(xiàn)場接口模塊；現(xiàn)場信號模塊接口連接現(xiàn)場信號模塊。
[0030]從機(jī)內(nèi)的現(xiàn)場信號模塊與主機(jī)內(nèi)的現(xiàn)場信號模塊相同，包括模擬量模塊和開關(guān)量信號模塊，在此不再贅述。從機(jī)內(nèi)的現(xiàn)場接口模塊可連接一臺模擬量模塊或多臺開關(guān)量信號模塊，每一個與從機(jī)內(nèi)的現(xiàn)場接口模塊連接的開關(guān)量信號模塊又可以連接多臺開關(guān)量信號模塊。
[0031]當(dāng)任意一組子控制系統(tǒng)中的主機(jī)連接有多臺從機(jī)時，多臺從機(jī)采用SPI環(huán)形總線結(jié)構(gòu)連接；與主機(jī)相連的多臺從機(jī)內(nèi)的現(xiàn)場接口模塊之間設(shè)置有輔助通信鏈路，輔助通信鏈路為一主多從模式的UART通信鏈路，用于現(xiàn)場接口模塊之間的自檢測、數(shù)據(jù)校驗(yàn)和備用數(shù)據(jù)通信。
[0032]擴(kuò)展機(jī)用于現(xiàn)場信號的采集、轉(zhuǎn)換以及向現(xiàn)場設(shè)備傳送控制信號；擴(kuò)展機(jī)由現(xiàn)場信號模塊組成，擴(kuò)展機(jī)內(nèi)的現(xiàn)場信號模塊采用開關(guān)量信號模塊。開關(guān)量信號模塊設(shè)置有32個1點(diǎn)，包括16個輸入點(diǎn)和16個輸出點(diǎn)。每一個與從機(jī)內(nèi)的開關(guān)量信號模塊連接的擴(kuò)展機(jī)又可以連接多臺擴(kuò)展機(jī)。[0033]本實(shí)用新型中，任意一組子控制系統(tǒng)中主機(jī)內(nèi)的處理模塊可通過上位通信口與上位機(jī)或其它子控制系統(tǒng)中主機(jī)內(nèi)的處理模塊進(jìn)行通信，考慮到總線驅(qū)動能力和信號鏡像寄存器容量的限制，本實(shí)施例中，子控制系統(tǒng)的數(shù)量最好不超過8組。任意一組子控制系統(tǒng)中主機(jī)內(nèi)的處理模塊可通過TTL電平的SPI總線通信接口與多臺從機(jī)連接，考慮到TTL電平的傳輸距離和傳輸可靠性，與同一臺主機(jī)連接的從機(jī)數(shù)量不超過7臺，且主機(jī)與從機(jī)、從機(jī)與從機(jī)間的距離不宜過大。本實(shí)用新型中現(xiàn)場信號模塊的設(shè)計靈活，在保證信號標(biāo)準(zhǔn)的前提下，不同的現(xiàn)場可設(shè)計出不同的現(xiàn)場信號模塊組合方式，且現(xiàn)場信號模塊可以設(shè)計出不同數(shù)量的1接口或模擬通道數(shù)量。考慮到信號的傳輸距離和傳輸可靠性，本實(shí)施例中，主機(jī)和從機(jī)內(nèi)的現(xiàn)場接口模塊均可連接I臺模擬量模塊或不超過4臺開關(guān)量信號模塊，每一個與現(xiàn)場接口模塊連接的開關(guān)量信號模塊又可以連接不超過3臺開關(guān)量信號模塊。開關(guān)量信號模塊設(shè)置有32個1點(diǎn)，包括16個輸入點(diǎn)和16個輸出點(diǎn)；模擬量模塊設(shè)置有3個模擬量輸入通道和3個模擬量輸出通道。
[0034]以本實(shí)用新型的最佳實(shí)施方式為例，本實(shí)用新型通過設(shè)置8組子控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)8臺主機(jī)的聯(lián)機(jī)使用，每一組子控制系統(tǒng)中的主機(jī)又可連接7臺從機(jī)，每一個采用開關(guān)量信號模塊的從機(jī)又可與3臺擴(kuò)展機(jī)連接，組合方式靈活多變，可實(shí)現(xiàn)最多具有1024個字節(jié)、8192個點(diǎn)的現(xiàn)場信號處理能力。子控制系統(tǒng)中的主機(jī)為運(yùn)算核心，每一組子控制系統(tǒng)中的主機(jī)都具有信號處理能力，從機(jī)和擴(kuò)展機(jī)起到信號轉(zhuǎn)換和傳輸功能。
【權(quán)利要求】
1.一種基于單片機(jī)的現(xiàn)場可編程智能控制系統(tǒng)，其特征在于:包括一組或多組由通過總線連接的主機(jī)、從機(jī)和擴(kuò)展機(jī)組成的子控制系統(tǒng)； 主機(jī)用于處理擴(kuò)展機(jī)所采集到的現(xiàn)場信號，并通過擴(kuò)展機(jī)向現(xiàn)場設(shè)備發(fā)出控制信號；主機(jī)由通過總線連接的處理模塊、現(xiàn)場接口模塊和現(xiàn)場信號模塊組成；處理模塊與上位機(jī)或其它子控制系統(tǒng)中主機(jī)內(nèi)的處理模塊進(jìn)行通信；處理模塊還通過現(xiàn)場接口模塊與主機(jī)內(nèi)的現(xiàn)場信號模塊、從機(jī)和擴(kuò)展機(jī)進(jìn)行通信； 從機(jī)用于現(xiàn)場信號的傳輸；從機(jī)由通過總線連接的現(xiàn)場接口模塊和現(xiàn)場信號模塊組成； 擴(kuò)展機(jī)用于現(xiàn)場信號的采集、轉(zhuǎn)換以及向現(xiàn)場設(shè)備傳送控制信號；擴(kuò)展機(jī)由現(xiàn)場信號模塊組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于單片機(jī)的現(xiàn)場可編程智能控制系統(tǒng)，其特征在于:所述子控制系統(tǒng)包括多臺從機(jī)和多臺擴(kuò)展機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于單片機(jī)的現(xiàn)場可編程智能控制系統(tǒng)，其特征在于:所述現(xiàn)場信號模塊包括模擬量模塊和開關(guān)量信號模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于單片機(jī)的現(xiàn)場可編程智能控制系統(tǒng)，其特征在于:所述處理模塊包括分別與單片機(jī)連接的輸入、輸出接口和通信接口模塊，通信接口模塊包括上位通信口和下位通信口，處理模塊通過上位通信口與上位機(jī)或其它子控制系統(tǒng)中主機(jī)內(nèi)的單片機(jī)進(jìn)行通信；處理模塊通過下位通信口與現(xiàn)場接口模塊連接，實(shí)現(xiàn)與主機(jī)內(nèi)的現(xiàn)場信號模塊、從機(jī)和擴(kuò)展機(jī)進(jìn)行通信。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于單片機(jī)的現(xiàn)場可編程智能控制系統(tǒng)，其特征在于:所述輸入接口由4路模擬+8路數(shù)字接線端子、RC濾波和光電隔離電路構(gòu)成，輸出接口包括8路數(shù)字繼電器、2路模擬繼電器和2路模擬指示燈輸出；上位通信口采用RS422接口、RS232接口和RS485接口 ；下位通信口采用SPI總線通信接口。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于單片機(jī)的現(xiàn)場可編程智能控制系統(tǒng)，其特征在于:所述現(xiàn)場接口模塊包括雙向SPI通信接口和現(xiàn)場信號模塊接口 ；雙向SPI通信接口連接處理模塊和/或現(xiàn)場接口模塊；現(xiàn)場信號模塊接口連接現(xiàn)場信號模塊。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于單片機(jī)的現(xiàn)場可編程智能控制系統(tǒng)，其特征在于:所述任意一組子控制系統(tǒng)中主機(jī)內(nèi)設(shè)置的處理模塊均通過上位通信口和總線與上位機(jī)、其他各組子控制系統(tǒng)中主機(jī)內(nèi)設(shè)置的處理模塊進(jìn)行通信；任意一組子控制系統(tǒng)中主機(jī)內(nèi)設(shè)置的處理模塊均連接不超過7臺從機(jī)，多臺從機(jī)采用SPI環(huán)形總線結(jié)構(gòu)連接；與主機(jī)相連的多臺從機(jī)內(nèi)的現(xiàn)場接口模塊之間設(shè)置有輔助通信鏈路，輔助通信鏈路為一主多從模式的UART通信鏈路。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于單片機(jī)的現(xiàn)場可編程智能控制系統(tǒng)，其特征在于:所述現(xiàn)場接口模塊連接一臺模擬量模塊或多臺開關(guān)量信號模塊。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于單片機(jī)的現(xiàn)場可編程智能控制系統(tǒng)，其特征在于:每一個與現(xiàn)場接口模塊連接的開關(guān)量信號模塊連接多臺開關(guān)量信號模塊。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的基于單片機(jī)的現(xiàn)場可編程智能控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的開關(guān)量信號模塊設(shè)置有32個1點(diǎn)，包括16個輸入點(diǎn)和16個輸出點(diǎn)；所述的模擬量模塊設(shè)置有3個模擬量輸入通道和3個模擬量輸出通道。
【文檔編號】G05B19/05GK203825425SQ201320721975
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2013年11月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月16日
【發(fā)明者】王清珍, 路康, 張莉 申請人:王清珍