基于Arduino的PLC無線控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及基于Arduino的PLC無線控制系統(tǒng)，包括PLC控制柜、若干個分段接線盒，以及若干個與分段接線盒匹配的終端設(shè)備，PLC控制柜內(nèi)設(shè)有PLC，PLC控制柜內(nèi)還設(shè)有控制智能模塊，分段接線盒內(nèi)設(shè)有若干個分段智能模塊；PLC的控制信號傳輸端與控制智能模塊的控制信號傳輸端導(dǎo)線連接；分段智能模塊的控制信號傳輸端與終端設(shè)備的傳輸端導(dǎo)線連接；該控制智能模塊用于給分段智能模塊發(fā)送無線信號和用于接收來自分段智能模塊的無線信號。本實用新型減少了PLC和終端元件之間連接的導(dǎo)線數(shù)量，降低系統(tǒng)安裝、運行維護、系統(tǒng)改造等各個環(huán)節(jié)的成本、安裝靈活方便，能長期穩(wěn)定可靠工作，具有抗干擾、易維護的特點。
【專利說明】基于Ardu i no的PLC無線控制系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種PLC控制系統(tǒng)，尤其涉及一種PLC無線控制系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]目前，生產(chǎn)線控制系統(tǒng)多以PLC為中心，輔以低壓控制電器(如交流接觸器、轉(zhuǎn)換開關(guān)、行程開關(guān)、控制按鈕等)，實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的準確控制和有效管理。
[0003]傳統(tǒng)的PLC與終端元件的連接主要以導(dǎo)線連接的方式。但是，傳統(tǒng)的PLC為中心的控制系統(tǒng)存在以下問題:
[0004]一、PLC與終端元件接線數(shù)量龐大，使檢查維護或者增加、減少接線等相應(yīng)操作非常繁瑣、工作量大，難以開展。系統(tǒng)調(diào)整或者修改的靈活性差。生產(chǎn)工藝的改進、導(dǎo)入自動化設(shè)備等情況下，原來的系統(tǒng)接線常常不能適應(yīng)新的控制需求。
[0005]二、PLC輸入輸出點數(shù)量不足，導(dǎo)入新設(shè)備時PLC輸入輸出點數(shù)量不足在PLC控制系統(tǒng)使用的過程中，常常通過擴展原有的端子數(shù)量來滿足新增設(shè)備的輸入輸出點需求。新設(shè)備導(dǎo)入的時候，往往用盡全部的冗余輸入輸出點仍然不足以讓設(shè)備運行。而擴充PLC輸入輸出點又常常受到控制屏空間或者PLC運算能力的限制。維護時PLC輸入輸出點不足PLC在長期運行過程中，常常會出現(xiàn)輸入輸出點損壞的情況。維護人員處理故障時在PLC程序中先用冗余點的標號替換損壞點的標號，然后將損壞觸點上的接線端子接到對應(yīng)的冗余點上，快速有效地解決了問題，減少了因為停線而帶來的經(jīng)濟損失。當(dāng)PLC的冗余點被用盡之后，這樣能快速解決問題的方法便無法使用，這往往令維護人員傷透腦筋。
[0006]三、中繼匯流盒接線沒有信號指示，PLC的輸入輸出點經(jīng)過中繼接線盒，再從中繼盒出線連接到終端的元件。輸入輸出信號經(jīng)過了中繼盒兩端的導(dǎo)線。而中繼接線盒內(nèi)使用沒有信號指示功能的普通端子排。實際操作中，至少需要兩個人操作才能確定是器件故障還是連線斷路。其中一人在元件上制造輸入信號(如遮住光電傳感器、撥動行程開關(guān)等)，另一人在距離終端元件在十幾米甚至數(shù)十米外的控制屏旁邊觀察PLC輸入輸出指示燈的變化。如果指示燈跟隨信號變化，就說明連線是正常的，從而排除斷路的可能。
[0007]四、品牌多樣的PLC互不兼容，生產(chǎn)線上往往同時運行幾個品牌的PLC，這些不同品牌的PLC被應(yīng)用在不同的設(shè)備上，它們的軟件和硬件互不兼容。互不兼容的PLC提高了對維護人員的技術(shù)要求。
[0008]五、輸入輸出點擴充困難，任何型號的PLC都不可能無限擴展輸入輸出點數(shù)量。PLC內(nèi)置CPU的運算能力，以及有限的控制屏空間都是制約PLC輸入輸出點數(shù)的原因。
[0009]此外，在控制屏內(nèi)安裝了擴展模塊后，用電纜連接中繼盒的過程中，面臨拆卸天花，在橋架里增加電纜等一系列繁瑣的施工問題。
實用新型內(nèi)容
[0010]本實用新型要解決的問題是提供一種可減少了 PLC和終端元件之間連接的導(dǎo)線數(shù)量，降低系統(tǒng)安裝、運行維護、系統(tǒng)改造等各個環(huán)節(jié)的成本、安裝靈活方便，能長期穩(wěn)定可靠工作，具有抗干擾、易維護的方案。
[0011]為解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用的方案如下:
[0012]基于Arduino的PLC無線控制系統(tǒng)，包括PLC控制柜、若干個分段接線盒，以及若干個與分段接線盒匹配的終端設(shè)備，PLC控制柜內(nèi)設(shè)有PLC，PLC控制柜內(nèi)還設(shè)有控制智能模塊，分段接線盒內(nèi)設(shè)有若干個分段智能模塊；PLC的控制信號輸出端與控制智能模塊的控制信號輸入端導(dǎo)線連接，PLC的采集信號輸入端與控制智能模塊的采集信號輸出端導(dǎo)線連接；分段智能模塊的控制信號輸出端與終端設(shè)備的控制信號輸入端導(dǎo)線連接，分段智能模塊的采集信號輸入端與終端設(shè)備的采集信號輸出端導(dǎo)線連接；該控制智能模塊用于給分段智能模塊發(fā)送無線信號和用于接收來自分段智能模塊的無線信號。
[0013]優(yōu)選的，控制智能模塊包括第一信號隔離與轉(zhuǎn)換子模塊、Arduino控制器、第一無線通信子模塊、第一接線端子模塊、擴展接線端子模塊、擴展接口和電源模塊；Arduino控制器、接線端子模塊、擴展接線端子模塊、擴展接口均與信號隔離與轉(zhuǎn)換子模塊連接；擴展接口還與Arduino控制器連接；Arduino控制器還與無線通信子模塊連接，電源模塊給Arduino控制器、第一無線通信子模塊以及第一信號隔離與轉(zhuǎn)換子模塊供電。
[0014]優(yōu)選的，分段智能模塊包括第二信號隔離與轉(zhuǎn)換子模塊、第二無線通信子模塊；PLC的控制信號輸出端與控制智能模塊的控制信號輸入端導(dǎo)線連接，控制信號在控制智能模塊的控制信號輸入端、第一信號隔離與轉(zhuǎn)換子模塊、第一無線通信子模塊依次傳遞；第二無線通信子模塊接收來自第一無線通信子模塊發(fā)送的無線信號后，控制信號又在第二無線通信子模塊、第二信號隔離與轉(zhuǎn)換子模塊、分段智能模塊的控制信號輸出端依次傳遞；分段智能模塊的控制信號輸出端與終端設(shè)備的控制信號輸入端導(dǎo)線連接。
[0015]優(yōu)選的，分段智能模塊包括第二信號隔離與轉(zhuǎn)換子模塊、第二無線通信子模塊；分段智能模塊的采集信號輸入端與終端設(shè)備的采集信號輸出端導(dǎo)線連接，采集信號在分段智能模塊的采集信號輸入端、第二信號隔離與轉(zhuǎn)換子模塊、第二無線通信子模塊中依次傳遞；第一無線通信子模塊接收來自第二無線通信子模塊發(fā)送的無線信號后，采集信號又在第一無線通信子模塊、第一信號隔離與轉(zhuǎn)換子模塊、控制智能模塊的采集信號輸出端依次傳遞；PLC的采集信號輸入端與控制智能模塊的采集信號輸出端導(dǎo)線連接。
[0016]本實用新型實現(xiàn)了一種可減少了 PLC和終端元件之間連接的導(dǎo)線數(shù)量，降低系統(tǒng)安裝、運行維護、系統(tǒng)改造等各個環(huán)節(jié)的成本、安裝靈活方便，能長期穩(wěn)定可靠工作，具有抗干擾、易維護的方案。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本實用新型的無線系統(tǒng)架構(gòu)圖；
[0018]圖2為本實用新型的控制智能模塊硬件結(jié)構(gòu)圖；
[0019]圖3為本實用新型的分段智能模塊硬件結(jié)構(gòu)圖；
[0020]圖4為本實用新型的PLC發(fā)送控制信號流程圖；
[0021]圖5為本實用新型的PLC接收采集信號流程圖；
[0022]圖6為本實用新型的APC200-43與Arduino連接電路圖；
[0023]圖7為本實用新型的信號隔離與變換模塊輸入接口電路圖；
[0024]圖8為本實用新型的信號隔離與變換模塊繼電器輸出電路圖；
[0025]其中:1、PLC控制柜；2、為分段接線盒；3、PLC ; 4、控制智能模塊；5、分段智能模塊；6、終端設(shè)備；7、Arduino控制板；8、APC220_43無線通信模塊。

【具體實施方式】
[0026]下面，結(jié)合附圖以及【具體實施方式】，對本實用新型做進一步描述:
[0027]請參見圖1，本實用新型的基于Arduino的PLC無線控制系統(tǒng)裝置，包括PLC控制柜1、若干個分段接線盒2，以及若干個與分段接線盒2匹配的終端設(shè)備6，PLC控制柜1內(nèi)設(shè)有PLC 3，該PLC控制柜1內(nèi)增設(shè)有控制智能模塊4，分段接線盒2內(nèi)增設(shè)有分段智能模塊5 ;PLC 3與控制智能模塊4導(dǎo)線連接，分段智能模塊5與終端設(shè)備6用短導(dǎo)線連接，具體的，PLC 3的控制信號輸出端與控制智能模塊4的控制信號輸入端導(dǎo)線連接，PLC 3的采集信號輸入端與控制智能模塊4的采集信號輸出端導(dǎo)線連接；而分段智能模塊5的控制信號輸出端與終端設(shè)備6的控制信號輸入端導(dǎo)線連接，分段智能模塊5的采集信號輸入端與終端設(shè)備6的采集信號輸出端導(dǎo)線連接；該控制智能模塊4用于給分段智能模塊5傳遞無線信號和用于接收來自分段智能模塊5的無線信號，使得控制智能模塊4與各分段智能模塊5通過無線串行通信進行數(shù)據(jù)傳輸。
[0028]安裝在信號中繼盒里面的智能模塊的功能相當(dāng)于一個小型PLC 3。該智能模塊具有可編程的特性，可以根據(jù)生產(chǎn)流程的需要修改程序?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)線上簡單重復(fù)的控制功能，與控制屏的PLC 3相比，智能模塊的硬件結(jié)構(gòu)和軟件編程都更加簡單，成本更低廉，雖然智能模塊實現(xiàn)的功能也有限，但是它用于控制生產(chǎn)線上簡單重復(fù)的動作還是游刃有余的。
[0029]智能模塊單獨使用的時候，不再需要控制柜里面PLC3的配合。這意味著智能模塊單獨使用時免去了與PLC 3互聯(lián)的導(dǎo)線，減少了導(dǎo)線數(shù)量的同時又節(jié)省了 PLC 3的輸入輸出點數(shù)。
[0030]本實用新型中使用到的控制智能模塊4的硬件結(jié)構(gòu)參見圖2，具體包括ArduinoMega2560控制器，第一信號隔離與轉(zhuǎn)換子模塊、第一無線通信子模塊、接線端子模塊、擴展接線端子模塊、擴展接口和電源模塊。
[0031]本實用新型中使用到的分段智能模塊5的硬件結(jié)構(gòu)參見圖3，具體包括ArduinoUNO控制器，第二信號隔離與轉(zhuǎn)換子模塊、第二無線通信子模塊、接線端子模塊、擴展接線端子模塊、擴展接口和電源模塊。
[0032]實施例一:
[0033]本實施例是由PLC發(fā)送控制信號的流程，具體請參見圖4，分段智能模塊5包括第二信號隔離與轉(zhuǎn)換子模塊、第二無線通信子模塊；PLC 3的控制信號輸出端與控制智能模塊4的控制信號輸入端導(dǎo)線連接，控制信號在控制智能模塊4的控制信號輸入端、第一信號隔離與轉(zhuǎn)換子模塊、第一無線通信子模塊依次傳遞；第二無線通信子模塊接收來自第一無線通信子模塊發(fā)送的無線信號后，控制信號又在第二無線通信子模塊、第二信號隔離與轉(zhuǎn)換子模塊、分段智能模塊5的控制信號輸出端依次傳遞；分段智能模塊5的控制信號輸出端與終端設(shè)備6的控制信號輸入端導(dǎo)線連接。終端設(shè)備6可以是傳感器、按鈕、行程開關(guān)等。
[0034]工作時，PLC 3內(nèi)產(chǎn)生控制信號，并將控制信號通過導(dǎo)線由PLC 3的輸出端傳輸至控制智能模塊4，控制智能模塊4將接收到的控制信號由第一信號隔離與變換子模塊進行隔離和轉(zhuǎn)換，并加入目標分段智能模塊5進行編號；然后將控制信號傳輸至控制智能模塊4中的Arduino控制器，控制智能模塊4中的Arduino控制器又將控制信號送入第一無線通信子模塊緩存區(qū)并以無線方式發(fā)送出去。生產(chǎn)線上所有分段接線盒2中分段智能模塊5的第二無線通信子模塊均會接收到該控制信號，信號由分段智能模塊5中的Arduino控制器傳送至第二信號隔離與變換子模塊，對無線信號進行處理、轉(zhuǎn)換，識別自身是否為目標分段智能模塊5，若為目標分段智能模塊5，則將該控制信號轉(zhuǎn)換為終端設(shè)備6能識別的控制信號，并發(fā)送至分段智能模塊5中的端子模塊輸出端，并通過導(dǎo)線輸出至相應(yīng)終端設(shè)備6進行動作控制；否則放棄該控制信號。
[0035]實施例二:
[0036]本實施例與實施例一的區(qū)別在于本實施例是PLC接收采集信號的流程。具體請參見圖5，分段智能模塊5包括第二信號隔離與轉(zhuǎn)換子模塊、第二無線通信子模塊；分段智能模塊5的采集信號輸入端與終端設(shè)備6的采集信號輸出端導(dǎo)線連接，采集信號在分段智能模塊5的采集信號輸入端、第二信號隔離與轉(zhuǎn)換子模塊、第二無線通信子模塊中依次傳遞；第一無線通信子模塊接收來自第二無線通信子模塊發(fā)送的無線信號后，采集信號又在第一無線通信子模塊、第一信號隔離與轉(zhuǎn)換子模塊、控制智能模塊4的采集信號輸出端依次傳遞；PLC 3的采集信號輸入端與控制智能模塊4的采集信號輸出端導(dǎo)線連接。
[0037]工作時，終端設(shè)備6的輸出端將采集的信息通過導(dǎo)線傳輸至分段智能模塊5的第二接線端子模塊采集信號輸入端，分段智能模塊5中的第二信號隔離與變換模塊將信息隔離、轉(zhuǎn)換后并加上自身編號后，傳輸至分段智能模塊5中的Arduino控制器，分段智能模塊5中的Arduino控制器將信息送入第二無線通信子模塊緩存區(qū)，并以無線方式發(fā)送至控制柜中的控制智能模塊4。控制智能模塊4中的第一無線通信子模塊接收到信號，將數(shù)據(jù)暫存于緩存區(qū)中，再送入控制智能模塊4中的Arduino控制器，由第一信號隔離與變換子模塊將信息重現(xiàn)并提取相應(yīng)分段智能模塊5及通道編號后，發(fā)送至控制智能模塊4中的接線端子模塊輸出端，并通過導(dǎo)線傳輸至PLC 3的輸入端，由PLC 3進行數(shù)據(jù)處理。
[0038]本實用新型中，Arduino控制器是控制智能模塊4和分段智能模塊5的核心，其可驅(qū)動控制智能模塊4和分段智能模塊5中的其他模塊，且具備可編程特性。由于Arduino控制器具有價格低廉，簡單易用，兼容性，擴展性強等優(yōu)點，故控制智能模塊4控制器、分段智能模塊5控制器分別選用Arduino Mega2560控制板和Arduino UNO控制板。
[0039]Arduino 控制板 7 支持 Ethernet、RS-485、APCC220、Zigbee、Bluetooth、Wifi 等通信模式。而APC220-43無線通信模塊8作為無線通信模塊，是一種多通道無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，可設(shè)置多個頻道，工作頻率在418-455MHZ直接，理論傳輸距離為1000m，支持1200/2400/4800/9600/19200/38400/57600bps七種傳輸速率，具有功耗低、抗干擾強、靈敏度高等特性，適合于工業(yè)控制領(lǐng)域，因此優(yōu)選APC220-43無線通信模塊8。參見圖6，圖6為APC200-43與Arduino連接電路圖。Arduino控制板7發(fā)送數(shù)據(jù)端TXD、接收數(shù)據(jù)端RXD分別與APC220-43無線通信模塊8接收數(shù)據(jù)端RXD、發(fā)送數(shù)據(jù)端TXD連接，EN為電源使能端，AUX為收發(fā)數(shù)據(jù)指示端(低電平接收，高電平發(fā)送)，SET在低電平輸入時可設(shè)置APC220-43無線通信模塊8參數(shù)。Arduino控制板7只需像操作串口一樣操作APC220-43無線通信模塊8，便可收發(fā)數(shù)據(jù)。
[0040]信號隔離與變換模塊用于隔離智能模塊接線端子、擴展接線端子及擴展接口連接的外部電路、Arduino控制器，以提高控制器抗干擾能力；同時，該模塊將外部輸入信號電平轉(zhuǎn)換成適合控制器的電平，并將控制器輸出信號電平轉(zhuǎn)換成適合現(xiàn)場執(zhí)行機構(gòu)或PLC 3的信號電平。圖7為信號隔離與變換模塊輸入接口電路、圖8為信號隔離與變換模塊繼電器輸出電路。其中，圖7信號隔離與變換模塊輸入接口電路中的Xl為信號輸入端，電阻Rl阻值為2KΩ，電阻R2阻值為IKΩ，電阻R3阻值為2KΩ，電阻Rl阻值為IKΩ，電容Cl、C2的值均為104pF，Dl、D2為LED發(fā)光二極管，D3為二極管，Ql為NPN型三極管，OUT為輸出端。圖8信號隔離與變換模塊繼電器輸出電路中采用APA3319功率繼電器，OPl為選擇端，D4、D5是型號為IN4148 二極管，Kl為繼電器APA3319控制的開關(guān)，COM為公共端，Yl為輸出端。
[0041]對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，可根據(jù)以上描述的技術(shù)方案以及構(gòu)思，做出其它各種相應(yīng)的改變以及形變，而所有的這些改變以及形變都應(yīng)該屬于本實用新型權(quán)利要求的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.基于Arduino的PLC無線控制系統(tǒng)，包括PLC控制柜、若干個分段接線盒，以及若干個與分段接線盒匹配的終端設(shè)備，所述PLC控制柜內(nèi)設(shè)有PLC，其特征在于:所述PLC控制柜內(nèi)還設(shè)有控制智能模塊，分段接線盒內(nèi)設(shè)有若干個分段智能模塊；所述PLC的控制信號輸出端與控制智能模塊的控制信號輸入端導(dǎo)線連接，所述PLC的采集信號輸入端與控制智能模塊的采集信號輸出端導(dǎo)線連接；所述分段智能模塊的控制信號輸出端與終端設(shè)備的控制信號輸入端導(dǎo)線連接，所述分段智能模塊的采集信號輸入端與終端設(shè)備的采集信號輸出端導(dǎo)線連接；該控制智能模塊用于給分段智能模塊發(fā)送無線信號和用于接收來自分段智能模塊的無線信號。
2.如權(quán)利要求1所述的基于Arduino的PLC無線控制系統(tǒng)，其特征在于:所述控制智能模塊包括第一信號隔離與轉(zhuǎn)換子模塊、Arduino控制器、第一無線通信子模塊、接線端子模塊、擴展接線端子模塊、擴展接口和電源模塊；所述Arduino控制器、接線端子模塊、擴展接線端子模塊、擴展接口均與信號隔離與轉(zhuǎn)換子模塊連接；所述擴展接口還與Arduino控制器連接；所述Arduino控制器還與無線通信子模塊連接，電源模塊給Arduino控制器、第一無線通信子模塊以及第一信號隔離與轉(zhuǎn)換子模塊供電。
3.如權(quán)利要求2所述的基于Arduino的PLC無線控制系統(tǒng)，其特征在于:所述分段智能模塊包括第二信號隔離與轉(zhuǎn)換子模塊、第二無線通信子模塊；所述PLC的控制信號輸出端與控制智能模塊的控制信號輸入端導(dǎo)線連接，所述控制信號在控制智能模塊的控制信號輸入端、第一信號隔離與轉(zhuǎn)換子模塊、第一無線通信子模塊依次傳遞；所述第二無線通信子模塊接收來自第一無線通信子模塊發(fā)送的無線信號后，所述控制信號又在第二無線通信子模塊、第二信號隔離與轉(zhuǎn)換子模塊、分段智能模塊的控制信號輸出端依次傳遞；所述分段智能模塊的控制信號輸出端與終端設(shè)備的控制信號輸入端導(dǎo)線連接。
4.如權(quán)利要求2所述的基于Arduino的PLC無線控制系統(tǒng)，其特征在于:所述分段智能模塊包括第二信號隔離與轉(zhuǎn)換子模塊、第二無線通信子模塊；所述分段智能模塊的采集信號輸入端與終端設(shè)備的采集信號輸出端導(dǎo)線連接，所述采集信號在分段智能模塊的采集信號輸入端、第二信號隔離與轉(zhuǎn)換子模塊、第二無線通信子模塊中依次傳遞；所述第一無線通信子模塊接收來自第二無線通信子模塊發(fā)送的無線信號后，所述采集信號又在第一無線通信子模塊、第一信號隔離與轉(zhuǎn)換子模塊、控制智能模塊的采集信號輸出端依次傳遞；所述PLC的采集信號輸入端與控制智能模塊的采集信號輸出端導(dǎo)線連接。
【文檔編號】G05B19/05GK204203718SQ201420688686
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年11月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月18日
【發(fā)明者】邢婭莉 申請人:廣東交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院