一種總線式可編程控制器系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及可編程控制器(PLC)，尤其是涉及基于CAN總線的一種總線式可編程控制器系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]可編程控制器(PLC)誕生于上世紀(jì)60年代。長期以來，始終處于工業(yè)自動化控制領(lǐng)域的主戰(zhàn)場，為各種各樣的自動化控制設(shè)備提供了非?？煽康目刂茟?yīng)用。隨著嵌入式微處理器技術(shù)的迅猛發(fā)展，人們開始把PLC技術(shù)和嵌入式系統(tǒng)結(jié)合起來，這樣就產(chǎn)生了嵌入式PLC技術(shù)。嵌入式PLC結(jié)合了 PLC和嵌入式系統(tǒng)的綜合優(yōu)勢，保留了 PLC在硬件管理和工藝控制分離等方面的優(yōu)勢，繼承了嵌入式系統(tǒng)體積小、反應(yīng)快等優(yōu)點，軟件功能靈活，運算速度快，提供更個性化、差異化的設(shè)計方法，形成一種新的控制器設(shè)計理念。
[0003]在嵌入式PLC發(fā)展的同時，另外一種控制系統(tǒng)也正在飛速發(fā)展，即現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。現(xiàn)場總線式實現(xiàn)微機化測控設(shè)備之間雙向串行、多節(jié)點數(shù)字通信的生產(chǎn)現(xiàn)場系統(tǒng)，也被稱為開放式、數(shù)字化、多點通信的底層控制網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)場總線控制系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、性價比高、互操作性好等特點。嵌入式PLC和現(xiàn)場總線的結(jié)合將是一個新的方向，因此本實用新型具有十分重要的現(xiàn)實意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實用新型的目的在于提供一種總線式可編程控制器系統(tǒng)。
[0005]本實用新型設(shè)有主節(jié)點模塊、從節(jié)點模塊和電源，所述主節(jié)點模塊設(shè)有主控芯片、按鍵和顯示模塊，按鍵的輸出端接主控芯片的輸入端口，主控芯片的輸出端口接顯示模塊的輸入端；所述從節(jié)點模塊設(shè)有η個控制芯片、開關(guān)量信號輸入模塊、開關(guān)量信號輸出模塊、模擬量信號輸入模塊和模擬量信號輸出模塊；從節(jié)點模塊通過CAN總線與主節(jié)點模塊實現(xiàn)通訊；開關(guān)量信號輸入模塊和模擬量信號輸入模塊接控制芯片輸入端，開關(guān)量信號輸出模塊和模擬量信號輸出模塊接控制芯片輸出端；η多I。
[0006]本實用新型的主節(jié)點和從節(jié)點是通過CAN總線實現(xiàn)通訊的，主節(jié)點向從節(jié)點發(fā)送指令，從節(jié)點執(zhí)行相應(yīng)指令并返回結(jié)果。
[0007]本實用新型以工控領(lǐng)域的一些低成本、分布式、易操作應(yīng)用場合的需求為基礎(chǔ)，提供一種基于嵌入式系統(tǒng)的總線式PLC系統(tǒng)，實現(xiàn)了 PLC的可編程邏輯功能；采用CAN總線拓展了網(wǎng)絡(luò)功能；采用向?qū)浇缑?，增強其易操作性?br>[0008]本實用新型結(jié)合了可編程控制器(PLC)和嵌入式系統(tǒng)的綜合優(yōu)勢，保留了可編程控制器(PLC)在硬件管理和工藝控制分離等方面的優(yōu)勢，繼承了嵌入式系統(tǒng)體積小、反應(yīng)快等優(yōu)點，提供更個性化、差異化的設(shè)計方法。結(jié)構(gòu)簡單、性價比高、互操作性好，特別適合產(chǎn)品檢測。
【附圖說明】
[0009]圖1為本實用新型實施例的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成框圖；
[0010]圖2為本實用新型實施例的開關(guān)量輸入電路原理圖；
[0011]圖3為本實用新型實施例的光電耦合繼電器輸出電路原理圖；
[0012]圖4為本實用新型實施例的AD通道電路原理圖；
[0013]圖5為本實用新型實施例的CAN通信結(jié)構(gòu)圖原理圖；
[0014]圖6為本實用新型實施例的從節(jié)點CAN模塊電路原理圖。
【具體實施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。
[0016]參見圖1，本實用新型實施例設(shè)有主節(jié)點模塊1、η個從節(jié)點模塊21?2η和電源3，所述主節(jié)點模塊I設(shè)有主控芯片11、按鍵12和顯示模塊13，按鍵12的輸出端接主控芯片11的輸入端口，主控芯片11的輸出端口接顯示模塊13的輸入端；所述從節(jié)點模塊設(shè)有η個控制芯片、開關(guān)量信號輸入模塊、開關(guān)量信號輸出模塊、模擬量信號輸入模塊和模擬量信號輸出模塊；從節(jié)點模塊通過CAN總線(在圖1中由標(biāo)記CAN、CAN UCAN η表示)與主節(jié)點模塊I實現(xiàn)通訊；開關(guān)量信號輸入模塊和模擬量信號輸入模塊接控制芯片輸入端，開關(guān)量信號輸出模塊和模擬量信號輸出模塊接控制芯片輸出端；η多I。
[0017]主節(jié)點用來輸入用戶“程序”和顯示系統(tǒng)狀態(tài)，這里的用戶“程序”是指從節(jié)點的輸入點和輸出點之間的邏輯關(guān)系；從節(jié)點用來執(zhí)行用戶“程序”和采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，節(jié)點之間通過CAN總線通信。主節(jié)點主控芯片采用LPC2478，LPC2478帶有多路CAN總線控制器，可以同時處理多路信號，體積小、功耗低、性價比高。主節(jié)點作為人機交互窗口，主要考慮其友好性，本系統(tǒng)采用向?qū)酱翱诮缑?，引?dǎo)用戶一步步設(shè)置所需實現(xiàn)的邏輯功能，然后轉(zhuǎn)換成任務(wù)，傳送到從節(jié)點主控芯片。另外，當(dāng)系統(tǒng)處于運行狀態(tài)時，用來顯示系統(tǒng)的運行狀態(tài)。從節(jié)點主要就是接受主節(jié)點的任務(wù)，然后根據(jù)現(xiàn)場輸入作出相應(yīng)輸出，另外還拓展了工控環(huán)境必要的功能接口。從節(jié)點采用C8051F單片機作為控制核心，外圍模塊包括電源、開關(guān)量輸入電路、開關(guān)量輸出電路、模擬量輸入電路、模擬量輸出模塊以及通信協(xié)議實現(xiàn)模塊等。
[0018]本實用新型采用了 Toshiba公司生產(chǎn)的TLP521光耦完成電氣隔離，它的速度可以達到10KB/S，能與TTL集成電路相兼容。本系統(tǒng)的開關(guān)量輸入采用直流信號輸入方式。開關(guān)量輸入端電路如圖2所示。R36為限流電阻，C32和R37組成一階濾波電路，防止外界干擾進入，LED為輸入指示燈。
[0019]如圖3所示為光電耦合繼電器輸出電路，由于工業(yè)設(shè)備的輸出主要用來控制大功率交流負載如三相電機、各種電磁閥，電磁鐵等。本實用新型采用繼電器輸出形式，可以滿足大部分工業(yè)需要。光耦實現(xiàn)將高電壓和單片機管腳隔離，當(dāng)P2.0為低電平時，光耦導(dǎo)通，從而使三極管Q5導(dǎo)通，繼電器吸合，輸出信號。
[0020]雖然從節(jié)點的主控芯片C8051F自帶Α/D轉(zhuǎn)換器和D/Α轉(zhuǎn)換器，但是為了避免干擾，必須實現(xiàn)電氣隔離，為此本實用新型選用了 HCNR200高精度線性光耦。如圖4所示為本實用新型的Α/D通道電路。HCNR200管腳3輸出控制電流，用來調(diào)節(jié)驅(qū)動電流，保證管腳6輸出的驅(qū)動電流與輸入的電流成線性比例。
[0021]CAN通訊部分主要由微處理器51、CAN控制器52、CAN收發(fā)器53組成，其連接如圖5所示。CAN控制器主要用于系統(tǒng)的通信，CAN收發(fā)器主要用于增強系統(tǒng)的驅(qū)動能力。系統(tǒng)視為發(fā)送過程是:微處理器將信息處理后，按CAN規(guī)范規(guī)定的格式將其寫入CAN控制器的發(fā)送緩沖區(qū)，并啟動發(fā)送命令，把數(shù)據(jù)發(fā)送到CAN總線上；接收過程是:CAN控制器從CAN總線上自動接收數(shù)據(jù)，過濾后存入CAN緩沖區(qū)，且向微處理器發(fā)出中斷請求，此時微處理器可以從CAN接收緩沖區(qū)讀取要接收的數(shù)據(jù)。
[0022] 如圖6所示為從節(jié)點CAN模塊硬件電路。SN65HV230為高速CAN總線收發(fā)器，R22和R23起到限流作用，保護SN65HV230免受過流的沖擊。CANH和CANL與地之間并聯(lián)了兩個30pF的小電容，可以起到濾除總線上的高頻干擾和一定的防電磁福射的能力。
【主權(quán)項】
1.一種總線式可編程控制器系統(tǒng)，其特征在于設(shè)有主節(jié)點模塊、從節(jié)點模塊和電源，所述主節(jié)點模塊設(shè)有主控芯片、按鍵和顯示模塊，按鍵的輸出端接主控芯片的輸入端口，主控芯片的輸出端口接顯示模塊的輸入端；所述從節(jié)點模塊設(shè)有η個控制芯片、開關(guān)量信號輸入模塊、開關(guān)量信號輸出模塊、模擬量信號輸入模塊和模擬量信號輸出模塊；從節(jié)點模塊通過CAN總線與主節(jié)點模塊實現(xiàn)通訊；開關(guān)量信號輸入模塊和模擬量信號輸入模塊接控制芯片輸入端，開關(guān)量信號輸出模塊和模擬量信號輸出模塊接控制芯片輸出端多I。
【專利摘要】一種總線式可編程控制器系統(tǒng)，涉及可編程控制器。設(shè)有主節(jié)點模塊、從節(jié)點模塊和電源，所述主節(jié)點模塊設(shè)有主控芯片、按鍵和顯示模塊，按鍵的輸出端接主控芯片的輸入端口，主控芯片的輸出端口接顯示模塊的輸入端；所述從節(jié)點模塊設(shè)有n個控制芯片、開關(guān)量信號輸入模塊、開關(guān)量信號輸出模塊、模擬量信號輸入模塊和模擬量信號輸出模塊；從節(jié)點模塊通過CAN總線與主節(jié)點模塊實現(xiàn)通訊；開關(guān)量信號輸入模塊和模擬量信號輸入模塊接控制芯片輸入端，開關(guān)量信號輸出模塊和模擬量信號輸出模塊接控制芯片輸出端；n≥1。結(jié)構(gòu)簡單、性價比高、互操作性好，特別適合產(chǎn)品檢測。
【IPC分類】G05B19-05
【公開號】CN204406140
【申請?zhí)枴緾N201520120993
【發(fā)明人】陳文薌, 龐爾江, 謝志平, 王新峰, 張少煌
【申請人】廈門大學(xué)
【公開日】2015年6月17日
【申請日】2015年3月2日