[發(fā)明專利]模塊化可配置工業(yè)控制儀的控制系統(tǒng)

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210059195.8
• 申請(qǐng)日: 2012-03-08
• 公開（公告）號(hào): CN103309245A
• 公開（公告）日: 2013-09-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 謝智亭
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 昆山子力高新科技實(shí)業(yè)有限公司
• 主分類號(hào): G05B19/04
• 分類號(hào): G05B19/04
• 代理公司: 昆山四方專利事務(wù)所 32212
• 代理人: 盛建德

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域，尤其是涉及工業(yè)控制儀的模塊化和可配置性。

背景技術(shù)

目前，工業(yè)控制儀用于工業(yè)自動(dòng)化控制，如溫度控制、流量控制、壓力控制等。通常的工業(yè)控制儀，包含一個(gè)由嵌入式微處理器構(gòu)成的中央處理單元，負(fù)責(zé)信號(hào)采集的信號(hào)輸入單元，負(fù)責(zé)控制輸出的輸出控制單元，以及與用戶交互的顯示配置單元。中央處理單元負(fù)責(zé)系統(tǒng)的調(diào)度和處理，從信號(hào)輸入單元獲得輸入信號(hào)，經(jīng)過設(shè)定程序的處理，得到控制信號(hào)，然后通過輸出控制單元進(jìn)行控制。顯示配置單元包括按鍵和顯示屏，實(shí)時(shí)顯示設(shè)備的狀態(tài)，以及控制過程中的狀態(tài)，同時(shí)允許用戶進(jìn)行參數(shù)設(shè)置、過程設(shè)置等操作。信號(hào)輸入單元提供固定的信號(hào)輸入接口，用戶需要按照要求，將正確類型的信號(hào)線接入。同樣，輸出控制單元提供固定的控制輸出接口，用戶需要按照接口要求，將控制儀與受控設(shè)備進(jìn)行相連。當(dāng)硬件結(jié)構(gòu)和接口確定之后，控制系統(tǒng)的軟件依賴于硬件的設(shè)計(jì)，執(zhí)行進(jìn)程調(diào)度、信號(hào)處理等操作。這類工業(yè)控制儀的缺點(diǎn)是，當(dāng)儀器被設(shè)計(jì)為執(zhí)行某一方面的控制時(shí)，很難或者不能被用于其他方面的控制。比如說，適用于溫度控制的工業(yè)控制儀，支持接入熱電偶和熱電阻的信號(hào)，控制系統(tǒng)中的狀態(tài)顯示和配置菜單也都與溫度控制、熱電偶配置、熱電阻配置相關(guān)。當(dāng)需要適用于流量控制時(shí)，這類工業(yè)控制儀不能被使用，因?yàn)槠湫盘?hào)連接方式、系統(tǒng)控制方式設(shè)計(jì)等都僅僅與溫度控制相關(guān)。也就是說，當(dāng)前的工業(yè)控制儀存在通用性不高、可配置性不高的問題。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上的不方便，本發(fā)明提出了一種模塊化的可配置控制系統(tǒng)，及相應(yīng)的控制方法。在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上，以微處理器為中心的中央處理單元作為主板，顯示和配置單元位于顯示板上，擴(kuò)展板與主板相連，同時(shí)提供多個(gè)接口定義一致、總線地址唯一的輸入模塊接口和輸出模塊接口。主板、顯示板和擴(kuò)展板構(gòu)成了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的通用部分。在內(nèi)部，輸入模塊通過擴(kuò)展板上的輸入模塊接口與主板相連，在外部，輸入模塊與信號(hào)輸入設(shè)備相連。在符合輸入模塊接口定義的前提下，輸入模塊可以根據(jù)信號(hào)輸入設(shè)備的不同而任意設(shè)計(jì)。輸入單元的模塊化設(shè)計(jì)，不僅可以同時(shí)支持任意多種的輸入設(shè)備，而且方便輸入設(shè)備的隨意替換。輸出模塊與輸入模塊類似，可以同時(shí)支持任意多種的輸出設(shè)備。控制系統(tǒng)根據(jù)輸入模塊或輸出模塊的類型，提供與類型相關(guān)的顯示配置菜單。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的通用性設(shè)計(jì)，接口類型的模塊化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了儀器的通用性，而且具有可配置性，便于儀器的升級(jí)和維護(hù)。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

在硬件結(jié)構(gòu)上，擴(kuò)展板與主板相連，為輸入模塊和輸出模塊提供接口。微處理器通過I2C總線，對(duì)連接到擴(kuò)展板上的輸入和輸出模塊進(jìn)行狀態(tài)讀取和控制。擴(kuò)展板上的所有輸入模塊接口都具有相同的形式，所有輸出模塊接口都具有相同的形式。每一個(gè)輸入模塊接口和每一個(gè)輸出模塊接口，都被分配了唯一的I2C總線地址。微處理器作為I2C總線協(xié)議的主機(jī)，輸入和輸出接口作為I2C總線的從機(jī)。通過這樣的形式，控制系統(tǒng)就能夠根據(jù)不同的地址，使用相同的硬件和軟件接口去訪問每一個(gè)輸入模塊接口和每一個(gè)輸出模塊接口。當(dāng)需要連接到擴(kuò)展板上時(shí)，每一個(gè)輸入模塊或輸出模塊，需要符合擴(kuò)展板提供的接口形式，提供I2C總線接口，并設(shè)定為從機(jī)狀態(tài)。每一個(gè)輸入模塊或輸出模塊上，都有一個(gè)電可擦可編程只讀存儲(chǔ)器(EEPROM)芯片，保存有模塊相關(guān)的類型編號(hào)和配置信息。控制系統(tǒng)定時(shí)檢測(cè)每一個(gè)對(duì)外的接口，通過I2C總線地址讀取EEPROM中的類型編號(hào)，從而判斷是否有模塊被接入或者移除。當(dāng)一個(gè)模塊被連接到系統(tǒng)提供的接口上時(shí)，控制系統(tǒng)能夠通過I2C總線和接口地址讀取其有效的類型編號(hào)。反之，當(dāng)系統(tǒng)通過I2C總線和接口地址不能獲得有效的類型編號(hào)時(shí)，表示該地址的接口上沒有模塊被連接。輸入模塊和輸出模塊的多樣化支持，也需要控制系統(tǒng)中存在多樣化的驅(qū)動(dòng)代碼模塊，能夠支持有效的模塊類型編號(hào)。當(dāng)一個(gè)新的輸入模塊被接入時(shí)，控制系統(tǒng)從EEPROM中讀取其類型編號(hào)和配置信息，然后查找相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)代碼模塊，并將驅(qū)動(dòng)代碼模塊與輸入模塊進(jìn)行關(guān)聯(lián)。當(dāng)輸出模塊被接入時(shí)，系統(tǒng)從EEPROM中讀取其類型編號(hào)，查找相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)代碼模塊，并將驅(qū)動(dòng)代碼模塊和輸出模塊進(jìn)行關(guān)聯(lián)。