[發(fā)明專利]一種模塊化PLC擴(kuò)展通信系統(tǒng)及通信方法

在審

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• 申請日: 2017-05-31
• 公開（公告）號: CN107315706A
• 公開（公告）日: 2017-11-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 宋斌
• 申請（專利權(quán)）人: 深圳市顯控科技股份有限公司
• 主分類號: G06F13/42
• 分類號: G06F13/42;G05B19/042
• 代理公司: 深圳市科吉華烽知識產(chǎn)權(quán)事務(wù)所(普通合伙)44248
• 代理人: 趙雪佳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及PLC通信領(lǐng)域，尤其涉及一種模塊化PLC擴(kuò)展通信系統(tǒng)，還涉及一種基于所述模塊化PLC擴(kuò)展通信系統(tǒng)的通信方法。

背景技術(shù)

可編程邏輯控制器PLC最初主要是為了生產(chǎn)自動化設(shè)備的邏輯控制而開發(fā)，而隨著IT技術(shù)和電子信息技術(shù)的發(fā)展，以及自動化生產(chǎn)控制的網(wǎng)絡(luò)化智能化等需求，PLC控制器已經(jīng)成為具備復(fù)雜控制能力的開放式網(wǎng)絡(luò)體系平臺。模塊化結(jié)構(gòu)的PLC利用其開放式且擴(kuò)展的模式可兼容不同控制系統(tǒng)的控制需求，從而成為PLC邏輯控制器發(fā)展的趨勢，特別是在工廠自動化，機器人和數(shù)控機床等領(lǐng)域。

集中式PLC利用CPU直接控制IO點的方式可以實現(xiàn)高速的IO信號刷新速率，而模塊式PLC利用CPU通信擴(kuò)展外置模塊的方式實現(xiàn)IO信號的刷新，其外置模塊的通信刷新周期直接影響了PLC控制的掃描周期，從而影響了PLC控制性能。而現(xiàn)有模塊擴(kuò)展之間的通信方式大多數(shù)采用SPI、串口或者多路選通并口等通信方式，極大地遏制了模塊擴(kuò)展節(jié)點的數(shù)量，增加了PLC系統(tǒng)的掃描周期，從而遏制了模塊化PLC控制的性能。因此，研究一種應(yīng)用在模塊化PLC系統(tǒng)的擴(kuò)展通信協(xié)議對于增加模塊化PLC系統(tǒng)控制點數(shù)、提升控制系統(tǒng)的性能具有重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容

為解決現(xiàn)有技術(shù)中模塊化PLC點數(shù)擴(kuò)展的限制、刷新周期長、通信不穩(wěn)定等的問題，本發(fā)明提供一種模塊化PLC擴(kuò)展通信系統(tǒng)，還提供了一種基于所述模塊化PLC擴(kuò)展通信系統(tǒng)的通信方法。

本發(fā)明的系統(tǒng)包括CPU模塊、1個以上接口通信模塊和若干個擴(kuò)展模塊，其中，所述CPU模塊與接口通信模塊相連，所述擴(kuò)展模塊通過并行通信總線與接口通信模塊和/或CPU模塊相連，所述CPU模塊、接口通信模塊和擴(kuò)展模塊均設(shè)有物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層，其中，物理層：用于接口通信模塊和/或CPU模塊與擴(kuò)展模塊之間的物理連接；數(shù)據(jù)鏈路層：用于定義數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)，并對數(shù)據(jù)包進(jìn)行解析和發(fā)送；應(yīng)用層：用于實現(xiàn)接口通信模塊和/或CPU模塊與擴(kuò)展模塊間的有效數(shù)據(jù)交互。

本發(fā)明作進(jìn)一步改進(jìn)，所述擴(kuò)展模塊包括虛擬的鏈路切換開關(guān)，用于實現(xiàn)擴(kuò)展模塊工作模式的切換。

本發(fā)明作進(jìn)一步改進(jìn)，所述接口通信模塊為遠(yuǎn)程接口通信模塊，通過外置的用于通信的擴(kuò)展模塊實現(xiàn)CPU模塊的遠(yuǎn)程通信功能。

本發(fā)明作進(jìn)一步改進(jìn)，所述并行通信總線包括地址線、數(shù)據(jù)線、片選線、讀使能線、寫使能線和中斷控制線，所述并行總線在擴(kuò)展模塊間的物理連接上相互隔離。

本發(fā)明作進(jìn)一步改進(jìn)，所述擴(kuò)展模塊的類型包括數(shù)字輸入模塊、數(shù)字輸出模塊、模擬輸入模塊、模擬輸出模塊、脈沖計數(shù)模塊、脈沖發(fā)送模塊和協(xié)議網(wǎng)關(guān)模塊。

本發(fā)明作進(jìn)一步改進(jìn)，所述數(shù)據(jù)鏈路層的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)包括地址區(qū)、命令區(qū)和數(shù)據(jù)區(qū)，其中，所述地址區(qū)、命令區(qū)和數(shù)據(jù)區(qū)末尾設(shè)有校驗位。

本發(fā)明作進(jìn)一步改進(jìn)，所述地址區(qū)包含8位，前7位為編址包括廣播地址和單播地址，最后1位為前7位的校驗位，所述命令區(qū)包括CPU模塊和/或接口通信模塊至擴(kuò)展模塊的命令、擴(kuò)展模塊至CPU模塊和/或接口通信模塊的響應(yīng)命令。

本發(fā)明還提供了一種基于所述模塊化PLC擴(kuò)展通信系統(tǒng)的通信方法，包括如下步驟：

S1：系統(tǒng)上電或復(fù)位；

S2：CPU模塊自動進(jìn)入配置模式，掃描并初始化擴(kuò)展模塊；

S3：配置模式完成時，判斷CPU模塊和/或接口通信模塊與初始化的擴(kuò)展模塊配置及組態(tài)是否一致，如果是，進(jìn)入通信模式，如果否，返回執(zhí)行步驟S2；

S4：CPU模塊、接口通信模塊和擴(kuò)展模塊之間開始相互通信。

本發(fā)明作進(jìn)一步改進(jìn)，步驟S2中，擴(kuò)展模塊的初始化過程包括如下步驟：

S21：CPU模塊和/或接口通信模塊與擴(kuò)展模塊1進(jìn)行點對點通信；

S22：CPU模塊和/或接口通信模塊識別并寫入擴(kuò)展模塊1通信地址；

S23：擴(kuò)展模塊1接收CPU模塊和/或接口通信模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)發(fā)給擴(kuò)展模塊2；

S24：CPU模塊和/或接口通信模塊與擴(kuò)展模塊2進(jìn)行點對點通信；

S25：依次類推，完成所有擴(kuò)展模塊的初始化。

本發(fā)明作進(jìn)一步改進(jìn)，在步驟S4的通信模式下，擴(kuò)展模塊的鏈路轉(zhuǎn)發(fā)閉合，CPU模塊和/或接口通信模塊直接與對應(yīng)的擴(kuò)展模塊通信。避免了后端擴(kuò)展模塊由于前端擴(kuò)展模塊儲存轉(zhuǎn)發(fā)損失的效率，從而最大程度增加了通信帶寬。