CN101266474A - 扩展模块及可编程控制器系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可编程控制器系统，其中所述可编程控制器系统包括逻辑控制器和扩展模块，其中，所述扩展模块包括：信号采集单元，用于采集外部信号；滤波器，用于对所述信号采集单元采集的外部信号进行滤波处理；通信单元，用于发送和接收信息。其中，所述滤波器包括：滤波单元，用于按照滤波算法对信号进行滤波处理；滤波配置器，用于根据通信单元获得的滤波配置表对滤波单元进行滤波配置。相应地本发明还公开了一种扩展模块。根据本发明的扩展模块和可编程控制器系统，减小了CPU的处理负担，由于其滤波算法或参数可以灵活配置，大大提高了其适应性和灵活性。

Description

扩展模块及可编程控制器系统

技术领域

本发明涉及可编程控制技术领域，尤其涉及一种扩展模块及可编程控制器系统。

背景技术

随着可编程控制技术的发展，工业自动化要求越来越高，而工业应用环境的复杂性，导致信号很容易受到干扰，为了保证采集到正确的信号，防止错误操作，滤波技术至关重要。

在目前的可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controllers，PLC)系统中，中央处理器(Center Processing Unit，CPU)和采集信号的扩展模块是可以分离的，他们通过总线连接在一起，相互交换数据。如图1所示，扩展模块2利用信号采集单元21采集信号，然后通过其第二通信单元22把采集到的信号(包括了干扰信号)发送到CPU 1进行后期处理。CPU 1利用其第一通信单元12接收到第二通信单元22发送来的信号后，将所述信号输入滤波单元11进行处理，其中，滤波单元11根据预先配置好的滤波算法和参数，对扩展模块2送来的信号进行滤波处理，然后CPU 1对滤波后的数据作进一步的处理。

发明人在实现本发明的过程中，发现现有技术存在以下缺陷：滤波单元集成在CPU中会占用CPU资源，并增加CPU的处理负担，当CPU处理其他事务的周期过长时，其滤波单元的性能会大大下降；由于一个滤波单元的滤波算法和参数配置好了就不能改变，这样面对复杂的应用环境，其适应性和灵活性非常差。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种扩展模块及可编程控制器系统，减小了CPU的处理负担，由于其滤波算法和参数可以灵活配置，大大提高了其适应性和灵活性。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种扩展模块，包括：

信号采集单元，用于采集外部信号；

至少一个滤波器，用于对所述信号采集单元采集的外部信号进行滤波处理；

通信单元，用于发送和接收信息；

其中，所述滤波器包括：

滤波单元，用于按照滤波算法对信号进行滤波处理；

滤波配置器，用于根据通信单元获得的滤波配置表对滤波单元进行滤波配置。

其中，所述滤波单元包括：至少一个算法单元，用于存储滤波算法程序。

所述滤波配置器包括：

检测单元，用于检测其获得的滤波配置表的合法性；

处理单元，与所述检测单元耦接，用于根据所述滤波配置表对滤波单元进行滤波配置。

优选地，所述处理单元包括：

算法配置单元，用于根据所述滤波配置表激活该滤波配置表对应的算法单元中的滤波算法程序；

参数配置单元，与所述算法配置单元耦接，用于根据所述滤波配置表配置所述滤波算法的滤波参数。

相应地，本发明实施例还提供了一种可编程控制器系统，包括：逻辑控制器、与该逻辑控制器连接的扩展模块，其中，所述扩展模块包括：

信号采集单元，用于采集外部信号；

至少一个滤波器，用于对所述信号采集单元采集的外部信号进行滤波处理；

通信单元，用于发送和接收信息；

其中，所述滤波器包括：

滤波单元，用于按照滤波算法对信号进行滤波处理；

滤波配置器，用于根据通信单元获得的滤波配置表对滤波单元进行滤波配置。

在本发明实施例中，所述逻辑控制器包括：

配置表存储单元，用于存储包含有滤波参数和算法配置的所述滤波配置表；

滤波管理器，用于根据用户程序更改所述滤波配置表中的滤波参数或算法配置。

其中，所述滤波单元包括：至少一个算法单元，用于存储滤波算法程序。

其中，所述滤波配置器包括：

检测单元，用于检测其获得的滤波配置表的合法性；

处理单元，与所述检测单元耦接，用于根据所述滤波配置表对滤波单元进行滤波配置。

其中，所述处理单元包括：

算法配置单元，用于根据所述滤波配置表激活该滤波配置表对应的算法单元中的滤波算法程序；

参数配置单元，与所述算法配置单元耦接，用于根据所述滤波配置表配置所述滤波算法的滤波参数。

综上所述，本发明实施例提供的一种扩展模块及可编程控制器系统的技术方案是通过将滤波器设置在扩展模块中，减小了CPU的负担，并且滤波器单独处理滤波，不受CPU其他进程的影响，提高了其滤波性能，同时用户可以通过滤波配置器对滤波算法和/或滤波参数的配置，提高了其适应性和灵活性，可以满足复杂环境的滤波需求。

附图说明

图1是现有的一种可编程控制器系统的结构示意图；

图2是本发明实施例的一种可编程控制器系统的结构示意图；

图3是本发明实施例中处理单元的结构示意图；

图4是8通道数字量输入扩展模块中延迟滤波算法信号输入输出示意图。

具体实施方式

本发明实施例公开的一种扩展模块及可编程控制器系统是通过将滤波器设置在扩展模块中，并且用户可以对滤波器的滤波算法或/和参数进行配置以适应复杂的应用环境。

下面结合附图具体阐述本发明的技术方案。

参考图2，是本发明实施例的一种可编程控制器系统的结构示意图；根据该图，一种可编程控制器系统，包括逻辑控制器3和通过数据总线与之连接的扩展模块4，当然不限于此，逻辑控制器3和扩展模块4还可以通过无线信道以及其他有线信道进行连接。

其中，扩展模块4包括：

信号采集单元21，用于采集外部信号；

滤波器40，用于对信号采集单元21采集的外部信号进行滤波处理；

第二通信单元22，用于发送和接收信息。

逻辑控制器3包括：

配置表存储单元32，用于存储包含有滤波参数和算法配置的滤波配置表；

滤波管理器31，用于根据用户程序更改所述滤波配置表中的滤波参数或算法配置，然后通过第一通信单元12将所述更改过的滤波配置表发送给扩展模块4。

扩展模块4的滤波器根据滤波配置表中的算法和参数对信号采集单元21采集到的信号进行滤波处理，滤波后的信号通过第二通信单元22发送给逻辑控制器3供CPU 30做进一步处理。

优选地，滤波器40包括：

滤波配置器41，用于根据第二通信单元22获得的所述滤波配置表对滤波单元42进行滤波配置。

滤波单元42，用于按照滤波算法对信号进行滤波处理，所述滤波单元包括：至少一个算法单元421，用于存储滤波算法程序。

在具体实现时，本发明实施例的滤波配置器41至少包括：

检测单元412，用于检测其从第二通信单元22获得的滤波配置表的合法性；

处理单元411，用于根据所述滤波配置表对滤波单元42进行滤波配置。

其中，如图3所示，所述处理单元411具体可以包括：

算法配置单元51，用于根据所述滤波配置表激活该滤波配置表中算法配置对应的算法单元中的滤波算法程序；

参数配置单元52，用于根据所述滤波配置表配置所述滤波算法的滤波参数。

下面结合表1来具体阐述本发明实施例所述的滤波配置表的数据结构。

滤波配置表的第1个字节是状态字，其中位7从0变为1时，滤波管理器会把整个滤波配置表发送给扩展模块，并且把位6设为0，表示正在处理，当滤波管理器接收到扩展模块返回的滤波结果时，把位6设为1，表示处理完毕，并把处理结果设置在位0～位3。

滤波配置表的第2个字节是模块号，即需要配置的扩展模块的序号。

滤波配置表的第3个字节是算法选择，一共8位，最多可以选择256种算法。

滤波配置表从第4个字节开始及其以后的共13个字节是参数区，用于表示参数，最多可以有13个参数。

表1滤波配置表的数据结构

值得说明的是本发明实施例的一个扩展模块可以包括多个滤波器，如：16通道输入模块可以包括16个滤波器，利用16个滤波器分别对16个通道的输入信号进行处理，其中每个滤波器的结构和工作原理与上述实施例相同，当然也可以利用时分复用技术仅仅用1个滤波器进行处理。

上述从整体上说明了本发明实施例的扩展模块及可编程控制器系统的技术方案的实现，下面以8通道数字量输入扩展模块(8IN数字量输入模块)为例具体阐述本发明实施例的技术方案。

在8IN数字量输入模块中，有两种滤波算法(算法A和算法B)可供使用，在本实施例中以算法A为例，其中算法A为延迟滤波(其主要滤波参数为延迟周期)，即：当输入信号变化时，新状态必须要保持一定的时间，才会被系统接受。如图4所示，实际输入的信号原来处于“1”状态，受到干扰信号的干扰，第一次变为“0”状态，但由于保持时间很短(未达到延迟周期)，所以未被系统接受，即：滤波输出仍保持原来的“1”状态，实际输入信号第二次变为“0”状态，刚发生变化的一段时间，滤波输出没有立即跟随变化，而当保持达到算法指定的延迟周期后，滤波输出才变为“0”状态。在本算法中可选择的延迟周期有：0.2ms、0.4ms、0.8ms、1.6ms、3.2ms、6.4ms、12.8ms，分别用数字0～6来表示。

在本实施例中，由于是8通道的信号输入，所以8IN数字量输入模块可以包括8个滤波器，然而针对每一个通道数据处理的原理是一样的，其处理过程如下：

逻辑控制器中的滤波管理器在每个循环处理周期中去检查配置表存储单元中的滤波配置表，滤波管理器一旦检测到用户程序发出指令要求改变某一扩展模块的滤波配置(如：算法选择为A，其参数：延迟周期为0.4ms)，便根据用户程序指令更改滤波配置表的第3个字节的值为00H(选择算法A)和第4个字节值为01H(参数为0.4ms)，并把该滤波配置表通过第一通信单元发送给相应的扩展模块，并把本次变更结果告诉用户程序。

扩展模块的第二通信单元接收到逻辑控制器的数据包，当解码发现是滤波管理器发送来的信息时，会把该信息发送给滤波器中的滤波配置器处理。

滤波配置器首先利用检测单元检测所述滤波配置表的合法性，当检测合法后，滤波配置器马上控制滤波单元中的全局标志位以停止该滤波单元的工作，然后，滤波配置器利用其处理单元中的算法配置单元分析算法选择字节(滤波配置表的第3个字节)，发现其值为00H，于是将滤波单元中存储有算法A的算法单元激活，其余算法单元处于关闭状态。

滤波配置器再利用其参数配置单元分析参数字节(第4个字节)，发现其值为01H，即延迟周期为0.4ms，于是滤波配置器向系统申请一个0.4ms的定时器，并将该定时器接入到滤波单元中使用，从而给滤波单元中算法A配置了延迟周期为0.4ms的参数。

滤波单元按照滤波配置器配置的算法和参数对信号采集单元采集到信号进行滤波处理，并通过第二通信单元将处理后的数据发送到逻辑控制器让CPU进一步处理。

在上述实施例中，针对8通道输入，一个8IN数字量输入模块可以包括8个滤波器分别对8通道输入信号进行处理，其中，每个滤波器对信号的处理原理相同。当然也可以利用时分复用技术，一个8IN数字量输入模块只用一个滤波器对8通道输入信号进行处理，其滤波器处理原理同上。

当然本发明实施例也不限于上述的8通道输入，可以是任意通道的输入，同时也不限于数字量输入，对模拟量输入同样可以进行滤波配置，其原理与数字量输入的滤波配置的原理相同。

在上述的扩展模块及可编程控制器系统的所有实施例中，所述的滤波单元可以只包括一个算法单元，即：只有一种滤波算法。用户可以通过用户程序修改滤波配置表的参数，然后对滤波算法进行参数配置，其配置过程如下：

滤波管理器根据用户程序修改滤波参数配置表中的参数，并把修改后的滤波配置表发送给扩展模块，然后，其滤波配置器首先利用检测单元检测所述滤波配置表的合法性，当检测合法后，滤波配置器控制滤波单元中的全局标志位以停止该滤波单元的工作，然后，滤波配置器根据所述滤波配置表激活唯一的算法单元的算法程序，并利用其处理单元中的参数配置单元分析参数字节，为所述算法配置参数。

由上述实施例可知，本发明实施例提供的一种扩展模块及可编程控制器系统的技术方案是通过将滤波器设置在扩展模块中，实现了与CPU的分离，不再占用CPU资源，从而减小了CPU的负担，并且滤波器单独进行滤波处理，不受CPU的其他进程的影响，提高了其滤波性能，同时用户可以通过滤波配置器对滤波算法和/或滤波参数进行配置，提高了其适应性和灵活性，可以满足复杂环境的滤波需求。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (9)

1. 一种扩展模块，包括：

信号采集单元，用于采集外部信号；

至少一个滤波器，用于对所述信号采集单元采集的外部信号进行滤波处理；

通信单元，用于发送和接收信息；

其特征在于，所述滤波器包括：

滤波单元，用于按照滤波算法对所述信号进行滤波处理；

滤波配置器，用于根据所述通信单元获得的滤波配置表对所述滤波单元进行滤波配置。

2. 按照权利要求1所述的扩展模块，其特征在于，所述滤波单元包括：至少一个算法单元，用于存储滤波算法程序。

3. 按照权利要求1或2所述的扩展模块，其特征在于，所述滤波配置器包括：

检测单元，用于检测其获得的滤波配置表的合法性；

处理单元，与所述检测单元耦接，用于根据所述滤波配置表对滤波单元进行滤波配置。

4. 按照权利要求3所述的滤波器，其特征在于，所述处理单元包括：

算法配置单元，用于根据所述滤波配置表激活该滤波配置表对应的算法单元中的滤波算法程序；

参数配置单元，与所述算法配置单元耦接，用于根据所述滤波配置表配置所述滤波算法的滤波参数。

5. 一种可编程控制器系统，包括：逻辑控制器、与该逻辑控制器连接的扩展模块，其中，所述扩展模块包括：

信号采集单元，用于采集外部信号；

至少一个滤波器，用于对所述信号采集单元采集的外部信号进行滤波处理；

通信单元，用于发送和接收信息；

其特征在于，所述滤波器包括：

滤波单元，用于按照滤波算法对信号进行滤波处理；

滤波配置器，用于根据通信单元获得的滤波配置表对滤波单元进行滤波配置。

6. 按照权利要求5所述的系统，其特征在于，所述逻辑控制器包括：

配置表存储单元，用于存储包含有滤波参数和算法配置的所述滤波配置表；

滤波管理器，用于根据用户程序更改所述滤波配置表中的滤波参数或算法配置。

7. 按照权利要求5或6所述的系统，其特征在于，所述滤波单元包括：至少一个算法单元，用于存储滤波算法程序。

8. 按照权利要求7所述的系统，其特征在于，所述滤波配置器包括：

检测单元，用于检测其获得的滤波配置表的合法性；

处理单元，与所述检测单元耦接，用于根据所述滤波配置表对滤波单元进行滤波配置。

9. 按照权利要求8所述的系统，其特征在于，所述处理单元包括：

算法配置单元，用于根据所述滤波配置表激活该滤波配置表对应的算法单元中的滤波算法程序；

参数配置单元，与所述算法配置单元耦接，用于根据所述滤波配置表配置所述滤波算法的滤波参数。

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