CN102478804B - 可编程逻辑控制器系统 - Google Patents

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Abstract

在此公开了一种可编程逻辑控制器(PLC)系统，所述PLC系统包括远程I/O模块和扩展I/O模块，从而由所述远程I/O模块和所述扩展I/O模块构造环形拓扑。

Description

可编程逻辑控制器系统
技术领域
本发明涉及一种可编程逻辑控制器系统。
背景技术
在传统的工业设施中使用的自动设备包括使用继电器和其他器件的机械设备。为了在功能上改变包括机械设备的自动设备，所存在的困难是一个接一个地校正设备内部电路的配线。为了解决上述问题，提出了可编程逻辑控制器(PLC)。
PLC通常执行与计算机相同的任务，并且被构造为：接收来自设备的信号；根据在其中编程的内容对信号进行处理；然后将经过处理的信号输出至设备。此外，PLC以例如集成器件和晶体管的半导体器件来代替例如继电器、计时器和计数器的控制单元的功能。PLC将数值计算功能增加至基本序列控制功能以控制程序，并且根据先前存储在内部存储器中的程序来执行预定的逻辑。
如上文所述，PLC需要较多数量的I/O触点以将多种器件集成到一个系统中。然而，块型PLC的问题在于，因为包括PLC的大小的多种限制，容许的I/O触点的数量受到限制。
为了解决上述问题，提出了一种将I/O模块附加地连接至块型PLC的方法。也即是说，I/O模块通过接线端子直接地连接至PLC的数据线路，从而扩展PLC的I/O触点。
然而，本方法也存在如下问题：I/O模块直接地连接至PLC的数据线路，使得外部噪声被施加从而消极地影响整个PLC系统的性能。此外，当I/O模块直接地连接至PLC的数据线路时，PLC的数据线路的长度增加。当所连接的I/O模块的数量增加时，数据线路的性能劣化。此外，如果I/O模块直接地连接至PLC的数据线路，则数据和信号的传输速度会被不期望地降低。
发明内容
因此，本发明的目的在于，提供一种能够通过结合一种将I/O模块直接连接至PLC的方法和一种使用网络将远程I/O模块连接至PLC的方法来扩展PLC的I/O触点数量的PLC系统。
在本发明的一个总的方案中，提供了一种PLC系统，所述PLC系统包括：PLC，其包括用于输入和输出数据的第一I/O端子；远程I/O模块，其包括第二I/O端子，并且所述远程I/O模块与所述PLC通信以通过所述第二I/O端子输入或者输出所述PLC的数据；以及扩展I/O模块，其包括第三I/O端子，并且所述扩展I/O模块被安装至所述PLC以通过所述第三I/O端子收发所述PLC的数据，从而扩展数据的输入和输出范围。
优选地，在本发明的实施例中，所述PLC包括：第一通信单元，其用于与所述远程I/O模块和所述扩展I/O模块通信；第一切换单元和第二切换单元，它们用于执行切换操作以与所述远程I/O模块和所述扩展I/O模块中的任一个或者两个通信；以及第一控制单元，其用于生成控制信号以执行所述第一切换单元和第二切换单元的切换操作。
优选地，在本发明的实施例中，所述PLC包括第三切换单元，所述第三切换单元用于执行切换操作以由所述远程I/O模块和所述扩展I/O模块构造环形拓扑。
优选地，在本发明的实施例中，所述远程I/O模块包括第二通信单元，所述第二通信单元用于通过所述远程I/O模块和所述PLC之间的预定通信线路收发所述PLC的数据，从而通过所述第二I/O端子输入和输出所述PLC的数据。
优选地，在本发明的实施例中，所述扩展I/O模块包括：第三通信单元，其用于从所述PLC收发数据；以及第四切换单元，其用于执行切换操作以附加地连接所述扩展I/O模块。
优选地，在本发明的实施例中，所述PLC包括多个第一接线端子，每个所述第一接线端子在其预定部分处是凹陷的以将所述扩展I/O模块安装至其上。
优选地，在本发明的实施例中，所述扩展I/O模块包括位于与所述第一接线端子的位置相对应的位置处的多个第二接线端子，每个所述第二接线端子在其预定部分处突出以被安装至所述第一接线端子。
优选地，在本发明的实施例中，所述PLC包括连接至通信线路以与所述远程I/O模块通信的多个第一通信端子。
优选地，在本发明的实施例中，所述远程I/O模块包括连接至通信线路以与所述PLC通信的多个第二通信端子。
如上文所述构造的根据本发明的PLC系统具有以下优势：
首先，PLC系统的优势在于，其增强了数据传输的可靠性，并且其数据传输速度快于常规数据线路的数据传输速度。因此，能够降低易受噪声干扰性。
第二，PLC系统的优势在于，其可以增加可安装的I/O模块的数量，该数量由于数据线路的长度、易受噪声干扰性和存储容量而受到限制。
第三，PLC系统的优势在于，远程I/O模块和直接地连接至PLC的I/O模块经由环形拓扑结合，因此即使只断开一个端子，PLC系统也能够正常操作。
第四，PLC系统的优势在于，环形拓扑由安装在PLC和I/O模块中的开关自动构造而成，因此不需要附加的配线或者连接器件来扩展I/O触点。此外，通过将I/O模块安装至PLC，能够扩展I/O触点并且同时能够简单地构造环形拓扑。系统越复杂，效果就越好。
第五，PLC系统的优势在于，可以在不产生附加的线缆费用的情况下安装PLC和I/O模块。
附图说明
图1是图示出根据本发明的优选实施例的PLC系统的构造的图；
图2是图示出当只有图1的PLC被单独操作时的切换单元的操作的图；
图3是图示出根据本发明的优选实施例的PLC和远程I/O模块之间的数据通信路径的图；
图4是图示出根据本发明的优选实施例的PLC和扩展I/O模块之间的数据通信路径的图；
图5是图示出根据本发明的优选实施例的扩展I/O模块至PLC的安装的图；以及
图6是图示出根据本发明的优选实施例的PLC、远程I/O模块和扩展I/O模块之间的数据通信路径的图。
具体实施方式
由于本发明可以作出多种变化并且包括多个实施例，因此将在详细的描述中详细描述在附图中所示出的特定实施例。
然而，应当理解的是，本发明并不限于特定的实施例，并且可以在不脱离本发明的范围和精神的条件下作出多种变化、等同布局和替换。
虽然这里使用术语“第一”、“第二”等来描述不同的部件，但是这些部件不应受这些术语的限制。
这些术语仅用于将一个部件与另一个部件区分开。例如，在不脱离本发明的范围的情况下，第二部件可以被称为第一部件。类似地，第一部件可以被称为第二部件。
此外，当在说明书或者权利要求书中使用术语“联接”或者“连接”时，其旨在不仅指“直接地联接或者连接至”，而且指例如通过另外一个部件或者一些部件连接的“间接地联接或者连接至”。相反地，术语“直接地联接或者连接至”指的是在所联接或者连接的部件之间不存在部件。
还应该理解的是，这里采用的术语是出于描述特定实施例的目的而不在于限制。此外，除非上下文另外清楚地表明，单数形式“一(a)”和“一个(an)”包括复数形式。
此外，应该理解的是，这里所使用的术语“包括”或者“具有”包含特征、数字、步骤、操作、部件、部分或者其组合，但是不排除一个或者多个不同的特征、数字、步骤、操作、部件、部分或者其组合。
为了进行清楚且方便的描述，附图中示出的部件的大小或者形状不是按比例示出的。
在下文中，将参照附图详细描述本发明，并且在整个说明书中将使用相同的附图标记来表示相同的部件，并且将省略其重复的描述。
图1是图示出根据本发明的优选实施例的PLC系统的构造的图，图2是图示出当只有图1的PLC被单独操作时的切换单元的操作的图，以及图3是图示出根据本发明的优选实施例的PLC和远程I/O模块之间的数据通信路径的图。
如图1所示，根据本发明的实施例的PLC系统包括可编程逻辑控制器(PLC)100、远程I/O模块200，和扩展I/O模块300。
根据本发明的实施例的PLC 100是能够输入和输出数据的块型PLC，并且PLC 100包括：第一通信单元110；第一至第三切换单元122、124和126；第一控制单元130；第一接线端子140；以及第一通信端子150。
第一通信单元110与远程I/O模块200和扩展I/O模块300通信。第一通信单元110根据预定的通信协议执行通信，并且经由包含在通信协议中的例如循环冗余码(CRC)的错误校正码来减少例如噪声的干扰，从而增加数据可靠性。
第一切换单元122和第二切换单元124执行切换操作以与远程I/O模块200和扩展I/O模块300中的任一个或者两个通信。第三切换单元126执行切换操作以由远程I/O模块200或者扩展I/O模块300构造环形拓扑。
更加具体地，参照图2和图3，如果第一切换单元122和第二切换单元124根据第一通信端子150的状态在方向①上执行切换操作并且第三切换单元126在方向②上执行切换操作，则PLC 100和远程I/O模块200自动地构造环形拓扑，从而使得能够通过在第一通信端子150和第二通信端子220之间连接的通信线路L进行数据通信。
也即是说，在判定是否安装了扩展I/O模块300之后，第一切换单元122和第三切换单元126响应于判定的结果而被操作。此外，在判定出第一通信端子150的状态之后，第二切换单元124响应于判定的结果而被操作。根据所安装的模块的状态执行切换操作的第一至第三切换单元122、124和126自动地构造环形拓扑。
第一控制单元130用于控制PLC 100的整体操作。也即是说，控制单元130控制PLC 100，执行PLC 100的计算操作，并且生成用于执行第一切换单元122和第二切换单元124的切换操作的信号。
第一接线端子140包括多个接线端子，并且在其预定部分处是凹陷的以将扩展I/O模块300安装至其上。
第一通信端子150包括多个通信端子，并且连接至通信线路L以与远程I/O模块200通信。
远程I/O模块200包括第二I/O端子，并且与PLC 100通信以经由第二I/O端子输入和输出PLC 100的数据。
这种远程I/O模块200包括第二通信单元210和第二通信端子220。第二通信单元210经由数据线路L从PLC 100收发数据，从而经由第二I/O端子输入和输出PLC 100的数据。
第二通信端子220包括多个通信端子，并且连接至通信线路L以与PLC100通信。
图4是图示出根据本发明的优选实施例的PLC和扩展I/O模块之间的数据通信路径的图，并且图5是图示出根据本发明的优选实施例的扩展I/O模块至PLC的安装的图。
参照图4和图5，扩展I/O模块300包括第三I/O端子340，并且被安装至PLC 100以经由第三I/O端子340收发PLC 100的数据，从而扩展数据的输入和输出范围。
为了执行上述操作，扩展I/O模块300包括第三通信单元310、第四切换单元320和第二接线端子330。
第三通信单元310经由PLC 100的第一接线端子140收发PLC 100的数据。
第四切换单元320执行切换操作以附加地连接扩展I/O模块300。也即是说，根据是否附加地安装了扩展I/O模块300，第四切换单元320执行切换操作，从而使得不需要附加操作就能够仅仅通过安装来构造通信网络。
在表1至表4中示出了第一至第四切换单元122、124、126和320中的每个的切换操作。
【表1】
第一切换单元的操作
【表2】
第二切换单元的操作
【表3】
第三切换单元的操作
【表4】
第四切换单元的操作
第二接线端子330包括多个端子，并且其与第一接线端子140相对应的预定部分突出以被安装至第一接线端子140。PLC 100的数据经由第二接线端子330从扩展I/O模块300收发，从而导致PLC 100的I/O端子数量的增加。
图6是图示出根据本发明的优选实施例的PLC、远程I/O模块和扩展I/O模块之间的数据通信路径的图。将参照图6概述上述构造和操作。也即是说，PLC 100可以利用两种方法来扩展I/O端子。一种方法是通过经由通信线路L与远程I/O模块200通信来扩展I/O端子。另一种方法是通过将扩展I/O模块300直接地安装至PLC 100来扩展I/O端子。
为此，根据远程I/O模块200和扩展I/O模块300的连接状态，设置在PLC 100中的第一至第三切换单元122、124和126执行切换操作，从而在一个通信网络中构造环形拓扑。本发明的优势如下：
首先，当扩展PLC 100的I/O端子时，这种构造允许使用扩展I/O模块300的第三通信单元310进行连接，从而改善传输速度和稳定性。此外，由于数据传输是通过包括在预定通信协议中的例如CRC的方式执行的，因此相比于利用数据线路交换数据的常规构造，能够增强数据可靠性并且获得更快的传输速度。
第二，可增加可安装的扩展I/O模块的数量，该数量由于数据线路的长度、易受噪声干扰性和存储容量而受到限制。尽管根据通信协议存在差别，但是在使用接线端子执行安装操作的情形下不需要考虑距离限制，因为可以以非常长的距离使用本发明的PLC系统。此外，在通过通信进行连接的情形下，还能够如上文所述的降低易受噪声干扰性。而且，在利用通信的情形下，因为控制操作不是直接由PLC执行，所以有限的存储器与PLC的存储容量无关。因此，相比于常规方法，能够增加可安装的扩展I/O模块的数量。
第三个效果是通过环形拓扑的构造获得的。环形拓扑的特征在于，即使通信网络的多条通信线路中的一条线路断开，环形拓扑变成了线性拓扑，从而使整个通信网络也能够正常操作。也即是说，对于常规系统，即使由于接线端子的接触故障而仅断开一条线路，随后安装的所有扩展I/O模块也会发生故障。相反，对于本发明的系统，即使断开一条线路，整个系统以及安装的扩展I/O模块也会正常操作。
第四，环形拓扑由安装在块型PLC和扩展I/O模块中的开关自动地构造而成。因而，不需要附加的配线或者连接器件来扩展I/O触点。此外，通过将扩展I/O模块安装至块型PLC的接线端子，能够扩展I/O触点并且同时能够简单地构造环形拓扑。系统越复杂，效果就越好。
第五，块型PLC和扩展I/O模块不需要附加的通信线缆，并且被构造为经由通信接线端子直接地连接。因此，可以在不产生附加的线缆费用的情况下进行安装操作。
虽然出于阐释性的目的已公开了本发明的优选实施例，但是本领域的技术人员将理解的是，在不脱离如所附权利要求公开的本发明的精神和范围的条件下可以做出各种改进、添加和替换。

Claims (8)

1.一种可编程逻辑控制器系统，所述可编程逻辑控制器系统包括可编程逻辑控制器并且所述可编程逻辑控制器具有用于输入和输出数据的第一I/O端子，其中，所述可编程逻辑控制器系统包括：
远程I/O模块，其包括第二I/O端子，并且所述远程I/O模块与所述可编程逻辑控制器通信以通过所述第二I/O端子输入或者输出所述可编程逻辑控制器的数据；以及
扩展I/O模块，其包括第三I/O端子，并且所述扩展I/O模块被安装至所述可编程逻辑控制器以通过所述第三I/O端子收发所述可编程逻辑控制器的数据，从而扩展数据的输入和输出范围，
其中，所述可编程逻辑控制器包括：
第一通信单元，其用于与所述远程I/O模块和所述扩展I/O模块通信；
第一切换单元和第二切换单元，它们用于执行切换操作以与所述远程I/O模块和所述扩展I/O模块中的任一个或者两个通信；以及
第一控制单元，其用于生成控制信号以执行所述第一切换单元和第二切换单元的切换操作。
2.如权利要求1所述的可编程逻辑控制器系统，其中，所述可编程逻辑控制器进一步包括：
第三切换单元，其用于执行切换操作以由所述远程I/O模块和所述扩展I/O模块构造环形拓扑。
3.如权利要求1所述的可编程逻辑控制器系统，其中，所述远程I/O模块包括：
第二通信单元，其用于通过预定的通信线路从所述可编程逻辑控制器收发所述可编程逻辑控制器的数据，从而通过所述第二I/O端子输入和输出所述可编程逻辑控制器的数据。
4.如权利要求1所述的可编程逻辑控制器系统，其中，所述扩展I/O模块包括：
第三通信单元，其用于从所述可编程逻辑控制器收发所述可编程逻辑控制器的数据；以及
第四切换单元，其用于执行切换操作以附加地连接所述扩展I/O模块。
5.如权利要求1所述的可编程逻辑控制器系统，其中，所述可编程逻辑控制器包括多个第一接线端子，每个所述第一接线端子在其预定部分处是凹陷的以将所述扩展I/O模块安装至其上。
6.如权利要求5所述的可编程逻辑控制器系统，其中，所述扩展I/O模块包括位于与所述第一接线端子的位置相对应的位置处的多个第二接线端子，每个所述第二接线端子在其预定部分处突出以被安装至所述第一接线端子。
7.如权利要求1所述的可编程逻辑控制器系统，其中，所述可编程逻辑控制器进一步包括连接至通信线路以与所述远程I/O模块通信的多个第一通信端子。
8.如权利要求7所述的可编程逻辑控制器系统，其中，所述远程I/O模块包括连接至通信线路以与所述可编程逻辑控制器通信的多个第二通信端子。
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