CN103238123B - 定位装置以及使用该定位装置的plc系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种定位装置以及使用该定位装置的PLC系统。根据本公开的示例性实施例的定位装置被配置为在每个控制周期处生成指示控制目标的脉冲信号的位置，以使用所述脉冲信号确定所述控制目标的当前位置，并且在所述当前位置对应于特定位置的情况下，实施同步到相对于所述控制目标的所述特定位置的控制。

Description

定位装置以及使用该定位装置的PLC系统

技术领域

本发明涉及一种位置确定装置，尤其涉及一种被配置为使用在PLC（可编程逻辑控制器）系统中的定位装置。

背景技术

一般而言，应用到工厂自动化系统的、在PLC的特殊模块中的位置确定模块被配置来控制电动机。

也就是说，位置确定模块的一个必要功能是输出用于驱动伺服驱动器的脉冲。应用到许多系统的机械设备由电动机驱动，使得位置确定模块在PLC系统中起到重要的作用。

上述常规的PLC系统被配置为监测CPU模块中的位置确定模块的位置，并且如果当前位置达到预先确定的位置，则允许输出模块激活输出。此时，存在的问题是：因为CPU模块从位置确定模块读取当前位置，所以存在时间延迟。

而且，在判定由CPU模块从位置确定模块读取的当前位置是否是同步位置并且将输出激活指令传送到输出模块的过程中也会产生时间延迟问题。

而且，因为在常规的PLC系统中CPU模块的扫描时间和位置确定模块的控制周期不同，所以在CPU模块与位置确定模块之间的数据交换时间上产生随机的变化。此外，在将同步时间发送到预定的特定位置的输出延迟时间上也产生随机的变化。

这些现象构成有损应用有常规的PLC系统的装备的精确度的严重问题。

发明内容

【技术问题】

提供本发明以解决上述问题并且本发明提供了一种PLC定位装置以及使用该定位装置的PLC系统，其被配置成提高PLC系统相对于外部设备的控制精确度，并且通过在预定的特定位置处直接生成用于精确地激活外部控制的输出信号而简化设计和制造，并且稳定地可应用于各种应用和外部设备。

【技术方案】

在本公开的一个总体方案中，提供了一种定位装置，其被配置为能够应用到PLC（可编程逻辑控制器），所述定位装置包括：脉冲发生器，其被配置为在各个控制周期处生成用于指示控制目标的位置的脉冲信号；以及同步位置输出发生器，其被配置为使用所述脉冲信号确定所述控制目标的当前位置，并且当所述当前位置对应于特定位置时，实施同步到相对于所述控制目标的所述特定位置的控制。

在本发明的一些示例中，所述定位装置可以进一步包括：第一控制器，其被配置为确定在各个控制周期处由所述脉冲发生器生成的所述脉冲信号中的脉冲数量。

在本发明的一些示例中，所述脉冲发生器可以生成对应于所述脉冲数量的所述脉冲信号。

在本发明的一些示例中，所述同步位置输出发生器可以包括：同步位置缓冲器单元，其被配置为存储所述特定位置的值；脉冲计数单元，其被配置为通过所述脉冲信号对所述当前位置的值进行计数，以及位置比较器，其被配置为当所述特定位置的值与所述当前位置的值大致相同时允许实施同步到所述特定位置的所述控制。

在本发明的一些示例中，所述同步位置输出发生器可以进一步包括：接通脉冲发生器，其被配置为当由所述位置比较器判定所述特定位置的值与所述当前位置的值大致相同时生成同步位置输出信号以允许实施同步到所述特定位置的控制。

在本发明的一些示例中，所述同步位置输出发生器可以进一步包括：输出延迟寄存器，其被配置为确定所述同步位置输出信号的输出延迟时间，以及输出长度寄存器，其被配置为确定所述同步位置输出信号的接通状态保持时间。

在本发明的一些示例中，所述同步位置输出发生器可以进一步包括：第二控制器，其被配置为生成与所述当前位置的值相对的初始化请求信号。

在本发明的一些示例中，所述脉冲计数单元可以通过接收所述初始化请求信号来对所述当前位置的值进行初始化。

在本发明的一些示例中，所述同步位置输出发生器可以进一步包括：预设位置寄存器，其被配置为存储初始化值以允许所述脉冲计数单元对所述当前位置的值进行初始化。

在本公开的另一个总体方案中，提供了一种PLC系统，其使用定位装置对外部设备实施控制，所述PLC系统包括：电源模块，其被配置为供应电力，以及定位装置，其由所述供应的电力驱动，并且被配置为当预定的控制目标的位置对应于特定位置时实施对控制目标的特定位置同步控制。

在本发明的一些示例中，所述定位装置可以包括：脉冲发生器，其被配置为在控制目标的各个控制周期处生成指示控制目标的位置的脉冲信号；控制器，其被配置为确定在各个控制周期处生成的所述脉冲信号中的脉冲数量；以及同步位置输出发生器，其被配置为使用所述脉冲信号确定所述控制目标的当前位置，并且当所述当前位置对应于特定位置时，实施同步到相对于所述控制目标的所述特定位置的控制。

在本发明的一些示例中，所述同步位置输出发生器可以包括：同步位置缓冲器单元，其被配置为存储所述特定位置的值；脉冲计数单元，其被配置为通过所述脉冲信号对所述当前位置的值进行计数；位置比较器，其被配置为通过比较所述特定位置的值与所述当前位置的值来确定何时所述特定位置的值与所述当前位置的值大致相同；以及接通脉冲发生器，其被配置为当判定所述特定位置的值与所述当前位置的值大致相同时生成同步位置输出信号以允许实施同步到所述特定位置的控制。

【有益效果】

本公开的示例性实施例具有的有益效果是：由常规的PLC系统的CPU模块通过顺序程序实施的操作由定位装置本身来实施，以提高PLC系统的控制精确度并且简化设计和制造。

本公开的示例性实施例具有的另一个有益效果是：允许PLC定位装置直接生成能够精确控制外部设备的输出信号，并且允许PLC定位装置指定输出延迟时间和输出信号的激活保持时间，以稳定的应用到各种应用和外部设备。

附图说明

图1是图示出根据现有技术的PLC系统的框图。

图2是图示出在图1的PLC系统中的位置确定模块的详细框图。

图3是图示出图1的PLC系统的CPU模块、位置确定模块以及输出模块的操作定时的示意图。

图4是图示出根据本公开的示例性实施例的PLC定位装置的框图。

图5是图示出根据本公开的PLC位置确定方法的流程图。

图6是图示出根据本公开的示例性实施例的图4的同步位置输出发生器的详细框图。

图7是图示出根据本公开的示例性实施例的图6的接通脉冲发生器的操作的示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更加完整地描述各种示例性实施例，附图中示出一些示例性实施例。

然而，本发明构思可以以许多不同的形式实施，并且不应被解释为局限于此处所列举的示例性实施例。相反，所描述的方案旨在囊括落入本公开的范围和新颖构思之内的所有这样的变化、改进以及变型。

应理解的是，尽管此处可以使用术语第一、第二、第三等来描述不同的元件、组件、区域、层和/或部分，但是这些元件、组件、区域、层和/或部分不应被这些术语限制。这些术语只是用于将一个元件、组件、区域、层或部分与另一个元件、组件、区域、层或部分进行区分。因此，下面所论述的第一元件、组件、区域、层或部分可以被称为第二元件、组件、区域、层或部分，而不会偏离本发明构思的教导。

应理解的是，当提及一个元件或者层“在…上”、“连接到”或者“联结到”另一个元件或者层时，其可以是直接在…上、连接到或者联结到其他元件或者层，或者也可以存在介入元件或者层。相反，当提及一个元件“直接在…上”、“直接连接到”或者“直接联结到”另一个元件或者层时，则不存在介入元件或者层。全文中，相同的附图标记表示相同的元件。

如此处所使用的，单数形式的“一（a、an）”和“这个（the）”意图也包括复数形式，除非上下文另外明确地指出。应当进一步理解的是，当在本说明书中使用术语“包括（comprise）”时，其明确指明了所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除一个以上其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其组合的存在或者附加。

下面，将首先参照附图说明根据现有技术的PLC位置确定装置，接着，将详细描述本公开的示例性实施例。

图1是图示出根据现有技术的PLC系统的框图。

参照图1，常规的PLC系统100包括电源模块110、CPU模块120、位置确定模块130、输出模块140和其他模块150。PLC（可编程逻辑控制器）是能够使用微处理器通过程序来实施对各种常规的继电器、定时器以及计数器的控制功能的集成设备。NEMA（美国电气制造商协会）将PLC系统定义为“通过数字或者模拟输入/输出模块使用可编程存储器并且对用于执行诸如逻辑、顺序、定时、计数以及运算的特定功能的各种类型的机器以及工艺过程进行控制的数字计算机”。

此外，PLC还能够实施顺序控制、算术运算、逻辑运算、函数运算、适应性运算以及数据处理，并且与现有的继电器相比在控制的可靠性上较好。PLC还能够容易地校正或者改变控制内容。

PLC广泛用于包括过程控制设备的各种自动化系统，并且由于其可以与计算机通信，所以尤其在CIM（计算机集成制造）的构建中是不可或缺的关键元件。图2是图示出在图1的PLC系统中的位置确定模块的详细框图。

参照图2，常规的位置确定模块130包括MPU（微处理器单元）131、PLC接口单元132、RAM133、ROM134、脉冲发生器136、绝缘电路137以及输入/输出连接器138。

MPU131负责对位置确定模块的整体控制，PLC接口单元132的功能为与PLC系统的CPU模块120实施数据交换。一般而言，脉冲输出类型位置确定模块通过FPGA（现场可编程门阵列）或者ASIC（专用集成电路）135实现脉冲发生器136。由脉冲发生器136生成的脉冲通过绝缘电路137和输入/输出连接器138输出到伺服驱动器。

如上所述，通过安装到PLC系统100上，位置确定模块130运行的一个必要功能是输出用于驱动伺服驱动器的脉冲。位置确定模块130配置有用于驱动伺服驱动器的位置确定数据（目标位置、目标速度、加速/减速时间）。

PLC系统的CPU模块120基于位置确定模块130的位置确定数据、特定位置或者速度执行开始指令。位置确定模块130从CPU模块120接收开始指令以生成脉冲，并且将在各个控制周期中输出的位置值传送到CPU模块120。

CPU模块120保持对于当前输出的位置确定单元130的位置值的监测并且当达到预定位置时驱动输出模块140，并且根据应用来实施对包括切割、运送以及液压控制的外部设备160的顺序运行控制。

然而，因为即使在PLC系统100的扫描时间、位置确定单元130的控制周期以及传送数据到输出模块140的时间不正确地匹配的情况下，CPU模块120也从位置确定单元130检查特定位置并且输出到输出模块140，所以产生有不固定的延迟时间而难以精确控制外部设备160。

图3是图示出图1的PLC系统的CPU模块、位置确定模块以及输出模块的操作定时的示意图。

参照图3，通过准备顺序程序来运行PLC系统100的CPU模块120。一般而言，当运行顺序程序时的时间被称为扫描时间11。扫描时间11响应于程序具有可变周期或者预定周期。

CPU模块120在一个扫描时间11内执行对位置确定模块130的数据写入以及执行从位置确定模块130读出数据的位置确定模块数据交换12。

位置确定模块130一般以预定的控制周期13运行。位置确定模块130在每个控制周期13处传送待输出到脉冲发生器136的脉冲数量。

位置确定模块130在每一个控制周期13处实施位置确定模块状态写入14，在状态写入14中，将其他位置确定模块的当前输出位置、速度和状态传送到CPU模块120。CPU模块120能够在实施了位置确定模块状态写入14之后通过位置确定模块数据交换12来读取位置确定模块130的数据15。

CPU模块120的顺序程序响应于程序条件16而传送激活输出到输出模块140的指令。

如上所述，使用位置确定模块130的PLC系统100从位置确定模块130监测当前位置，并且如果当前位置对应于特定位置则激活输出到输出模块140，从而控制外部设备160。

然而，此时，在由CPU模块120从位置确定模块130实施当前位置写入15中产生有时间延迟。而且，由于要判定由CPU模块120从位置确定模块130读取的位置是否为能够实施控制的同步位置，在传送输出激活指令到输出模块140中也产生了时间延迟。

此外，产生了这样的问题：因为CPU模块120的扫描时间11和位置确定模块130的控制周期互不相同，所以在每个时间处，由位置确定模块130实施状态写入14的时间和由CPU模块120实施位置确定模块数据交换12的时间是不同的。

于是，由CPU模块120通过顺序程序来实施位置比较的时间变得不稳定，并且当同步到特定位置的输出也变得不稳定时，产生了输出延迟时间17。这些问题成为有损控制外部设备160的精确性的重要因素。

图4是图示出根据本公开的示例性实施例的PLC定位装置的框图，并且图5是图示出根据本公开的PLC位置确定方法的流程图。

参照图4和图5，PLC确定装置400包括脉冲发生器452和同步位置输出发生器454。而且，PLC确定装置400包括：MPU410，其控制PLC定位装置400的整体运行；PLC接口单元420，其实施与PLC系统的CPU模块的数据交换；可写数据并且可读数据的RAM430；可读数据的ROM440；绝缘电路460，其用于输出PLC定位装置400的输出信号；以及输入/输出连接器470。

根据本公开的PLC定位装置400通过从供应电力到PLC系统的电源模块接收电力来受到驱动，并且如果预定控制目标的位置对应于特定位置，则实施同步到相对于相关控制目标的特定位置的控制。

更具体而言，首先，脉冲发生器452在每个控制周期处生成指示控制目标的位置的脉冲信号（S510）。在这种情况下，MPU410可以确定在每个控制周期处生成的脉冲信号中的脉冲数量，并且脉冲发生器452可以生成对应于该脉冲数量的脉冲信号。

接着，同步位置输出发生器454通过使用脉冲信号来确定控制目标的当前位置，并且如果当前位置对应于特定位置，则实施同步到相对于控制目标的特定位置的控制（S520～S550）。

在本公开的示例性实施例中，PLC定位装置400可以包括在FPGA450中的、由例如脉冲发生器452实现的同步位置输出发生器454。

也就是说，PLC定位装置400对在FPGA450中的控制目标的当前位置进行计数（S520），输出发生器454比较当前位置和待控制的特定位置（S530，S540），并且生成同步到特定位置的输出信号（S550）。

如上所述，在本公开的示例性实施例中，由PLC的常规CPU模块通过顺序程序实施的操作由PLC定位装置400本身实施，由此能够提高PLC系统对外部设备的控制精确度，并且能够使得设计和制造简便。

图6是图示出根据本公开的示例性实施例的图4的同步位置输出发生器的详细框图。

参照图6，同步位置输出发生器454包括同步位置缓冲器单元614、脉冲计数器620以及位置比较器630。

同步位置缓冲器单元614存储待实施对于控制目标的控制所基于的特定位置的值。在本公开的示例性实施例中，同步位置缓冲器单元614可以包括多个同步位置缓冲器。

脉冲计数器620使用脉冲信号对当前位置的值进行计数（S520）。例如，每当输入由脉冲发生器452生成的脉冲信号时，脉冲计数器620就响应于输入的脉冲信号而增加或者减少输出的位置值以计数当前位置的值。

而且，位置比较器630比较特定位置的值与当前位置的值（S530）并且如果判定这两个值大致相同，则实施对控制目标的控制。

在本公开的示例性实施例中，同步位置输出发生器454可以进一步包括接通脉冲发生器640，其中接通脉冲发生器640可以生成同步位置输出信号（S550），其在由位置比较器630判定当前位置的值与特定位置的值大致相同时用于实施控制。

更具体而言，位置比较器630比较当前位置的值（其为由脉冲计数器220计数的脉冲值）与例如由用户在同步位置缓冲器单元614处设置的同步位置缓冲器1的值。如果当前位置的值与同步位置缓冲器1的值大致相同，则位置比较器630产生同步位置接通信号。将同步位置接通信号输入进接通脉冲发生器640。

在本公开的示例性实施例中，还可以将同步位置接通信号输入同步位置缓冲器单元614，其中如果激活同步位置接通信号，则同步位置缓冲器单元614将同步位置缓冲器2的值传送到位置比较器230供下次同步位置的比较使用。

在本公开的示例性实施例中，同步位置输出单元454可以进一步包括输出延迟寄存器616和输出长度寄存器618。输出延迟寄存器616确定同步位置输出信号的输出延迟时间并且输出长度寄存器618确定同步位置输出信号的接通状态（激活状态）的保持时间。

图7是图示出根据本公开的示例性实施例的图6的接通脉冲发生器的操作的示意图。

参照图7，在由位置比较器630生成同步位置输出信号的情况下，接通脉冲发生器640在经过了由输出延迟寄存器616所确定的那么长时间之后激活同步位置输出信号。

而且，同步位置输出信号的接通状态被保持由输出长度寄存器618所确定的那么长时间，并且然后关断。

在本公开的示例性实施例中，设计者或者用户可以预先设置输出延迟寄存器616的输出延迟时间以及输出长度寄存器618的输出保持时间。在这种情况下，因为能够随意确定在监测到同步位置之后直到产生同步位置输出信号的延迟时间，所以可以根据应用灵活使用。

而且，因为能够随意确定同步位置输出的接通状态保持时间，所以能够对识别同步位置输出信号的各种外部设备160进行稳定的应用。

在本公开的示例性实施例中，MCU410可以生成相对于当前位置的值的初始化请求信号，并且脉冲计数器620可以接收初始化请求信号以对当前位置的值进行初始化。

此时，同步位置输出发生器454可以进一步包括存储初始化值以允许脉冲计数器620对当前位置的值进行初始化的预设位置寄存器612。

在本公开的示例性实施例中，预设位置寄存器612、同步位置缓冲器单元614、输出延迟寄存器616以及输出长度寄存器618可以由能够实施用户设定的一类寄存器单元610来实现。在这种情况下，用户能够使用设置定位装置400的功能的软件工具来设定寄存器单元610。

预设位置寄存器612设定有当由用户实施原始点返回功能或者当前位置预设功能时所需的初始化值。同步位置缓冲器单元614设定有特定同步位置，其中期望同步位置输出信号从该同步位置缓冲器单元614输出。

在本公开的示例性实施例中，同步位置缓冲器单元614可以响应于相关的应用而包括多个同步位置缓冲器。

输出延迟寄存器616设定有在监测到同步位置接通信号之后直到输出同步位置输出信号的延迟时间。而且，输出长度寄存器618设定有同步位置输出信号的激活保持时间。

在这些设定之后，在由MCU410执行诸如原始点返回功能或者当前位置预设功能的位置改变功能的情况下，MCU410生成预设信号。在生成预设信号的情况下，脉冲计数器620使用在预设位置寄存器612处设定的值来对当前位置的值进行初始化。

接着，由同步位置输出发生器454生成的同步位置输出信号通过绝缘电路460和输入/输出连接器470被传送到控制目标。

如上所述，显而易见地，在将根据本公开的示例性实施例的定位装置应用到PLC系统的情况下，由定位装置而不是PLC系统的CPU模块产生相对于控制目标的控制信号（同步位置输出信号）。

在一些示例性实施例中，本公开的示例性实施例能够以微处理器中的芯片上的系统的形式来实现，以允许微处理器实施如上所述的位置确定方法和PLC的功能。

在由微处理器实现本公开的示例性实施例的情况下，具有这样的优点：能够减小各种系统的尺寸、能够简化组装过程并且能够节省造价。

如上本公开的示例性实施例所显而易见地，对应于预先确定的输出电路的同步位置输出发生器被包括在PLC定位装置本身之中，能够由同步位置输出发生器实时地对由脉冲发生器生成的脉冲信号进行计数以使得能够在当前位置与单个脉冲单元的同步位置之间进行比较并且使得能够产生用于外部设备的控制的精确的控制信号。

此外，在本公开的上述实施例中，能够使用输出延迟寄存器、输出长度寄存器和接通脉冲发生器来设置控制信号长度和直到控制信号输出的延迟时间，从而能够应用到多种应用设备以及生成稳定的控制信号。

虽然已经参照数个其说明性的实施例描述了本公开，但是应当理解的是，本领域技术人员能够设想出落入本公开的精神和原理的范围之内的许多其他的改进和实施例。

Claims (10)

1.一种定位装置，其被配置为能够应用到可编程逻辑控制器，所述定位装置包括：

脉冲发生器，其被配置为在各个控制周期处生成用于指示控制目标的位置的脉冲信号；以及

同步位置输出发生器，其被配置为

使用所述脉冲信号确定所述控制目标的当前位置，并且

当所述当前位置对应于特定位置时，实施同步到相对于所述控制目标的所述特定位置的控制，

其中所述同步位置输出发生器包括：

同步位置缓冲器单元，其被配置为存储所述特定位置的值；

脉冲计数单元，其被配置为通过所述脉冲信号对所述当前位置的值进行计数，以及

位置比较器，其被配置为当所述特定位置的值与所述当前位置的值大致相同时允许实施同步到所述特定位置的所述控制。

2.根据权利要求1所述的定位装置，进一步包括：

第一控制器，其被配置为确定在各个控制周期处由所述脉冲发生器生成的所述脉冲信号中的脉冲数量。

3.根据权利要求2所述的定位装置，其中所述脉冲发生器生成对应于所述脉冲数量的所述脉冲信号。

4.根据权利要求1所述的定位装置，其中所述同步位置输出发生器进一步包括：

接通脉冲发生器，其被配置为当由所述位置比较器判定所述特定位置的值与所述当前位置的值大致相同时生成同步位置输出信号以允许实施同步到所述特定位置的控制。

5.根据权利要求4所述的定位装置，其中所述同步位置输出发生器进一步包括：

输出延迟寄存器，其被配置为确定所述同步位置输出信号的输出延迟时间，以及

输出长度寄存器，其被配置为确定所述同步位置输出信号的接通状态保持时间。

6.根据权利要求1所述的定位装置，其中所述同步位置输出发生器进一步包括：

第二控制器，其被配置为生成与所述当前位置的值相对的初始化请求信号。

7.根据权利要求6所述的定位装置，其中所述脉冲计数单元通过接收所述初始化请求信号来对所述当前位置的值进行初始化。

8.根据权利要求7所述的定位装置，其中所述同步位置输出发生器进一步包括：

预设位置寄存器，其被配置为存储初始化值以允许所述脉冲计数单元对所述当前位置的值进行初始化。

9.一种可编程逻辑控制器系统，其使用定位装置对外部设备实施控制，所述可编程逻辑控制器系统包括：

电源模块，其被配置为供应电力，以及

定位装置，其由所述供应的电力驱动，并且被配置为当预定的控制目标的位置对应于特定位置时实施对控制目标的特定位置同步控制，

其中所述定位装置包括：

脉冲发生器，其被配置为在控制目标的各个控制周期处生成指示控制目标的位置的脉冲信号；

控制器，其被配置为确定在各个控制周期处生成的所述脉冲信号中的脉冲数量；以及

同步位置输出发生器，其被配置为

使用所述脉冲信号确定所述控制目标的当前位置，并且

当所述当前位置对应于特定位置时，实施同步到相对于所述控制目标的所述特定位置的控制，

其中所述同步位置输出发生器包括：

同步位置缓冲器单元，其被配置为存储所述特定位置的值；

脉冲计数单元，其被配置为通过所述脉冲信号对所述当前位置的值进行计数；

位置比较器，其被配置为通过比较所述特定位置的值与所述当前位置的值来确定何时所述特定位置的值与所述当前位置的值大致相同；以及

接通脉冲发生器，其被配置为当所述特定位置的值与所述当前位置的值被判定为大致相同时生成同步位置输出信号以允许实施同步到所述特定位置的控制。

10.根据权利要求9所述的可编程逻辑控制器系统，其中所述同步位置输出发生器进一步包括：输出延迟寄存器，其确定所述同步位置输出信号的输出延迟时间，以及输出长度寄存器，其被配置为确定所述同步位置输出信号的接通状态保持时间。