CN105094037B - 用于使用通用串行总线通信的可编程逻辑控制器的扩展模块 - Google Patents

用于使用通用串行总线通信的可编程逻辑控制器的扩展模块 Download PDF

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Abstract

提供了一种用于PLC的扩展模块，其被如此使用：即至少一个扩展模块被顺序地连接至基本装置以便通过利用USB通信来高速交换大量数据。每个扩展模块包括USB集线器和USB设备，且通过根据触发信号的输入激活USB设备来从基本装置的USB主机被分配有交换号码。此外，USB集线器是否被使用是通过根据所分配的交换号码来确定是否需要经由USB集线器的扩展而判定的。因此，用户仅需要通过指定来布置每个扩展模块。

Description

用于使用通用串行总线通信的可编程逻辑控制器的扩展模块
技术领域
本公开的示例性实施例涉及一种用于可编程逻辑控制器(PLC，Programmablelogic Controller)的扩展模块。具体地，本公开的示例性实施例涉及顺序地连接至基本装置的PLC扩展模块，该基本装置被配置为使用通用串行总线(USB，Universal Serial Bus)通信高速发送/接收大量数据。
背景技术
广泛用在工业领域的可编程逻辑控制器(PLC，Programmable LogicController)，可根据其输入/输出控制点的数量的多少被分为小尺寸PLC和中/大尺寸PLC。
中/大尺寸PLC的特征在于其具有许多处于低数据处理速度的扩展模块，这是因为中/大尺寸PLC通过在基座上安装模块而以总线接口方法进行通信。小尺寸PLC一般通过连接器使用串行接口方法，而不使用基座方法。
图1是示出使用串行连接的传统PLC的示例性框图。大量具有诸如通信功能和输入/输出功能的各种功能的扩展模块可顺序地连接至可编程基本装置。
这里，该基本装置通过串行接口与每个扩展模块交换所需的数据。
该基本装置和每个扩展模块通过例如发送(Tx)、接收(Rx)、触发、VCC(IC电源引脚)和GND(地)的信号线连接。
每个扩展模块以连续的顺序接收触发信号，然后该基本装置进行初始化过程以顺序地分配交换号码给每个扩展模块。
每个扩展模块使其Tx线处于高阻抗状态，且在初始化过程期间处于待机状态。仅当接收触发信号时，扩展模块才通过打开Tx线来响应该基本装置。
在完成对该基本装置的响应后，扩展模块使Tx线退回至高阻抗状态，且发送触发信号至下一个终端中的扩展模块。
当这样的初始化过程完成时，每个扩展模块都被分配有其自身的交换号码。此后，当该基本装置尝试与每个扩展模块接口时，该基本装置通过该基本装置的Tx线来发送具有交换号码信息的通信数据。
尽管一直处于待机，但每个扩展模块都通过Rx线接收通信数据，且仅对应于相关数据的交换号码的扩展模块才发送响应数据。当发送完成时，使Tx线处于高阻抗状态以便其他扩展模块使用。
然而，这种传统接口方法的速度不高。因此，当安装了一个或多个需要高速大量数据处理的扩展模块时，会出现PLC基本装置的扫描时间增加以及消耗大量的接口时间的问题。因而，传统接口方法难以应用于要求高速控制的系统。
发明内容
提供本公开以便解决上述问题。本公开的其中一个目的是通过USB接口纠正在传统串行接口中发生的低速问题来提高PLC基本装置和扩展模块之间的数据处理速度。
在本公开的总体方案中，提供了一种用于PLC的扩展模块，其被如此使用：即至少一个扩展模块顺序地连接到具有USB主机(USB host)的基本装置，该扩展模块包括：USB集线器；USB设备；被配置为与用于外部输入的USB信号线连接的输入插口；被配置为与用于外部输出的USB信号线连接的输出插口；被配置为连接在输入插口、输出插口、USB集线器中的每个插口，和USB设备的插口中的指定对插口的开关装置；以及控制器，其被配置为当触发信号被输入时，通过控制开关装置形成USB信号通路而从USB主机被分配有交换号码，并传递触发信号至下一终端。
在本公开的一些示例性实施例中，USB集线器可具有k(k是3以上的整数)个的下游端口，且可分别设置有k-1个输入插口和k-1个输出插口。
在本公开的一些示例性实施例中，控制器可通过将输入插口中的指定插口In1和USB设备的插口U2相连接而从USB主机被分配有临时交换号码，且可处理如下：
(1)控制器将指定插口In1与插口U2断开连接，将指定插口In1和USB集线器的上游端口插口U1相连接，且在将USB集线器的指定下游端口插口D1连接至插口U2之后通过将复位信号施加给USB集线器而被分配有新的交换号码，并且当该临时交换号码在‘1+k*j(j是0以上的整数)’范围内时，分别将USB集线器的下游端口插口中除了指定下游端口插口D1以外的其他每个插口与根据指定的输出插口相连接。
(2)控制器继续将该临时交换号码作为控制器的交换号码使用，并且当该临时交换号码不在‘1+k*j(j是0以上的整数)’范围内时，分别将输入插口中除了指定插口In1以外的其他每个插口与根据指定的输出插口相连接。
根据本公开的示例性实施例，用于PLC的扩展模块可以以比传统技术更高的速度处理数据。
扩展模块的硬件可以简单地形成，因为每个扩展模块都不具有许多输入/输出信号线。尤其是，可以削减基本装置的生产成本，因为从基本装置至扩展模块的信号线的数量缩减到3以下。
附图说明
图1是示出了使用串行连接的传统扩展模块的示例性框图。
图2是示出了根据本公开的示例性实施例的扩展模块的框图。
图3是示出了根据本公开的示例性实施例所实施的连接的概念框图。
图4至图6是示出了当根据本公开的示例性实施例的扩展模块被分配有交换号码时内部连接状态的变化的示例的框图。
图7是示出了根据本公开的示例性实施例依次连接至基本装置的扩展模块的框图。
图8是示出了根据本公开的示例性实施例的每个扩展模块内的连接方法的表格。
具体实施方式
下文中，将参考附图详细地描述根据本公开的示例性实施例。
图2是示出了根据本公开的示例性实施例的扩展模块20的框图。扩展模块20可以被如此使用，即当扩展模块20应用于PLC时，至少一个扩展模块顺序地连接到具有USB主机的基本装置上。扩展模块20根据从前面的终端接收到的触发信号可被分配有其自己的交换号码，且此后，可传送该触发信号至随后的终端，使得随后的终端中的扩展模块可被分配有交换号码。
当所有的扩展模块都被分配有交换号码时，该基本装置的USB主机可发送带有交换号码的通信数据，则每个扩展模块都可通过利用分配给其的交换号码来接收传送给其自身的数据。
扩展模块20可包括具有k(k是3以上的整数)个下游端口的USB集线器21、USB设备22、k-1个输入插口In1～In(k-1)以及待连接USB信号线的k-1个输出插口Out1～Out(k-1)、开关装置23和控制器24。
开关装置23可将输入插口、输出插口、USB集线器的上游端口插口和下游端口插口中的每个插口以及USB设备的插口相互连接，使得USB信号能够在相关插口对之间传送。
当从基本装置或前一终端中的另一扩展模块输入触发信号时，控制器24通过激活USB设备22且控制开关装置23而形成USB信号通路。
在本公开中，可以基于设置在扩展模块20中的USB集线器21的下游端口的数量来确定k的值。k可以是3以上的整数。
下文中，将描述k的值为4的示例。然而，即使当k是3或超过4时均可适用相同的过程。尽管USB标准限制USB集线器IC最多嵌套5个终端，但只要可以实现相应的USB集线器则并不限制k的最大值，这是因为USB标准也可被扩展。
生产时并没预先确定每个扩展模块的连接顺序。可以自由布置任一扩展模块。
例如，购买扩展模块的用户可将该扩展模块连接至紧接于基本装置的终端，或可以以任意顺序连接。因此，在下面将描述的示例性实施例可等同地适用于所有的扩展模块。
参考图3，将描述当连接多个扩展模块时所识别出的USB设备的状态。
紧靠近基本装置30连接的扩展模块1的USB设备32-2连接至USB集线器32-1的第一下游端口，扩展模块2的USB设备33-2连接至USB集线器32-1的第二下游端口，以及扩展模块3的USB设备34-2连接至USB集线器32-1的第三下游端口。
这里，扩展模块2和3的USB集线器仍未被激活。
为了进行更多的连接，激活扩展模块4的USB集线器35-1，且扩展模块4的USB集线器35-1的上游端口连接至扩展模块1的USB集线器32-1的第四下游端口。
随后，通过使用扩展模块4的USB集线器35-1使该扩展变为再次可用。扩展模块4的USB设备35-2和扩展模块5的USB设备36-2分别连接至扩展模块4的USB集线器35-1。
由USB主机31来识别每个扩展模块，由此根据触发信号连续地执行这样的连接，并且相应地分配交换号码。
为了详细描述，当k的值为4时，扩展模块20中的每个插口的名称将被定义如下：
连接至外部输入USB信号线的三个输入插口：In1、In2、In3
连接至外部输出USB信号线的三个输出插口：Out1、Out2、Out3
USB集线器的上游端口插口：U1
USB集线器的下游端口插口：D1、D2、D3、D4
USB设备的端口插口：U2
另外，用于接线以连接每个扩展模块的指定规则将假设如下：
当扩展模块紧靠近基本装置连接时，仅将In1连接至基本装置的USB主机。否则，分别连接前一扩展模块中的Out1～Out3至当前扩展模块中的In1～In3。
图7示出了以这种方法接线的扩展模块的示例。
参考图4至图6，将详细描述控制器24通过经由开关装置23控制内部连接来执行初始化的过程(交换号码获得过程)。
控制器24保持USB集线器21和USB设备22全未激活。
当触发信号被输入时，控制器24首先激活USB设备22，然后如图4中所示连接In1和U2。
随后，基本装置的USB主机识别出USB设备22且分配交换号码。为了便于理解描述，从USB主机分配的交换号码将被称为临时交换号码。
控制器24判定临时号码是否是‘1、5、9、13、17’中的任一个。这里，该临时号码是否是‘1、5、9、13、17’中的任一个是告知USB集线器21的状态是否可用的信息。也就是说，在使用了USB集线器21的所有下游端口的情况下，新的USB集线器应当用于下一扩展。
如在图5中所示，在该临时交换号码是‘1、5、9、13、17’中的任一个的情况下，控制器24断开In1和U2之间的连接，将In1连接至U1，以及将D1连接至U2。
此外，在断开与USB主机的连接之后，通过将复位信号施加给USB集线器21，控制器24使USB集线器21活跃。随后，USB主机识别出USB集线器21，并且分配新的交换号码。
这里，顺序地分配两个交换号码，这是因为有两个USB装置(USB集线器和USB设备)。
例如，在扩展模块紧靠近基本装置连接的情况下，交换号码“1”被分配给USB集线器，而交换号码“2”被分配给USB设备。
控制器24使用从USB主机最新分配的交换号码作为其自身的交换号码，并且分别连接D2、D3和D4至Out1、Out2和Out3。
然而，如在图6中所示，在该临时交换号码不是‘1、5、9、13、17’中的任一个的情况下，控制器24连续地使用该临时交换号码作为自身的交换号码，并分别连接In2和In3至Out1和Out2。此时，在分配该临时交换号码过程期间，In1和U2已连接上。
当其交换号码是‘1、5、9、13、17’中的任一个时，控制器24保持USB集线器21活跃。否则，控制器24保持USB集线器21不活跃。
图7示出了多个扩展模块20-1、20-2、20-3连接至基本装置的示例。图8是示出了响应于每个扩展模块的与USB设备有关的连接关系、USB集线器的操作、输入/输出信号连接关系以及所分配的交换号码(USB地址)的列表的表格。
如在图7中所示，当根据用于接线的指定规则从基本装置30顺序连接每个扩展模块20-1、20-2、20-3时，基本装置30的USB主机31连续地分配交换号码以使允许高速USB通信。
每个扩展模块20-1、20-2、20-3接收输入信号In1～In3和触发信号，并且发送输出信号Out1～Out3和触发信号。当前一终端是基本装置30时，扩展模块仅需要接收输入信号In1和触发信号。
这里，因为扩展模块1，即20-1使用USB集线器，所以扩展模块1具有如图5中所示的内部连接结构。因为扩展模块2和3，即20-2、20-3未使用USB集线器，所以扩展模块2，即20-2和扩展模块3，即20-3具有如图6中所示的内部连接结构。在图8中详细地示出了这种内部连接关系。
基本装置30可通过使用USB主机IC或安装有USB主机功能的MPU(微处理器)而形成。
每个扩展模块都具有完全相同的结构以便于安装在任何位置，且可使用USB集线器和USB主机IC(或具有USB主机功能的MPU)而形成。
每个扩展模块20-1、20-2、20-3均可通过从USB主机31分配的交换号码而被识别，且响应于所识别出的交换号码，可根据图8中所示的方法与信号线连接。
如在图8中所示，扩展模块之间仅有一个区别，即扩展模块是否应当使用USB集线器。扩展模块1、4、7、10和13全部具有完全相同的连接结构。其他扩展模块之间也具有彼此完全相同的连接结构。
每个应当使用USB集线器的扩展模块被分配有两个交换号码。例如，对于扩展模块1，交换号码1被分配给USB集线器，而交换号码2被分配给USB集线器中的USB设备。对于扩展模块4，交换号码5被分配给USB集线器，而交换号码6被分配给USB集线器中的USB设备。
提出上述示例性实施例是为了便于理解本公开。因而，本公开并不由上述示例性实施例所限制。因此，显而易见的是本发明领域的技术人员可容易地实行在本公开所要求的技术精神的范围内的各种变换或改变的实施例。

Claims (3)

1.一种用于可编程逻辑控制器的扩展模块，所述扩展模块以这样的方式被使用：至少一个扩展模块顺序地连接至具有USB主机的基本装置，所述扩展模块包括：
USB集线器；
USB设备；
输入插口，其被配置为与用于外部输入的USB信号线连接；
输出插口，其被配置为与用于外部输出的USB信号线连接；
开关装置，其被配置为连接在所述输入插口、所述输出插口、所述USB集线器中的每个插口和所述USB设备的插口中的指定对插口；以及
控制器，其被配置为当触发信号被输入时，通过控制所述开关装置形成USB信号通路而从所述USB主机被分配有交换号码，且传递所述触发信号至下一终端。
2.根据权利要求1所述的扩展模块，
其中所述USB集线器具有k个下游端口，
其中所述扩展模块分别设置有k-1个所述输入插口和k-1个所述输出插口，并且
其中k是3以上的整数。
3.根据权利要求2所述的扩展模块，其中
所述控制器：
通过将所述输入插口中的指定插口(In1)和所述USB设备的所述插口(U2)相连接而从所述USB主机被分配有临时交换号码，
将所述指定插口(In1)与所述插口(U2)断开连接，将所述指定插口(In1)与所述USB集线器的上游端口插口(U1)相连接，且在将所述USB集线器的指定下游端口插口(D1)连接至所述插口(U2)之后，通过施加复位信号至所述USB集线器而被分配有新的交换号码，并且当所述临时交换号码在‘1+k*j’范围内时，分别将所述USB集线器的所述下游端口插口中除了指定下游端口插口(D1)外的其他每个插口和根据指定的所述输出插口相连接，其中j是0以上的整数，以及
继续将所述临时交换号码作为所述控制器的交换号码使用，并且当所述临时交换号码不在‘1+k*j’范围内时，分别将所述输入插口中除了所述指定插口(In1)以外的其他每个插口和根据指定的所述输出插口相连接，其中j是0以上的整数。
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