CN105652841B - 一种智能可编程逻辑控制器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能可编程逻辑控制器，在使用上，不需要工作人员有专业的语言或者技术就可以开发操作，同时其硬件实时性更高，采用图形化界面显示，使生产过程直观化。该智能可编程逻辑控制器包括组态编辑系统、驱动控制系统、运转监控系统和传输控制器。组态编辑系统将进行创建及编辑自动化程序并发送给驱动控制系统，驱动控制系统会将自动化程序转化为传输控制器能够识别的驱动脚本文件，会根据驱动脚本文件来控制相对应的生产设备工作。在运行期间，运转监控系统会采集各个设备的操作状态进行监控，以便工作人员查看。

Description

一种智能可编程逻辑控制器

技术领域

本发明涉及一种逻辑控制器，特别是涉及到用于工业自动控制室上的一种智能可编程逻辑控制器。

背景技术

可编程逻辑控制器，简称PLC(Programmable Logic Controller)，采用一类可编程的存储器，在其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或者模拟式输入、输出控制各类型的机械或者生产过程。

由于PLC技术存在难以构件开放的硬件体系结构，工作人员必须经过较长时间的专业培训才能掌握某一种产品的编程方法。为了克服这些缺陷，就出现了软PLC技术。软PLC技术的特征是：在保留PLC功能的前提下，采用面向现场总线网络的体系结构，采用开放的通信接口，如以太网、高速串口等；采用各种相关的国际工业标准和一系列的事实上的标准；全部用软件来实现传统PLC的功能。

传统PLC技术和软PLC技术，都要进行编程和组态两个大的开发过程，并在最后进行组合。编程是指将自动化控制过程，输入到PLC控制电路中；组态是指将自动化控制过程的输入和输出，通过图形化手段模拟仿真，譬如“虚拟工厂”。

传统PLC编程过程使用单片机语言开发，软PLC编程过程使用C语言等高级编程语言及编译器。而组态开发过程，往往需要3DMAX等专业设计软件。这些开发过程，均需要专业人员执行。而最后的组合工作，则需要极其优化的系统集成过程。

但是，由于生产自动化的需要，传统PLC技术与软PLC技术仍然不能够存在很多的问题，比如：

1、因PLC行业垄断，用户当选择某厂商PLC产品后，则必须使用该厂商的软硬件产品，并学习其软件开发过程，这使得开发门槛和开发成本都很高昂；

2、编程和组态，需要不同的部门开发，并再通过系统集成的方式融合。这不但增加了开发成本，又增加了开发难度；

3、当用户发生需求变更，则往往需要巨大的成本代价。

因为以上三点，使得市场上出现了专门的自动化服务中间商，产生无形的资源浪费，并且产生严重的知识产权和生产机密泄漏危机。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种简便开发、快捷实施、直观安全的软PLC产品。

为解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

本发明提供了一种智能可编程逻辑控制器，包括组态编辑系统、驱动控制系统、运转监控系统和传输控制器；所述组态编辑系统用于创建及编辑自动化程序并发送给驱动控制系统，并同时将组态编辑系统所处理结果反馈给运转监控系统；所述驱动控制系统将所述自动化程序转化为传输控制器可识别的数据并传送给传输控制器；传输控制器将所述驱动控制系统所发送的数据进行处理并控制生产设备运行，同时将生产设备的运转脚本状态作为反馈数据发送给驱动控制系统。

进一步，所述组态编辑系统包括3D扫描仪组态元素系统、脚本转换系统、3D组态拼接系统、传感器属性设置模块和逻辑编程系统；所述3D扫描仪组态元素系统用于通过扫描将3D组件录入并创建相对应的3D模型；所述脚本转换系统将所述3D模型的数据转化为脚本文件并保存；所述3D组态拼接系统根据所述脚本文件对3D组件进行拼接和摆放并得到3D组件的组件属性数据及组件之间的关联关系；所述传感器属性设置模块是用于设置与所述3D组件相关联的传感属性；所述逻辑编程系统是用于所述组件属性数据、组件之间的关联关系及传感属性转化为自动化程序文件。

进一步，所述3D扫描仪组态元素系统与所述脚本转换系统通过无线或者有线网络方式连接。

进一步，所述组态编辑系统还包括组态试运行模块，所述组态试运行模块用于根据所述自动化程序文件来模拟3D组件的加工过程并发送给运转监控系统。

进一步，所述脚本文件是JS格式文件。

进一步，所述驱动控制系统包括指令转换器、指令控制器和采集数据库；所述指令转换器用于将所述组态编辑系统所发送的自动化程序文件转换为驱动脚本文件并传送给所述指令控制器；所述指令控制器将接收到的驱动脚本文件处理后发送给传输控制器；所述采集数据库用于负责接收所述传输控制器所发送的反馈数据，并将反馈数据按照预设的反馈格式进行分门别类的存储，存储为XML文件，同时还将反馈数据发送给运转监控系统。

进一步，所述传输控制器包括传感器模块、指令寄存器、指令运算器、电流控制器、开关控制器和操作状态记录模块；所述指令寄存器用于缓存所述驱动控制系统的指令控制器发送来的指令数据；所述指令运算器用于将所述指令寄存器中的指令数据与所述传感器模块发送的数据进行实时计算并将实时计算结果作为指令发送给开关控制器或者电流控制器；所述电流控制器用于根据指令运算器传送来的指令控制电机类设备的运转频率；所述开关控制器用于根据指令运算器传送来的指令控制开关类设备的开关量；所述操作状态记录模块用于存储所述传输控制器的各个生产设备的运转状态的记录并发送给所述驱动控制系统的采集数据库。

进一步，所述运转监控系统包括模拟监控模块，所述模拟监控模块接收并显示所述组态编辑系统的组态试运行模块所发送的数据。

进一步，所述运转监控系统还包括实际监控模块，所述实际监控模块用于接收并显示所述驱动控制系统的采集数据库所发送的数据。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：本发明所提供的存在以下优点：

1、智能可编程逻辑控制器在使用上不需要专门学习某门语言或者技术，无编程背景人员可直接上手使用，这将大大降低开发成本。

2、智能可编程逻辑控制器的硬件架构继承自传统软PLC产品，但是对硬件需求更低，且硬件实时性更高。

3、智能可编程逻辑控制器采用3D的图形化编程手段，用户通过3D图形化的显示，能够很清楚的监控生产过程，也即是实现了虚拟工厂。

4、智能可编程逻辑控制器为用户提供自主的开发权限，使用户可以根据需要进行设置并试运行，并调整变更。

5、智能可编程逻辑控制器可最大限度的帮助用户自主开发，而不需要自身开发者的权限提供支持，不需要经过第三方的软件开发商，防止知识产权和生产机密泄漏。

附图说明

图1是本发明提供一实施例的整体结构框图；

图2是本发明提供一实施例的组态编辑系统的工作示意图。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述：

如图1所示，本发明公开了一种智能可编程逻辑控制器，包括组态编辑系统、驱动控制系统、运转监控系统和传输控制器。其中组态编辑系统用于创建及编辑自动化程序并发送给驱动控制系统，同时也将组态编辑系统所处理结果反馈给运转监控系统。驱动控制系统将自动化程序转化为传输控制器可识别的数据并传送给传输控制器。传输控制器根据驱动控制系统所发送的数据进行处理并控制生产设备运行，同时将生产设备的运转脚本状态作为反馈数据发送给驱动控制系统。运转监控系统是负责将组态编辑系统和驱动控制系统所发送来的数据转化为可视化3D图形仿真，对整个可编程逻辑控制器进行实时监控，从而实现虚拟工厂。

如图2所述，组态编辑系统包括3D扫描仪组态元素系统、脚本转换系统、3D组态拼接系统、传感器属性设置模块及逻辑编程系统。该系统是一个B/S架构的软件系统。其采用HTML5技术开发，可在IOS、Android、Linux、Mac OS等系统的任何支持HTML5标准的浏览器上运行，实现全平台兼容。其使用three.js脚本技术，实现网页高速在线3D编辑。

该组态编辑系统的图形化界面中可分为两个区域，即是组件区和拼接区。组件区包含各类生产器具、传感器及管道的3D组件；拼接区则负责各种3D组件，拼接在一起。在界面的右下角还设有“重做”和“保存”按钮，来实现重新编辑和保存。

该组态编辑系统的工作原理详细介绍如下：

首先，3D扫描组态元素扫描系统通过扫描已经创建组态元素的3D组件录入并创建相对应的3D模型，并传送给脚本转换系统。3D扫描组态元素扫描系统采用3D扫描仪为数据采集主体。其具体使用手持式3D扫描技术，三维点精度及总扫描精度在距离0.5米-0.3米处可达到1.0毫米，室内扫描范围最大8平米。其可与脚本转换系统通过无线或者有线网络方式连接。

然后，脚本转换系统将3D扫描组态元素扫描系统所传输来的3D模型数据自动转化为three.js脚本文件并保存(3D扫描仪输出文件的格式一般为STL格式，需要转换为JS脚本格式)，该文件可直接由HTML5系统调用，并放在3D组件区。

再者，通过在3D拼接区上挂载的3D组态拼接系统，通过鼠标或者手指以拖动的方式将3D组件堆砌在一个3D画面中，这样就会得到3D组件在拼接和摆放的过程中的组件属性数据及组件之间的关联关系。3D拼接区可调整3D组件的大小、位置和方向。对特定建模，可提供自动拼接和摆放建议。还有，3D组件上还会预先设置一些拼接点，在用鼠标拖动3D组件时会按照预先设置的拼接点来拼接组件。

传感器属性设置模块是用来设置于所述3D组件相关联的传感属性。在3D组件拼接之前还可设置一些传感属性，这些传感属性是可以手动设置的。在组态编辑系统中提前预设一些传感器器件，这些传感器元件是预先设置于智能可编程逻辑控制器内部，用于得出3D组件除了大小、位置和方向等的其他传感属性，且这些传感属性为可赋值、取值和运算。在使用时，在3D拼接区，点击这些传感器元件组态元素，即可弹出相对应的属性设置框，然后设置相对应的属性值。工作人员通过拖动的方式，将各种属性与3D组件关联，实现控制性。

逻辑编程系统是实现3D组件拼接的逻辑过程。即用户在完成3D组件拼接后将所述组件的属性数据、传感属性及组件之间的关联关系自动生成自动化程序文件的过程。编程过程完成后将自动化程序文件传送给驱动控制系统，进行下一步的处理。

所述组态编辑系统还包括组态试运行模块，用于根据逻辑编程系统所生成的自动化程序文件来模拟3D组件的加工过程，并将加工过程的状态结果发送给运转监控系统。这样工作人员可以提前在计算机上模拟3D组件的加工过程，通过运转监控系统的对加工过程的监控反馈结果，这样很容易查出自动化程序文件是否有误，以免给后序的工作造成不可预料的后果。

所述驱动控制系统包括指令转换器、指令控制器和采集数据库。指令转换器将接收到的自动化程序转换为驱动脚本文件并传送给指令控制器。然后，指令控制器会把处理后的数据发送给传输控制器。这里所述的驱动脚本文件可以包括指令时序、符合特定指令帧格式的指令帧、指令作用地址和反馈格式等。比如，指令控制器会根据所述指令时序将指令帧按照所述特定指令帧格式发送到相对应的指令作用地址、按照反馈格式接收反馈数据并发送给采集数据库、判断反馈数据是否发送成功。指令控制器将所述指令时序的处理结果发送给SPP驱动控制系统，用于下一步的运行。所述采集数据库用于负责接收所述传输控制器所发送的反馈数据，并将反馈数据按照预设的反馈格式进行分类存储，存储为XML文件，同时还将反馈数据发送给运转监控系统。这里的指令寄存器、指令控制器和采集数据库是现有技术很容易能够实现的。

所述传输控制器包括传感器模块、指令寄存器、指令运算器、电流控制器、开关控制器和操作状态记录模块。传感器模块包括很多类型的传感器，比如设备状态传感器、RFID工业识别传感器、温湿度传感器、烟雾报警传感器等等。指令寄存器用于缓存所述驱动控制系统的指令控制器发送来的指令数据；指令运算器用于将指令寄存器中的指令数据与所述传感器模块发送的数据进行实时计算并将实时计算结果作为指令发送给开关控制器或者电流控制器，然后控制相对应的设备进行工作。这里所说的实时计算，是先要解析指令数据，然后在根据指令数据中的条件来判断是否需要进行实时计算。比如，需要判定温度值达到某一个数值后执行某个动作，就将指令数据中的条件与传感器模块发送来的温度值进行比对。这样，电流控制器会根据指令运算器传送来的指令控制电机类设备的运转频率，开关控制器会根据指令运算器传送来的指令控制开关类设备的开关量。所述操作状态记录模块用于存储所述传输控制器的各个生产设备的运转状态的记录并发送给所述驱动控制系统的采集数据库。所述记录包括运算过程、执行内容、作用时间、持续时间和变化量。

所述运转监控系统包括模拟监控模块和实际监控模块，所述模拟监控模块接收并显示所述组态编辑系统的组态试运行模块所发送的数据，所述实际监控用于接收并显示所述驱动控制系统的采集数据库所发送的数据。这里的模拟监控模块是指组态编辑系统所发送来的数据编辑后在监控画面上显示出来并根据数据模拟执行工厂运转过程。在模拟监控时，可以能还需要提示用户补全实际变量，譬如原材料送入环节等。当模拟监控出现问题时，可以立即中断模拟，并给出模拟监控报告，然后进行组态编辑系统进行修改。而实际监控模块是用于将接收到的驱动控制系统的数据采集系统所发送而来的数据编辑后在监控画面上显示出来，并判断是否与模拟监控一致。若不一致，则在监控画面上给出提示，以方便更正。

对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种智能可编程逻辑控制器，其特征在于，包括组态编辑系统、驱动控制系统、运转监控系统和传输控制器；所述组态编辑系统用于创建及编辑自动化程序并发送给驱动控制系统，并同时将组态编辑系统所处理结果反馈给运转监控系统；所述驱动控制系统将所述自动化程序转化为传输控制器可识别的数据并传送给传输控制器；传输控制器将所述驱动控制系统所发送的数据进行处理并控制生产设备运行，同时将生产设备的运转脚本状态作为反馈数据发送给驱动控制系统；

所述组态编辑系统包括3D扫描仪组态元素系统、脚本转换系统、3D组态拼接系统、传感器属性设置模块和逻辑编程系统；所述3D扫描仪组态元素系统用于通过扫描将3D组件录入并创建相对应的3D模型；所述脚本转换系统将所述3D模型的数据转化为脚本文件并保存；所述3D组态拼接系统根据所述脚本文件对3D组件进行拼接和摆放并得到3D组件的组件属性数据及组件之间的关联关系；所述传感器属性设置模块是用于设置与所述3D组件相关联的传感属性；所述逻辑编程系统是用于所述组件属性数据、组件之间的关联关系及传感属性转化为自动化程序文件。

2.如权利要求1所述智能可编程逻辑控制器，其特征在于，所述3D扫描仪组态元素系统与所述脚本转换系统通过无线或者有线网络方式连接。

3.如权利要求1所述智能可编程逻辑控制器，其特征在于，所述组态编辑系统还包括组态试运行模块，所述组态试运行模块用于根据所述自动化程序文件来模拟3D组件的加工过程并发送给运转监控系统。

4.如权利要求1所述智能可编程逻辑控制器，其特征在于，所述脚本文件是JS格式文件。

5.如权利要求1所述智能可编程逻辑控制器，其特征在于，所述驱动控制系统包括指令转换器、指令控制器和采集数据库；所述指令转换器用于将所述组态编辑系统所发送的自动化程序文件转换为驱动脚本文件并传送给所述指令控制器；所述指令控制器将接收到的驱动脚本文件处理后发送给传输控制器；所述采集数据库用于负责接收所述传输控制器所发送的反馈数据，并将反馈数据按照预设的反馈格式进行分门别类的存储，存储为XML文件，同时还将反馈数据发送给运转监控系统。

6.如权利要求5所述智能可编程逻辑控制器，其特征在于，所述传输控制器包括传感器模块、指令寄存器、指令运算器、电流控制器、开关控制器和操作状态记录模块；所述指令寄存器用于缓存所述驱动控制系统的指令控制器发送来的指令数据；所述指令运算器用于将所述指令寄存器中的指令数据与所述传感器模块发送的数据进行实时计算并将实时计算结果作为指令发送给开关控制器或者电流控制器；所述电流控制器用于根据指令运算器传送来的指令控制电机类设备的运转频率；所述开关控制器用于根据指令运算器传送来的指令控制开关类设备的开关量；所述操作状态记录模块用于存储所述传输控制器的各个生产设备的运转状态的记录并发送给所述驱动控制系统的采集数据库。

7.如权利要求3所述智能可编程逻辑控制器，其特征在于，所述运转监控系统包括模拟监控模块，所述模拟监控模块接收并显示所述组态编辑系统的组态试运行模块所发送的数据。

8.如权利要求5所述智能可编程逻辑控制器，其特征在于，所述运转监控系统还包括实际监控模块，所述实际监控模块用于接收并显示所述驱动控制系统的采集数据库所发送的数据。