CN105843157B - 具有远程数据追踪捕捉功能的plc系统及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种具有远程数据追踪捕捉功能的PLC系统及其工作方法，通过对PLC系统中添加数据触发条件检测子模块、程序计数器触发条件检测子模块、触发定时器子模块、数据捕捉子模块、数据规格化存储子模块、捕捉数据远程发送子模块五个子模块，实现了系统能够按照系统预设的条件参数捕捉数据，并将捕捉到的数据发送到远端服务平台，实现对可编程逻辑控制器执行过程的远程监控，捕捉数据的远程分析，从而实现工程师通过服务平台远程程序分析、错误监测、错误排查。

Description

具有远程数据追踪捕捉功能的PLC系统及其工作方法

技术领域

本发明涉及软件追踪、无线数据传输技术领域，特别涉及了一种具有远程数据追踪捕捉功能的PLC系统及其工作方法。

背景技术

现行可编程逻辑控制器(PLC)市场中小型PLC占整体市场的40％左右。虽然小型PLC单体价值较小，但由于其用户群规模庞大，总体采购套数较多，因此其市场份额占比较大。小型PLC应用行业主要应用于纺织、包装、食品、电子制造等。

由于许多控制系统实际运行地与开发工程师所在地距离较远，当现场设备发生问题工程师只能感到现场进行程序调试，可能的问题并不一定控制器用户程序上，但仍需要在路程花上花费大量的时间与费用。

现有小型PLC网络扩展功能较弱，虽然有许多PLC厂商都提供了网络互联接口，更有提供了远程数据传输模块支持，但在软件功能处理上还是处于较为低级的支持。当控制器发生故障时，工程师无法远程了解控制器运行情况，对定位故障点。虽然，现市场上有远程调试可编程逻辑控制器功能模块。但是，有许多用户软件故障只是在特定情况下发生，不能满足长时间监控。此外，其本身需要较大的宽带才能实现，网络环境限制较大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有远程数据追踪捕捉功能的PLC系统及其工作方法，通过实现编程逻辑控制器内部变量存储器中数据的捕捉与远程推送，实现工程师远程监控控制器运行，方便工程师及时定位用户程序问题，为快速解决现场故障提供有力的支持。

为实现以上目的，本发明提供一种一种具有远程数据追踪捕捉功能的PLC系统，包括中央处理单元、输入单元、软件追踪模块、ROM存储器、RAM存储器、通讯单元，中央处理单元分别与输入单元、ROM存储器、RAM存储器、通讯单元相连接；

软件追踪模块包括数据触发条件检测子模块、程序计数器触发条件检测子模块、触发定时器子模块、数据捕捉子模块、数据规格化存储子模块、数据远程发送子模块；数据触发条件检测子模块、程序计数器触发条件检测子模块、触发定时器子模块、数据捕捉子模块、数据规格化存储子模块、数据远程发送子模块分别依次与ROM存储器、RAM存储器相连接，数据远程发送子模块还与通讯单元相连接。

作为优选的，还包括监控单元；

监控单元与中央处理单元相连接，用于检测中央处理单元的工作状态或重启系统。

作为优选的，通讯单元包括无线通讯单元和有线物理单元。

作为优选的，还包括与外部模块设备相连接的扩展口，扩展口与中央处理单元相连接。

作为优选的，还包括扩展存储器，扩展存储器与中央处理单元相连接。

本发明还提供了一种PLC系统的工作方法，包括以下步骤：

S1、读取输入；

S2、执行用户程序；

S3、总线模块数据通讯处理；

S4、自诊断检查；

S5、更改输出；

S6、检测是否还存在输入信号，如果有，进入步骤S2，否则结束任务；

其中步骤S2具体为：

S2.1、数据触发条件检测子模块检查输入映像寄存器中的数据，若产生触发事件，数据捕捉子模块存储数据，否则不做处理；

S2.2、程序计数器触发条件检测子模块与数据触发条件检测子模块检查写操作和用户程序执行地址，若产生触发事件，数据捕捉子模块存储数据，否则不做处理。

作为优选的，在步骤S3中，调用数据远程发送子模块中的数据，并将该数据推送至远程平台服务器。

作为优选的，在步骤S2.1中，数据触发条件检测子模块根据触发配置条件，在数据写入目标存储器或寄存器前与寄存器中原有的数据进行比对，若寄存器数据改变或与配置的数据值相等，产生触发事件。

作为优选的，若寄存器中的数据为模拟量数据，则根据触发配置条件中设定的幅度阈值进行判定。

作为优选的，在步骤S2.2中，每当程序计数器触发条件检测子模块中的计数改变时，数据触发条件检测子模块将其程序计数器的数值与设置的用户程序计数器的数据进行比对，若寄存器数据与配置的数据值相等，则产生触发事件。

本发明利用先进的软件追踪技术、无线数据传输技术、大容量存储技术实现可编程逻辑控制器内部存储器数据捕捉，并自动推送至远程平台服务。在即时数据量较大时通过本地缓存机制实现远程数据推送带宽均衡，保证捕捉到的数据准确无误地推送至远程平台服务。工程师在服务平台对目标可编程逻辑控制器进行数据捕捉配置。配置过程共由两部份组成，分别为捕捉触发条件和被捕捉存储器或寄存器地址。捕捉触发条件分为三种：1)输入、写操作工程中使存储器或寄存器数据改变或与配置的数据值相等时触发器触发，如果是该数据为模拟量，其改变幅度阈值可以设置；2)用户程序计数器触发，当系统执行用户程序到某条指令，若其程序计数器的数值与设置的用户程序计数器相等则触发；3)触发定时器，设置专有触发定时器产生触发条件，可以是间隔时间，也可以是绝对时间。这3种触发条件可以互相组合，并配合存储器中数据条件可更精细地对数据捕捉触发。配置被捕捉存储器或寄存器地址，实现该地址上数 据捕捉功能，存储器或寄存器地址可以设置多个。工程师向平台提交捕捉配置后，服务平台通过远程网络将配置信息推送至目标可编程逻辑控制器。控制器在运行过程中执行配置信息中设定的各种触发条件，并将捕捉的数据实时传回服务平台，实现对可编程逻辑控制器执行过程的远程监控，捕捉数据的远程分析，从而实现工程师通过服务平台远程程序分析、错误监测、错误排查。

附图说明

图1为本发明中一实施方式的PLC系统的逻辑结构示意图。

图2为本发明中一实施方式的工作流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。

如图1所示，本发明采用高性能集成硬件浮点数计算模块的MCU作为中央处理单元，外围连接输入单元、输出单元、总线接口、扩展口、ROM存储器、RAM存储器、扩展存储器、远程通讯单元、WDT(看门狗)监控单元、电源及电源监控组成整个主机系统。

其中，中央处理单元主要负责数值计算，执行用户程序，控制外围设备，处理各种接口协议等；

输入单元实现主机外部设备电平信号转换成中央处理单元可识别的数字信号，以便中央处理单元处理；

输出单元将中央处理单元的数字信号转换成外部设备可识别的电平信号，实现外部设备的控制；

总线接口支持多种通用总线标准，包括RS485、RS232、CAN、以太网等，其作为与上位机或其他设备通讯物理接口；

扩展口主要解决主机本身硬件接口限制而进行扩充外部模块设备，丰富可编程逻辑控制器输入输出接口；

ROM存储器主要承担系统程序存储，用户程序的存储作用，保证系统在运行时，ROM存储器中数据不会被非法改变；

RAM存储器主要承担系统程序的变量存储需要与用户程序变量存储需要，此存储单元数据可被随时改写；

扩展存储器主要承担系统程序配置数据，用户程序配置数据跟踪触发器配置和捕捉数据的存储，可被随时改写，容量巨大，可以采用SD卡等外部存储器扩展容量；

远程通讯单元实现与远程服务平台的数据通讯，其支持2G/3G/4G/WIFI网络，并在一定条件下使用以太网接口实现通讯；

WDT(看门狗)监控单元主要承担中央处理单元运行状态的检测，如发现中 央处理单元不工作，则自动重启设备。

电源及电源监控承担整个主机系统的电源供应，同时还检测外部供电情况，当外部电源发生突变时，即时通知中央处理单元，并提供中央处理单元应急处理过程中所需电源供应。

工程师在服务平台对目标可编程逻辑控制器进行数据捕捉配置，配置过程共由两部份组成，分别为捕捉触发条件和被捕捉存储器或寄存器地址。捕捉触发条件分为三种：1)输入、写操作工程中使存储器或寄存器数据改变或与配置的数据值相等时触发器触发，如果是该数据为模拟量，其改变幅度阈值可以设置；2)用户程序计数器触发，当系统执行用户程序到某条指令，若其程序计数器的数值与设置的用户程序计数器相等则触发；3)触发定时器，设置专有触发定时器产生触发条件，可以是间隔时间，也可以是绝对时间。这3种触发条件可以互相组合，并配合存储器中数据条件可更精细地对数据捕捉触发。配置被捕捉存储器或寄存器地址，实现该地址上数据捕捉功能，存储器或寄存器地址可以设置多个。工程师向平台提交捕捉配置后，服务平台通过远程网络将配置信息推送至目标可编程逻辑控制器。控制器在运行过程中执行配置信息中设定的各种触发条件，并将捕捉的数据实时传回服务平台。

为了实现数据捕捉功能，软件追踪模块有5个子模块组成，分别为数据触发条件检测子模块、程序计数器触发条件检测子模块、触发定时器子模块、数据捕捉子模块、数据规格化存储子模块、捕捉数据远程发送子模块。

数据触发条件检测子模块根据触发配置条件，在数据写入目标存储器或寄存器前与存储器或寄存器中原有的数据进行比对，如果数据改变或与目标数据相同，产生触发事件。如果存储器或寄存器中数据是模拟量，则可以根据触发配置条件中设定的幅度阈值进行判定。

程序计数器触发条件检测子模块在程序计数器发生改变时，都将与触发配置条件中程序计数器数据表进行比对，如果数据相同，则产生触发事件。

触发定时器子模块，在系统初始化后启动触发定时器，根据触发配置中设定的触发时间与触发定时器比对，当触发时间与触发定时器的时间相一致时，产生触发事件。

数据捕捉子模块，当触发事件产生后，数据捕捉子模块启动，其根据触发配置条件设置，将目标存储器或寄存器地址中的数据根据数据索引将数据规格化，并存储子模块存储到相应的数据存储器中。

数据规格化存储子模块，将数据捕捉子模块输入的数据转换成相应较为现实化的形式，调整其存储空间的大小，根据触发配置中的要求，存储到数据存储器相应的位置。

数据远程发送子模块，由于远程通讯单元其网络配置多样，为了更有效的 利用网络带宽，支持低带宽网络，此模块根据网络MUX，检测数据存储器中捕捉的新数据量。如果该信数据量接近MUX值，对数据进行压缩处理后将新数据推送至服务平台，节省了远程连接的带宽。

在本发明中，可编程逻辑控制器系统通常的工作流程:

1、系统初始化：当系统上电后，对于中央处理单元及各种外围设备初始化处理；

2、读取输入：将输入单元IO口电平状态，映射到输入映像寄存器；

3、执行用户程序：中央处理单元读取用户程序存储器中用户代码，并通过解释器执行，并对变量存储器，输入输出映像寄存器，设备寄存器等进行读写操作；

4、总线模块数据通讯处理：处理各种总线协议，远程通讯协议，及接口驱动等；

5、自诊断检查：定期检查ROM存储器，输入输出模块状态及扩展模块的一致性；

6、修改输出：将输出映像寄存器状态映射到实际的IO输出口电平状态；

7、如果检测到还有输入数据，返回第2步。

当系统程序执行到读取输入过程，由数据触发条件检测子模块对相应的输入映像寄存器中数据进行检查，当有触发事件时则执行相应数据捕捉存储子模块，否则不做处理。当系统进入用户程序执行时，程序计数器触发条件检测子模块与数据触发条件检测子模块，对程序中每次写操作、用户程序执行地址进行检查，当有触发条件被触动时，执行相应数据捕捉存储子模块。

当系统程序执行到总线模块数据通讯处理过程时，调用数据远程发送子模块将数据推送至远程平台服务器。

上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，本领域的普通技术人员可以理解，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (8)

1.一种具有远程数据追踪捕捉功能的PLC系统，其特征在于，包括中央处理单元、输入单元、软件追踪模块、ROM存储器、RAM存储器、通讯单元，所述中央处理单元分别与所述输入单元、ROM存储器、RAM存储器、通讯单元相连接；

所述软件追踪模块包括数据触发条件检测子模块、程序计数器触发条件检测子模块、触发定时器子模块、数据捕捉子模块、数据规格化存储子模块、数据远程发送子模块；所述数据触发条件检测子模块、程序计数器触发条件检测子模块、触发定时器子模块、数据捕捉子模块、数据规格化存储子模块、数据远程发送子模块分别依次与所述ROM存储器、RAM存储器相连接，所述数据远程发送子模块还与所述通讯单元相连接；

数据触发条件检测子模块根据触发配置条件，在数据写入目标存储器或寄存器前与存储器或寄存器中原有的数据进行比对，如果数据改变或与目标数据相同，产生触发事件，如果存储器或寄存器中数据是模拟量，则可以根据触发配置条件中设定的幅度阈值进行判定；

程序计数器触发条件检测子模块在程序计数器发生改变时，都将与触发配置条件中程序计数器数据表进行比对，如果数据相同，则产生触发事件；

触发定时器子模块，在系统初始化后启动触发定时器，根据触发配置中设定的触发时间与触发定时器比对，当触发时间与触发定时器的时间相一致时，产生触发事件；

数据捕捉子模块，当触发事件产生后，数据捕捉子模块启动，其根据触发配置条件设置，将目标存储器或寄存器地址中的数据根据数据索引将数据规格化，并存储子模块存储到相应的数据存储器中；

数据规格化存储子模块，将数据捕捉子模块输入的数据转换成相应较为现实化的形式，调整其存储空间的大小，根据触发配置中的要求，存储到数据存储器相应的位置；

数据远程发送子模块，由于远程通讯单元其网络配置多样，为了更有效的利用网络带宽，支持低带宽网络，此模块根据网络MUX，检测数据存储器中捕捉的新数据量， 如果该新数据量接近MUX值，对数据进行压缩处理后将新数据推送至服务平台，节省了远程连接的带宽。

2.根据权利要求1所述的具有远程数据追踪捕捉功能的PLC系统，其特征在于，还包括监控单元；

所述监控单元与所述中央处理单元相连接，用于检测中央处理单元的工作状态或重启系统。

3.根据权利要求1所述的具有远程数据追踪捕捉功能的PLC系统，其特征在于，所述通讯单元包括无线通讯单元和有线物理单元。

4.根据权利要求1所述的具有远程数据追踪捕捉功能的PLC系统，其特征在于，还包括与外部模块设备相连接的扩展口，所述扩展口与所述中央处理单元相连接。

5.根据权利要求1所述的具有远程数据追踪捕捉功能的PLC系统，其特征在于，还包括扩展存储器，所述扩展存储器与所述中央处理单元相连接。

6.一种PLC系统的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、读取输入；

S2、执行用户程序；

S3、总线模块数据通讯处理；

S4、自诊断检查；

S5、更改输出；

S6、检测是否还存在输入信号，如果有，进入步骤S2，否则结束任务；

其中所述步骤S2具体为：

S2.1、数据触发条件检测子模块检查输入映像寄存器中的数据，若产生触发事件，数据捕捉子模块存储数据，否则不做处理；

S2.2、程序计数器触发条件检测子模块与数据触发条件检测子模块检查写操作和用户程序执行地址，若产生触发事件，数据捕捉子模块存储数据，否则不做处理。

7.根据权利要求6所述的PLC系统的工作方法，其特征在于，在所述步骤S3中，调用数据远程发送子模块中的数据，并将该数据推送至远程平台服务器。

8.根据权利要求6所述的PLC系统的工作方法，其特征在于，在所述步骤S2.2中，每当程序计数器触发条件检测子模块中的计数改变时，数据触发条件检测子模块将其程序计数器的数值与设置的用户程序计数器的数据进行比对，若寄存器数据与配置的数据值相等，则产生触发事件。