CN106249687A - 一种背板通讯的方法 - Google Patents

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李梦晨
行增晖
杨鹏
张丽娜
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    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/04—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers
    • G05B19/05—Programmable logic controllers, e.g. simulating logic interconnections of signals according to ladder diagrams or function charts
    • G05B19/054—Input/output

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Abstract

公开一种背板通讯的方法,其增加了故障诊断机制，提高了系统可靠性，智能地处理故障，降低故障处理时长，对系统控制周期影响较小。这种背板通讯的方法，PLC主控和扩展模块之间的背板线包括：通讯线、查询线、回馈线；通讯线是两根差分通讯线且电气特性为RS485，通讯线采用总线方式将所有扩展模块都连接在一起；查询线、回馈线均为单线且电气特性是对地3.3V，查询线、回馈线采用菊花链方式连接；该方法在两个相邻的扩展模块之间新增一根查询线和一根回馈线，这两根信号线为两个相邻的扩展模块提供这样一种交互机制：前级扩展模块通过查询线访问后级扩展模块状态，后级扩展模块通过回馈线向前级扩展模块应答自身状态。

Description

一种背板通讯的方法
技术领域
本发明属于电子电路和工业控制的技术领域，具体地涉及一种背板通讯的方法。
背景技术
可编程控制器，简称PLC(Programmable Logic Controller),是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。PLC，是一种采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，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，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。
如图2所示，当可编程逻辑控制器投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段，完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，可编程逻辑控制器的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。
一般PLC主控包含电源及一些数字量I/O点，但某些时候，由于控制对象控制需求的点数比较多，PLC主控的I/O点数不够，就需要添加扩展模块；或者某些领域需要特定的功能(例如通讯、模拟量采集等)，而这些功能PLC主控不具备，也需要添加这些扩展模块来满足系统的控制要求。如图1所示，PLC主控与扩展模块之间采用背板连接线连接，背板连接线包含电源线、通讯线和其它信号线，PLC主控通过电源线给扩展模块供电，通过通讯线与扩展模块进行数据交互。背板通讯一共四根信号，其中通讯线两根，查询线、回馈线各一根。如图1所示，背板通讯线采用总线方式连接，所有模块都连接在一起。查询线、回馈线采用菊花链方式连接，即PLC主控与第1个扩展模块连接在一起，第1个扩展模块与第2个扩展模块连接在一起，PLC主控与第2个扩展模块没有连接。
背板通讯是一种主从方式的通讯协议，PLC主控是主站，扩展模块是从站，主站凭借从站地址访问从站。扩展模块上电后默认是没有从站地址的，PLC主控上电后，会根据用户组态程序对扩展模块自动识别，并配置从站地址。待配置成功后，在输入采样阶段，PLC主控通过背板通讯读取扩展模块输入数据；在输出刷新阶段，PLC主控通过背板通讯写扩展模块的输出数据。背板通讯分别占用输入采样、输出刷新的一部分时间，由于扩展模块的数据量固定，因此这部分时间基本是固定的，对控制周期(PLC运行的三个阶段的总时间)造成的抖动较小。但是扩展模块出现故障(比如热复位)时，背板通讯会出现通讯超时，此时通讯时间会产生波动(等待通讯超时时间远大于正常通讯时间)；另一方面PLC主控会尝试处理故障，这两种情况均会对控制周期造成较大抖动，影响系统运行的稳定性。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种背板通讯的方法,其增加了故障诊断机制，提高了系统可靠性，智能地处理故障，降低故障处理时长，对系统控制周期影响较小。
本发明的技术解决方案是：这种背板通讯的方法，PLC主控和扩展模块之间的背板线包括：通讯线、查询线、回馈线；通讯线是两根差分通讯线且电气特性为RS485，通讯线采用总线方式将所有扩展模块都连接在一起；查询线、回馈线均为单线且电气特性是对地3.3V，查询线、回馈线采用菊花链方式连接；该方法在两个相邻的扩展模块之间新增一根查询线和一根回馈线，这两根信号线为两个相邻的扩展模块提供这样一种交互机制：前级扩展模块通过查询线访问后级扩展模块状态，后级扩展模块通过回馈线向前级扩展模块应答自身状态。
由于本发明在两个相邻的扩展模块之间新增一根查询线和一根回馈线，这两根信号线为两个相邻的扩展模块提供这样一种交互机制：前级扩展模块通过查询线访问后级扩展模块状态，后级扩展模块通过回馈线向前级扩展模块应答自身状态，因此增加了故障诊断机制，提高了系统可靠性，智能地处理故障，降低故障处理时长，对系统控制周期影响较小。
附图说明
图1是现有技术的背板通讯的方法的结构示意图。
图2是PLC主控的主要程序的流程图。
图3是根据本发明的背板通讯的方法的PLC主控轮询的流程图。
图4是根据本发明的背板通讯的方法的故障处理的流程图。
具体实施方式
这种背板通讯的方法，PLC主控和扩展模块之间的背板线包括：通讯线、查询线、回馈线；通讯线是两根差分通讯线且电气特性为RS485，通讯线采用总线方式将所有扩展模块都连接在一起；查询线、回馈线均为单线且电气特性是对地3.3V，查询线、回馈线采用菊花链方式连接；该方法在两个相邻的扩展模块之间新增一根查询线和一根回馈线，这两根信号线为两个相邻的扩展模块提供这样一种交互机制：前级扩展模块通过查询线访问后级扩展模块状态，后级扩展模块通过回馈线向前级扩展模块应答自身状态。
由于本发明在两个相邻的扩展模块之间新增一根查询线和一根回馈线，这两根信号线为两个相邻的扩展模块提供这样一种交互机制：前级扩展模块通过查询线访问后级扩展模块状态，后级扩展模块通过回馈线向前级扩展模块应答自身状态，因此增加了故障诊断机制，提高了系统可靠性，智能地处理故障，降低故障处理时长，对系统控制周期影响较小。
另外，如图3所示，每一个PLC运算周期，PLC主控会判断是否有扩展模块。若有则依次对扩展模块进行数据轮询，直到最后一个扩展模块结束。
若已知模块存在故障，则跳过对其轮询，以此减少对其它模块的影响。
在每一个PLC运算周期，PLC主控会进行故障处理流程。故障分为两类，一是通讯故障，二是模块故障。
通讯故障可以在PLC主控通讯访问时检测。通讯故障一般可能是通讯数据错误，由于通讯时周期进行的，干扰去除后即可恢复正常。
模块故障可以在PLC主控通过访问其前一级模块数据时检测。模块故障一般可能是硬件芯片故障、代码跑飞等，因此模块故障同时会造成通讯故障。一般等到扩展模块热复位后，PLC主控通过重新配置扩展模块，可以恢复正常。
该方法的PLC主控轮询包括以下步骤：
(1)开始；
(2)PLC主控判断是否存在扩展模块，是则执行步骤(3)，否则执行步骤(6)；
(3)判断该扩展模块是否存在模块故障，是则执行步骤(5)，否则执行步骤(4)；
(4)访问该扩展模块；
(5)判断该扩展模块是否为最后一个扩展模块，是则执行步骤(6)，否则执行步骤(3)；
(6)结束。
另外，如图4所示，在每一个PLC运算周期，PLC主控会判断是否有扩展模块发生故障，若有通讯故障则进一步判断是否有模块故障，若无模块故障则进行故障处理，否则退出故障处理流程。
为使得故障处理流程对控制周期影响最小，即使有多个扩展模块同时故障，每一个运算周期最多只尝试处理一个扩展模块的故障。
在某个扩展模块存在模块故障时，其通讯故障也无法恢复。因此某个扩展模块存在模块故障时，PLC主控也不会尝试处理该扩展模块的故障，这样极大地减小了故障对于系统控制周期的影响。
该方法的故障处理包括以下步骤：
(a)开始；
(b)判断扩展模块的故障是否为通讯故障，是则执行步骤(c)，否则执行步骤(e)；
(c)判断扩展模块的故障是否为模块故障，是则执行步骤(e)，否则执行步骤(d)；
(d)对该扩展模块的故障进行处理；
(e)结束。
本发明的有益效果如下：
1.新增故障诊断机制，增加系统可靠性；
2.可以智能地处理故障，降低故障处理时长，对系统控制周期影响较小。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术方案的保护范围。

Claims (5)

1.一种背板通讯的方法，PLC主控和扩展模块之间的背板线包括：通讯线、查询线、回馈线；通讯线是两根差分通讯线且电气特性为RS485，通讯线采用总线方式将所有扩展模块都连接在一起；查询线、回馈线均为单线且电气特性是对地3.3V，查询线、回馈线采用菊花链方式连接；其特征在于：该方法在两个相邻的扩展模块之间新增一根查询线和一根回馈线，这两根信号线为两个相邻的扩展模块提供这样一种交互机制：前级扩展模块通过查询线访问后级扩展模块状态，后级扩展模块通过回馈线向前级扩展模块应答自身状态。
2.根据权利要求1所述的背板通讯的方法，其特征在于：该方法的PLC主控轮询包括以下步骤：
(1)开始；
(2)PLC主控判断是否存在扩展模块，是则执行步骤(3)，否则执行步骤(6)；
(3)判断该扩展模块是否存在模块故障，是则执行步骤(5)，否则执行步骤(4)；
(4)访问该扩展模块；
(5)判断该扩展模块是否为最后一个扩展模块，是则执行步骤(6)，否则执行步骤(3)；
(6)结束。
3.根据权利要求2所述的背板通讯的方法，其特征在于：所述步骤(3)是在PLC主控访问前级扩展模块时，前级扩展模块通过查询线访问后级扩展模块状态来获得是否存在模块故障的。
4.根据权利要求3所述的背板通讯的方法，其特征在于：所述模块故障包括：硬件芯片故障、代码跑飞。
5.根据权利要求3或4所述的背板通讯的方法，其特征在于：该方法的故障处理包括以下步骤：
(a)开始；
(b)判断扩展模块的故障是否为通讯故障，是则执行步骤(c)，否则执行步骤(e)；
(c)判断扩展模块的故障是否为模块故障，是则执行步骤(e)，否则执行步骤(d)；
(d)对该扩展模块的故障进行处理；
(e)结束。
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