CN110650131A - 一种具有智能故障诊断功能的现场分布式输入输出装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有智能故障诊断功能的现场分布式输入输出装置，包括PLC控制器、远程IO模块和CClink IE Field Basic应用层，所述PLC控制器的输出端与远程IO模块的输入端电性连接，并且远程IO模块的输出端与CClink IE Field Basic应用层的输入端电性连接，本发明涉及分布式输入输出装置技术领域。该具有智能故障诊断功能的现场分布式输入输出装置，嵌入式实时操作系统包括应用层程序模块、程序编辑单元与访问控制层，利用PLC控制器自带的以太网口，降低整个PLC控制器的工业以太网控制系统的成本，并且弥补IP67高防护等级远程I/O模块的空缺，在远程I/O模块中用以太网协议芯片实现TCP/IP协议，用嵌入式实时操作系统实现Cclink IE Field Basic应用层协议，实现降低成本的目的。

Description

一种具有智能故障诊断功能的现场分布式输入输出装置
技术领域
本发明涉及分布式输入输出装置技术领域，具体为一种具有智能故障诊断功能的现场分布式输入输出装置。
背景技术
一般情况下，电源模块插在第一插槽内，编号为0，PLC插在第二插槽内，各种类型的输入输出模块插在其余插槽内，I/O模块导轨的背面安装带有连接器的印制电路板，可以将插入I/O模块的各插槽连接起来，插槽的上下边可以使插入的模块排成一条直线，带有I/O模块和处理器的导轨被称为本地I/O导轨；带有I/O模块、电源、远程I/O通信卡并且安装在远离本地I/O导轨的导轨被称为远程I/O导轨，远程I/O导轨的数目取决于不同处理器能够控制变量的数目，远程I/O导轨与处理器之间的通信可以采用多种方式实现，具体包括同轴电缆、双轴电缆、屏蔽双绞线等，如果距离较远而需要考虑抑制噪声干扰问题可以采用光纤通信。
在使用三菱PLC的工业以太网系统时，需要额外购买一个CC-LINK IE FIELD工业以太网主站模块安装在PLC背板上，另外对应此工业总线的远程I/O模块在设计时需要使用专用的协议芯片，这个协议芯片价格相对通信的MCU来说价格比较高昂，目前在国内并没有符合三菱PLC的工业以太网高防护等级的IP67远程I/O模块，额外购买主站通信模块，这样在控制设备端增加了客户的成本；对于远程I/O模块使用专用的协议芯片也增加了从站设备的成本；另外，目前国内并没有符合三菱PLC的工业以太网IP67远程IO模块。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种具有智能故障诊断功能的现场分布式输入输出装置，解决了协议芯片价格相对通信的MCU来说价格比较高昂，目前在国内并没有符合三菱PLC的工业以太网高防护等级的IP67远程I/O模块，额外购买主站通信模块，这样在控制设备端增加了客户的成本；对于远程I/O模块使用专用的协议芯片也增加了从站设备的成本；另外，目前国内并没有符合三菱PLC的工业以太网IP67远程IO模块的问题。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种具有智能故障诊断功能的现场分布式输入输出装置，包括PLC控制器、远程IO模块和CClink IE Field Basic应用层，所述PLC控制器的输出端与远程IO模块的输入端电性连接，并且远程IO模块的输出端与CClink IE Field Basic应用层的输入端电性连接，所述远程IO模块包括物理层与嵌入式实时操作系统，所述嵌入式实时操作系统包括应用层程序模块、协议编辑单元、程序编辑单元与访问控制层，所述应用层程序模块与协议编辑单元之间实现双向连接，所述协议编辑单元包括传输层协议编辑模块与网络层协议编辑模块，并且传输层协议编辑模块与网络层协议编辑模块之间实现双向连接，所述传输层协议编辑模块包括TCP传输层协议与UDP传输层协议，所述网络层协议编辑模块包括IP传输层协议、ARP传输层协议与ICMP传输层协议。
优选的，所述协议编辑单元与程序编辑单元之间实现双向连接，并且程序编辑单元与访问控制层之间实现双向连接。
优选的，所述程序编辑单元包括硬件驱动程序模块、MAC驱动程序模块与PHY驱动程序模块。
优选的，所述PLC控制器包括RJ45接口模块，并且RJ45接口模块采用标准的以太网网络接口。
优选的，所述物理层包括PHY芯片与RJ45子接口模块，并且PHY芯片与RJ45子接口模块之间实现双向连接。
优选的，所述TCP传输层协议、IP传输层协议与CClink IE Field Basic应用层均采用C语言及少量汇编语言实现。
优选的，所述远程IO模块位于输入输出装置中设置有若干组，并且若干组远程IO模块的输出端均与CClink IE Field Basic应用层的输入端电性连接。
优选的，所述远程IO模块采用环氧树脂全灌封技术实现IP67高防护等级。
(三)有益效果
本发明提供了一种具有智能故障诊断功能的现场分布式输入输出装置。与现有技术相比具备以下有益效果：
(1)、该具有智能故障诊断功能的现场分布式输入输出装置，通过远程IO模块包括物理层与嵌入式实时操作系统，嵌入式实时操作系统包括应用层程序模块、协议编辑单元、程序编辑单元与访问控制层，应用层程序模块与协议编辑单元之间实现双向连接，协议编辑单元包括传输层协议编辑模块与网络层协议编辑模块，并且传输层协议编辑模块与网络层协议编辑模块之间实现双向连接，传输层协议编辑模块包括TCP传输层协议与UDP传输层协议，网络层协议编辑模块包括IP传输层协议、ARP传输层协议与ICMP传输层协议，利用PLC控制器自带的以太网口，降低整个PLC控制器的工业以太网控制系统的成本，并且弥补IP67高防护等级远程I/O模块的空缺，在远程I/O模块中用以太网协议芯片实现TCP/IP协议，用嵌入式实时操作系统实现Cclink IE Field Basic应用层协议，实现降低成本的目的。
(2)、该具有智能故障诊断功能的现场分布式输入输出装置，通过远程IO模块包括物理层与嵌入式实时操作系统，嵌入式实时操作系统包括应用层程序模块、协议编辑单元、程序编辑单元与访问控制层，应用层程序模块与协议编辑单元之间实现双向连接，协议编辑单元包括传输层协议编辑模块与网络层协议编辑模块，并且传输层协议编辑模块与网络层协议编辑模块之间实现双向连接，传输层协议编辑模块包括TCP传输层协议与UDP传输层协议，网络层协议编辑模块包括IP传输层协议、ARP传输层协议与ICMP传输层协议，完全用嵌入式实时操作系统实现CC-link IE Field Basic工业以太网通信协议，一方面可以更多的降低远程I/O模块成本；另一方面完全用软件实现，可以更加灵活的实现定制化。
(3)、该具有智能故障诊断功能的现场分布式输入输出装置，通过PLC控制器包括RJ45接口模块，并且RJ45接口模块采用标准的以太网网络接口，物理层包括PHY芯片与RJ45子接口模块，并且PHY芯片与RJ45子接口模块之间实现双向连接，利用PHY芯片实现以太网的物理层，并对外提供标准的RJ45以太网网络接口，使整个系统可以更加方便的进行使用，另外利用采用环氧树脂全灌封技术实现远程IO模块的IP67高防护等级。
附图说明
图1为本发明系统的结构原理框图；
图2为本发明PLC控制器与远程IO模块的结构原理框图；
图3为本发明嵌入式实时操作系统的结构原理框图；
图4为本发明协议编辑单元的结构原理框图；
图5为本发明传输层协议编辑模块的结构原理框图；
图6为本发明网络层协议编辑模块的结构原理框图；
图7为本发明程序编辑单元的结构原理框图；
图8为本发明物理层的结构原理框图。
图中，1-PLC控制器、11-、RJ45接口模块、2-远程IO模块、21-物理层、211-PHY芯片、212-RJ45子接口模块、22-嵌入式实时操作系统、221-应用层程序模块、222-协议编辑单元、2221-传输层协议编辑模块、22211-TCP传输层协议、22212-UDP传输层协议、2222-网络层协议编辑模块、22221-IP传输层协议、22222-ARP传输层协议、22223-ICMP传输层协议、223-程序编辑单元、2231-硬件驱动程序模块、2232-MAC驱动程序模块、2233-PHY驱动程序模块、224-访问控制层、3-CClink IE Field Basic应用层。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-8，本发明实施例提供一种技术方案：一种具有智能故障诊断功能的现场分布式输入输出装置，包括PLC控制器1、远程IO模块2和CClink IE Field Basic应用层3，PLC控制器1采用FXSU型号，远程IO模块2位于输入输出装置中设置有若干组，并且若干组远程IO模块2的输出端均与CClink IE Field Basic应用层3的输入端电性连接，远程IO模块2采用环氧树脂全灌封技术实现IP67高防护等级，PLC控制器1包括RJ45接口模块11，RJ45接口模块11与RJ45子接口模块212之间实现双向连接，并且RJ45接口模块11采用标准的以太网网络接口，PLC控制器1的输出端与远程IO模块2的输入端电性连接，并且远程IO模块2的输出端与CClink IE Field Basic应用层3的输入端电性连接，远程IO模块2包括物理层21与嵌入式实时操作系统22，物理层21包括PHY芯片211与RJ45子接口模块212，PHY芯片211与访问控制层224之间实现双向连接，并且PHY芯片211与RJ45子接口模块212之间实现双向连接，嵌入式实时操作系统22包括应用层程序模块221、协议编辑单元222、程序编辑单元223与访问控制层224，访问控制层224中包括MAC控制器，协议编辑单元222与程序编辑单元223之间实现双向连接，并且程序编辑单元223与访问控制层224之间实现双向连接，程序编辑单元223包括硬件驱动程序模块2231、MAC驱动程序模块2232与PHY驱动程序模块2233，应用层程序模块221与协议编辑单元222之间实现双向连接，协议编辑单元222包括传输层协议编辑模块2221与网络层协议编辑模块2222，并且传输层协议编辑模块2221与网络层协议编辑模块2222之间实现双向连接，传输层协议编辑模块2221包括TCP传输层协议22211与UDP传输层协议22212，TCP传输层协议22211、IP传输层协议22221与CClink IE FieldBasic应用层3均采用C语言及少量汇编语言实现，网络层协议编辑模块2222包括IP传输层协议22221、ARP传输层协议22222与ICMP传输层协议22223，同时本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域技术人员公知的现有技术。
使用时，通过CClink IE Field Basic应用层3以太网将PLC控制器1本身自带的网口与多个远程I/O模块2连接在一起构成一个系统，利用PHY芯片211实现以太网的物理层21，并对外提供标准的RJ45子接口模块212，利用RJ45子接口模块212以太网的网络接口对CClink IE Field Basic应用层3进行连接，利用嵌入式实时操作系统22中的应用层程序模块221与协议编辑单元222对应用层程序模块221实现TCP/IP协议，可以更多的降低远程I/O模块成本，完全用软件实现，可以更加灵活的实现定制化。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种具有智能故障诊断功能的现场分布式输入输出装置，包括PLC控制器(1)、远程IO模块(2)和CClink IE Field Basic应用层(3)，所述PLC控制器(1)的输出端与远程IO模块(2)的输入端电性连接，并且远程IO模块(2)的输出端与CClink IE Field Basic应用层(3)的输入端电性连接，其特征在于：所述远程IO模块(2)包括物理层(21)与嵌入式实时操作系统(22)，所述嵌入式实时操作系统(22)包括应用层程序模块(221)、协议编辑单元(222)、程序编辑单元(223)与访问控制层(224)，所述应用层程序模块(221)与协议编辑单元(222)之间实现双向连接，所述协议编辑单元(222)包括传输层协议编辑模块(2221)与网络层协议编辑模块(2222)，并且传输层协议编辑模块(2221)与网络层协议编辑模块(2222)之间实现双向连接，所述传输层协议编辑模块(2221)包括TCP传输层协议(22211)与UDP传输层协议(22212)，所述网络层协议编辑模块(2222)包括IP传输层协议(22221)、ARP传输层协议(22222)与ICMP传输层协议(22223)。
2.根据权利要求1所述的一种具有智能故障诊断功能的现场分布式输入输出装置，其特征在于：所述协议编辑单元(222)与程序编辑单元(223)之间实现双向连接，并且程序编辑单元(223)与访问控制层(224)之间实现双向连接。
3.根据权利要求1所述的一种具有智能故障诊断功能的现场分布式输入输出装置，其特征在于：所述程序编辑单元(223)包括硬件驱动程序模块(2231)、MAC驱动程序模块(2232)与PHY驱动程序模块(2233)。
4.根据权利要求1所述的一种具有智能故障诊断功能的现场分布式输入输出装置，其特征在于：所述PLC控制器(1)包括RJ45接口模块(11)，并且RJ45接口模块(11)采用标准的以太网网络接口。
5.根据权利要求1所述的一种具有智能故障诊断功能的现场分布式输入输出装置，其特征在于：所述物理层(21)包括PHY芯片(211)与RJ45子接口模块(212)，并且PHY芯片(211)与RJ45子接口模块(212)之间实现双向连接。
6.根据权利要求1所述的一种具有智能故障诊断功能的现场分布式输入输出装置，其特征在于：所述TCP传输层协议(22211)、IP传输层协议(22221)与CClink IE Field Basic应用层(3)均采用C语言及少量汇编语言实现。
7.根据权利要求1所述的一种具有智能故障诊断功能的现场分布式输入输出装置，其特征在于：所述远程IO模块(2)位于输入输出装置中设置有若干组，并且若干组远程IO模块(2)的输出端均与CClink IE Field Basic应用层(3)的输入端电性连接。
8.根据权利要求1所述的一种具有智能故障诊断功能的现场分布式输入输出装置，其特征在于：所述远程IO模块(2)采用环氧树脂全灌封技术实现IP67高防护等级。
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