CN111142454A - 一种工业主控器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工业主控器，属于一种可编程多功能协议的处理系统，该主控器采用ARM ContexM3系列工业级控制器设计，具备16Mbit的Flash接口、1路RS232接口、4路RS485接口以及1路100M以太网接口等。本发明提出的工业主控器具有频率高、处理能力强、通信能力强、接口丰富等优点，同时具备强大的通讯功能和存储能力，还可以用作MODBUS网关，对众多的MODBUS从机主站进行数据汇聚功能，该控制器适用于智慧变电站、智慧油田、智慧工厂等多功能需求的场合，具有广阔的推广应用前景。

Description

一种工业主控器

技术领域

本发明属于一种可编程多功能协议的处理系统，具体涉及一种工业主控器。

背景技术

随着物联网技术和通讯技术的发展，传统变电站、油田、工厂等地的数据管理、运行监控方式急需升级换代，以实现智能化统一管理。目前，针对智慧变电站、智慧油田、智慧工厂等多功能需求的场合，还未设计一款专用的工业控制器，以满足灵活组网、丰富通讯、数据处理能力强、通讯速度快的需求。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种工业主控器，具有频率高、处理能力强、通信能力强、接口丰富等优点，同时具备强大的通讯功能和存储能力，还可以用作MODBUS网关，对众多的MODBUS从机主站进行数据汇聚功能，适用于智慧变电站、智慧油田、智慧工厂等多功能需求的场合，具有广阔的推广应用前景。

为了实现本发明的目的，本发明采用如下技术方案：

一种工业主控器包括控制器、与所述控制器分别连接的数据存储接口电路、电源电路、1路RS232接口电路、4路RS485接口电路、网络接口电路、拨码开关电路和LED指示电路，其中：所述控制器用于数据处理和通信；所述数据存储接口电路用于数据存储；所述RS232接口电路和RS485接口电路用于通信组网；所述网络接口电路用于连接网络，且支持UDP、TCP和TCPServer可编程通信模式；所述拨码开关电路用于设置控制器的工作状态；所述LED指示电路用于显示控制器的当前工作状态。

优选的，所述控制器采用ARMContexM3系列工业级控制器，控制器内置SeiFusion云端融合通信协议且具有融合通信云计算功能。

优选的，采用QBUS总线协议，其中：QBUS总线协议扩展了读取保持寄存器，保持寄存器寻址起始地址为0000H，寄存器1至寄存器16所对应的地址分别为0000H至0015H。

优选的，所述数据存储接口电路采用AT45DB161D芯片且具有16Mbit的Flash接口。

优选的，所述RS232接口电路采用MAX232芯片；所述RS485接口电路采用ADM2587E芯片。

优选的，所述电源电路采用LM2576T-03.3芯片，电源电路用于提供7V至36V的直流电源。

优选的，所述网络接口电路采用W5500LQFP48芯片、且具有1路100M的以太网接口。

优选的，所述拨码开关电路采用SW-DIP8芯片、且用于设置运行模式、编程模式、主站通信效率、MODBUS从站地址。

优选的，所述LED指示电路包括9个LED，所述9个LED分别用于指示电源工作状态、第一串口工作状态、第二串口工作状态、第三串口工作状态、第四串口工作状态、第五串口工作状态、网络工作状态、故障情况和运行情况。

优选的，还包括与所述控制器分别连接的RJ45接头电路、多功能接口电路和通信接口电路，其中：所述RJ45接头电路采用HR911105A芯片；所述多功能接口电路用于连接HMI、MODBUS、UDP、TCP通信接口、且用于主机和从机模式进行通信管理；所述通信接口电路包括1个八口端子。

本发明的工业主控器具有以下有益效果：

1)该工业控制器采用ARM ContexM3系列工业级控制器设计，具有频率高、处理能力强、通信能力强等优点；

2)该工业控制器具有16Mbit的Flash接口，能够保证现场数据的长期永久保存，保证现地处理的存储优势；

3)该工业控制器的宽压供电范围为7-36VDC，且具有较强的共模抑制能力；

4)该工业控制器具有强大的通信功能，具有1路RS232接口，4路RS485接口，使用高等级的通信处理芯片，具有强大的抗干扰能力和瞬间强电抑制功能；

5)该工业控制器具有丰富的接口功能支持：HMI\MODBUS\UDP\TCP等通信接口的外设，可以作为主机、从机模式进行通信管理；

6)该工业控制器可以用作MODBUS网关，对众多的MODBUS从机主站进行数据汇聚功能，可靠性高，处理能力强大，支持128路子站的配置规模；

7)该工业控制器内部采用多任务处理操作系统，分时操作，功能强大，协议多方通信和数据处理功能；

8)该工业控制器具有HMI支持功能，支持多种产品的HMI，具有可定制编程功能；

9)该工业控制器支持本地配置和远程配置功能，简化管理，本地支持COM1专用配置管理，远程支持UDP配置管理；

10)该工业控制器使用大容量的FLASH存储技术，存储现场大数据，用于分析、追溯、配置管理；

11)该工业控制器内置实时时钟，断电时间继续，保证系统的时间运行可靠性。

12)该工业控制器在站级系统提供CDT104规约及点表。

13)该工业控制器可以向系统级提供61850接口及点表。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的应用实施例示意图；

图3为本发明中处理器电路示意图；

图4为本发明中数据存储接口电路示意图；

图5为本发明中电源电路示意图；

图6为本发明中RS232接口电路示意图；

图7为本发明中RS485接口电路示意图；

图8为本发明中网络接口电路示意图；

图9为本发明中通信接口电路示意图；

图10为本发明中拨码开关电路示意图；

图11为本发明中RJ45接头电路示意图；

图12为本发明中LED指示灯电路示意图。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

如图1和图2所示，一种工业主控器包括控制器、与控制器分别连接的数据存储接口电路、电源电路、1路RS232接口电路、4路RS485接口电路、网络接口电路、拨码开关电路、LED指示电路、RJ45接头电路、多功能接口电路和通信接口电路，图中，控制器用于数据处理和通信，数据存储接口电路用于数据存储，RS232接口电路和RS485接口电路用于通信组网，网络接口电路用于连接网络，且支持UDP、TCP和TCPServer可编程通信模式，拨码开关电路用于设置控制器的工作状态，LED指示电路用于显示控制器的当前工作状态，RJ45接头电路采用HR911105A芯片用于连接上位机，多功能接口电路用于连接HMI、MODBUS、UDP、TCP通信接口、且用于主机和从机模式进行通信管理，通信接口电路包括1个八口端子用于扩展。

图2中，1路RS232接口电路可以连接HMI接口，第一路RS485接口电路可以连接备自投装置，第二路RS485接口电路可以连接环境监控器，例如：湿度传感器、温度传感器等等，第三路RS485接口电路可以连接空调调控器，用于控制空调对环境进行改变，第四路RS485接口电路可以连接辅控系统主控器，辅控系统主控器用于控制风机、水泵、照明、断路器等执行器原件，网络接口电路能够用于对接内网系统、也可以对接外网系统。

如图3所示，控制器采用ARMContexM3系列工业级控制器，控制器内置SeiFusion云端融合通信协议且具有融合通信云计算功能。需要说明的是，工业云计算数据中心的目的就是对工业数据进行云端汇聚、加工处理、发布、管理、存储等过程，是用户的分散数据可以集中到统一的云服务器上，为以后用户的大数据分析以及数据处理，改善工业流程，改进制造过程数据处理能力，为云端数据处理提供有力的数据支持。云端的远程现场可以方便的接入到融合通信计算数据中心，数据中心具有非常强大的数据处理能力和数据管理能力，并适配用户的要求进行云端的模型计算，使用用户的各种需求，同时用户端可以通过多种方式进行云端的数据访问。

具体的，本控制器可以直接通过外网想数据中心提供数据，解析现场的设备协议，经过处理、分析、计算、加工，性能优异。数据中心的数据接口非常强大，本发明可以提供通用的APP解决方案，HTTP API接口编程，OPC服务器接口服务等，以适应不同的用户使用场景。SeiFusion融合通信云数据中心协同本发明的融合通信服务器一致工作，对于已经汇聚到云端的数据流进行过程话和格式话处理，并为用户提供便捷的数据访问接口，这些接口以HTTPAPI数据接口形式提供，单一服务器的部署可以应对数以万计的用户端访问流。

需要说明的是，本发明采用QBUS总线协议，QBUS总线协议是基于MODBUS总线协议，对于MODBUS中的个别数据定义做了重新定义，以适应大规模的数据通信和应用。其中：QBUS总线协议扩展了读取保持寄存器，保持寄存器寻址起始地址为0000H，寄存器1-16所对应的地址分别为0000H至0015H。在原有的MODBUS协议中，功能三读取的最大程度是128个寄存器256个字，扩展之后的数据包长度可以大大扩展，根据用户的需求可以多大65535，甚至可以进行多包传送。

需要进一步说明的是，该控制器针对工业环境的设计数据处理的方式，其功能可以分为：数据编程预定义处理、逻辑过程预定义处理HMI触发的预定义处理、HMI显示的预定义处理、报警数据的预定义处理、故障数据的预定义处理、动作执行的预定义处理。

其中，系统的数据来源分为以下几种：PLC的控制逻辑数据、RTU的数据采集逻辑、电量表的数据、备自投装置的控制逻辑数据、各种传感器资源的数据等，这些数据一般的表现为一定的范围和一定的取值特点。包括是计算校准、取位操作、移位操作、格式转换等，AMS500定义了8种数据的处理方式，取位操作、校准操作、随机数取值、系统固定参变量等。比如：RTU系统采集某点的温度为3560；系统必须量化为25.6°这个范围，从PLC获取的某一个故障信息需要从0XFF08中的第5为进行数据提取。数据编程预定义处理对应AMS500系统中的数据编程功能。

控制器内部数据寄存器有1000个，可以用于用户的编程配置。控制器的数据编程预定义可以对数据进行如下操作：1)提取当前指定寄存器号的某一个位值，主要用于从PLC/RTU读取的开关量数据的分解。一个寄存器存储的16位的整形量，可以提取的位值从0-15；2)有的时候数据的存储需要4个字节的浮点数存储，存储格式为IEEE574格式，这是就选择IEEE-574格式，系统会自动进行574格式的数据转换；3)数据修正，可以对指定寄存器的数值进行校准计算，校准计算格式可以选择，有以下三种：Ax+B；Ax-B；B-Ax；在编程分类下选择；4)随机数提取，有时候为了用户的数据显示需要对数据进行模拟展示，可以用这个功能产生随机数；5)提取系统时间常量，这些数据，包括：年、月、日、时、分、秒。

需要进一步说明的是，在对数据进行编程之后，可以对数据进行存储，存储在0-1000的任何一个寄存器中，新的寄存器号取值范围0-1000，超过1000系统将不存储，修正阐述主要是数据修正功能的参数配置，配合Ax+B；Ax-B；B-Ax；进行参数设置，其它编程分类无效，报警上线和下限参数设置之后，系统将认为之间的数值时正常数据，超过这个范围将按照处理分类中的选择，进行不同的处理，如果是报警将产生报警数据，并发送到HMI展示。如果是故障数据将产生故障数据，并发送到HMI展示。正常数据将不进行越界管理。

需要进一步说明的是，逻辑过程预处理定义了一个扫描周期内需要执行的操作过程，这个操作可以是置数、达到一定的条件执行一个PLC/RTU的执行动作、定时操作等。比如：1)温度超过一定值，启动风机，就可以通过这个预定义逻辑处理。2)每天的固定时间启动某台设备，达到一定值时关闭设备。3)每天的固定时间关闭某台设备等。4)指定联动动作。逻辑过程预定义处理对应的功能是系统的逻辑编程功能。系统按照扫描周期进行逻辑扫描，当满足预定义的条件时，执行指令动作，这些指定动作可以指示PLC/RTU进行相应的功能操作。EXE指令为MODBUS格式，CRC校验不用添加，AMS500系统会自动生成相应的数据。并下发到指定的PLC/RTU。其中，每天执行动作的设计，可以定义每天、每小时、每分钟固定执行的动作，如果时参数大于60，则按照定义，在每个小时的几分几秒进行固定的操作。这种配置可以设置每天的固定操作，比如：定时开灯、定时关灯等功能。

需要进一步说明的是，HMI可以通过预定义的数据改变可以使能系统执行一定的动作，系统可以指定下属的联网设备进行特定的功能操作。HMI出发的预定义处理对应的功能是的触控编程功能。系统可以根据HMI的定义执行相应的动作，也就是HMI可以通过MODBUS指令操作现场的PLC/RTU功能，为现场的人机交互提供支持。保证在现场也可以对设备进行操作。

需要进一步说明的是，HMI显示的预定义处理内置于数据编程功能中，系统通过扫描，将系统指定的数据编程功能更新到智能HMI中去。HMI数据地址指定HMI编程的功能，系统根据HMI端口的设置，想智能HMI设备发送指定的数据功能，用户HMI的数据展示图标、状态、数值、动画等功能，HMI系统支持8个通道的实时趋势编程功能。

系统配置时，配置编程系统对系统的要求比较高，使用win8以上系统，内存4G以上，单一文件运行。系统支持5路串口资源，使用DMA进行通信管理，效率非常高，可以满足绝大部分的苛刻通信要求，系统可以设置系统5个串口资源的工作速率、校验状态、停止位定义、数据位定义，支持的协议模式。系统内置网络通信芯片，支持100M网络通信能力，系统支持两路网络连接支持，可以设置为AMS500系统同时和两台计算机进行通信。系统的HMI种预留了16个信息指示器，用于指示各个子站的通信状态。系统模式占用HMI变量地址的6A00-6BFF的地址空间，16个信息指示器指示器的地址为：0X6A00、0X6A20、0X6A40、0X6A60、0X6A80、0X6AA0、0X6AC0、0X6AE0、0X6B00、0X6B20、0X6B40、0X6B60、0X6B80、0X6BA0、0X6BC0、0X6BE0。

如图4至图12所示，数据存储接口电路采用AT45DB161D芯片且具有16Mbit的Flash接口，16Mbit的Flash接口可以保证现场数据的长期永久保存，保证现地处理的存储优势。RS232接口电路采用MAX232芯片，RS485接口电路采用ADM2587E芯片，需要说明的是，控制器具有强大的MODBBUS组网功能，具有4个高性能的RS485接口，每个接口具有非常好的通信组网能力，可以配置多大32个子站系统，系统自动根据设置进行不同时效的运行控制，使得MODBUS系统组网的效能达到最优。该系统对于网关等调度是通过状态机进行管理，状态机的优势就是根据各个设备的状况和性能进行自动管理，控制通信的频率和执行的动作。电源电路采用LM2576T-03.3芯片，电源电路用于提供7V至36V的直流电源，该电路具有较强的共模抑制能力。

具体的，网络接口电路采用W5500LQFP48芯片、且具有1路100M的以太网接口，拨码开关电路采用SW-DIP8芯片、且用于设置运行模式、编程模式、主站通信效率、MODBUS从站地址，其中，拨码开关状态定义：

1位对应运行/编程模式：1代表运行模式、0代表编程模式；

2位和3为分别指示运行时效的1位、0位，负责主站通信效率设定：00-1秒/01-1.5秒/02-2秒/03-2.5秒；

4位、5位、6位、7位、8位分别对应MODBUS从站的地址：4位、3位、2位、1位、0位，地址范围0-31。

具体的，LED指示电路包括9个LED，9个LED分别用于指示电源工作状态、第一串口工作状态、第二串口工作状态、第三串口工作状态、第四串口工作状态、第五串口工作状态、网络工作状态、故障情况和运行情况，其中，当电源正常工作时，第一LED点亮且正常运行LED点亮，否则熄灭，并通过故障灯的闪烁次数进行反馈具体情况，当串口正常工作时，对应的LED点亮且正常运行LED点亮，否则熄灭，并通过故障灯的闪烁次数进行反馈具体情。

该工业主控器具有频率高、处理能力强、通信能力强、接口丰富等优点，同时具备强大的通讯功能和存储能力，还可以用作MODBUS网关，对众多的MODBUS从机主站进行数据汇聚功能，适用于智慧变电站、智慧油田、智慧工厂等多功能需求的场合，具有广阔的推广应用前景。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种工业主控器，其特征在于，包括控制器、与所述控制器分别连接的数据存储接口电路、电源电路、1路RS232接口电路、4路RS485接口电路、网络接口电路、拨码开关电路和LED指示电路，其中：

所述控制器用于数据处理和通信；

所述数据存储接口电路用于数据存储；

所述RS232接口电路和RS485接口电路用于通信组网；

所述网络接口电路用于连接网络，且支持UDP、TCP和TCPServer可编程通信模式；

所述拨码开关电路用于设置控制器的工作状态；

所述LED指示电路用于显示控制器的当前工作状态。

2.如权利要求1所述的一种工业主控器，其特征在于，所述控制器采用ARMContexM3系列工业级控制器，控制器内置SeiFusion云端融合通信协议且具有融合通信云计算功能。

3.如权利要求1所述的一种工业主控器，其特征在于，采用QBUS总线协议，其中：QBUS总线协议扩展了读取保持寄存器，保持寄存器寻址起始地址为0000H，寄存器1至寄存器16对应的地址分别为0000H至0015H。

4.如权利要求1所述的一种工业主控器，其特征在于，所述数据存储接口电路采用AT45DB161D芯片且具有16Mbit的Flash接口。

5.如权利要求1所述的一种工业主控器，其特征在于，所述RS232接口电路采用MAX232芯片；所述RS485接口电路采用ADM2587E芯片。

6.如权利要求1所述的一种工业主控器，其特征在于，所述电源电路采用LM2576T-03.3芯片，电源电路用于提供7V至36V的直流电源。

7.如权利要求1所述的一种工业主控器，其特征在于，所述网络接口电路采用W5500LQFP48芯片、且具有1路100M的以太网接口。

8.如权利要求1所述的一种工业主控器，其特征在于，所述拨码开关电路采用SW-DIP8芯片、且用于设置运行模式、编程模式、主站通信效率、MODBUS从站地址。

9.如权利要求1所述的一种工业主控器，其特征在于，所述LED指示电路包括9个LED，所述9个LED分别用于指示电源工作状态、第一串口工作状态、第二串口工作状态、第三串口工作状态、第四串口工作状态、第五串口工作状态、网络工作状态、故障情况和运行情况。

10.如权利要求1所述的一种工业主控器，其特征在于，还包括与所述控制器分别连接的RJ45接头电路、多功能接口电路和通信接口电路，其中：

所述RJ45接头电路采用HR911105A芯片；所述多功能接口电路用于连接HMI、MODBUS、UDP、TCP通信接口、且用于主机和从机模式进行通信管理；所述通信接口电路包括1个八口端子。

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