CN112083685A - Plc主机及plc系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种PLC主机及PLC系统，PLC主机自带级联通信接口，并可通过该级联通信接口实现与其他PLC主机的级联，不再需要额外配置交换机以及连接到交换机，连接使用更为便捷，成本更低；本发明实施例中的PLC主机还配置有I/O接口，在需要通过I/O接口实现相应功能时不再需要额外配置扩展模块，进一步提升了PLC主机使用的便捷性，并可进一步降低PLC主机的使用成本。

Description

PLC主机及PLC系统

技术领域

本发明实施例涉及但不限于控制领域，尤其涉及一种PLC主机及PLC系统。

背景技术

随着信息化和现场网络技术的发展，PLC(Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器)正在向网络化发展，通信联网功能不断增强，目前最常用的通信表现形式为PLC与PLC之间，PLC与计算机之间，PLC与其他外设之间，通过近距离或远距离通信，形成一个统一的分散集中控制系统。

随着设备产线化的发展，设备之间联网已经成为常态，即PLC之间需要通信，以前常用的通讯方式是485，该方式接线不方便、通讯速率低；现在有些PLC新增加了网口扩展模块，采用该方式接线方便、速率高，但是成本高；还有些用户通过交换机将各PLC的网口连在一起，该方式极不好布线。随着信息化的发展，现场的数据都需要采集到IT系统，因此产线设备需要与上位计算机之间通讯，完成数据的采集和监控。随着EtherCAT总线的推广，支持该总线的伺服、步进、气缸、IO等配件已经比较丰富，因此控制系统的总线化趋势已经形成，许多PLC厂家推出了各自的总线型PLC产品，在众多产品中，PLC主机自带的I/O接口几乎没有，用户如果想要通过I/O接口实现一些功能，如差分编码器、高速比较等，就需要另外增加专用的扩展模块，使用不方便且成本增高。

另外，目前当需要PLC主机之间通讯的时候，就需要将多个PLC主机连接到交换机，布线及使用极不方便，且还需额外购置和配置交换机，成本高。

发明内容

本发明实施例提供的PLC主机及PLC系统，主要解决的技术问题是：解决现有PLC主机使用不方便且使用成本高的问题。

为了解决上述问题，本发明实施例提供了一种PLC主机，所述PLC主机包括控制器、分别与所述控制器连接的级联通信接口模块、总线控制通信接口模块以及I/O接口模块；

所述级联通信接口模块用于与上一级PLC主机和/或下一级PLC主机上的级联通信接口通信连接，用于接收上一级PLC主机发送的第一数据，和/或向下一级PLC主机发送第二数据，以及用于接收下一级PLC主机发送的第三数据，和/或向上一级PLC主机发送第四数据；

所述总线控制通信接口模块与从站连接，用于与所述从站交互第五数据；

所述I/O接口模块包括与所述控制器连接的I/O接口电路，以及与所述I/O接口电路连接的I/O接口。

可选地，所述级联通信接口模块包括具有路由功能的至少两个Ethernet/IP接口，其中包括第一Ethernet/IP接口和第二Ethernet/IP接口，所述第一Ethernet/IP接口用于在所述PLC主机不是级联链路中的第一个PLC主机时，与上一级PLC主机的第二Ethernet/IP接口通信连接，所述第二Ethernet/IP接口用于在所述PLC主机不是级联链路中的最后一个PLC主机时，与下一级PLC主机的第一Ethernet/IP接口通信连接。

可选地，所述总线控制通信接口模块包括EtherCAT接口，所述EtherCAT接口与至少一个所述从站连接，用于与所述从站交互第五数据。

可选地，所述PLC主机还包括与所述控制器连接的配置通信接口，所述配置通信接口与服务器或上位机连接，用于接收或下载配置数据和/或调试数据；

和/或，

所述配置通信接口与上位信息系统连接，用于向所述上位信息系统发送现场数据。

可选地，所述配置通信接口为千兆网EtherNET接口。

可选地，所述I/O接口模块包括至少两组I/O接口，所述I/O接口电路包括与所述两组I/O接口分别连接的高速I/O接口电路；

或，所述I/O接口模块包括两组I/O接口，所述I/O接口电路包括与其中一组I/O接口连接的高速I/O接口电路，以及与另一组I/O接口连接的差分编码器输入电路。

可选地，至少一组所述I/O接口包括8个、16个或32个I/O接口。

可选地，所述高速I/O接口电路包括将一个所述I/O接口复用为单端脉冲输出，单端编码器输入的接口复用接口子电路；

和/或，

所述差分编码器输入电路包括差分编码器计数子电路，高速比较子电路和高速锁存子电路中的至少一个。

可选地，所述PLC主机还包括显示单元，所述显示单元包括用于显示各所述I/O接口工作状态的接口状态显示子单元，和用于显示所述PLC主机的信息的主机信息显示子单元中的至少一个。

为了解决上述问题，本发明实施例还提供了一种PLC系统，包括多个如上所述的PLC主机，所述多个PLC主机通过各自的级联通信接口模块实现级联。

有益效果

本发明实施例提供的PLC主机及PLC系统中，PLC主机包括控制器、分别与控制器连接的级联通信接口模块、总线控制通信接口模块以及I/O接口模块，其中：

级联通信接口模块用于与上一级PLC主机和/或下一级PLC主机上的级联通信接口通信连接，用于接收上一级PLC主机发送的第一数据，和/或向下一级PLC主机发送第二数据，以及用于接收下一级PLC主机发送的第三数据，和/或向上一级PLC主机发送第四数据；也即本发明实施例中的PLC主机自带级联通信接口，并可通过该级联通信接口实现与其他PLC主机的级联，不再需要额外配置交换机以及连接到交换机，连接使用更为便捷，成本更低；

总线控制通信接口模块与从站连接，用于与从站交互第五数据，从而实现与从站的通信；

I/O接口模块包括与控制器连接的I/O接口电路，以及与I/O接口电路连接的I/O接口，也即本发明实施例中的PLC主机还配置有I/O接口，在需要通过I/O接口实现相应功能时不再需要额外配置扩展模块，进一步提升了PLC主机使用的便捷性，并可进一步降低PLC主机的使用成本。

本发明其他特征和相应的有益效果在说明书的后面部分进行阐述说明，且应当理解，至少部分有益效果从本发明说明书中的记载变的显而易见。

附图说明

图1为本发明实施例提供的PLC主机结构示意图；

图2为本发明实施例提供的PLC主机的面板示意图；

图3为本发明实施例提供的PLC主机级联示意图；

图4为本发明实施例提供的PLC主机与上位机或服务器连接的示意图；

图5为本发明实施例提供的PLC主机与从站连接的示意图；

图6为本发明实施例提供的PLC主机的I/O接口连接示意图；

图7为本发明实施例提供的PLC主机系统示意图；

图8为本发明实施例提供的网口倾斜示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面通过具体实施方式结合附图对本发明实施例作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本实施例所提供的PLC主机具有功能集成度更高，使用更为便捷，成本更低等优点。为了便于理解，下面对该PLC主机进行示例说明。

本实施例中的PLC主机参见图1所示，包括但不限于控制器、分别与控制器连接的级联通信接口模块、总线控制通信接口模块以及I/O接口模块；

其中，控制器可以通过但不限于CPU、MCU、FPGA等器件实现。

级联通信接口模块用于与上一级PLC主机和/或下一级PLC主机上的级联通信接口通信连接，用于接收上一级PLC主机发送的第一数据，和/或向下一级PLC主机发送第二数据，以及用于接收下一级PLC主机发送的第三数据，和/或向上一级PLC主机发送第四数据；也即本实施例中的PLC主机自带级联通信接口，并可通过该级联通信接口实现与其他PLC主机的级联，不再需要额外配置交换机以及连接到交换机，组网更为简单，且连接使用更为便捷，使用成本更低。

应当理解的是，本实施例中级联通信接口模块包括的级联接口的个数以及具体采用的级联接口的类型可以灵活设置。例如一种示例中，级联通信接口模块可包括具有路由功能的至少两个Ethernet/IP接口，其中包括第一Ethernet/IP接口和第二Ethernet/IP接口，第一Ethernet/IP接口用于在述PLC主机不是级联链路中的第一个PLC主机时，与上一级PLC主机的第二Ethernet/IP接口通信连接，第二Ethernet/IP接口用于在PLC主机不是级联链路中的最后一个PLC主机时，与下一级PLC主机的第一Ethernet/IP接口通信连接。本实施例中的第一Ethernet/IP接口和第二Ethernet/IP接口为百兆级通信接口，可以满足各种数据交互需求。当然，本实施例中的Ethernet/IP接口也可替换为能实现上述功能的其他通信接口，这种等同替换也在本实施例的范围内，在此不再赘述。

其中，一种利用上述示例的级联接口实现多个PLC主机级联的PLC系统示例请参见图3所示，位于多个PLC级联的级联链路中，位于级联链路中的首个PLC主机的第二Ethernet/IP接口与下一级PLC主机的第一Ethernet/IP接口通信连接，第一Ethernet/IP接口空置；位于中间的PLC主机的第一Ethernet/IP接口与上一级PLC主机的第二Ethernet/IP接口通信连接，第二Ethernet/IP接口与下一级PLC主机的第一Ethernet/IP接口；位于级联链路中的最后一级的PLC主机的第一Ethernet/IP接口与上一级PLC主机的第二Ethernet/IP接口通信连接，第二Ethernet/IP接口空置。图3所示的PLC主机级联方式，相对采用PLC主机之间通过现场总线的级联方式(例如采用RS485，该种方式通讯速率低，一般小于1Mbit/s，数据交互能力受限制)，本实施例采用以太网的方式，速率可以达到100Mbit/s，通信速率更高。

应当理解的是，本实施例中的级联接口并不限于第一Ethernet/IP接口和第二Ethernet/IP接口，还可根据需求增设第三Ethernet/IP接口、第四Ethernet/IP接口等，且设置的第三Ethernet/IP接口、第四Ethernet/IP接口的功能也可根据具体需求灵活设置。

本实施例中的总线控制通信接口模块与从站连接，用于与从站交互第五数据；且本实施例中的总线控制通信接口模块的类型以及个数可以灵活设定。例如，一种示例中的总线控制通信接口模块可包括EtherCAT(Ether Control Automation Technology，以太网控制自动化技术)接口，该EtherCAT接口与至少一个从站连接，用于与从站交互第五数据。可选地，本实施例中的EtherCAT接口可以为千兆级通信接口，也可根据需求设置为百兆级通信接口，以满足各种通信数据的交互需求。当然，总线控制通信接口模块也可采用其他类型通信接口。

本实施例中的EtherCAT接口支持EtherCAT主站功能，可以连接符合ETG标准各种从站。一种示例请参见图5所示，PLC主机作为EtherCAT主站，与符合ETG标准的ECAT伺服、ECAT步进、ECAT模块以及气缸等从设备连接。这种采用总线的控制方式，与采用脉冲式控制方式相比，接线简单、通讯速率更快、可以采集很多执行机构信息，方便排错等优点。

本实施例中的I/O接口模块包括与控制器连接的I/O接口电路，以及与I/O接口电路连接的I/O接口。一种示例中，I/O接口模块包括至少两组I/O接口，I/O接口电路包括与两组I/O接口分别连接的高速I/O接口电路；

或，I/O接口模块包括两组I/O接口，I/O接口电路包括与其中一组I/O接口连接的高速I/O接口电路，以及与另一组I/O接口连接的差分编码器输入电路。

在本实施例的一种示例中，高速I/O接口电路包括将一个I/O接口复用为单端脉冲输出，单端编码器输入的接口复用接口子电路；

和/或，差分编码器输入电路包括差分编码器计数子电路，高速比较子电路和高速锁存子电路中的至少一个。其中，应当理解的是，本实施例中的高速比较子电路可以通过纯软件实现，也可通过软硬件结合实现，或通过纯硬件电路实现；本实施例中的高速锁存子电路也可通过纯软件实现，或通过软硬件结合实现，或通过纯硬件电路实现；通过软件实现时，可以通过但不限于FPGA对应的软件程序实现。

在本实施例中，I/O接口模块包括的至少两组I/O接口中，可以在PLC主机上设置多排I/O接口，一排I/O接口对应一组I/O接口，也可将该至少两组I/O设置为一排。在本实施例中的另一些示例中，I/O接口模块也可包括三组I/O接口、四组I/O接口等，具体可根据需求灵活设置。

在本实施例的一些示例中，设置的多组I/O接口中，各组I/O接口包括的接口数可以相同，也可不同，或部分相同，部分不同。且具体的I/O接口数可以根据应用需求灵活设置。例如可以设置至少一组I/O接口包括8个、16个或32个I/O接口。

例如，在本实施例的一种应用场景中，可以在PLC主机的面板的右侧设置有两组I/O接口，每组I/O接口具有32点。一种示例请参见图6所示，一组I/O接口可以配置成通用的高速IO(也可以复用为单端脉冲输出，单端编码器输入)；另一组I/O接口配置成带差分编码器输入功能(可以做差分编码器计数，高速比较，高速锁存等功能)。这种设置方式与市场上现有的总线型PLC(基本不带IO，需要接扩展模块)相比，要想实现同样的配置，性价比高；自带的差分编码器可以做高速锁存、一维高速比较输出、二维高速比较输出、三维高速比较输出，可以做高速高精度控制。

可选地，本实施例中的PLC主机还可包括与控制器连接的配置通信接口，该配置通信接口可与服务器或上位机连接，用于接收或下载配置数据和/或调试数据；和/或，配置通信接口与上位信息系统连接，用于向所述上位信息系统发送现场数据。

本实施例中的配置通信接口的类型也可灵活设置，例如一种示例中，该配置通信接口的可以配置为但不限于千兆网EtherNET接口。一些应用示例中，该千兆网EtherNET接口可用来与上位计算机通讯，其实现可功能可包括但不限于以下两个方面：在PLC程序编写、调试阶段，与上位计算机连接，在程序下载、调试时，传输速度快，用户体验好；在PLC正常工作时，与上位信息系统连接，如SCADA系统、MES系统对接，需要传送大量的现场数据，采用千兆网，速率快，效率高。

例如一种示例请参见图4所示，各PLC主机位于设备层，通过千兆网EtherNET接口与计算机、服务器、SCADA系统、MES、EPR等中的至少一个通信连接，在PLC程序编写、调试阶段，与上位计算机连接，在程序下载、调试时，传输速度快，用户体验好；在PLC正常工作时，与上位信息系统连接，如SCADA系统、MES系统对接，需要传送大量的现场数据，且采用千兆网，速率快，效率高。

可选地，在本实施例的一些示例中，PLC主机还可包括显示单元，显示单元可包括用于显示各I/O接口工作状态的接口状态显示子单元，和用于显示PLC主机的信息的主机信息显示子单元中的至少一个。其中显示的PLC主机的信息可以包括但不限于PLC主机的工作状态信息、数据配置信息、故障信息等。且本实施例中的显示单元可以通过但不限于数码管、液晶屏、OLED屏等实现。

在本示例的一些示例中，接口状态显示子单元可包括针对每一I/O接口进行显示的指示灯，以用于针对每一I/O接口的工作状态进行实时显示，从而便于实时查看。

应当理解的是，本实施例中上述各接口和显示单元在PLC主机的面板上的布局和设置方式可以灵活设定。例如，一种设置示例请参见图2所示，其中在面板的左侧设置有4个网口，从上往下分别为千兆网EtherNET接口、第一Ethernet/IP接口、第二Ethernet/IP接口和千兆网EtherCAT接口。在面板的右侧设置有两组I/O接口，以及对应两组I/O接口设置的I/O指示灯。且本实施例中的I/O接口可以为对插式的接口。

一种应用场景中的PLC主机内部结构示意图请参见图7所示，其包括CPU，与CPU连接的千兆网EtherNET接口、第一Ethernet/IP接口、第二Ethernet/IP接口和千兆网EtherCAT接口。其中，千兆网EtherNET接口通过第一物理芯片PHY1与CPU连接，第一Ethernet/IP接口和第二Ethernet/IP接口通过第二物理芯片PHY2与CPU连接，千兆网EtherCAT接口通过第三物理芯片PHY3与CPU连接。在本应用场景中，包括两组I/O接口，每组I/O接口包括32位，其中一组接口用作3路差分编码器输入，4路高速输入，4路高速输出；另一组接口用作8路高速输入复用8路单端编码器，8路高速输出复用8路单端脉冲输出，8路高速输入以及8路高速输出，8路高速输入以及8路高速输出可通过复杂可编程逻辑器件CPLD与CPU通信连接。

可见，本实施例基于将越来越多的数据处理，产线控制端联机要求，以及常见的逻辑控制，复杂的运动控制结合于一体的思路，设计了一款集合数据处理，总线控制，产线联机，逻辑控制，运动控制一体的PLC主机。主要解决了当前PLC功能较为单一，只能处理较为简单的逻辑控制的问题。与目前市场上PLC相比，在使用的时候布线方便、通讯速率高、成本低；通过高速IO实现硬件级的高速锁存、高速比较输出，实现更高精度的控制。

本实施例还提供了一种PLC系统，包括多个如上所述的PLC主机，多个PLC主机通过各自的级联通信接口模块实现级联。

可选地，在本实施例的一些示例中，为了便于接线方便，以及提升接线的可靠性，还可将千兆网EtherNET接口、第一Ethernet/IP接口、第二Ethernet/IP接口和千兆网EtherCAT接口中的至少一个设置位向下倾斜的结构设计，且倾斜的角度可以灵活设置，例如可以设置位30°值60°。为了便于理解，下面以一种示例进行说明，请参见图8所示。

如图8所示，PLC主机包括壳体以及至少四个网口20(可以对应为上述四个网口)。在这至少四个网口20中，在这至少四个网口20中，有至少一个网口20为向下倾斜的斜插式网口。可以理解的是，在一些场景下，斜插式网口与水平式接口相比，更容易插拔。斜插式网口可以通过使用本身就具备倾斜插接口的网络连接器实现，也可以直接将传统直插接口的网络连接器在电路板上倾斜设置或者电路板整体倾斜。由于斜插式网口倾斜，其与壳体平面存在一定的夹角，因而斜插式网口可以从壳体中突出一部分。但在本实施例中，斜插式网口不从壳体中突出。本实施例中，壳体包括“V”型斜面，可以理解的是，“V”型斜面包括第一斜面21和第二斜面22。网口20从第一斜面21露出，与之相对的则是第二斜面22。倾斜的网口20的接口端面与第一斜面21齐平，也就是说，第一斜面21与网口20的接口端面在同一平面上。第一斜面21与第二斜面22之间形成供通讯端子插接的空间。这样的结构较为美观，且由于其网口20相对于壳体是内凹的，不易受到外力碰撞，避免运输或安装、使用过程中因外力损坏。应当说明的是“V”型斜面并不限制两个斜面严格相交为“V”型，第一斜面21和第二斜面22之间也可以有一定的间隔，例如图第一斜面21和第二斜面22之间以小段圆弧过渡，但两个斜面之间整体呈“V型”。但在具体实施过程中，只要不阻碍网络端子的拔插，“V”型斜面也可以设计为其他形状。本实施例的斜插式网口为向下倾斜，从而灰尘也更不易掉落入网口20中，闲置的网口20也不易积累大量灰尘。本实施例的斜插式网口的底部倾斜，第一斜面21与分支器1的底部平面形成一定的角度，具体实施中可以选择30度-60度、45度-75度等，在一些实施方式中还可为20度-40度，例如可以选择20度-30度、25度-35度、30度-40度，50度-60度，还例如20度、24.5度、25度、31.4度、32度、33.6度、35度、37度、40度、58.6度、60度。

需要说明的是，在本文中，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、物品或者装置不仅包括那些要素，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、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (10)

1.一种PLC主机，其特征在于，所述PLC主机包括控制器、分别与所述控制器连接的级联通信接口模块、总线控制通信接口模块以及I/O接口模块；

所述级联通信接口模块用于与上一级PLC主机和/或下一级PLC主机上的级联通信接口通信连接，用于接收上一级PLC主机发送的第一数据，和/或向下一级PLC主机发送第二数据，以及用于接收下一级PLC主机发送的第三数据，和/或向上一级PLC主机发送第四数据；

所述总线控制通信接口模块与从站连接，用于与所述从站交互第五数据；

所述I/O接口模块包括与所述控制器连接的I/O接口电路，以及与所述I/O接口电路连接的I/O接口。

2.如权利要求1所述的PLC主机，其特征在于，所述级联通信接口模块包括具有路由功能的至少两个Ethernet/IP接口，其中包括第一Ethernet/IP接口和第二Ethernet/IP接口，所述第一Ethernet/IP接口用于在所述PLC主机不是级联链路中的第一个PLC主机时，与上一级PLC主机的第二Ethernet/IP接口通信连接，所述第二Ethernet/IP接口用于在所述PLC主机不是级联链路中的最后一个PLC主机时，与下一级PLC主机的第一Ethernet/IP接口通信连接。

3.如权利要求1所述的PLC主机，其特征在于，所述总线控制通信接口模块包括EtherCAT接口，所述EtherCAT接口与至少一个所述从站连接，用于与所述从站交互第五数据。

4.如权利要求1-3任一项所述的PLC主机，其特征在于，所述PLC主机还包括与所述控制器连接的配置通信接口，所述配置通信接口与服务器或上位机连接，用于接收或下载配置数据和/或调试数据；

和/或，

所述配置通信接口与上位信息系统连接，用于向所述上位信息系统发送现场数据。

5.如权利要求4所述的PLC主机，其特征在于，所述配置通信接口为千兆网EtherNET接口。

6.如权利要求1-3任一项所述的PLC主机，其特征在于，所述I/O接口模块包括至少两组I/O接口，所述I/O接口电路包括与所述两组I/O接口分别连接的高速I/O接口电路；

或，所述I/O接口模块包括两组I/O接口，所述I/O接口电路包括与其中一组I/O接口连接的高速I/O接口电路，以及与另一组I/O接口连接的差分编码器输入电路。

7.如权利要求6所述的PLC主机，其特征在于，至少一组所述I/O接口包括8个、16个或32个I/O接口。

8.如权利要求6所述的PLC主机，其特征在于，所述高速I/O接口电路包括将一个所述I/O接口复用为单端脉冲输出，单端编码器输入的接口复用接口子电路；

和/或，

所述差分编码器输入电路包括差分编码器计数子电路，高速比较子电路和高速锁存子电路中的至少一个。

9.如权利要求1-3任一项所述的PLC主机，其特征在于，所述PLC主机还包括显示单元，所述显示单元包括用于显示各所述I/O接口工作状态的接口状态显示子单元，和用于显示所述PLC主机的信息的主机信息显示子单元中的至少一个。

10.一种PLC系统，其特征在于，包括多个如权利要求1-9任一项所述的PLC主机，所述多个PLC主机通过各自的级联通信接口模块实现级联。

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