CN112711217A - 基于can总线的主从可配置plc控制器 - Google Patents

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CN112711217A
CN112711217A CN201911028786.7A CN201911028786A CN112711217A CN 112711217 A CN112711217 A CN 112711217A CN 201911028786 A CN201911028786 A CN 201911028786A CN 112711217 A CN112711217 A CN 112711217A
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赵德政
林浩
陈海
郭佳
郭肖旺
原惠峰
张彪
王永峰
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • 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
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/10—Plc systems
    • G05B2219/11—Plc I-O input output
    • G05B2219/1103—Special, intelligent I-O processor, also plc can only access via processor

Abstract

本发明提供一种基于CAN总线的主从可配置PLC控制器，包括：若干PLC模块，所述PLC模块具有IO单元，所述PLC模块能配置为CAN主站模式或CAN从站模式；CAN总线，与各所述PLC模块通讯连接；上位机，通过以太网模块与各所述PLC模块通讯连接，所述上位机用于将所述PLC模块配置为CAN主站或CAN从站，并通过所述以太网模块将配置信息发送至CAN主站。本发明基于CAN总线的主从可配置PLC控制器降低PLC双机冗余控制系统的构建成本。

Description

基于CAN总线的主从可配置PLC控制器
技术领域
本发明涉及工业控制自动化技术领域，尤其涉及一种基于CAN总线的主从可配置PLC控制器。
背景技术
可编程逻辑控制器(PLC)是一类采用可编程的嵌入式控制设备，其编程规范遵从IEC61131标准。其运行机制可以概括为通信、采集数据、逻辑运算、输出数据、故障诊断。PLC本身具有可编程功能，以及支持模块扩展，因此被广泛应用在工业控制领域。PLC按照被控系统的大小可以分为大型PLC、中型PLC和小型PLC。
目前存在的小型PLC多为一体式，控制器模块自身集成IO功能，也可以通过扩展IO模块来增加控制点数。但是扩展模块不能单独使用。提升了后期备件和维护成本。
发明内容
本发明提供的基于CAN总线的主从可配置PLC控制器，扩展IO模块能够配合任意PLC模块形成主站。
本发明提供一种基于CAN总线的主从可配置PLC控制器，包括：
若干PLC模块，所述PLC模块具有IO单元，所述PLC模块能配置为CAN主站模式或CAN从站模式；
CAN总线，与各所述PLC模块通讯连接；
上位机，通过以太网模块与各所述PLC模块通讯连接，所述上位机用于将所述PLC模块配置为CAN主站或CAN从站，并通过所述以太网模块将配置信息发送至CAN主站。
可选地，所述PLC控制器具有软件程序，所述软件程序的架构包括：驱动层、平台适配层、系统层和应用层。
可选地，所述应用层包括：
CAN协议栈模块，用于现场总线通信，并将收到的数据发送至共享数据区；
IO数据采集与处理模块，将输入数据传送至共享数据区，将输出数据传送至本地硬件模块；
IEC任务模块，用于从IEC数据区获取输入数据并根据IEC逻辑进行运算，将计算后的输出数据存储至IEC数据区；IEC数据区与共享数据区进行周期性的数据交互；
通信处理模块，用于接收上位机下发的控制命令或者数据，并转发至对应的功能模块。
可选地，所述PLC模块包括：
电源板，用于整个模块的供电；
本地IO信号板，用于驱动和接收本地IO信号；
CPU板，用于支持软件运行和背板总线、通信总线和网络。
可选地，所述若干PLC模块包括：两个数字量模块、两个模拟量模块、两个混合模块和两个热电偶模块。
可选地，所述CAN主站运行所述软件的应用层的IO采集与输出模块、CAN协议栈模块、IEC任务模块、上位机通信模块和通信处理模块。
可选地，所述CAN从站运行所述软件的应用层的IO采集与输出模块和CAN协议栈模块。
可选地，共享数据区与IEC数据区结构一致。
可选地，还包括IO扩展模块和通信扩展模块，所述控制器模块为IO扩展模块和通信扩展模块供电。
可选地，所述控制器模块通过CAN链路与IO扩展模块和通信扩展模块通信。
本发明基于CAN总线的主从可配置PLC控制器摆脱了专用冗余通信模块限制的PLC双机冗余技术，无需用户参与冗余数据同步、故障诊断判决和状态切换，灵活地实现高可靠、高健壮性的PLC双机冗余功能，降低PLC双机冗余控制系统的构建成本。
附图说明
图1为本发明基于CAN总线的主从可配PLC控制器一实施例系统图；
图2为本发明基于CAN总线的主从可配PLC控制器一实施例架构图；
图3为本发明基于CAN总线的主从可配PLC控制器一实施例输入接口示意图；
图4为本发明基于CAN总线的主从可配PLC控制器一实施例框架示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。
本实施例提供一基于CAN总线的主从可配PLC控制器，基于CAN总线的主从可配置PLC控制器，包括：
若干PLC模块，所述PLC模块具有IO单元，所述PLC模块能配置为CAN主站模式或CAN从站模式；
CAN总线，与各所述PLC模块通讯连接；
上位机，通过以太网模块与各所述PLC模块通讯连接，所述上位机用于将所述PLC模块配置为CAN主站或CAN从站，并通过所述以太网模块将配置信息发送至CAN主站。
作为本实施例的可选实施方式，小型CAN总线PLC系统最大支持两个数字量模块、两个模拟量模块、两个混合模块、两个热电偶模块。每个PLC模块既可以配置为CAN主站模式，又可以配置为CAN从站模式。
当配置为主站模式的时候，模块支持以太网通信、支持IEC主任务、支持掉电保护、支持与从站交互数据等功能。
当模块配置为从站时，不再运行IEC任务，仅运行从站IO功能以及现场总线从站功能。控制器模块在收到配置文件时根据实际情况将配置信息通过现场总线发送至各个从站模块。
基于CAN总线的PLC控制系统通过CAN总线进行扩展，最大支持一个CAN主站模块、七个CAN从站模块组成控制系统。如图一所示。本发明的最大特点是每个模块既可以配置为CAN主站，也可以配置为CAN从站。增加了网络配置的灵活性。作为CAN从站运行时，模块采集的数据会直接传送给CAN主站模块，从站模块自身不运行IEC任务，其输出数据来源于CAN主站。
在上述实施方式中：
数字量输入输出模块，最大支持16个数字量输入，16个数字量输出。现场16路数字量信号通过连接器进入模块，通过光耦与现场隔离。模块电压模式下，当输入为5V～30VDC时，为逻辑1；当输入的电压为0V～3VDC时，为逻辑0。
模拟量输入模块，最大支持16个模拟量输入。现场16路模拟量信号通过连接器进入模块，通过光耦与现场隔离。模块支持的电流输入范围为4-20mA，支持的电压范围为-5～5V。
多通道混合模块，最大支持8个数字量输入，8个数字量输出,8个模拟量输入，2个模拟量输出。现场8路数字量信号通过连接器进入模块，通过光耦与现场隔离。模块电压模式下，当输入为5V～30VDC时，为逻辑1；当输入的电压为0V～3VDC时，为逻辑0。通过控制8路继电器，通过数字输出通道，以继电器输出形式对外提供数字控制信号。模拟输入有8个独立通道，支持电压输入模式和电流输入模式。电压输入支持-5V——+5V，电流输入支持4——20mA，支持二线制传感器的接入。模拟输出有2个独立通道，目前支持电流输出模式，输出电流范围4——20mA。
可选地，所述若干PLC模块包括：两个数字量模块、两个模拟量模块、两个混合模块和两个热电偶模块。
可选地，所述CAN主站运行所述软件的应用层的IO采集与输出模块、CAN协议栈模块、IEC任务模块、上位机通信模块和通信处理模块。
可选地，所述CAN从站运行所述软件的应用层的IO采集与输出模块和CAN协议栈模块。
可选地，共享数据区与IEC数据区结构一致。
可选地，还包括IO扩展模块和通信扩展模块，所述控制器模块为IO扩展模块和通信扩展模块供电。
可选地，所述控制器模块通过CAN链路与IO扩展模块和通信扩展模块通信。
可选地，如图2所示，所述PLC控制器具有软件程序，所述软件程序的架构包括：驱动层、平台适配层、系统层和应用层。
可选地，所述应用层包括：
CAN协议栈模块，用于现场总线通信，并将收到的数据发送至共享数据区；
IO数据采集与处理模块，将输入数据传送至共享数据区，将输出数据传送至本地硬件模块；
IEC任务模块，用于从IEC数据区获取输入数据并根据IEC逻辑进行运算，将计算后的输出数据存储至IEC数据区；IEC数据区与共享数据区进行周期性的数据交互；
通信处理模块，用于接收上位机下发的控制命令或者数据，并转发至对应的功能模块。
具体地，上位机软件分别将不同模块配置为CAN主站或者CAN从站，并生成配置文件，通过以太网通信模块下发至默认的CAN主站模块，CAN主站在收到配置文件后，按照预定的格式进行解析，并根据解析结果将配置命令发送至各个模块进行硬件配置。如果一个模块被配置为CAN主站，则会运行IO采集与输出模块、CAN协议栈模块、IEC任务模块、上位机通信模块、ModbusRTU通信模块，如果一个模块被配置为从站，则仅会运行IO采集与输出模块和CAN协议栈模块。此外，在CAN主站和CAN从站模式下，都会运行驱动层程序、平台适配层程序和运行时系统程序。
IEC数据区分为输入区I区、输出Q区、全局变量区G区、掉电保持变量区R区、诊断变量区D区。共享数据区与IEC数据区结构和大小保持一致。
I区、Q区和D区的交互过程都是单向的，即仅会从一个分区复制到另一个分区。
I区的数据搬运过程是从共享数据区的I区搬运到IEC的I区。
Q区的数据搬运过程是从IEC的Q区搬运到共享数据区的Q区。
D区的数据搬运过程是从共享数据区的D区搬运到IEC的D区。
可选地，所述PLC模块包括：
电源板，用于整个模块的供电；
本地IO信号板，用于驱动和接收本地IO信号；
CPU板，用于支持软件运行和背板总线、通信总线和网络。
系统功能框图如图4所示，PLC模块的硬件板卡分为三部分：电源板、本地IO信号板、CPU板。电源板负责整个模块的供电，本地IO信号板负责驱动和接收本地IO信号，CPU板负责支持软件运行和背板总线、通信总线、网络。控制器模块同时通过模块两边的接口为IO扩展模块和通信扩展模块供电。控制器模块通过CAN链路和IO扩展模块、通信扩展模块进行通信。控制器模块内部设计有一个三口的网络交换芯片，所以控制器支持两路以太网通信。
可选地，IO信号板硬件原理如图3所示。IN为模拟量输入的正端，AIN为模拟量输入的负端，OPT为电压信号或电流信号切换端。当OPT为1时，TLP3123截至，电流不经过电阻R3，外部输入为-5V～+5V电压信号。当OPTO_AN为0时，TLP3123导通，电流经过电阻R3，外部输入为4～20mA电流信号。
本领域普通技术人员可以理解实现上述方法实施例中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random AccessMemory，RAM)等。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种基于CAN总线的主从可配置PLC控制器，其特征在于：包括：
若干PLC模块，所述PLC模块具有IO单元，所述PLC模块能配置为CAN主站模式或CAN从站模式；
CAN总线，与各所述PLC模块通讯连接；
上位机，通过以太网模块与各所述PLC模块通讯连接，所述上位机用于将所述PLC模块配置为CAN主站或CAN从站，并通过所述以太网模块将配置信息发送至CAN主站。
2.如权利要求1所述基于CAN总线的主从可配置PLC控制器，其特征在于：所述PLC控制器具有软件程序，所述软件程序的架构包括：驱动层、平台适配层、系统层和应用层。
3.如权利要求2所述基于CAN总线的主从可配置PLC控制器，其特征在于：所述应用层包括：
CAN协议栈模块，用于现场总线通信，并将收到的数据发送至共享数据区；
IO数据采集与处理模块，将输入数据传送至共享数据区，将输出数据传送至本地硬件模块；
IEC任务模块，用于从IEC数据区获取输入数据并根据IEC逻辑进行运算，将计算后的输出数据存储至IEC数据区；IEC数据区与共享数据区进行周期性的数据交互；
通信处理模块，用于接收上位机下发的控制命令或者数据，并转发至对应的功能模块。
4.如权利要求1所述基于CAN总线的主从可配置PLC控制器，其特征在于：所述PLC模块包括：
电源板，用于整个模块的供电；
本地IO信号板，用于驱动和接收本地IO信号；
CPU板，用于支持软件运行和背板总线、通信总线和网络。
5.如权利要求1所述基于CAN总线的主从可配置PLC控制器，其特征在于：所述若干PLC模块包括：两个数字量模块、两个模拟量模块、两个混合模块和两个热电偶模块。
6.如权利要求3所述基于CAN总线的主从可配置PLC控制器，其特征在于：所述CAN主站运行所述软件的应用层的IO采集与输出模块、CAN协议栈模块、IEC任务模块、上位机通信模块和通信处理模块。
7.如权利要求3所述基于CAN总线的主从可配置PLC控制器，其特征在于：所述CAN从站运行所述软件的应用层的IO采集与输出模块和CAN协议栈模块。
8.如权利要求3所述基于CAN总线的主从可配置PLC控制器，其特征在于：共享数据区与IEC数据区结构一致。
9.如权利要求4所述基于CAN总线的主从可配置PLC控制器，其特征在于：还包括IO扩展模块和通信扩展模块，所述控制器模块为IO扩展模块和通信扩展模块供电。
10.如权利要求9所述基于CAN总线的主从可配置PLC控制器，其特征在于：所述控制器模块通过CAN链路与IO扩展模块和通信扩展模块通信。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN113985800A (zh) * 2021-09-30 2022-01-28 中国船舶重工集团公司第七一八研究所 基于以太网通信的plc系统扩展io子站的控制系统

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