CN114740796A - 一种具有分布式处理器的大型plc系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种具有分布式处理器的大型PLC系统，包括主站模块和从站模块，主站模块包括主站CPU模块和通信模块，主站CPU模块通过通信模块与从站模块通信，从站模块包括从站DCPU模块和IO模块，IO模块用于收发信号，从站DCPU模块用于读取信号并处理后输出信号，从站DCPU模块包括不同的模式，分别为集成模式、隔离模式和混杂模式；本发明提升了大型PLC系统的整体健壮性：当某一从站和主站CPU断开通信时，此从站DCPU模块可自动切换至隔离模式，并执行自身存储的PLC程序，避免因从站脱机导致的工作异常，保证了工作的正常运行，更加安全，而传统大型PLC系统在面临此故障场景时，该从站所有IO模块脱机，无法执行任何输入输出的逻辑运算操作。

Description

一种具有分布式处理器的大型PLC系统

技术领域

本发明涉及PLC控制技术领域，特别涉及一种具有分布式处理器的大型PLC系统。

背景技术

可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，PLC)，是一种具有微处理器的用于自动化控制的数字运算控制器，可以将控制指令随时载入内存进行储存与执行。

可编程控制器由CPU模块、通信模块、IO模块、电源模块等功能单元组成。其中，处理器单元(CPU)，是PLC的控制中枢，也是PLC的核心部件，它解释输入、执行存储在内存中的控制程序并发送输出信号。

随着集成电路与通信技术发展，以及工业自动化要求的不断提高，逐渐演化出CPU模块和IO模块之间通过各级通信模块相连的中大型PLC形态，一个CPU模块可扩展出上万个IO点进行逻辑控制，极大拓展了PLC的适用范围。

但是，由于实际生产环境物理结构与空间地域限制，大型PLC的CPU模块和通信模块、IO模块可能会位于不同地点，例如：CPU模块安装在机房，而IO模块安装在生产现场，中间通过通信模块的通讯总线，如以太网总线，进行拓展连接。以上大型PLC系统变化带来一些实际问题：

(1)CPU模块故障或通信线缆故障时，IO模块无任何逻辑运算功能，无法执行PLC程序，系统宕机；

(2)所有程序逻辑都由单一CPU模块执行，在复杂应用场景中，可能会出现由于CPU计算资源不足引发的系统异常；

(3)由于CPU和IO模块之间交互数据需要经过背板模块、通信模块主站、通信模块从站进行转发，由IO输入到CPU计算到IO输出需较长时间，至少100ms以上才能完成闭环操作。

以上是大型PLC系统中普遍存在的问题，并没有得到有效的解决。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种具有分布式处理器的大型PLC系统，以解决背景技术中所提到的问题，克服现有技术中存在的不足。

为了实现上述目的，本发明一方面的实施例提供一种具有分布式处理器的大型PLC系统，包括主站模块和从站模块，主站模块包括主站CPU模块和通信模块，主站CPU模块通过通信模块与从站模块通信，从站模块包括从站DCPU模块和IO模块，IO模块用于收发信号，从站DCPU模块用于读取主站模块信号并经过处理运算后输出信号，从站DCPU模块包括集成模式、隔离模式和混杂模式；当从站DCPU模块接收到集成模式指令信号时，采用集成模式接收来自主站CPU模块的预处理指令信号，并将预处理指令信号预处理后输出；当从站模块与主站模块通信断开时，从站DCPU模块采用隔离模式读取本从站的输入信号，对本从站输入信号进行独立处理后输出；当接收到主站CPU模块混杂模式指令信号时，从站DCPU模块采用混杂模式接收主站CPU模块子指令信号，并将子指令信号进行处理后反馈给主站CPU模块。

优选的是，主站CPU模块的预处理指令信号包括参数下发指令信号、IO输出指令信号和对时指令信号。

在上述任一方案中优选的是，从站DCPU模块用于读取主站模块信号并经过逻辑处理运算后输出信号，具体包括以下步骤：

步骤S1:判断和主站CPU模块连接是否全部断开；若是，则执行步骤S2；若否，执行步骤S4；

步骤S2:判断是否曾下发程序指令信号，若是，则采用隔离模式,开始执行程序指令信号，控制PLC系统从站运行；若否，则执行步骤S3；

步骤S3:判断是否与主站CPU模块重新建立起连接，若是，则执行步骤S4；若否，等待三十秒，再次判断是否与主站CPU模块重新建立起连接；

步骤S4:与主站CPU模块建立通信连接，接收模式指令信号；

步骤S5:判断是否为集成模式指令,若是，则采用集成模式，收发主站模块的预处理指令信号；若否，则执行步骤S6；

步骤S6:判断是否为混杂模式指令,若是，则采用混杂模式，收发主站CPU模块子指令信号；若否，则提示指令错误，并与主站CPU模块重新建立连接，接收模式指令信号。

在上述任一方案中优选的是，在与主站CPU模块建立通信连接的时候，判断是否接收超时，若是，则返回步骤S1；若否，则执行步骤S5。

在上述任一方案中优选的是，子指令信号为远程IO指令信号或子程序指令信号，还包括：

步骤S61：判断子指令信号是否为远程IO指令，如果是，则处理远程IO指令输出，如果否，则执行步骤S62；

步骤S62：判断子指令信号是否为子程序指令，如果是，则处理子程序指令信号，并将处理结果反馈到主站CPU模块中；如果不是，则提示指令错误，重新接受子指令信号。

与现有技术相比，本发明所具有的优点和有益效果为：

1、本发明的一种具有分布式处理器的大型PLC系统提升了大型PLC系统的整体健壮性：当某一从站和主站CPU断开通信时，此从站DCPU可自动切换至隔离模式，并执行自身存储的PLC程序，避免因从站脱机导致的工作异常，保证了工作的正常运行，更加安全，而传统大型PLC系统在面临此故障场景时，该从站所有IO模块脱机，无法执行任何输入输出的逻辑运算操作。

2、本发明的一种具有分布式处理器的大型PLC系统提升了大型PLC系统的整体性能：主站CPU下发子程序运行指令给从站DCPU模块，从站DCPU模块收到指令时，执行编码对应的子程序逻辑，并将执行结果返回给主站CPU模块进行处理，和传统大型PLC系统所有逻辑运算都在主站CPU模块完成相比，此发明提供的DCPU方案大幅提升了大型PLC系统的整体运算性能；处理效率高。

3、本发明相比传统方案，本发明中混杂模式的从站中，所有输入读取、逻辑计算、输出执行都是在从站DCPU模块中完成，无需将中间数据发送给主站进行处理，可将大型PLC系统闭环时间从上百毫秒大幅降低至10-20ms，减轻了主站的运行负担，节约了更多成本。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明实施例一种具有分布式处理器的大型PLC系统中DCPU模块信号处理步骤图。

图2为根据本发明实施例一种具有分布式处理器的大型PLC系统集成模式下的结构示意图。

图3为根据本发明实施例一种具有分布式处理器的大型PLC系统中隔离模式下的结构示意图。

图4为根据本发明实施例一种具有分布式处理器的大型PLC系统中混杂模式下的结构示意图。

图5为根据本发明实施例一种具有分布式处理器的大型PLC系统结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明实施例的一种具有分布式处理器的大型PLC系统，包括主站模块和从站模块，主站模块包括主站CPU模块和通信模块，主站CPU模块通过通信模块与从站模块通信，从站模块包括从站DCPU模块和IO模块，IO模块用于收发信号，从站DCPU模块用于读取主站模块信号并经过处理运算后输出信号，从站DCPU模块包括集成模式、隔离模式和混杂模式；当从站DCPU模块接收到集成模式指令信号时，采用集成模式接收来自主站CPU模块的预处理指令信号，并将预处理指令信号预处理后输出；当从站模块与主站模块通信断开时，从站DCPU模块采用隔离模式读取本从站的输入信号，对本从站输入信号进行独立处理后输出；当接收到主站CPU模块混杂模式指令信号时，从站DCPU模块采用混杂模式接收主站CPU模块子指令信号，并将子指令信号进行处理后反馈给主站CPU模块。

如图5所示，本发明的一种具有分布式处理器的大型PLC系统提升了大型PLC系统的整体健壮性：当某一从站和主站CPU断开通信时，此从站DCPU可自动切换至隔离模式，并执行自身存储的PLC程序，避免因从站脱机导致的工作异常，保证了工作的正常运行，更加安全，而传统大型PLC系统在面临此故障场景时，该从站所有IO模块脱机，无法执行任何输入输出的逻辑运算操作。

进一步的，主站CPU模块的预处理指令信号包括参数下发指令信号、IO输出指令信号和对时指令信号。本发明包含可以多个主站模块，也可以包含多个从站模块，主站模块可以与多个从站模块连接，主站模块也可以与一个从站模块连接，每个从站模块可以与一个或多个其它从站模块连接，主站模块也可以通过一个从站模块与其它从站模块间接连接。从站模块读取主站的信号为程序指令信号。

具体的，如图1所示，从站DCPU模块用于读取主站模块信号并经过逻辑处理运算后输出信号，具体包括以下步骤：

步骤S1:判断和主站CPU模块连接是否全部断开；若是，则执行步骤S2；若否，执行步骤S4。

步骤S2:判断主站模块是否曾下发程序指令信号，程序指令信号即本从站模块的输入信号，若是，采用隔离模式，开始执行程序指令信号，控制PLC系统从站运行，即控制从站模块工作；若否，则执行步骤S3。

如图3所示，当主站模与从站模块通信异常，则工作在隔离模式下。工作在隔离模式下的从站DCPU模块，和其它主站CPU模块或其它从站DCPU模块断开连接，从站DCPU模块作为所在从站的处理器单元的CPU，读取本从站的输入信号，执行内存中存储的程序，并向本从站IO模块输出信号。在此模式下，本从站的DCPU模块和IO模块组成了一套完整的PLC系统，由DCPU模块读取输入、逻辑运算、输出信号。

步骤S3:判断是否与主站CPU模块重新建立起连接，若是，则执行步骤S4；若否，等待三十秒，再次判断是否与主站CPU模块重新建立起连接。

步骤S4:与主站CPU模块建立通信连接，接收模式指令信号。

步骤S5:判断是否为集成模式指令,若是，采用集成模式，收发主站模块的预处理指令信号；若否，则执行步骤S6。

如图2所示，当在集成模式时，若其和主站CPU通信正常，则工作在集成模式。工作在集成模式下的从站DCPU模块，接收来自主站CPU模块的指令信号，包含参数下发指令、IO输出指令、对时指令，并将数据预处理后送至本从站对应其它的模块进行处理。在此模式下，本从站的DCPU模块和传统大型PLC系统中的通信模块类似，不具备逻辑运算功能。

步骤S6:判断是否为混杂模式指令,若是，则采用混杂模式，收发主站CPU模块子指令信号；若否，则提示指令错误，并与主站CPU模块重新建立连接，接收模式指令信号。

如图4所示，工作在混杂模式下的从站DCPU模块，在本模块的存储空间中保存程序，此程序为主站CPU模块的子程序使用。主站CPU模块在运行至从站DCPU模块子程序时，向其发送子程序编码与启动指令，DCPU模块子程序执行完成后，将程序输出返回给主站CPU模块。在此模式下，本从站的DCPU模块具备整套系统的部分逻辑运算功能，降低了主站CPU模块的负荷。

进一步的，在与主站CPU模块建立通信连接的时候，判断是否接收超时，将时间设置30秒，当超过30秒时，则判定为接收超时，若是接收超时，则返回步骤S1；若否，则执行步骤S5。

可选的，子指令信号为远程IO指令信号或子程序指令信号，还包括：

步骤S61：判断子指令信号是否为远程IO指令，如果是，则处理远程IO指令输出，如果否，则执行步骤S62；

步骤S62：判断子指令信号是否为子程序指令，如果是，则处理子程序指令信号，并将处理结果反馈到主站CPU模块中；如果不是，则提示指令错误，重新接受子程序指令信号。

DI为数字信号输入，DO为数字信号输出，AI为模拟信号输入，AO为数字信号输出。

本发明的一种具有分布式处理器的大型PLC系统工作原理为：从站DCPU模块与主站模块通信过程中，根据主站模块的工作情况来分别配置不同模块下的工作模块，集成模式的集成模式为普通模式，处理主站CPU模块的各种信号，当从站DCPU模块与主站模块失联时候，从站DCPU模块可以独立运行并进行逻辑运算，防止因为主站模块瘫痪而对整体的运行造成影响；混杂模式下DCPU模块即可以收发主站模块的信号，也可以帮助主站模块处理部分子程序，接收来自主站的子程序运行指令，在加载、执行本模块中存储的程序后，将子程序执行结果反馈给主站CPU模块，主站CPU模块下发子程序调用指令，从站DCPU模块进行逻辑运算处理后输出子程序返回信息到主站CPU模块，即从站模块能够分担主站模块的逻辑运算的压力。

本发明的一种具有分布式处理器的大型PLC系统，提高了大型PLC系统的处理性能，防止由于主站系统瘫痪而对从站运行造成影响，也可以帮助主站分担处理负担，运行处理效率高，安全性高。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

本领域技术人员不难理解，本发明包括上述说明书的发明内容和具体实施方式部分以及附图所示出的各部分的任意组合，限于篇幅并为使说明书简明而没有将这些组合构成的各方案一一描述。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (5)

1.一种具有分布式处理器的大型PLC系统，其特征在于，包括主站模块和从站模块，所述主站模块包括主站CPU模块和通信模块，所述主站CPU模块通过通信模块与所述从站模块通信，所述从站模块包括从站DCPU模块和IO模块，所述IO模块用于收发信号，所述从站DCPU模块用于读取主站模块信号并经过处理运算后输出信号，所述从站DCPU模块包括集成模式、隔离模式和混杂模式；当所述从站DCPU模块接收到集成模式指令信号时，采用所述集成模式接收来自主站CPU模块的预处理指令信号，并将预处理指令信号预处理后输出；当所述从站模块与所述主站模块通信断开时，所述从站DCPU模块采用所述隔离模式读取本从站的输入信号，对本从站输入信号进行独立处理后输出；当接收到所述主站CPU模块混杂模式指令信号时，所述从站DCPU模块采用所述混杂模式接收主站CPU模块子指令信号，并将子指令信号进行处理后反馈给主站CPU模块。

2.如权利要求1所述的一种具有分布式处理器的大型PLC系统，其特征在于，所述主站CPU模块的预处理指令信号包括参数下发指令信号、IO输出指令信号和对时指令信号。

3.如权利要求1所述的一种具有分布式处理器的大型PLC系统，其特征在于，所述从站DCPU模块用于读取主站模块信号并经过逻辑处理运算后输出信号，具体包括以下步骤：

步骤S1:判断和所述主站CPU模块连接是否全部断开；若是，则执行步骤S2；若否，执行步骤S4；

步骤S2:判断是否曾下发程序指令信号，若是，则采用隔离模式,开始执行程序指令信号，控制PLC系统从站运行；若否，则执行步骤S3；

步骤S3:判断是否与主站CPU模块重新建立起连接，若是，则执行步骤S4；若否，等待三十秒，再次判断是否与主站CPU模块重新建立起连接；

步骤S4:与主站CPU模块建立通信连接，接收模式指令信号；

步骤S5:判断是否为集成模式指令,若是，则采用集成模式，收发主站模块的预处理指令信号；若否，则执行步骤S6；

步骤S6:判断是否为混杂模式指令,若是，则采用混杂模式，收发主站CPU模块子指令信号；若否，则提示指令错误，并与主站CPU模块重新建立连接，接收模式指令信号。

4.如权利要求3所述的一种具有分布式处理器的大型PLC系统，其特征在于，在与主站CPU模块建立通信连接的时候，判断是否接收超时，若是，则返回步骤S1；若否，则执行步骤S5。

5.如权利要求3所述的一种具有分布式处理器的大型PLC系统，其特征在于，所述子指令信号为远程IO指令信号或子程序指令信号，还包括：

步骤S61：判断子指令信号是否为远程IO指令，如果是，则处理远程IO指令输出，如果否，则执行步骤S62；

步骤S62：判断子指令信号是否为子程序指令，如果是，则处理子程序指令信号，并将处理结果反馈到主站CPU模块中；如果不是，则提示指令错误，重新接受子指令信号。

Images