CN1182991A - 使用可编程逻辑控制器的控制系统 - Google Patents

使用可编程逻辑控制器的控制系统 Download PDF

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Abstract

一个使用可编程逻辑控制器(PLC)的控制系统,它能够有效防止PLC系统出现由主PLC或通信线路的异常状态引起的误操作。当主PLC和RSUs的各自的电源接通时间点不一致时,控制系统通过使依据主PLC的全部遥控从属单元(RSU)复位而使其操作时间同步,并且当没有收到来自主PLC的数据时,有选择地输出在正常操作期间最后收到的数据,或者由用户预定的紧急数据。

Description

使用可编程逻辑控 制器的控制系统
本发明涉及一种使用可编程逻辑控制器(″PLC″)的控制系统，更具体地说，涉及一种改进的控制系统，它能够防止可能由主PLC或通信线路的异常状态引起的误操作出现在任一多个遥控从属单元(″RSU″)中。
一般来说，一个PLC系统控制多个控制目标，例如通过用户设定的程序用作与PLC耦合的输入/输出(I/O)连接点的电开关。这样的一种PLC系统使用一种多个通信站相互连接到单一网络的多点方法(1：N通信)。
在PLC系统之间的通信采用局部区域通信方法，通过使用制造自动系统，在生产线内实时交换从几个至几十个字节的数据。
在利用这种制造自动系统的每一生产线中设置的PLC对需要的数据，例如大量的程序包、误差和输出内容从/到其它生产线中相应的PLC进行实时收/发操作，从而根据收到的数据完成协同的任务。
下面将描述PLC和与其相连接的控制目标，以及I/O连接点之间的控制。
为了实现使用PLC的这种控制系统，PLC需要一个CPU(中央处理单元)和一个与其相隔一定距离设置的I/O模块。
然而，考虑到经济的因素，在控制系统中控制目标稠密的每一区域不是安装CPU和遥控的I/O模块，而是使用能实现通信功能和I/O控制功能的多个遥控从属单元，相应地，广泛地使用RSU以扩展PLC中CPU的I/O能力、以及控制遥控I/O的功能。
图1示出了包括一个主PLC(M)和多个RSU(R1-Rn)的常规控制系统。如图中所示，包括一个主PLC、一个数据链路、以及一个I/O模块的主PLC(M)，通过使用用户设定的程序和通信参数控制其自身I/O连接点，并且还控制相应遥控从属单元R1-Rn的I/O连接点。
多个RSU(R1-Rn)的每一个都具有至少一个I/O模块，并通过一个通信电缆与主PLC(M)进行数据通信，由此控制其自身的I/O模块。
参照图2，每一RSU包括：一个用于通过通信电缆实现与主PLC(M)通信的调制解调器(MODEM)10；一个用于根据预定的协议与主PLC(M)交换数据的收/发模块11；一个将用于交换的数据暂时存储在其中的收/发缓冲器12；一个存储从主PLC(M)传送给输入/输出模块16的数据存储的输出数据存储单元13；一个存储从输入/输出模块16传送给主PLC(M)的数据的输入数据存储单元14；以及一个控制数据存储单元13、14和输入/输出模块16之间的数据传输的输入/输出控制模块15。
下面参照附图解释这样构成的常规控制系统的操作。
首先，在主PLC(M)中的数据链路是一个连接到主PLC(M)上的数据链路器件，在相应网络中作为一个主单元工作，并且获得数据通信的主动权。数据链路能设定RSU的一个最大数N。
RSU设定其自身和主PLC(M)的每一序数，并接收来自主PLC(M)的用于进行数据通信的通信权。
主PLC(M)中的数据链路依次选择RSU(R1-Rn)并进行数据收/发操作。
例如，当通过通信电缆和MODEM10将主PLC(M)输出的数据提供给RSU(R1)时，所提供的数据经过收/发缓冲器12和收/发模块11传送，并存储在输出数据存储单元13中。根据输入/输出控制模块15的控制将存储在输出数据存储单元13中的数据输出给输入/输出模块16。
根据输入/输出控制模块15的控制将自遥控从属单元R1的输入/输出模块16读出的外部控制目标数据存储在输入数据存储单元14中。将存储在输入数据存储单元14中的数据通过收/发缓冲器12和收/发模块11传送到主PLC(M)。
图3A至3D是描述主PLC(M)和RSU(R1-Rn)的各个电源接通点的视图，其中主PLC(M)和RSU的各电源接通时间点根据其间的不同距离以主PLC(M)为基础从Tg1变到Tg3。因而，RSU(R1-R3)的电源接通时间Ton和操作起始时间Ts是彼此不同的，并且各个RSU(R1-R3)可随着以主PLC(M)为基础Tg1-Tg2的时间差变得可操作。
结果是，主PLC(M)在Tg1-Tg3的每一期间对RSU(R1-R3)没有可靠性，并且当根据RSU(R1-R3)的输入/输出值正执行合作任务时，可能因这样的操作时间点不一致而在生产自动系统中出现误操作。
此外，因为RSU不能独自地执行用户的程序，并且RSU根据PLC中CPU程序控制输入/输出连接点和数据通信，主PLC(M)有可能由于不稳定通信线路、通信中断、主PLC(M)的电源故障等的影响而不以控制RSU的输出值。
在这时，RSU没有从主PLC(M)中接收要输出给输出模块的数据，因而依次将最后收到的存储在输出数据存储单元13中的数据输出给输出模块，从而使控制系统在各种环境下的可靠性降低。
此外，取决于主PLC(M)和各个电源的在遥控从属单元之间的电源供给时间和电源中断时间是彼此不同的，从而输入/输出数据不能使针对输入/输出数据的同步令人满意。
因此，本发明的一个目的是提供一种使用可编程逻辑控制器的控制系统，当没有接收来自主PLC的数据时，它能有选择地输出在正常操作期间最后接收到的数据或者由用户预定的紧急数据。
本发明的另一个目的是提供一种使用可编程逻辑控制器的控制系统，通过使用电源供电时间点彼此不同的主PLC与RSUs之间的数据传输同步，它能稳定地执行整个系统的协同任务。
为了实现上述目的，提供了一种控制系统，其特征在于，它包括主可编程逻辑控制器(PLC)、多个遥控从属单元(RSUs)、以及在主PLC与RSUs之间进行数据通信的通信电缆，其中主PLC包括一个紧急数据设定单元，它能在RSUs没有收到来自主PLC的控制数据时使用户设定使用的控制数据，并且其中RSUs的每一个都包括一个用于将由紧急数据设定单元确定的紧急数据存储在其中的紧急输出数据存储单元；一个用于将从主PLC正常收到的控制数据存储在其中的正常输出数据存储单元；一个输出数据选择开关，当RSU没有从主PLC中接收控制数据时，它能使用户从紧急输出数据和从主PLC最后收到的正常输出数据中选择一个数据；一个定时器，用于当在预定的时间内没有从主PLC接收控制数据时输出一输出信号；一个输入/输出控制器，当收到来自定时器的输出信号时，它有选择地输出从在紧急输出数据存储单元中存储的紧急输出数据和存储在正常输出数据存储单元中的正常输出数据中选择的一个数据。
进一步地，为了实现上述目的，提供了一种控制系统，其特征在于，它包括主可编程逻辑控制器(PLC)、多个遥控从属单元(RSUs)、以及在主PLC与RSUs之间进行数据通信的通信电缆，其中主PLC包括一个RSU电源接通检测器，用于接收来自多个RSUs的表示电源接通状态的信号，并且当RSUs处于电源接通状态时输出所接收的信号；以及一个复位请求信号发生器，用于响应RSU电源接通检测器的输出信号同时给各个RSUs输出一个复位请求信号，其中RSU的每一个都包括一个电源接通信号发生器，用于给主PLC输出一个表示RSU处于电源接通状态的信号；以及一个输入/输出控制器，用于根据复位信号发生器输出的复位请求信号输出另一复位请求信号。
此外，为了实现上述目的，提供了一种控制系统，其特征在于，它包括主可编程逻辑控制器(PLC)、多个遥控从属单元(RSUs)、以及在主PLC与RSUs之间进行数据通信的通信电缆，其中主PLC包括一个RSU电源接通检测器，用于接收来自多个RSUs的表示电源接通状态的信号，并且当RSUs处于电源接通状态时输出所接收的信号；一个复位请求信号发生器，用于响应RSU电源接通检测器的输出信号同时给各个RSUs输出一个复位请求信号；以及一个紧急输出数据设定单元，它能在RSUs没有收到来自主PLC的控制数据时使用户设定使用的控制数据，其中RSUs的每一个都包括一个紧急输出数据存储单元，用于存储由紧急输出数据设定单元确定的紧急数据；一个用于将从主PLC正常收到的控制数据存储在其中的正常输出数据存储单元；一个输出数据选择开关，当RSU没有从主PLC中接收控制数据时，它能使用户从紧急输出数据和从主PLC最后收到的正常输出数据中选择一个数据；一个定时器，用于当在预定的时间内没有从主PLC接收控制数据时输出一输出信号；一个电源接通信号发生器，用于给主PLC输出一个表示RSU处于电源接通状态的信号；以及一个输入/输出控制器，当收到来自定时器的输出信号时，从在紧急输出数据存储单元中存储的紧急输出数据和存储在正常输出数据存储单元中的正常输出数据中有选择地输出一个数据。
参照附图会更清楚地理解本发明，仅给出示范性的附图，因而本发明并不局限于这些附图，其中：
图1是包括一个主PLC(M)和多个RSU(R1-Rn)的常规控制系统的方框图，
图2是描述图1中的RSU的方框图；
图3A至3D是在图1所示系统中初始操作的定时图；
图4是根据本发明第一实施例的控制系统的方框图；
图5是根据本发明第二实施例的控制系统的方框图；
图6是根据本发明第三实施例的控制系统的方框图；
图7是从图6所示的控制系统的多个RSU中选择的一个RSU的方框图；
图8A至8D是描述图1所示系统中初始操作的定时图；
图9是一个流程图，描述图4中主PLC的控制操作；
图10是一个流程图，描述图4中多个RSU的控制操作。
图4是根据本发明第一实施例使用一个PLC的控制系统的方框图；其中一个主PLC通过一通信电缆与多个遥控从属单元(RSU1-RSUn)并联。
主PLC包括一个紧急数据设定单元20。RSU1-RSUn的每一个都包括：一个用于将从紧急数据设定单元20输出的紧急数据存储在其中的紧急输出数据存储单元21；一个用于将正常操作期间的输入/输出数据存储在其中的正常输出数据存储单元22；一个用于检验是否从主PLC传送数据的定时器23；一个用于选择从紧急输出数据存储单元21或正常输出数据存储单元22输出的数据的输出数据选择开关24；一个用于控制在各个RSU和输入/输出连接点(没有示出)之间的数据传输的输入/输出控制器25。
下面将参照附图描述根据本发明第一实施例这样构成的控制系统的操作。
由于RSU1-RSUn的结构彼此相同，所以为了方便起见将解释一个样例RSU1。
主PLC在正常情况下通过RSU1中的正常数据存储单元22和输入/输出控制器25从输入/输出模块中接收输入/输出数据或者向输入/输出模块发送输入/输出数据。
当一个用户确定一个输出数据是在使用紧急输出数据设定单元20的紧急输出期间输出时，主PLC通过通信电缆输出在紧急输出数据设定单元20中确定的紧急输出数据，并将供给RSU1的紧急输出数据存储在紧急输出数据存储单元21中。
然而，即使在这样的正常操作期间，由于如下种种原因也会出现主PLC的输出数据不能传送到RSU1的紧急情况：通信不稳定性，通信中断，在主PLC中出现异常状态，以及主PLC的电源中断。
此时，RSU1中的定时器23对从主PLC接收的数据进行经常性的检验，并且通知输入/输出控制器25，主PLC是否正常传送数据。
当没有从主PLC中接收数据时，并且定时器23中预定的时间结束时，定时器23输出报告上述情况的输出信号给输入/输出控制器25，输入/输出控制器25再检查通过用户使用输出数据选择开关24确定的输出选择。
在此，如果输出选择设定为一个锁存器，则输入/输出控制器25输出在正常操作期间最后存储在正常输出数据存储单元22中的数据给输入/输出模块，如果输出选择设定为一个紧急输出，则将存储在紧急输出数据存储单元21中的数据输出给输入/输出模块。
因此，当因主PLC的故障和通信的中断而出现紧急情况时，将最后接收到的数据或紧急数据输出给输入/输出模块，从而改善了PLC系统的可靠性。
图5是一个描述根据本发明第二实施例的使用PLC的控制系统的方框图。如图中所示，主PLC包括一个RSU电源接通检测器31，以及一个复位请求信号发生器32。RSU1-RSUn的每一个都包括一个电源接通发生器30和一个输入/输出控制器25。
下面将描述根据本发明的第二实施例由此构成的控制系统和操作。
如图8A至8D所示，RSU1-RSUn的电源接通时间Ton彼此不同。因此，当接通电源时，在每一个RSU1-RSUn中的电源接通信号发生器30都通过通信电缆将电源接通信号传送给主PLC。当传送结束时，RSU1-RSUn分别在TRW1-TRW3期间等待来自主PLC的一个RSU-RESET命令的传输。
此时，在主PLC中的RSU电源接通检测器31检测在其接通的相同时间传输的电源接通信号，从而RSU电源接通检测器31能接收来自所有RSU1-RSUn的电源接通信号，并将其输出给复位请求信号发生器32。因此，复位请求信号发生器32同时将复位请求信号传送给所有的RSU1-RSUn。在这里，TMW表示从RSU1-RSUn中接收RSU-ON电源接通信号的时间。
在各个RSU1-RSUn中的输入/输出控制器25，根据从复位请求信号发生器32中输出的复位请求信号，同时输出相应的复位信号，从而RSU1-RSUn在其操作时变得与时间Ts同步。
图6是根据本发明第三实施例的方框图，该实施例是图4所示的第一实施例和图5所示的第二实施例的组合。
图7也是一个描述本发明的第三实施例的RSU的方框图，其中RSU除图1所示的常规控制系统外还包括一个紧急输出数据存储单元21，一个输出数据选择开关24以及一个定时器23。
下面将参照图8至图10解释图6和7中公开的本发明的第三实施例。
首先，如图8所示，用具有不同电源接通时间Ton的电源接通各个RSU1-RSUn，并且当在接通电源时，RSU1-RSUn的每一个都通过调制解调器10(MODEM10)和通信电缆将一个RSU_ON标志传送到主PLC，以通告电源接通。
此时，如图9所示，主PLC检查RSU_ON标志的接收(步骤S1)，针对相应的一个RSU设定接收的RSU_ON标志(步骤S2)。
然后，主PLC确定接通所有RSU1-RSUn，如果接收了来自RSU1-RSUn的每一个的RSU_ON标志并设定了所有RSU-ON(步骤S3)，则发送RSU_RESET数据(步骤S4)。在图8A-8D中，TMW表示从RSU1RSUn接收RSU_ON标志的时间。
此外，主PLC确定是否有由紧急输出数据设定单元20设定的紧急输出数据存在(步骤S5)，并且当有预定紧急输出数据时，传送紧急输出数据(步骤S6)并通过与RSU(R1-Pn)输入/输出数据的正常收/发操作执行RSUs的输入/输出控制(步骤S7)。
由主PLC输出的RSU_RESET数据使全部RSU1-RSUn复位，以便当接收来自主PLC的RSU-RESET命令时所有RSU1-RSUn从时间点Rs开始复位操作，从而使操作时间同步。
也就是说，如图10所示，在电源接通的相同时间，RSU1-RSUn分别执行从主PLC中接收RSU_RESET数据的检查(步骤S11)。
当接收了RSU_RESET数据时，每一RSUs都将其自己的RSU_RESET标志设定为″1″，以表示完成了第一RSU_RESET数据的接收，然后，与此相应的输入/输出模块16变为复位，从而使RSU输出复位(步骤S12，S13)。另一方面，当没有接收到RSU_RESET数据时，检查RSU_RESET标志是否设为“1”(步骤S14)。
作为检查的结果，当发现RSU_RESET标志设定为“1”时，这意味着有主PLC的一个复位请求，从而各RSUs返回到正常操作并等待直到接收来自主PLC的数据为止。同时，作为检查的结果，当发现RSU_RESET标志设定为“0”时，这意味着没有主PLC的复位请求，从而RSU发送RSU_ON标志给主PLC以通告将电源放入RSU(步骤S15)，然后执行步骤S11后面的操作。
因此，尽管在RSU1-RSUn的电源接通的时间点与主PLC(M)的电源接通的时间点之间有间隙Tg存在，但在整个系统仍然可以在时间点Ts同时执行协同的任务。
另外，在RSU_RESET标志设定为“1”的状态下，当从主PLC再收到RSU_RESET时，RSU会判断主PLC已经请求复位操作，从而使所有的输出模块复位，由此防止控制系统的误差输出(步骤S12，S13)。
此后，当RSU_RESET标志为“1”时，即，当在正常状态期间从主PLC接收数据时(步骤S16)，RSU通过收/发模块11将接收到的暂存在收/发缓冲器12中的数据或紧急输出数据存储在正常输出数据存储单元22中或紧急输出数据存储单元21中(步骤S17)。
输入/输出控制模块15将存储在紧急输出数据存储单元21中的数据输出给输入/输出模块16的输出模块，并将从输入/输出模块16的输入模块中读出的数据存储在输入数据存储单元14中，由此执行正常输入/输出刷新操作(步骤S18)。
然后，根据主PLC的请求，通过收/发缓冲器12和收/发模块11将存储在输入数据存储单元14中的数据传送到主PLC。
然而，即使在这样的正常操作期间，由于如下种种原因也会出现主PLC的输出数据不能传送到RSU1-RSUn的紧急情况：通信不稳定性，通信中断，在主PLC中出现异常状态，以及主PLC的电源中断。
此时，RSU1中的定时器23对从主PLC接收的数据进行经常性的检验，并且通知输入/输出控制模块15，主PLC是否正常传送数据。
当没有从主PLC中接收数据时，并且定时器23中预定的时间结束时(步骤S19)，输入/输出控制模块15检查由用户使用输出数据选择开关24确定的输出选择(步骤S20)。
在此，如果输出选择设定为一个锁存器，则输入/输出控制器25把在正常操作期间最后存储在正常输出数据存储单元22中的数据输出给输入/输出模块16(步骤S18)，如果输出选择设定为一个紧急输出，则将存储在紧急输出数据存储单元21中的数据输出给输入/输出模块16(步骤S21)。
例如，假定输入/输出模块16的输出模块1是一个控制进气阀的连接点，当主PLC因通信的中断而不能控制输出模块时，在通信中断之前立即输出存储在正常输出数据存储单元22中的数据，从而，在进气阀打开的状态下中断通信时，可能出现漏气的危险。
因此，本发明通过使用输出数据选择开关24能使用户设定输出选择和紧急输出值。
即使用户将输出选择设为紧急输出，但当没有确定紧急输出值时，存储在紧急输出数据存储单元21中的紧急数据也变为“0”，从而在紧急情况发生时将输出数据“0”输出给输出模块，由此使输出复位。
上面所述的本发明的实施例对权利要求是非限定性的，显然相关领域的普通技术人员能作出各种改变、修改和改进。
如上所述，根据本发明的控制系统，尽管电源接通时间点不一致，但通过使整个系统操作同步，能用于稳定地执行协同的任务。
进一步地，本发明防止误操作出现在任何遥控从属单元中，误操作可能由主PLC或通信线路的异常状态引起，从而提高了PLC系统的可靠性。

Claims (3)

1.一种控制系统，其特征在于，它包括主可编程逻辑控制器(PLC)、多个遥控从属单元(RSUs)、以及在主PLC与RSUs之间进行数据通信的通信电缆，
其中主PLC包括：
一个紧急数据设定单元，它能在RSUs没有收到来自主PLC的控制数据时使用户设定使用的控制数据，
其中RSUs的每一个都包括：
一个用于将由紧急数据设定单元确定的紧急数据存储在其中的紧急输出数据存储单元；
一个用于将从主PLC正常收到的控制数据存储在其中的正常输出数据存储单元；
一个输出数据选择开关，当RSU没有从主PLC中接收控制数据时，它能使用户从紧急输出数据和从主PLC最后收到的正常输出数据中选择一个数据；
一个定时器，用于当在预定的时间内没有从主PLC接收控制数据时输出一输出信号；以及
一个输入/输出控制器，在收到来自定时器的输出信号时，它有选择地输出从在紧急输出数据存储单元中存储的紧急输出数据和存储在正常输出数据存储单元中的正常输出数据中选择的一个数据。
2一种控制系统，其特征在于，它包括主可编程逻辑控制器(PLC)、多个遥控从属单元(RSUs)、以及在主PLC与RSUs之间进行数据通信的通信电缆，
其中主PLC包括：
一个RSU电源接通检测器，用于接收来自多个RSUs的表示电源接通状态的信号，并且当RSUs处于电源接通状态时输出所接收的信号；以及
一个复位请求信号发生器，用于响应RSU电源接通检测器的输出信号同时给各个RSUs输出一个复位请求信号，
其中RSU的每一个都包括：
一个电源接通信号发生器，用于给主PLC输出一个表示RSU处于电源接通状态的信号；以及
一个输入/输出控制器，用于根据复位信号发生器输出的复位请求信号输出另一复位请求信号。
3.一种控制系统，其特征在于，它包括主可编程逻辑控制器(PLC)、多个遥控从属单元(RSUs)、以及在主PLC与RSUs之间进行数据通信的通信电缆，
其中主PLC包括：
一个RSU电源接通检测器，用于接收来自多个RSUs的表示电源接通状态的信号，并且当RSUs处于电源接通状态接通状态时输出所接收的信号；
一个复位请求信号发生器，用于响应RSU电源接通检测器的输出信号同时给各个RSUs输出一个复位请求信号，
一个紧急数据设定单元，它能在RSUs没有收到来自主PLC的控制数据时使用户设定使用的控制数据，
其中RSUs的每一个都包括：
一个用于存储由紧急数据设定单元确定的紧急数据的紧急输出数据存储单元；
一个用于将从主PLC正常收到的控制数据存储在其中的正常输出数据存储单元；
一个输出数据选择开关，当RSU没有从主PLC中接收控制数据时，它能使用户从紧急输出数据和从主PLC最后收到的正常输出数据中选择一个数据；
一个定时器，用于当在预定的时间内没有从主PLC接收控制数据时输出信号；
一个电源接通信号发生器，用于给主PLC输出一个表示RSU处于电源接通状态的信号；以及
一个输入/输出控制器，在收到来自定时器的输出信号时，从在紧急输出数据存储单元中存储的紧急输出数据和存储在正常输出数据存储单元中的正常输出数据中有选择地输出一个数据。
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