CN202093355U - 一种plc以太网通讯模件 - Google Patents

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刘书良
张红芳
尚修志
周霞
黄海
赵涌
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Abstract

一种PLC以太网通讯模件，包括核心控制器，还包括FPGA、RAM、CF卡、以太网控制接口，其中，FPGA、RAM、CF卡、以太网控制接口通过总线和核心处理器相连接。本实用新型的有益效果在于扩展了PLC的以太网通讯能力，提升了PLC通讯性能。通讯规约的可自由配置使PLC在面对行业内中高端用户的应用需求时能自如的和其他标准设备进行数据交互，而不需要再额外配置规约转换装置，节约了工程成本。

Description

一种PLC以太网通讯模件
技术领域
本实用新型涉及一种通讯模件，尤其是涉及一种PLC以太网通讯模件。
背景技术
PLC是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术发展而来的一种新型工业控制装置。它具有结构简单、编程方便、可靠性高等优点，已广泛用于工业过程和位置的自动控制中。
现有的工业控制系统中，PLC和现场智能设备通过以太网连接起来，组成一个现场工业控制网络，以实现PLC和现场智能设备的数据交互以及对其控制。同时，PLC又与上位计算机监控系统联网，实现信息交流。
由于现场智能设备数量众多，并且通讯规约各不相同，因此要求PLC能尽量多地支持各种通讯规约。
为了实现PLC与其它设备之间能正常通讯，现有的技术方案是在PLC中为不同的设备配置和其规约相同的通讯模件。例如某智能设备支持Modbus/Tcp协议，需要在PLC中配置一个支持Modbus/Tcp协议的通讯模件，其余设备之中有支持Profibus从站协议的，需要在PLC中再配置一个Profibus主站模件，以此类推。
在比较复杂的大型工业应用控制场合，当PLC需要与多种规约不统一的智能设备组网时，PLC就既需要提供多个以太网冗余接口和上位计算机通讯，还需要配置多种通讯模件以实现与现场智能设备的通讯，因而实现成本就会很高；并且，众多模件混合在一起工作，对工程施工人员和现场维护人员的技术要求也会相应提高。
为此，本发明的目的在于设计一种PLC智能以太网通讯模件，该模件作为可编程控制器系统中的一个插件，可以对外提供多个以太网通讯接口，每一个通讯接口都能够自由编程，既可以和上位计算机通讯，还可以和现场的智能设备通讯。
近年来PLC飞速发展，其产品在各个行业和领域的应用越发广泛，行业内中高端用户对PLC以太网通讯的功能需求也越来越复杂。
现有PLC的以太网通讯基本都或多或少存在以下问题：一，PLC的以太网接口固定在PLC的CPU模件上，数目固定，不能扩展；二，PLC的以太网通讯使用以太网通讯模件，但模件功能单一，支持的通讯规约也单调，无法由行业用户自主配置。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本实用新型提出一种PLC以太网通讯模件，能根据需要配置以太网模件数目从而扩展以太网接口的数目；网络通讯功能可编程配置，以达到实现支持丰富的满足不同行业用户需求的通讯规约的目的。
为了实现上述发明目的，本实用新型采用如下技术方案：包括核心控制器，所述核心控制器可以是PC/104，也可以是ARM或者PowerPC等其他芯片。还包括FPGA、RAM、CF卡、以太网控制接口，其中，FPGA、RAM、CF卡、以太网控制接口通过总线和核心处理器相连接。
本实用新型的进一步方案是：核心处理器和FPGA通过时钟系统同步。
本实用新型的进一步方案是FPGA通过背板总线与CPU模件相连接。
本实用新型的有益效果在于扩展了PLC的以太网通讯能力，提升了PLC通讯性能。通讯规约的可自由配置使PLC在面对行业内中高端用户的应用需求时能自如的和其他标准设备进行数据交互，而不需要再额外配置规约转换装置，节约了工程成本。
并且，以太网通讯模件既能和上位计算机通讯又能和现场智能设备通讯的特点使得PLC能应用在某些需要实现多网冗余但又要求不可使用交换机的特殊行业（例如轨道交通自动化系统）中。
附图说明
图1 以太网模件结构示意图。
图2 以太网通讯模件网络结构示意图。
图3 以太网通讯模件原理图。
图4 以太网模件工作流程图。
具体实施方式
本方案中以太网模件和CPU模件在同一个背板机架上，以太网模件的外观、模具可以和CPU模件相同，以外部印字来区分两种模件。
PLC和现场智能设备以及上位计算机交换的数据，通过以太网通讯模件来完成，再由CPU模块通过内部背板总线和以太网通讯模件交互数据。一套PLC系统中通讯模块的数量可以根据现场需求来确定。其数据交互的网络结构框图参见附图2。
模件上侧是CPU模件和以太网通讯模件的内部数据交换示意，模件下侧是以太网通讯模件对外通讯的以太网接口数据交换示意。图中下侧只示意了第一个以太网通讯模件对外通讯线路。
该方案的硬件原理框图如附图3所示。
包括核心控制器，该核心控制器可以是PC/104，也可以是ARM或者PowerPC等其他芯片。还包括FPGA、RAM、CF卡、以太网控制接口，其中，FPGA、RAM、CF卡、以太网控制接口通过总线和核心处理器相连接。核心处理器和FPGA通过时钟系统同步。FPGA通过背板总线与CPU模件相连接。
以太网通讯模件的核心处理器部分采用PC/104，PC/104上扩展三个以太网接口，其中两个作为对外通讯使用，另一个作为内部以太网接口与CPU模件进行内部数据通讯。三个以太网接口相互隔离。
以太网通讯模件内部以太网的地址由自身槽位识别电路确定。两个对外以太网接口的通讯地址由组态软件配置确定。
内部以太网IP地址默认规定方式如表1所示。所有内部以太网节点IP地址在同一网段，所有内部以太网netmask都为255.255.255.0，gateway均为0.0.0.0或无效。
外部以太网IP地址和端口号不能有重复或类似错误，配置时如果出现此类错误，给出报警提醒。
槽位 IP netmask
1 10.144.90.138 255.255.255.0
2 10.144.90.148 255.255.255.0
3 10.144.90.158 255.255.255.0
4 10.144.90.168 255.255.255.0
5 10.144.90.178 255.255.255.0
6 10.144.90.139 255.255.255.0
7 10.144.90.149 255.255.255.0
8 10.144.90.159 255.255.255.0
9 10.144.90.169 255.255.255.0
10 10.144.90.179 255.255.255.0
表1 内部以太网节点IP地址分配表
组态配置，该部分对PLC系统中所配置的所有以太网模件进行通讯地址以及通讯规约的组态配置。通过配置，以太网模件的两个对外以太网接口都可以选择按照Modbus/TCP主站、从站还是IEC61850等通讯规约之中的一个和外部设备进行数据通信。
无论哪种规约均支持在同一接口中与多个外部智能设备通讯，主站可组态智能设备数量上限为8个，每个智能设备数量读写字数上限为64k。外部智能设备作为主站时，可支持外部智能设备个数不少于8个。配置好的以太网接口通讯模式通过组态软件下载到CPU模件中，以太网模件本身不保存这些配置信息。
以太网模件通电以后，通过自身槽位设置内部以太网接口的IP地址，和CPU模件通过内部以太网建立连接，下载以太网相关的配置信息。
这可以保证以太网模件能够热插拔以及当某块以太网模件出现故障的情况下可直接使用其它以太网模件来替代。
系统初始化，内部以太网地址识别，从CPU模件下载自身的对外以太网通讯配置，对外通讯，定期和CPU模件交互数据，模件运行状态检测与显示。
本实用新型的工作流程如图4所示，以太网模件上电启动以后，先进行系统初始化，初始化完成以后，读取模件自身在整个PLC系统中的槽位位置，由此确定内部以太网的网络地址，根据该地址，向CPU模件发送读取配置信息命令，从而下载外部以太网通讯配置，初始化2个外部以太网接口，接着创建3个并行任务，任务一开启对外以太网通讯任务，任务二定期开始和CPU模件交互数据，任务三检测模件状态并通过运行灯和打印设备显示运行状态。

Claims (4)

1.一种PLC以太网通讯模件，包括核心控制器，其特征在于，还包括FPGA、RAM、CF卡、以太网控制接口，其中，FPGA、RAM、CF卡、以太网控制接口通过总线和核心处理器相连接。
2.根据权利要求1所述的一种PLC以太网通讯模件，其特征在于，核心处理器和FPGA通过时钟系统同步。
3.根据权利要求1所述的一种PLC以太网通讯模件，其特征在于，FPGA通过背板总线与CPU模件相连接。
4.根据权利要求1所述的一种PLC以太网通讯模件，其特征在于，所述核心控制器是PC/104，或者是ARM或者是PowerPC芯片。
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