CN202362637U - 基于状态机技术的高抗干扰plc扩展模块 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种基于状态机技术的高抗干扰PLC扩展模块，包括了基于CPLD芯片的通讯模块、驱动电路、逻辑控制模块、数据采集模块、磁隔离器，通讯模块一端与CPU主机相连、另一端与驱动电路相连，驱动电路上连接有若干个逻辑控制模块和/或数据采集模块，逻辑控制模块还与数字量设备相连，逻辑控制模块与数字量设备之间设有磁隔离器，数据采集模块还与模拟量设备相连，数据采集模块与模拟量设备之间设有磁隔离器本实用新型采用了磁隔离技术，在不影响运算速度的情况下提高了系统的可靠性及总线的稳定性；且利用CPLD的高速运算能力完成实时通讯，最终实现高抗干扰的PLC扩展系统。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种工业可编程控制器的扩展模块，系统中特别是涉及一种基于由CPLD构成的状态机模拟量数据采集扩展模块，可提高PLC系统抗干扰能力。属于电子技术领域。
背景技术
工业可编程控制器简称PLC系统，该系统由CPU主机及扩展模块组成，它的系统结构特点决定了它的抗干扰能力要优于单片机系统或工业PC。结构上，它把主机，也称CPU模块，放在系统的后端，在主机与被控对象(一般是强电磁干扰环境)之间，隔有靠逻辑电路等组成的扩展模块做缓冲。(一般公认：状态机系统的抗干扰能力，强于逻辑电路系统，而逻辑电路的抗干扰能力强于微机系统。相比之下，微机系统的抗干扰能力最弱。)由于PLC在结构上的这种抗干扰优势，以及使用方便等特点，它战胜了单片机、工业PC机等系统，在业界得到最广泛普及。
近些年，由于大量性能高、价格低的高档可编程串行A/D、D/A转换芯片的面市，被PLC模拟量扩展模块广泛采用。可是，由于这种可编程转换芯片操作复杂，所以又几乎无一例外的，各PLC生产厂家，全都把单片机植入模拟量扩展模块之中，而模拟量扩展模块要直接接触高电磁干扰部分，这使PLC在结构上的抗干扰优势大打了折扣。通过单片机驱动扩展模块存在以下弊端：一是应用单片机通过软件控制数据采集的A/D转换，这样必将频繁中断系统的运行，从而减弱系统的数据运算能力，数据采集的速度也将受到限制；二是当电流波形会发生严重畸变时，干扰单片机的正确判断，容易产生死机的情况。使用单片机的模拟量扩展模块，成系统抗干扰能力的瓶颈，这种结构，也违背了PLC系统结构的设计初衷。
随着可编程逻辑芯片CPLD的容量大幅增加，成本大幅下降，在PLC模拟量扩展模块中，完全可以用CPLD组成的状态机取代流行的单片机，进行数据采集和逻辑控制等，这样不但解决了PLC抗干扰能力的瓶颈，也可以提高PLC系统的整体性能。
目前状态机技术及其附加产品技术均已成熟，事实上，各PLC生产厂家在数字量扩展模块中，几乎无一例外的已经全部选用状态机技术，由于技术以及早期CPLD容量较低等原因的限制，在模拟量扩展模块上，状态机技术还没有得到应用。在模拟量扩展模块中，用状态机取代单片机是未来行业的发展方向。
发明内容
本实用新型的目的是：
针对传统方式中存在的问题，本实用新型的基于状态机技术的高抗干扰PLC扩展模块利用CPLD的高精度、高速度的优点设计成状态机，取代PLC扩展系统中的单片机，最大限度的减少误动作。系统运行过程中不受波形畸变、死机等问题影响，即使万一发生干扰，状态机的刷新周期也只需几微妙的时间，远远低于单片机的死机恢复时间。
本实用新型的目的可通过以下技术方案实现：
基于状态机技术的高抗干扰PLC扩展模块，包括了基于CPLD芯片的通讯模块、驱动电路、逻辑控制模块、数据采集模块、磁隔离器，通讯模块一端与CPU主机相连、另一端与驱动电路相连，驱动电路上连接有若干个逻辑控制模块和/或数据采集模块，逻辑控制模块还与数字量设备相连，逻辑控制模块与数字量设备之间设有磁隔离器，数据采集模块还与模拟量设备相连，数据采集模块与模拟量设备之间设有磁隔离器。
所述数据采集模块内设有若干个A/D转换器和/或D/A转换器，与A/D转换器和/或D/A转换器相配的驱动电路上设有串入并出移位寄存器、并入串出移位寄存器和时序发生器。
所述逻辑控制模块内设有若干个输入设备和/或输出设备，与输入设备相配的驱动电路上设有并入串出移位寄存器，与输出设备相配的驱动电路上设有串入并出移位寄存器。
与现有技术相比，本实用新型主要具有以下有益效果：
1、隔离技术
采用了磁隔离技术，在不影响运算速度的情况下提高了系统的可靠性及总线的稳定性；
2、高速运算能力
CPLD运算频率可以达到10MHZ，而传统PLC扩展模块工作在2.44MHZ。本实用新型的基于状态机技术的高抗干扰PLC扩展模块利用CPLD的高速运算能力完成实时通讯，最终实现高抗干扰的PLC扩展系统。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
图2为本实用新型的局部结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实例对本实用新型作进一步的说明。
如图1所示，本实用新型的基于状态机技术的高抗干扰PLC扩展模块，包括了基于CPLD芯片的通讯模块、驱动电路、逻辑控制模块、数据采集模块、磁隔离器，各部分之间由数据总线连接。通讯模块一端与CPU主机相连、另一端与驱动电路相连，驱动电路上连接有若干个逻辑控制模块和/或数据采集模块，逻辑控制模块还与数字量设备相连，逻辑控制模块与数字量设备之间设有磁隔离器，数据采集模块还与模拟量设备相连，数据采集模块与模拟量设备之间设有磁隔离器。
如图2所示，数据采集模块内设有若干个A/D转换器和/或D/A转换器，与A/D转换器和/或D/A转换器相配的驱动电路上设有串入并出移位寄存器、并入串出移位寄存器和时序发生器。逻辑控制模块内设有若干个输入设备和/或输出设备，与输入设备相配的驱动电路上设有并入串出移位寄存器，与输出设备相配的驱动电路上设有串入并出移位寄存器。
本实用新型的基于状态机技术的高抗干扰PLC扩展模块的工作原理是，用可编程逻辑芯片CPLD构成的状态机，取代PLC产品中模拟量数据采集扩展模块的单片机。使整个系统实现，除末端的主机外的所有各种扩展模块，均采用状态机结构，进一步提升现有PLC系统的抗干扰性能。CPU主机与扩展模块之间采用总线通信的方式，扩展模块在与主机通讯时以状态机的形式不停的刷新命令，防止出现死机。并根据外部设备的不同，驱动模块分为逻辑控制和数据采集两种方式。逻辑控制模块专门驱动数字量设备，输入或者输出的数字量数据通过逻辑控制模块直接发送到数据总线上，由CPU进行处理。数据采集模块包含时序发生器，通过时序产生控制字直接驱动A/D和/或D/A转换器。A/D转换器把外部模拟量设备转换为数字信号，回送至数据总线，交由CPU处理；D/A转换器把从CPU处获得的数字信号转换为模拟信号输出至外部设备。扩展模块位于CPU与外部设备之间，在与CPU同步通信的同时还与外部设备进行逻辑控制和数据采集的动作。并在此过程中起到电磁隔离的作用，使数据稳定可靠。
虽然在这里通过某个或某些特殊配置描述和阐明本实用新型，然而其目的并不在于限制所述细节，因为可能在专利要求范围内有各种修改和结构变更，并不偏离发明精神。
本实用新型涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
Claims (3)
1.基于状态机技术的高抗干扰PLC扩展模块，其特征在于包括了基于CPLD芯片的通讯模块、驱动电路、逻辑控制模块、数据采集模块、磁隔离器，通讯模块一端与CPU主机相连、另一端与驱动电路相连，驱动电路上连接有若干个逻辑控制模块和/或数据采集模块，逻辑控制模块还与数字量设备相连，逻辑控制模块与数字量设备之间设有磁隔离器，数据采集模块还与模拟量设备相连，数据采集模块与模拟量设备之间设有磁隔离器。
2.根据权利要求1所述的基于状态机技术的高抗干扰PLC扩展模块，其特征在于所述数据采集模块内设有若干个A/D转换器和/或D/A转换器，与A/D转换器和/或D/A转换器相配的驱动电路上设有串入并出移位寄存器、并入串出移位寄存器和时序发生器。
3.根据权利要求1所述的基于状态机技术的高抗干扰PLC扩展模块，其特征在于所述逻辑控制模块内设有若干个输入设备和/或输出设备，与输入设备相配的驱动电路上设有并入串出移位寄存器，与输出设备相配的驱动电路上设有串入并出移位寄存器。
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| CN108062076A (zh) * | 2016-11-09 | 2018-05-22 | 株式会社东芝 | 数据收集系统、处理系统以及存储介质 |
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