CN202916654U - 一种嵌入式软plc系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种嵌入式软PLC系统，其特征在于，包括：嵌入有CoDeSys应用处理装置与WinCE系统装置的硬件PLC装置。该嵌入式软PLC系统不仅克服了传统PLC的不足，且方便易用、价格低廉、性能强大、稳定。

Description

一种嵌入式软PLC系统

技术领域

本实用新型属于PLC设计领域，尤其涉及一种嵌入式软PLC系统。

背景技术

PLC（Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器）以其可靠性高、抗干扰能力强、专用化与模块化设计，适应恶劣环境等优点，在工业控制领域和其他行业得到广泛应用。但对于传统的PLC，有如下四方面的不足：各生产厂家采用封闭式设计结构，用户难以改变和添加新的功能；对使用者要求较高，不仅需要熟悉相应产品的编程指令，而且还要对硬件结构和工作原理有所了解；可维护性差，出现故障需要专业人员进行检测维修；成本较高，采用封闭软硬件技术必然增加了设计成本。此外，由于传统PLC设计没有统一的标准，导致各厂家之间的产品互不兼容。为了克服以上不足，人们提出了一种以PC（personal computer，个人计算机）为硬件平台的软PLC技术思想，但仍存在硬实时性不足，对工业现场环境适应差等缺点。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种嵌入式软PLC系统，旨在解决现有技术中软PLC技术硬实时性不足，对工业现场环境适应差的缺点。

本实用新型的技术方案如下：

一种嵌入式软PLC系统，其中，包括：嵌入有CoDeSys应用处理装置与WinCE系统装置的硬件PLC装置。

所述的嵌入式软PLC系统，其中，所述嵌入有CoDeSys应用处理装置与WinCE系统装置的硬件PLC装置包括中央处理单元以及与其连接的外扩存储器、以太网接口模块、SD卡接口模块、CAN总线接口模块、输入/输出接口模块、UART接口模块中的一个或多个。

所述的嵌入式软PLC系统，其中，所述中央处理单元包括CPU核以及以太网控制器、SD卡控制器、外扩存储控制器、CAN总线控制器、I/O控制器、UART控制器中的一个或多个，所述CPU核分别与所述以太网控制器、所述SD卡控制器、所述外扩存储控制器、所述CAN总线控制器、所述I/O控制器、所述UART控制器相连。

所述的嵌入式软PLC系统，其中，所述CAN总线控制器通过其芯片的对应管脚与所述CAN总线接口模块连接，用于支持CAN网络协议的通讯。

所述的嵌入式软PLC系统，其中，所述UART控制器通过其芯片的对应管脚与所述UART接口模块连接，用于把并行输入转化成为串行输出，从而支持RS232\RS485等串行通讯协议。

所述的嵌入式软PLC系统，其中，所述中央处理单元内的以太网控制器通过其管脚与所述以太网接口模块相连接，所述SD卡控制器通过其管脚与所述SD卡接口模块相连接，所述外扩存储控制器通过其管脚与所述外扩存储器相连接，所述I/O控制器通过其管脚与所述输入/输出接口模块相连。

采用上述方案，本实用新型通过把CoDeSys应用处理装置与WinCE系统装置嵌入到硬件PLC装置之中，从而实现了嵌入式软PLC以其成本低和系统裁剪灵活使它兼容了传统PLC和软PLC的双重优势，也解决了硬实时性不足、对工业现场环境适应差的问题。

附图说明

图1为嵌入有CoDeSys应用处理装置与WinCE系统装置的硬件PLC装置的结构图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

一种嵌入式软PLC系统，其中，包括：嵌入有CoDeSys（ControlledDevelopement System，能够应用于嵌入式设备和基于PC设备编程的编程软件）应用处理装置与WinCE（Windows CE，32位嵌入式操作系统）系统装置的硬件PLC装置；如图1所示，示出了嵌入有CoDeSys应用处理装置与WinCE系统装置的硬件PLC装置中各部件的连接关系，所述硬件PLC装置包括中央处理单元101和外围电路模块，例如，外扩存储器104、以太网接口模块102、SD（Secure Digital Memory Card，安全数码卡）卡接口模块103、CAN总线接口模块105、输入/输出接口模块106、UART接口模块107等；又如，外围电路模块还可以根据不同的应用场所选取不同的性能参数，优选的，外扩存储器104选取包括64M RAM和32M Flash，输入/输出接口模块106包括16路数字量输入、8路数字量输出，CAN（Controller AreaNetwork，控制器局域网络）总线接口模块有2路、主要是CANOpen总线接口，可接RIO、伺服等，以太网接口模块102有1路，可方便地通过网络与PLC进行通信，UART接口模块107有2路，1路支持3S协议，另一路支持modbus协议。

与上述实施例相结合，所述的嵌入式软PLC系统，其中，所述中央处理单元101不仅是包括单一的处理器CPU（Central Processing Unit，中央处理器）核114，还包括许多外围电路的控制器，例如，所述中央处理单元101还包括以太网控制器108、SD卡控制器110、外扩存储控制器112、CAN（Controller Area Network，控制器局域网络）总线控制器109、I/O控制器111、UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用异步接收/发送装置）控制器113；又如，该中央处理单元101还可以包括其它功能的外围电路的控制器，所述中央处理器也可以根据实际需要选取不同的规格，以实现各种不同需求的嵌入式硬件系统平台，优选的，中央处理单元101选取ARM构架为32位的嵌入式处理器，CPU核频率可高达520MHz；这些控制器都集成到一个模块中，即一块芯片中，然后通过芯片的对应管脚与设计的外围接口模块连接起来，而外围接口模块的端口，便是我们能看到的与外部部件连接的实际接口。

与上述各例相结合，如图1所示，CPU核114分别与所述以太网控制器108、所述SD卡控制器110、所述外扩存储控制器112、所述CAN总线控制器109、所述I/O控制器111、所述UART控制器113相连，用于与各控制器进行数据交换，例如，所述CPU核通过内部总线与所述以太网控制器相连接，所述CPU核通过内部总线与所述SD卡控制器相连接，所述CPU核通过内部总线与所述外扩存储控制器相连接，所述CPU核通过内部总线与所述CAN总线控制器相连接，所述CPU核通过内部总线与所述I/O控制器相连接，所述CPU核通过内部总线与所述UART控制器相连接。

与上述各例相结合，所述的嵌入式软PLC系统，其中，所述CAN总线控制器109通过其芯片的对应管脚与所述CAN总线接口模块105连接，用于支持CAN网络协议的通讯。

与上述各例相结合，所述的嵌入式软PLC系统，其中，所述UART控制器113通过其芯片的对应管脚与所述UART接口模块107连接，用于把并行输入转化成为串行输出，从而支持RS232\RS485等串行通讯协议。

与上述各例相结合，所述的嵌入式软PLC系统，其中，所述中央处理单元内的各个控制器分别通过各自对应的芯片管脚与相对应的外围接口电路模块相连接，用于信号或者是数据的传输，例如，中央处理单元内的以太网控制器通过其管脚与所述以太网接口模块相连接，SD卡控制器通过其管脚与所述SD卡接口模块相连接，外扩存储控制器通过其管脚与所述外扩存储器相连接，I/O控制器通过其管脚与所述输入/输出接口模块相连等。通过中央处理单元中的控制器与外围电路模块相嵌入的方式，不仅可以提高处理能力的效率，而且可以在几乎不增加面积的前提下，集成大量的外围控制模块。

与上述各例相结合，所述的嵌入式软PLC系统，其中，所述硬件PLC装置通过烧写程序接口与CoDeSys应用处理装置和WinCE系统装置相结合，通过烧写程序接口把含有CoDeSys SP（CoDeSys Soft PLC）的WinCE系统烧写进去后，便可以与硬件系统结合，整个系统就运行了。

与上述各例相结合，所述的嵌入式软PLC系统，其中，WinCE系统装置所包含的板级支持包BSP（Board Support Pocket）是直接与硬件系统相关的，必须一一修改与之相兼容，才能控制硬件系统正常工作。BSP包括的引导装载模块（BootLoader），用于借助中央处理器中的通信模块将整个WinCE系统和CoDeSys SP烧写到硬件系统中。由于嵌入式的软件系统一般包含操作系统，代码容量较大，依靠烧写器烧写，既麻烦又效率低，于是在开发PLC软件系统的同时做一个bootloader，此程序比较小，通过烧写器烧写进去，bootloader能够借助处理器里面其他传输速度更快的通信模块，如以太网、USB等，将整个软件系统烧写进硬件系统中，然后让其运行。从而实现了软PLC系统与嵌入式硬件系统的结合。

与上述各例相结合，一种实施方式是，所述的嵌入式软PLC系统，其中，所述操作系统模块可以为VxWorks、Win32、WinCE、Linux、QNX等中的任意一种，优选的所述操作系统模块为WinCE。选取所述WinCE做为搭载系统，因其具有：容易开发，从而缩短开发周期；高实时性，完全满足工业控制对实时性的要求；方便裁剪，由于采用微内核技术，可按要求缩减其功能；价格低廉，相对于其他商业操作系统，具有很高的性价比。

与上述各例相结合，又一种实施方式是，所述的嵌入式软PLC系统，其中，所述应用软件模块为CoDeSys SP软件，优选的，所述CoDeSys SP软件的版本为V2.3，所述WinCE软件的版本为5.0。将CoDeSys SP以应用程序的方式挂在WinCE系统上运行前，需要参考CoDeSys SP手册及分析源代码，修改为与WinCE兼容的程序，同时可以将WinCE裁减掉不必要的部分，可以使占用内存变得很小，提高运行效率。

在上述各例的基础上，还可以是，所述的嵌入式软PLC系统，其中，所述运行在WinCE系统上的CoDeSys SP，通过与所述BSP内的底层驱动模块交互，用于控制外围接口电路模块的工作。

为了更详细地说明本实用新型，在上述各例的基础上，更进一步地描述各装置或模块的性能参数，在所述嵌入式软PLC系统中：扫描周期为最小1ms；程序容量为2M；执行时间为整形运算最小3.4us/1000AWL；浮点运算为Min.0.13ms/1000AWL；三角函数运算为Min.6.0ms/1000AWL；编程语言为符合IEC61131-3规范；通讯接口为CAN、EtherNet、RS232、RS485；通讯协议为CANopen2.0A/B符合DS301（通讯子协议）和DS401（IO模块子协议）规范；同步报文为支持；NMT报文为支持；PDO通讯方式为异步、同步、远程请求；波特率为10K(1000m)/20K(800m)/50K(600m)/125K(500m)/250K(250m)/500K(100m)/800K(50m)/1M(25m)；站号为1-127。在所述嵌入式硬件系统中，供电电源为额定+24V/1A，（+20V<U<+30V），自恢复型，最大失电时间10ms；CAN电源为内部+5V自供电；数字量输入/输出为16DI/8DO；数字量输入类型为光电隔离，低电平高电平均可；数字量输出类型为光电隔离，晶体管高电平输出，输出电平等于外部供电电源电压（+16V<U<+36V），输出电源最大500mA，过流保护（自恢复型）；数字量输入电压范围为+/-24V（15~36VDC），输入电流>3mA；数字量输出频率为1KHZ24V500Ma；工作温度为-10°C~55°C；存储温度为-20°C~70°C。

需要说明的是，上述各技术特征的相互组合，形成各个实施例，应视为本实用新型说明书记载的范围。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种嵌入式软PLC系统，其特征在于，包括：嵌入有CoDeSys应用处理装置与WinCE系统装置的硬件PLC装置。 

2.根据权利要求1所述的嵌入式软PLC系统，其特征在于，所述嵌入有CoDeSys应用处理装置与WinCE系统装置的硬件PLC装置包括中央处理单元以及与其连接的外扩存储器、以太网接口模块、SD卡接口模块、CAN总线接口模块、输入/输出接口模块、UART接口模块中的一个或多个。 

3.根据权利要求2所述的嵌入式软PLC系统，其特征在于，所述中央处理单元包括CPU核以及以太网控制器、SD卡控制器、外扩存储控制器、CAN总线控制器、I/O控制器、UART控制器中的一个或多个，所述CPU核分别与所述以太网控制器、所述SD卡控制器、所述外扩存储控制器、所述CAN总线控制器、所述I/O控制器、所述UART控制器相连。 

4.根据权利要求3所述的嵌入式软PLC系统，其特征在于，所述CAN总线控制器通过其芯片的对应管脚与所述CAN总线接口模块连接，用于支持CAN网络协议的通讯。 

5.根据权利要求3所述的嵌入式软PLC系统，其特征在于，所述UART控制器通过其芯片的对应管脚与所述UART接口模块连接，用于把并行输入转化成为串行输出，从而支持RS232\RS485等串行通讯协议。 

6.根据权利要求3所述的嵌入式软PLC系统，其特征在于，所述中央处理单元内的以太网控制器通过其管脚与所述以太网接口模块相连接，所述SD卡控制器通过其管脚与所述SD卡接口模块相连接，所述外扩存储控制器通过其管脚与所述外扩存储器相连接，所述I/O控制器通过其管脚与所述输入/输出接口模块相连。 

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