CN206411479U - 一种集控制功能与i/o功能于一体的智能控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种集控制功能与I/O功能于一体的智能控制器，包括主板电路和罩体，所述主板电路包括MCU单元、电源单元、UI单元、UO单元、DI单元、DO单元、通讯单元，所述UI单元包括模数转换单元、开关量输入处理单元、电平量输入处理单元，所述UO单元包括数模转换单元、外接继电器驱动单元，所述通讯单元包括以太网通讯处理单元、485通讯处理单元、无线通讯处理单元，所述UI单元、UO单元、DI单元、DO单元和通讯单元皆与MCU单元相连，所述电源单元对MCU单元、UI单元、UO单元、DI单元、DO单元和通讯单元进行供电。本实用新型具有最精简的计算机控制结构，采用 CPU 主控单元独立完成控制与运算，其结构紧凑，集成度高，产品具有多种通讯方式，可操作性强。

Description

一种集控制功能与I/O功能于一体的智能控制器

技术领域

本实用新型涉及智能控制器领域，尤其涉及一种集控制功能与I/O功能于一体的智能控制器。

背景技术

我国已经进入了高科技发展时期，各种先进科技及设备在社会改造中的应用越来越广泛，现代制造业过程的自动化控制是提高工厂生产效率、降低财力成本、降低手工操作的难度、确保生产操作安全以及改善工作环境的有效途径之一，是确保现代制造业信息化、敏捷化的必备条件，已经得到国际上的普遍重视和研究。自动化控制模块与I/O模块分别是自动化控制系统的一部分，它们与电源模块、通讯模块等一起共同构成自动化控制系统，将现场控制单元、现场监视单元、操作站、通信接口单元等连接起来，综合了计算机技术、通信技术和过程技术，以适应现代高水平生产控制与企业管理的需要。传统的控制模块和I/O模块仅能单独实现控制功能或者I/O功能，其生成成本高，体积大，且不能实现无线通讯，存在模块功能单一、结构设计覆盖不够全面、使用方便性和安全可靠性较差等缺陷。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种集控制功能与I/O功能于一体的智能控制器，以克服传统自动化控制模件结构功能单一，使用方便性和安全可靠性较差等缺陷。

上述目的通过以下技术方案实现：

一种集控制功能与I/O功能于一体的智能控制器，包括：主板电路和罩体；所述主板电路包括MCU单元、电源单元、UI单元、UO单元、DI单元、DO单元和通讯单元；所述UI单元包括模数转换单元、开关量输入处理单元及电平量输入处理单元；所述UO单元包括数模转换单元和外接继电器驱动单元；所述通讯单元包括以太网通讯处理单元、无线通讯处理单元及485通讯处理单元；所述UI单元、UO单元、DI单元、DO单元和通讯单元皆与MCU单元相连，所述电源单元对MCU单元、UI单元、UO单元、DI单元、DO单元和通讯单元进行供电。

优选的，所述的DI单元上设置有多路DI端口，用于输入数字量电平信号，或者用于计数计频。

进一步的，所述的UI单元上设置有N路UI端口，6≤N≤10，用于输入模拟量信号和数字量信号，其中，输入的模拟量信号包括电压、电流和电阻，数字量信号包括电平信号和开关信号；当所述的DI单元所需输入的数字量信号路数大于DI端口数时，MCU单元选择性配置UI端口的输入类型，实现多路DI、AI协调配置。

优选的，当DI单元需要输入n路数字量信号时， 6＜n≤12，MCU单元配置UI端口的输入类型，使UI端口输入n-6路数字量信号。

进一步的，所述的UO单元上设置有M路UO端口，2≤M≤6，用于输出模拟量信号和数字量信号，其中，输出的模拟量信号包括电压和电流，数字量信号包括电平量信号；当所述的DO单元所需输出的数字量信号路数大于DO端口数时，MCU单元选择性配置UO端口的输出类型，进行数字量信号输出，实现多路DO、AO协调配置。

优选的，当DO单元需要输出m路数字量信号时，4＜m≤6，MCU单元配置 UO端口的输入类型，使UO端口输入m-4路数字量信号。

进一步的，所述的无线通讯处理单元上设置有天线，用于通过GSM网络进行通讯。

进一步的，所述的485通讯处理单元包括一个本地连接HMI的接口和一个远距离隔离通讯接口，该485通讯处理单元支持Modbus-RTU的主从模式，所述的本地连接HMI的接口用于外接显示屏显示现场参数，所述的远距离隔离通讯接口用于组成485网络进行数据的交互。

进一步的，所述的DI端口通过输入信号处理单元连接MCU单元，所述的DO端口通过输出信号处理单元连接MCU单元，所述的UI端口通过UI单元连接MCU单元，所述的UO端口通过UO单元连接MCU单元，所述的RJ45端口、485端口和天线分别通过以太网通讯处理单元、485通讯处理单元和无线通信处理单元连接MCU单元。

进一步的，该智能控制器内置实时时钟，支持网络实时时钟同步，在实现控制与I/O功能的同时，提供事件发生的时间，以及事件之间的因果关系。

本实用新型的有益效果如下：

1）本实用新型提供了一种集控制功能与I/O功能于一体的智能控制器，具有最精简的最小计算机控制结构，采用 CPU 主控单元独立完成控制与运算，其结构紧凑，集成度高，具有多种通讯方式，可操作性强，用户满意度高。

2）本实用新型的智能控制器单个模块支持AI、AO、DI和DO，且当模块需要输入/输出的数字量信号数大于DI/DO端口数时，控制单元可以控制UI/UO端口接受超出DI/DO端口的数字量信号输入/输出，从而实现多路DI/DO、AI/AO协调配置。

3）本实用新型的智能控制器支持2路RS485通讯，支持主从ModbusRTU协议，从而解决了传统自动化控制模件结构功能单一，使用方便性和安全可靠性较差等缺陷的目的。

4）本实用新型的智能控制器内置实时时钟，可支持网络实时时钟同步，在实现控制与I/O功能的同时，提供事件发生的时间，以及事件之间的因果关系。

5）本实用新型可通过485处理单元的485端口进行固件程序升级。

附图说明

图1为本实用新型的智能控制器实施例的原理框图。

图2为本实用新型的智能控制器较佳实施例的结构示意图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，附图中相同的标记代表相同或相似的组件。然而，本领域的普通技术人员应当理解，下文中所提供的实施例并非用来限制本实用新型所涵盖的范围。此外，附图仅仅用于示意性地加以说明，并未依照其原尺寸进行绘制。

显然，所描述的实例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。

如附图1和图2所示为本实用新型的智能控制器较佳实施例的原理框图，其组成包括主板电路和罩体，所述主板电路包括MCU单元、电源单元、UI单元、UO单元、DI单元、DO单元、通讯单元，所述UI单元包括模数转换单元、开关量输入处理单元、电平量输入处理单元，所述UO单元包括数模转换单元、外接继电器驱动单元，所述通讯单元包括以太网通讯处理单元、无线通讯处理单元、485通讯处理单元，所述UI单元、UO单元、DI单元、DO单元和通讯单元皆与MCU单元相连，所述电源单元对MCU单元、UI单元、UO单元、DI单元、DO单元和通讯单元进行供电。

作为优选方案，本实施例中的智能控制器的MCU单元由32位的ARM单片机及外围器件构成，运行控制算法、智能控制、智能存储和通讯数据处理。

作为优选方案，本实施例中的智能控制器的电源单元支持24VAC或24VDC供电。

作为优选方案，本实施例中的智能控制器的DI单元上设置有6路DI端口，输入电平信号，其中有两路DI端口也可做计数计频使用。

作为优选方案，本实施例中的智能控制器的UI单元上设置有6路UI端口，输入模拟量信号：电压、电流和电阻，数字量信号：电平量信号和开关信号。并且，当所述DI单元所需输入的数字量信号路数大于6路时，MCU单元选择性配置UI端口的输入类型，实现多路DI、AI协调配置。具体地，当模块需要输入n（6＜n≤12）路DI时，在软件端设置UI端口的输入类型，MCU单元根据软件设置，配置 UI端口的输入类型，使UI端口输入n-6路数字量信号，所述软件为与智能控制器配套使用的实时控制软件。

优选的，模拟输入的精度为0.2%。

作为优选方案，本实施例中的智能控制器的DO单元上设置有4路DO端口，内置小型继电器，采用干触点输出的方式，触点能力1A/30VDC。

作为优选方案，本实施例中的智能控制器的UO单元上设置有2路UO端口，输出模拟量信号：电压、电流和电阻，数字量信号：电平量信号和开关信号，当所述DO单元所需输出的数字量信号路数大于4路时，MCU单元可配置UO端口的输出类型，实现多路DO、AO协调配置。具体地，当模块需要输出m（4＜m≤6）路DO时，在软件端设置UO端口的输出类型， MCU单元根据软件设置，配置 UO端口的输出类型，使UO端口输出m-4路数字量信号；所述软件为与智能控制器配套使用的实时控制软件。

优选的，模拟输出的精度为0.5%。

作为优选方案，本实施例中的智能控制器的以太网通讯处理单元上设置一路RJ45端口，把控制器的数据接入以太网，实现对现场的远程监控。

作为优选方案，本实施例中的智能控制器的无线通讯处理单元上设置有天线，通过GSM网络进行通讯，可与手机连接，随时随地即可得到控制器的信息。

作为优选方案，本实施例中的智能控制器的485通讯处理单元包括一个本地连接HMI的接口和一个远距离隔离通讯接口，支持Modbus-RTU的主从模式，所述的本地连接HMI的接口外接显示屏，实现对现场参数的直接显示，所述的远距离隔离通讯接口可组成485网络，进行数据的交互，通过软件平台实现对智能控制器的管理。

作为进一步的优选方案，本实施例中的智能控制器内置的实时时钟，支持基于季节、时区、时段等的时间程序调度。与此同时，其有3路LED指示灯，指示控制器的电源、网络、工作等状态。

作为优选方案，本实施例中的智能控制器的DI端口通过输入信号处理单元连接MCU单元，所述的DO端口通过输出信号处理单元连接MCU单元，所述的UI端口通过UI单元连接MCU单元，所述的UO端口通过UO单元连接MCU单元，所述的RJ45端口，两组485端口和天线分别通过以太网通讯处理单元、485通讯处理单元和无线通信处理单元连接MCU单元。

本实用新型的智能控制器为通用一体式控制器，采用嵌入式实时系统，支持多个模块级联扩展，单模块同时支持AI、AO、DI、DO，支持GPRS无线数据终端(DTU)功能，并且可支持网络实时时钟同步，可通过GPRS无线数据服务或以太网实现组网，从而达到解决传统自动化控制模件结构功能单一，使用方便性和安全可靠性较差等缺陷的目的。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种集控制功能与I/O功能于一体的智能控制器，其特征在于，包括：主板电路和罩体；所述主板电路包括MCU单元、电源单元、UI单元、UO单元、DI单元、DO单元和通讯单元；所述UI单元包括模数转换单元、开关量输入处理单元及电平量输入处理单元；所述UO单元包括数模转换单元和外接继电器驱动单元；所述通讯单元包括以太网通讯处理单元、无线通讯处理单元及485通讯处理单元；所述UI单元、UO单元、DI单元、DO单元和通讯单元皆与MCU单元相连，所述电源单元对MCU单元、UI单元、UO单元、DI单元、DO单元和通讯单元进行供电。

2.如权利要求1所述的智能控制器，其特征在于，所述的DI单元上设置有多路DI端口，用于输入数字量电平信号，或者用于计数计频。

3.如权利要求2所述的智能控制器，其特征在于，所述的UI单元上设置有N路UI端口，6≤N≤10，用于输入模拟量信号和数字量信号，其中，输入的模拟量信号包括电压、电流和电阻，数字量信号包括电平信号和开关信号；当所述的DI单元所需输入的数字量信号路数大于DI端口数时，MCU单元选择性配置UI端口的输入类型，实现多路DI、AI协调配置。

4.如权利要求3所述的智能控制器，其特征在于，当DI单元需要输入n路数字量信号时，6＜n≤12，MCU单元配置UI端口的输入类型，使UI端口输入n-6路数字量信号。

5.如权利要求1所述的智能控制器，其特征在于，所述的UO单元上设置有M路UO端口，2≤M≤6，用于输出模拟量信号和数字量信号，其中，输出的模拟量信号包括电压和电流，数字量信号包括电平量信号；当所述的DO单元所需输出的数字量信号路数大于DO端口数时，MCU单元选择性配置UO端口的输出类型，进行数字量信号输出，实现多路DO、AO协调配置。

6.如权利要求5所述的智能控制器，其特征在于，当DO单元需要输出m路数字量信号时，4＜m≤6，MCU单元配置UO端口的输入类型，使UO端口输入m-4路数字量信号。

7.如权利要求1所述的智能控制器，其特征在于，所述的无线通讯处理单元上设置有天线，用于通过GSM网络进行通讯。

8.如权利要求1所述的智能控制器，其特征在于，所述的485通讯处理单元包括一个本地连接HMI的接口和一个远距离隔离通讯接口，该485通讯处理单元支持Modbus-RTU的主从模式，所述的本地连接HMI的接口用于外接显示屏显示现场参数，所述的远距离隔离通讯接口用于组成485网络进行数据的交互。

9.如权利要求1-8任一项所述的智能控制器，其特征在于，所述的DI端口通过输入信号处理单元连接MCU单元，所述的DO端口通过输出信号处理单元连接MCU单元，所述的UI端口通过UI单元连接MCU单元，所述的UO端口通过UO单元连接MCU单元。

10.如权利要求9所述的智能控制器，其特征在于，该智能控制器内置实时时钟，支持网络实时时钟同步，在实现控制与I/O功能的同时，提供事件发生的时间，以及事件之间的因果关系。