專利名稱：基于狀態(tài)機技術(shù)的高抗干擾plc擴展模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及ー種エ業(yè)可編程控制器的擴展模 塊，系統(tǒng)中特別是涉及一種基于由CPLD構(gòu)成的狀態(tài)機模擬量數(shù)據(jù)采集擴展模塊，可提高PLC系統(tǒng)抗干擾能力。屬于電子技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
エ業(yè)可編程控制器簡稱PLC系統(tǒng)，該系統(tǒng)由CPU主機及擴展模塊組成，它的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點決定了它的抗干擾能力要優(yōu)于單片機系統(tǒng)或エ業(yè)PC。結(jié)構(gòu)上，它把主機，也稱CPU模塊，放在系統(tǒng)的后端，在主機與被控對象(一般是強電磁干擾環(huán)境)之間，隔有靠邏輯電路等組成的擴展模塊做緩沖。(一般公認狀態(tài)機系統(tǒng)的抗干擾能力，強于邏輯電路系統(tǒng)，而邏輯電路的抗干擾能力強于微機系統(tǒng)。相比之下，微機系統(tǒng)的抗干擾能力最弱。)由于PLC在結(jié)構(gòu)上的這種抗干擾優(yōu)勢，以及使用方便等特點，它戰(zhàn)勝了單片機、エ業(yè)PC機等系統(tǒng)，在業(yè)界得到最廣泛普及。近些年，由于大量性能高、價格低的高檔可編程串行A/D、D/A轉(zhuǎn)換芯片的面市，被PLC模擬量擴展模塊廣泛采用?？墒?，由于這種可編程轉(zhuǎn)換芯片操作復(fù)雜，所以又幾乎無ー例外的，各PLC生產(chǎn)廠家,全都把單片機植入模擬量擴展模塊之中，而模擬量擴展模塊要直接接觸高電磁干擾部分，這使PLC在結(jié)構(gòu)上的抗干擾優(yōu)勢大打了折扣。通過單片機驅(qū)動擴展模塊存在以下弊端一是應(yīng)用單片機通過軟件控制數(shù)據(jù)采集的A/D轉(zhuǎn)換，這樣必將頻繁中斷系統(tǒng)的運行，從而減弱系統(tǒng)的數(shù)據(jù)運算能力，數(shù)據(jù)采集的速度也將受到限制；ニ是當電流波形會發(fā)生嚴重畸變時，干擾單片機的正確判斷，容易產(chǎn)生死機的情況。使用單片機的模擬量擴展模塊，成系統(tǒng)抗干擾能力的瓶頸，這種結(jié)構(gòu)，也違背了 PLC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計初衷。隨著可編程邏輯芯片CPLD的容量大幅増加，成本大幅下降，在PLC模擬量擴展模塊中，完全可以用CPLD組成的狀態(tài)機取代流行的單片機，進行數(shù)據(jù)采集和邏輯控制等，這樣不但解決了 PLC抗干擾能力的瓶頸，也可以提高PLC系統(tǒng)的整體性能。目前狀態(tài)機技術(shù)及其附加產(chǎn)品技術(shù)均已成熟，事實上，各PLC生產(chǎn)廠家在數(shù)字量擴展模塊中，幾乎無一例外的已經(jīng)全部選用狀態(tài)機技木，由于技術(shù)以及早期CPLD容量較低等原因的限制，在模擬量擴展模塊上，狀態(tài)機技術(shù)還沒有得到應(yīng)用。在模擬量擴展模塊中，用狀態(tài)機取代單片機是未來行業(yè)的發(fā)展方向。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是針對傳統(tǒng)方式中存在的問題，本實用新型的基于狀態(tài)機技術(shù)的高抗干擾PLC擴展模塊利用CPLD的高精度、高速度的優(yōu)點設(shè)計成狀態(tài)機，取代PLC擴展系統(tǒng)中的單片機，最大限度的減少誤動作。系統(tǒng)運行過程中不受波形畸變、死機等問題影響，即使萬一發(fā)生干擾，狀態(tài)機的刷新周期也只需幾微妙的時間，遠遠低于單片機的死機恢復(fù)時間。本實用新型的目的可通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)[0009]基于狀態(tài)機技術(shù)的高抗干擾PLC擴展模塊，包括了基于CPLD芯片的通訊模塊、驅(qū)動電路、邏輯控制模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、磁隔離器，通訊模塊一端與CPU主機相連、另一端與驅(qū)動電路相連，驅(qū)動電路上連接有若干個邏輯控制模塊和/或數(shù)據(jù)采集模塊，邏輯控制模塊還與數(shù)字量設(shè)備相連，邏輯控制模塊與數(shù)字量設(shè)備之間設(shè)有磁隔離器，數(shù)據(jù)采集模塊還與模擬量設(shè)備相連，數(shù)據(jù)采集模塊與模擬量設(shè)備之間設(shè)有磁隔離器。[0010]所述數(shù)據(jù)采集模塊內(nèi)設(shè)有若干個A/D轉(zhuǎn)換器和/或D/A轉(zhuǎn)換器，與A/D轉(zhuǎn)換器和/或D/A轉(zhuǎn)換器相配的驅(qū)動電路上設(shè)有串入井出移位寄存器、并入串出移位寄存器和時序發(fā)生器。所述邏輯控制模塊內(nèi)設(shè)有若干個輸入設(shè)備和/或輸出設(shè)備，與輸入設(shè)備相配的驅(qū)動電路上設(shè)有并入串出移位寄存器，與輸出設(shè)備相配的驅(qū)動電路上設(shè)有串入井出移位寄存器。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型主要具有以下有益效果I、隔離技術(shù)采用了磁隔離技術(shù)，在不影響運算速度的情況下提高了系統(tǒng)的可靠性及總線的穩(wěn)定性；2、高速運算能力CPLD運算頻率可以達到IOMHz,而傳統(tǒng)PLC擴展模塊工作在2. 44MHZ。本實用新型的基于狀態(tài)機技術(shù)的高抗干擾PLC擴展模塊利用CPLD的高速運算能力完成實時通訊，最終實現(xiàn)高抗干擾的PLC擴展系統(tǒng)。

圖I為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本實用新型的局部結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實例對本實用新型作進ー步的說明。如圖I所示，本實用新型的基于狀態(tài)機技術(shù)的高抗干擾PLC擴展模塊，包括了基于CPLD芯片的通訊模塊、驅(qū)動電路、邏輯控制模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、磁隔離器，各部分之間由數(shù)據(jù)總線連接。通訊模塊一端與CPU主機相連、另一端與驅(qū)動電路相連，驅(qū)動電路上連接有若干個邏輯控制模塊和/或數(shù)據(jù)采集模塊，邏輯控制模塊還與數(shù)字量設(shè)備相連，邏輯控制模塊與數(shù)字量設(shè)備之間設(shè)有磁隔離器，數(shù)據(jù)采集模塊還與模擬量設(shè)備相連，數(shù)據(jù)采集模塊與模擬量設(shè)備之間設(shè)有磁隔離器。如圖2所示，數(shù)據(jù)采集模塊內(nèi)設(shè)有若干個A/D轉(zhuǎn)換器和/或D/A轉(zhuǎn)換器，與A/D轉(zhuǎn)換器和/或D/A轉(zhuǎn)換器相配的驅(qū)動電路上設(shè)有串入井出移位寄存器、并入串出移位寄存器和時序發(fā)生器。邏輯控制模塊內(nèi)設(shè)有若干個輸入設(shè)備和/或輸出設(shè)備，與輸入設(shè)備相配的驅(qū)動電路上設(shè)有并入串出移位寄存器，與輸出設(shè)備相配的驅(qū)動電路上設(shè)有串入井出移位寄存器。本實用新型的基于狀態(tài)機技術(shù)的高抗干擾PLC擴展模塊的工作原理是，用可編程邏輯芯片CPLD構(gòu)成的狀態(tài)機，取代PLC產(chǎn)品中模擬量數(shù)據(jù)采集擴展模塊的單片機。使整個系統(tǒng)實現(xiàn)，除 末端的主機外的所有各種擴展模塊，均采用狀態(tài)機結(jié)構(gòu)，進一歩提升現(xiàn)有PLC系統(tǒng)的抗干擾性能。CPU主機與擴展模塊之間采用總線通信的方式，擴展模塊在與主機通訊時以狀態(tài)機的形式不停的刷新命令，防止出現(xiàn)死機。并根據(jù)外部設(shè)備的不同，驅(qū)動模塊分為邏輯控制和數(shù)據(jù)采集兩種方式。邏輯控制模塊專門驅(qū)動數(shù)字量設(shè)備，輸入或者輸出的數(shù)字量數(shù)據(jù)通過邏輯控制模塊直接發(fā)送到數(shù)據(jù)總線上，由CPU進行處理。數(shù)據(jù)采集模塊包含時序發(fā)生器，通過時序產(chǎn)生控制字直接驅(qū)動A/D和/或D/A轉(zhuǎn)換器。A/D轉(zhuǎn)換器把外部模擬量設(shè)備轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，回送至數(shù)據(jù)總線，交由CPU處理；D/A轉(zhuǎn)換器把從CPU處獲得的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號輸出至外部設(shè)備。擴展模塊位于CPU與外部設(shè)備之間，在與CPU同步通信的同時還與外部設(shè)備進行邏輯控制和數(shù)據(jù)采集的動作。并在此過程中起到電磁隔離的作用，使數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠。雖然在這里通過某個或某些特殊配置描述和闡明本實用新型，然而其目的并不在于限制所述細節(jié)，因為可能在專利要求范圍內(nèi)有各種修改和結(jié)構(gòu)變更，并不偏離發(fā)明精神。本實用新型涉及部分均與現(xiàn)有技術(shù)相同或可采用現(xiàn)有技術(shù)加以實現(xiàn)。
權(quán)利要求1.基于狀態(tài)機技術(shù)的高抗干擾PLC擴展模塊，其特征在于包括了基于CPLD芯片的通訊模塊、驅(qū)動電路、邏輯控制模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、磁隔離器，通訊模塊一端與CPU主機相連、另一端與驅(qū)動電路相連，驅(qū)動電路上連接有若干個邏輯控制模塊和/或數(shù)據(jù)采集模塊，邏輯控制模塊還與數(shù)字量設(shè)備相連，邏輯控制模塊與數(shù)字量設(shè)備之間設(shè)有磁隔離器，數(shù)據(jù)采集模塊還與模擬量設(shè)備相連，數(shù)據(jù)采集模塊與模擬量設(shè)備之間設(shè)有磁隔離器。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于狀態(tài)機技術(shù)的高抗干擾PLC擴展模塊，其特征在于所述數(shù)據(jù)采集模塊內(nèi)設(shè)有若干個A/D轉(zhuǎn)換器和/或D/A轉(zhuǎn)換器，與A/D轉(zhuǎn)換器和/或D/A轉(zhuǎn)換器相配的驅(qū)動電路上設(shè)有串入井出移位寄存器、并入串出移位寄存器和時序發(fā)生器。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于狀態(tài)機技術(shù)的高抗干擾PLC擴展模塊，其特征在于所述邏輯控制模塊內(nèi)設(shè)有若干個輸入設(shè)備和/或輸出設(shè)備，與輸入設(shè)備相配的驅(qū)動電路上設(shè)有并入串出移位寄存器，與輸出設(shè)備相配的驅(qū)動電路上設(shè)有串入井出移位寄存器。
專利摘要本實用新型提供了一種基于狀態(tài)機技術(shù)的高抗干擾PLC擴展模塊，包括了基于CPLD芯片的通訊模塊、驅(qū)動電路、邏輯控制模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、磁隔離器，通訊模塊一端與CPU主機相連、另一端與驅(qū)動電路相連，驅(qū)動電路上連接有若干個邏輯控制模塊和/或數(shù)據(jù)采集模塊，邏輯控制模塊還與數(shù)字量設(shè)備相連，邏輯控制模塊與數(shù)字量設(shè)備之間設(shè)有磁隔離器，數(shù)據(jù)采集模塊還與模擬量設(shè)備相連，數(shù)據(jù)采集模塊與模擬量設(shè)備之間設(shè)有磁隔離器本實用新型采用了磁隔離技術(shù)，在不影響運算速度的情況下提高了系統(tǒng)的可靠性及總線的穩(wěn)定性；且利用CPLD的高速運算能力完成實時通訊，最終實現(xiàn)高抗干擾的PLC擴展系統(tǒng)。
文檔編號G05B19/05GK202362637SQ201120523690
公開日2012年8月1日 申請日期2011年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月14日
發(fā)明者劉博 , 宋建華 申請人:劉博 , 南京蘭博電子科技有限公司, 宋建華