用于可編程邏輯控制器的輸入模塊的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于可編程邏輯控制器的輸入模塊、包括這樣的模塊的控制器、以及用于測(cè)試這樣的模塊的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]可編程邏輯控制器(在其余描述中稱為控制器)是能夠驅(qū)動(dòng)、控制和/或監(jiān)視一個(gè)或多個(gè)處理的一個(gè)自動(dòng)化設(shè)備。這樣的控制器通常使用首字母縮略詞而稱為PLC。例如，控制器使得可以控制工廠中的流水線上的機(jī)器，或驅(qū)動(dòng)自動(dòng)操縱系統(tǒng)。
[0003]一般在模塊式架構(gòu)上構(gòu)建控制器。因此，控制器包括不同的模塊。具體地，控制器包括通信模塊，其能夠確保數(shù)據(jù)在控制器的其它模塊之間交換。因此，此通信模塊構(gòu)成一般稱為“背板”總線的傳輸總線。
[0004]控制器的模塊數(shù)目取決于要自動(dòng)化的處理的需要。通常，控制器包括電源模塊、中央單元、處理模塊和輸入模塊。
[0005]電源模塊經(jīng)由通信模塊提供電力，使得可以負(fù)責(zé)控制器的其它模塊的操作。
[0006]中央單元是通常稱為CPU(中央處理單元)的計(jì)算單元或處理器。中央處理單元是包括板載軟件的模塊，其中板載軟件包括要由板載軟件執(zhí)行以便執(zhí)行期望的自動(dòng)化操作的指令。中央處理單元一般還包括到PC類型的編程工具的正面連接。
[0007]每個(gè)處理模塊能夠處理數(shù)據(jù)。
[0008]每個(gè)輸入模塊使得可以確保在中央處理單元和與控制器相互作用的元件之間的安全相接。作為例示，這樣的元件是傳感器、按鈕、致動(dòng)器、發(fā)光指示器或閥。這種多樣性意味著控制器通常包括幾個(gè)輸入模塊，其中，一些輸入模塊是數(shù)字的，其它輸入模塊是模擬的。
[0009]為了確保安全相接，并且更一般地為了確保安全性以及控制器的正確操作，每個(gè)模塊能夠檢測(cè)操作異常。取決于所述情況，操作異常在與控制器相互作用的元件、元件與控制器之間的連接、或輸入模塊的故障的情況下發(fā)生。
[0010]為了檢測(cè)這樣的異常的存在，已知的是，向每個(gè)輸入模塊提供每個(gè)輸入至少兩個(gè)相同接口，所述兩個(gè)接口的輸出連接至能夠比較輸出信號(hào)的比較器。如果不存在操作異常，則比較器檢測(cè)不到兩個(gè)信號(hào)之間的任何不同，因?yàn)閮蓚€(gè)接口是相同的。當(dāng)比較器檢測(cè)到兩個(gè)輸入信號(hào)之間的顯著不同時(shí)，這意味著已經(jīng)發(fā)生了故障。在每個(gè)接口處的電路中的開(kāi)關(guān)使得可以執(zhí)行接口的測(cè)試序列，以確定故障是來(lái)自于輸入模塊還是輸入模塊外部的元件。此外，為了避免導(dǎo)致在兩個(gè)輸出信號(hào)上的相同信號(hào)的接口的故障，應(yīng)當(dāng)周期性地完成測(cè)試序列以保證操作是正常的。當(dāng)完成此測(cè)試序列時(shí)，當(dāng)同時(shí)測(cè)試兩個(gè)接口時(shí)，兩個(gè)被測(cè)試的接口都不傳送信號(hào)。結(jié)果，通常選擇使用每個(gè)輸入具有三個(gè)相同接口的輸入模塊。
[0011]然而，這樣的模塊是麻煩的。
[0012]因此，需要可編程邏輯控制器的輸入模塊具有減小的體積同時(shí)保證可編程邏輯控制器的良好的安全級(jí)別。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]為此目的，提出一種能夠連接至自動(dòng)化鏈的多個(gè)元件的可編程邏輯控制器的輸入模塊，所述輸入模塊包括輸入端，每個(gè)輸入端能夠從多個(gè)元件中的至少一個(gè)元件接收信號(hào)。所述輸入模塊包括接口，每個(gè)接口與單個(gè)輸入端關(guān)聯(lián)并且包括至少一個(gè)輸出，其能夠操作在如下三個(gè)不同狀態(tài):強(qiáng)制狀態(tài)，對(duì)應(yīng)于接口的輸出可以傳遞的最大電壓；低狀態(tài)，對(duì)應(yīng)于接口的輸出可以傳遞的最小電壓；以及讀取狀態(tài)，其中接口的輸出能夠傳遞由與所討論的接口關(guān)聯(lián)的輸入接收的信號(hào)的圖像。所述輸入模塊還包括:測(cè)試塊，其連接至每個(gè)接口并且能夠施加每個(gè)接口的輸出的狀態(tài)；以及處理子模塊，其能夠?qū)⒚總€(gè)接口的輸出的狀態(tài)與由測(cè)試塊施加的狀態(tài)相比較，并且當(dāng)至少一個(gè)接口的輸出的狀態(tài)不同于由測(cè)試塊施加的狀態(tài)時(shí)，由此推斷輸入模塊的操作異常。
[0014]根據(jù)具體實(shí)施例，輸入模塊包括單獨(dú)考慮的或根據(jù)任何技術(shù)上可能的組合的以下特征中的一個(gè)或多個(gè):
[0015]-每個(gè)接口包括具有已知故障模式的組件，優(yōu)選地，從由電阻、晶體管和二極管組成的組中唯一地選擇每個(gè)組件。
[0016]-每個(gè)接口是相同的。
[0017]-每個(gè)接口包括能夠修改接口的輸出的狀態(tài)的單個(gè)晶體管。
[0018]-輸入模塊還包括將處理子模塊與接口和測(cè)試塊隔離的隔離部件。
[0019]-輸入模塊還包括特定于測(cè)試塊的電源。
[0020]-處理子模塊能夠當(dāng)至少一個(gè)接口的輸出的狀態(tài)不同于強(qiáng)制狀態(tài)、同時(shí)由測(cè)試塊施加的狀態(tài)是強(qiáng)制狀態(tài)時(shí)，確定由兩個(gè)接口、測(cè)試塊和隔離部件組成的組中的至少一個(gè)元件的操作異常，當(dāng)測(cè)試塊未被通電時(shí)確定不存在操作異常，并且當(dāng)至少一個(gè)接口的輸出的狀態(tài)不同于低狀態(tài)、同時(shí)由測(cè)試塊施加的狀態(tài)是低狀態(tài)時(shí)，確定由接口和測(cè)試塊組成的組中的至少一個(gè)元件的操作異常。
[0021]-處理子模塊能夠在每個(gè)接口的每個(gè)輸出循環(huán)地施加強(qiáng)制狀態(tài)、低狀態(tài)、然后是讀取狀態(tài)。
[0022]本發(fā)明還涉及一種可編程邏輯電路，包括至少一個(gè)如前所述的輸入模塊。
[0023]本發(fā)明還涉及一種用于測(cè)試能夠連接至自動(dòng)化鏈的多個(gè)元件的可編程邏輯電路的輸入模塊的方法，所述輸入模塊包括輸入，每個(gè)輸入能夠接收來(lái)自多個(gè)元件中的至少一個(gè)元件的信號(hào)。所述輸入模塊包括接口，每個(gè)接口與信號(hào)輸入關(guān)聯(lián)并且包括至少一個(gè)輸出，其能夠操作在如下三個(gè)不同狀態(tài):強(qiáng)制狀態(tài)，對(duì)應(yīng)于接口的輸出可以傳遞的最大電壓；低狀態(tài)，對(duì)應(yīng)于接口的輸出可以傳遞的最小電壓；以及讀取狀態(tài)，其中接口的輸出能夠傳遞由與所討論的接口關(guān)聯(lián)的輸入接收的信號(hào)的圖像。所述輸入模塊包括:測(cè)試塊，其連接至每個(gè)接口并且能夠施加每個(gè)接口的輸出的狀態(tài)；以及處理子模塊，其能夠?qū)⒚總€(gè)接口的輸出的狀態(tài)與由測(cè)試塊施加的狀態(tài)相比較，并且當(dāng)至少一個(gè)接口的輸出的狀態(tài)不同于由測(cè)試塊施加的狀態(tài)時(shí)，由此推斷輸入模塊的操作異常。所述方法包括以下步驟:在每個(gè)接口的每個(gè)輸出上施加強(qiáng)制狀態(tài)，當(dāng)在每個(gè)接口的每個(gè)輸出上施加強(qiáng)制狀態(tài)時(shí)驗(yàn)證輸入模塊的操作狀態(tài)，在每個(gè)接口的每個(gè)輸出上施加低狀態(tài)，驗(yàn)證輸入模塊的操作狀態(tài)，以及基于驗(yàn)證步驟的結(jié)果推斷輸入模塊的操作狀態(tài)。
【附圖說(shuō)明】
[0024]結(jié)合附圖，當(dāng)閱讀下面僅作為示例且參考附圖提供的對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例的描述時(shí)，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將顯現(xiàn)，其中:
[0025]圖1是與多個(gè)元件相互作用的示例控制器的圖，以及
[0026]圖2是圖1的控制器的輸入模塊的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]如圖1所示，提出控制器10，其與作為自動(dòng)化鏈的部分的多個(gè)元件12相互作用。
[0028]在自動(dòng)化鏈的元件12之中，為了簡(jiǎn)化的原因，在圖1中僅示出八個(gè)，應(yīng)知道，在實(shí)踐中，元件12的數(shù)目取決于控制器10使得可以進(jìn)行自動(dòng)化的處理。在復(fù)雜的處理中，元件的數(shù)目通常超過(guò)一百個(gè)。
[0029]在圖1的情況下，示出兩個(gè)傳感器14A、14D、致動(dòng)器16以及緊急停止按鈕18。兩個(gè)傳感器14A、14D、致動(dòng)器16以及緊急停止按鈕18通過(guò)相應(yīng)的線纜20A、20D、20C、20B連接至控制器10。
[0030]控制器10是可編程邏輯控制器。
[0031]控制器10包括輸入/輸出1(^、1(?、10(:和100、電源模塊22、中央處理單元28、通信模塊30、包含第一處理子模塊24的第一輸入模塊32、以及包含第二處理子模塊26的第二輸入/輸出模塊34。
[0032]第一輸入10A經(jīng)由第一線纜20A連接至第一傳感器14A。
[0033]第二輸入10B經(jīng)由第二線纜20B連接至緊急停止按鈕18。
[0034]第三輸入10C經(jīng)由第三線纜20C連接至致動(dòng)器16。
[0035]第四輸入10D經(jīng)由第四線纜20D連接至第二傳感器14D。
[0036]電源模塊22經(jīng)由通信模塊30提供使得可以確?？刂破?0的其它模塊28、30、32、24的操作的電力。
[0037]第一處理子模塊24能夠處理來(lái)自第一輸入模塊32的數(shù)據(jù)。作為示例，第一處理子模塊24能夠執(zhí)行數(shù)據(jù)過(guò)濾。
[0038]同樣地，第二處理子模塊26能夠處理來(lái)自第二模塊34的數(shù)據(jù)。
[0039]中央處理單元28能夠收集由處理子模塊24和26處理的數(shù)據(jù)，并且基于所處理的數(shù)據(jù)作出并實(shí)施決定。
[0040]通信模塊30能夠負(fù)責(zé)控制器10的不同模塊22、28、32和34之間的數(shù)據(jù)的通信。這在圖1中通過(guò)虛線表示。
[0041]第一輸入模塊32連接至控制器10的頭兩個(gè)輸入10A和10B。第一輸入模塊32連接至第一處理模塊24，并且能夠提供在第一處理模塊24與分別連接至輸入10A和10B的傳感器14A和緊急停止按鈕18之間的安全相接。
[0042]圖2中不出第一輸入模塊32的不例電氣圖。
[0043]第一輸入模塊32包括兩個(gè)輸入32A、32B、第一接口 40A、第二接口 40B、測(cè)試塊42、隔離部件44、第一診斷塊46A、第二診斷塊46B、作為四個(gè)輸出48A1、48A2、50B1和50B2的用于接口 40A和40B的四個(gè)測(cè)試命令、以及五個(gè)輸入52、54、56、58和60。
[0044]第一輸入模塊32的第一輸入32A連接至控制器10的第一輸入10A。
[0045]第一輸入模塊32的第二輸入32B連接至控制器10的第二輸入10B。
[0046]第一接口 40A包括兩個(gè)二極管62A、64A、四個(gè)電阻66A、68A、70A、72A、晶體管74A、以及六個(gè)端子 40A1、40A2、40A3、40A4、40A5 和 40A6。
[0047]第1 二極管62A包括陽(yáng)極62AA和陰極62AC。
[0048]第2 二極管64A包括陽(yáng)極6