一種基于sopc技術(shù)的plc協(xié)同控制器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明具體地涉及一種基于SOPC技術(shù)的PLC協(xié)同控制器。
【背景技術(shù)】
[0002]由于傳統(tǒng)硬件PLC技術(shù)對(duì)外封閉，各個(gè)生產(chǎn)廠商的PLC硬件平臺(tái)各不相同，支持的PLC語(yǔ)言也不相同，而且相互之間通信的協(xié)議和總線也完全不同。因此，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，人們已經(jīng)逐漸認(rèn)識(shí)到硬件PLC的通用性、兼容性和拓展性不好正在制約著PLC的快速發(fā)展。同時(shí)，隨著卷煙工業(yè)新一輪的技改，大量新型煙草制絲設(shè)備從德國(guó)HAUN1、意大利Garbu1等國(guó)外煙機(jī)設(shè)備公司引進(jìn)，設(shè)備廠家對(duì)于關(guān)鍵設(shè)備的PLC程序采取了技術(shù)封鎖甚至加密等手段。因此，對(duì)于煙機(jī)功能改進(jìn)，需要尋求一種新的解決方案來(lái)突破傳統(tǒng)PLC內(nèi)部程序封鎖以及外部通用性、兼容性差等問(wèn)題。
[0003]過(guò)去，傳統(tǒng)的PLC控制單一，而且邏輯控制器的開(kāi)發(fā)多基于ASIC設(shè)計(jì)的硬件平臺(tái)，而近年來(lái)出現(xiàn)的可編程片上系統(tǒng)(SOPC)解決方案得到了業(yè)界廣泛的重視并迅速發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明就是為了克服傳統(tǒng)PLC兼容性和可擴(kuò)展性差、性價(jià)比低等缺點(diǎn)，同時(shí)為了突破新型煙機(jī)設(shè)備PLC程序加密、二次開(kāi)發(fā)難度高等問(wèn)題，彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種基于SOPC技術(shù)的PLC協(xié)同控制器；本發(fā)明具有體系結(jié)構(gòu)開(kāi)放、開(kāi)發(fā)移植簡(jiǎn)單以及可擴(kuò)展性高等優(yōu)點(diǎn)，能較好地滿足現(xiàn)代工業(yè)卷煙生產(chǎn)自動(dòng)化的要求。
[0005]為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案。
[0006]本發(fā)明一種基于SOPC技術(shù)的PLC協(xié)同控制器,包括協(xié)同控制器模塊、PLC運(yùn)行系統(tǒng)模塊；其結(jié)構(gòu)要點(diǎn)是:所述協(xié)同控制器通過(guò)RS232連接轉(zhuǎn)換電路，所述轉(zhuǎn)換電路連接RS485通訊模塊，所述RS485通訊模塊連接CP341，所述CP341連接PLC運(yùn)行系統(tǒng)模塊；所述協(xié)同控制器外部連接有外部I/O接口模塊，所述PLC運(yùn)行系統(tǒng)模塊外部連接有外部I/O接口模塊。
[0007]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述協(xié)同控制器模塊采用基于SOPC運(yùn)行系統(tǒng)的FPGA模塊；所述FPGA模塊采用Cyclone II EP2C35系列FPGA，其內(nèi)部具有35000個(gè)邏輯單元，672個(gè)引腳，提供475個(gè)自定義I/O接口，并支持N1s II嵌入式軟核處理器。
[0008]進(jìn)一步地，所述軟核處理器采用基于RISC技術(shù)的32位嵌入式處理器N1s II。
[0009]作為本發(fā)明的另一種優(yōu)選方案，所述基于SOPC技術(shù)的PLC協(xié)同控制器包括上位機(jī)和下位機(jī)兩部分；其中所述上位機(jī)部分采用基于SOPC虛擬PLC模塊，所述上位機(jī)與下位機(jī)通過(guò)RS232總線協(xié)議連接。
[0010]進(jìn)一步地，本發(fā)明所述基于SOPC虛擬PLC模塊內(nèi)部包括通信接口模塊、PLC虛擬機(jī)層模塊、I/o數(shù)據(jù)映像區(qū)模塊；所述I/O數(shù)據(jù)映像區(qū)模塊外部連接I/O接口模塊。
[0011]本發(fā)明的有益效果是。
[0012]本發(fā)明體統(tǒng)了一種基于SOPC技術(shù)的FPGA片上系統(tǒng)作為虛擬PLC來(lái)協(xié)助傳統(tǒng)硬件PLC完成自動(dòng)化控制的目的，實(shí)現(xiàn)了該嵌入式軟核PLC協(xié)同傳統(tǒng)PLC在同一設(shè)備內(nèi)共同控制的目標(biāo)。因此，基于SOPC技術(shù)的協(xié)同控制器消除了單一傳統(tǒng)PLC控制的缺陷，具有體系結(jié)構(gòu)開(kāi)放、開(kāi)發(fā)移植簡(jiǎn)單以及可擴(kuò)展性高等優(yōu)點(diǎn)，能較好地滿足現(xiàn)代工業(yè)卷煙生產(chǎn)自動(dòng)化的要求。
[0013]本發(fā)明以SOPC技術(shù)為依托的PLC協(xié)同控制器具有很強(qiáng)的可修改性和可移植性，保證了運(yùn)行PLC協(xié)同控制器程序的實(shí)時(shí)性，并且能夠根據(jù)特定的需要編寫自定義IP核，自由添加所需要的特定設(shè)備，同時(shí)方便的增加或減少I/O端口的數(shù)量，基于該技術(shù)的協(xié)同控制方式比單一傳統(tǒng)PLC控制具有更靈活的可擴(kuò)展性。此外，由于FPGA具有較高的密度，能夠集成很大的系統(tǒng)，因此又增加了系統(tǒng)的可靠性。
[0014]本發(fā)明引入先進(jìn)的SOPC嵌入式技術(shù)協(xié)助傳統(tǒng)PLC，節(jié)省了傳統(tǒng)PLC處理器資源，提高了其處理器的運(yùn)行速度，增加了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和維護(hù)性；在非精密控制領(lǐng)域，也可以將該基于SOPC技術(shù)的FPGA獨(dú)立作為PLC使用。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1是PLC協(xié)同控制方式結(jié)構(gòu)圖。
[0016]圖2是本發(fā)明一種基于SOPC技術(shù)的PLC協(xié)同控制器的結(jié)構(gòu)框圖。
[0017]圖3是本發(fā)明的上位機(jī)與下位機(jī)之間的通訊結(jié)構(gòu)連接圖。
[0018]圖4是本發(fā)明的硬件結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]如圖1所示，為PLC協(xié)同控制方式結(jié)構(gòu)圖。圖中包括協(xié)同控制器、現(xiàn)場(chǎng)總線、PLC運(yùn)行系統(tǒng)；其中，協(xié)同控制器內(nèi)部設(shè)置控制邏輯模塊，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線訪問(wèn)PLC運(yùn)行系統(tǒng)內(nèi)部資源，并將協(xié)同控制器的控制邏輯運(yùn)算結(jié)果再次通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線傳回PLC，最終實(shí)現(xiàn)雙核協(xié)同控。
[0020]如圖2所示，為本發(fā)明一種基于SOPC技術(shù)的PLC協(xié)同控制器的結(jié)構(gòu)框圖。包括協(xié)同控制器模塊、PLC運(yùn)行系統(tǒng)模塊；其結(jié)構(gòu)要點(diǎn)是:所述協(xié)同控制器通過(guò)RS232連接轉(zhuǎn)換電路，所述轉(zhuǎn)換電路連接RS485通訊模塊，所述RS485通訊模塊連接CP341，所述CP341連接PLC運(yùn)行系統(tǒng)模塊；所述協(xié)同控制器外部連接有外部I/O接口模塊，所述PLC運(yùn)行系統(tǒng)模塊外部連接有外部I/O接口模塊。
[0021 ] 本發(fā)明所述協(xié)同控制器模塊采用基于SOPC運(yùn)行系統(tǒng)的FPGA模塊；所述FPGA模塊采用Cyclone II EP2C35系列FPGA，其內(nèi)部具有35000個(gè)邏輯單元，672個(gè)引腳，提供475個(gè)自定義I/O接口，并支持N1s II嵌入式軟核處理器。所述SOPC不僅僅使FPGA設(shè)計(jì)更為簡(jiǎn)單，而且設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)潔、靈活，開(kāi)發(fā)更高效。它的特點(diǎn)在于其可編程性，即利用現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)器件的可編程性進(jìn)行SOC (system on chip)設(shè)計(jì)。SOPC Builder為每一個(gè)元件提供一個(gè)導(dǎo)向，利用該向?qū)Ш苋菀锥ㄖ圃δ?，且通過(guò)該向?qū)軌蚍浅７奖愕卦谝粋€(gè)設(shè)計(jì)中加入N1s II軟核處理器、外設(shè)接口等。為了將微處理器核、外圍設(shè)備、存儲(chǔ)器和其它IP核相互連接起來(lái)，SOPC Builder能夠自動(dòng)生成片上總線和總線仲裁器等所需的邏輯。SOPC Builder實(shí)現(xiàn)了嵌入式系統(tǒng)各個(gè)方面的開(kāi)發(fā)，包括軟件的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證，因此運(yùn)用SOPC技術(shù)可以在FPGA上快速定制各種復(fù)雜邏輯控制，并將傳統(tǒng)PLC中邏輯移植或轉(zhuǎn)移到FPGA器件上實(shí)現(xiàn)。將基于SOPC技術(shù)的FPGA作為虛擬PLC來(lái)協(xié)助傳統(tǒng)硬件PLC完成自動(dòng)化控制，很好地解決了上述傳統(tǒng)PLC單一控制的缺點(diǎn)，通過(guò)SOPC定制各種功能與傳統(tǒng)PLC實(shí)時(shí)通訊達(dá)到雙核協(xié)同時(shí)控制同一設(shè)備的目的。
[0022]如圖3所示，為本發(fā)明的上位機(jī)與下位機(jī)之間的通訊結(jié)構(gòu)連接圖。所述基于SOPC技術(shù)的PLC協(xié)同控制器包括上位機(jī)和下位機(jī)兩部分；其中所述上位機(jī)部分采用基于SOPC虛擬PLC模塊，所述上位機(jī)與下位機(jī)通過(guò)RS232總線協(xié)議連接。進(jìn)一步地，本發(fā)明所述基于SOPC虛擬PLC模塊內(nèi)部包括通信接口模塊、PLC虛擬機(jī)層模塊、I/O數(shù)據(jù)映像區(qū)模塊；所述I/O數(shù)據(jù)映像區(qū)模塊外部連接I/O接口模塊。
[0023]本發(fā)明所述N1s II嵌入式軟核處理器采用基于RISC技術(shù)的32位嵌入式處理器。通過(guò)SOPC Builder系統(tǒng)綜合軟件設(shè)定N1s II軟核參數(shù)。如圖4所示,為本發(fā)明的硬件結(jié)構(gòu)圖；在常用外圍設(shè)備及接口組件中選擇外部SDRAM接口、外部FLASH接口、外部RAM總線接口、外部 LCD 接口、LED P1、Button P1、TIMERl (計(jì)時(shí)器)、TIMER2 (定時(shí)器)、JTAGUART以及UART(RS-232)等模塊，并設(shè)置相關(guān)參數(shù)，自動(dòng)分配各模塊基地址和指定N1s II處理器的復(fù)位地址與異常中斷地址，生成相應(yīng)的N1s II系統(tǒng)。基于SOPC技術(shù)的優(yōu)勢(shì)將很多資源集中在FPGA中，使系統(tǒng)的擴(kuò)展與升級(jí)更加容易，只需在FPGA中添加相應(yīng)功能的模塊即可。對(duì)于自定義外設(shè)，可以通過(guò)VHDL硬件語(yǔ)言編寫IP核，在SOPC Builder中添加這個(gè)自定義組件，并通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)Avalon總線連接。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于SOPC技術(shù)的PLC協(xié)同控制器,包括協(xié)同控制器模塊、PLC運(yùn)行系統(tǒng)模塊；其特征在于:所述協(xié)同控制器通過(guò)RS232連接轉(zhuǎn)換電路，所述轉(zhuǎn)換電路連接RS485通訊模塊，所述RS485通訊模塊連接CP341，所述CP341連接PLC運(yùn)行系統(tǒng)模塊；所述協(xié)同控制器外部連接有外部I/O接口模塊，所述PLC運(yùn)行系統(tǒng)模塊外部連接有外部I/O接口模塊。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于SOPC技術(shù)的PLC協(xié)同控制器，其特征在于:所述協(xié)同控制器模塊采用基于SOPC運(yùn)行系統(tǒng)的FPGA模塊；所述FPGA模塊采用Cyclone IIEP2C35系列FPGA，其內(nèi)部具有35000個(gè)邏輯單元，672個(gè)引腳，提供475個(gè)自定義I/O接口，并支持N1s II嵌入式軟核處理器。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于SOPC技術(shù)的PLC協(xié)同控制器，其特征在于:所述軟核處理器采用基于RISC技術(shù)的32位嵌入式處理器N1s II。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于SOPC技術(shù)的PLC協(xié)同控制器，其特征在于:所述基于SOPC技術(shù)的PLC協(xié)同控制器包括上位機(jī)和下位機(jī)兩部分；其中所述上位機(jī)部分采用基于SOPC虛擬PLC模塊，所述上位機(jī)與下位機(jī)通過(guò)RS232總線協(xié)議連接。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于SOPC技術(shù)的PLC協(xié)同控制器,其特征在于:所述基于SOPC虛擬PLC模塊內(nèi)部包括通信接口模塊、PLC虛擬機(jī)層模塊、I/O數(shù)據(jù)映像區(qū)模塊；所述I/O數(shù)據(jù)映像區(qū)模塊外部連接I/O接口模塊。
【專利摘要】一種基于SOPC技術(shù)的PLC協(xié)同控制器。本發(fā)明具有體系結(jié)構(gòu)開(kāi)放、開(kāi)發(fā)移植簡(jiǎn)單以及可擴(kuò)展性高等優(yōu)點(diǎn)，能較好地滿足現(xiàn)代工業(yè)卷煙生產(chǎn)自動(dòng)化的要求。本發(fā)明包括協(xié)同控制器模塊、PLC運(yùn)行系統(tǒng)模塊；其結(jié)構(gòu)要點(diǎn)是：所述協(xié)同控制器通過(guò)RS232連接轉(zhuǎn)換電路，所述轉(zhuǎn)換電路連接RS485通訊模塊，所述RS485通訊模塊連接CP341，所述CP341連接PLC運(yùn)行系統(tǒng)模塊；所述協(xié)同控制器外部連接有外部I/O接口模塊，所述PLC運(yùn)行系統(tǒng)模塊外部連接有外部I/O接口模塊。所述基于SOPC技術(shù)的PLC協(xié)同控制器包括上位機(jī)和下位機(jī)兩部分；其中所述上位機(jī)部分采用基于SOPC虛擬PLC模塊，所述上位機(jī)與下位機(jī)通過(guò)RS232總線協(xié)議連接。
【IPC分類】G05B19/05
【公開(kāi)號(hào)】CN105629863
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410622458
【發(fā)明人】李福霞
【申請(qǐng)人】李福霞
【公開(kāi)日】2016年6月1日
【申請(qǐng)日】2014年11月7日