专利名称：可编程控制器i/o从站的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电气控制技术领域，具体涉及一种可编程控制器i/o从站。
背景技术：
按照国际电工委员会(IEC)对PLC (Programmable Logic Controller,可编程控制器)的定义=PLC是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。PLC从结构上分为固定式和组合式(模块式)两种。其中:固定式PLC包括CPU板、I/o板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。由于目前的用户对PLC产品的性价比要求越来越高，PLC产品的可扩展性已经成为用户选择该产品时主要考虑的因素之一。而固定式PLC在使用过程中控制点数有限，同时输入/输出的类型也是固定的，因此适用范围越来越窄；而模块式PLC在扩展应用方面更加灵活，所连接的模板类型以及点数也更多，因此有着更加广泛的应用。国内目前现有的PLC产品绝大多数都是国外的产品，这些PLC产品内部一般都采用了专用的背板总线的设计来进行I/o模板的扩展连接，这些背板总线一般都有专用的背板总线控制芯片，通过芯片之间的数据交换，对可扩展I/o模板的类型以及连接顺序(插槽位置)进行识别和确定，并且为可扩展I/o模板分配相应的地址，实现I/O模板的扩展连接。目前PLC产品所采用的背板总线控制芯片不仅成本较高，而且均由国外PLC厂商订制生产，国内无法买到，并且具有专利保护。因此国产的PLC要么做成固定I/O的(即不能扩展也不能更换I/O模板)，要么在模板上设置拨码开关，对模板的地址进行手动的设定，但这种方法有很多缺点，例如:1、每个扩展的模板都需要手动设置拨码开关，操作繁琐；2、拨码开关本身是塑料件容易损坏，并且拨码一般都很小，不容易操作；3、在操作中容易出现人为的错误，比如重复设置地址等等，不利于维护；4、由于每个CPU的地址总线有限，每个拨码开关要占用4位甚至8位的地址线，浪费了占用I/o模板的CPU资源。并且，即便是采用背板总线控制芯片的方案，其总线通讯的带宽也只有150K左右，数据交换的速度也并不快。因此对于不使用背板总线控制芯片的情况下，如何实现模板的扩展连接还没有很好的解决方案
实用新型内容
[0013](一)要解决的技术问题本实用新型的目的在于提供一种在不采用专用背板总线控制芯片的情况下，能够对可扩展I/o模板进行自动定位的可编程控制器I/O从站。(二)技术方案本实用新型技术方案如下:一种可编程控制器I/O从站，包括一个接口模板以及以所述接口模板为起点，依次连接的多个可扩展I/o模板；所述接口模板用于连接其他主站设备以及可扩展I/O模板；所述接口模板以及每个可扩展I/o模板上都设置有CPU芯片，每个可扩展I/O模板上还设置有与本模板上的CPU芯片连接的定位检测电路。优选的，所述接口模板和与其相邻的可扩展I/o模板之间以及相邻的可扩展I/O模板与可扩展I/O模板之间分别通过CAN总线通讯，所述接口模板以及每个可扩展I/O模板上都设置有与所述CPU芯片连接的CAN总线控制器。优选的，所述定位检测电路包括定位电阻以及与其连接的第一转换开关，所述第一转换开关与本模板上的CPU芯片连接。优选的，每个可扩展I/O模板上的CPU芯片都连接有第二转换开关以及与所述第二转换开关连接的终端电阻，所述终端电阻还与所述CAN总线连接。优选的，所述接口模板以及每个可扩展I/O模板上都有扩展接口，接口模板上的扩展接口和与其连接的可扩展I/o模板的扩展接口之间以及可扩展I/O模板上的扩展接口和与其连接的可扩展I/o模板上的扩展接口之间通过排线连接。优选的，所述可扩展I/O模板的数量为1-256个。(三)有益效果本实用新型通过在可编程控制器I/O从站每个可扩展I/O模板上设置与本模板上的CPU芯片连接的定位检测电路，本模板上的CPU芯片结合定位检测电路上的分压值即可对该可扩展I/o模板进行自动定位。本实用新型在不采用专用背板总线控制芯片的情况下即可实现可编程控制器I/o模板的扩展连接和定位功能，而且具有方便实现，成本低廉的特点；同时，相对于在模板上加拨码来定位的方式，本实用新型减少了拨码等器件损坏的几率和人为操作带来的失误。
图1是本实用新型一种可编程控制器I/O从站的I/O模板扩展连接的示意图；图2是本实用新型一种可编程控制器I/O从站的I/O模板扩展连接的局部放大示意图；图3是本实用新型图2中定位检测电路的电路以及管脚连接示意图；图4是本实用新型一种可编程控制器I/O从站的I/O模板扩展连接的终端电阻接入电路以及管脚连接示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例，对实用新型的具体实施方式
做进一步描述。以下实施例仅用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。[0030]当单个模板不能满足PLC系统I/O连接的需求时，就需要连接多个可扩展I/O模板，对PLC系统进行扩展连接。如图1以及图2中所示的一种可编程控制器I/O从站，包括一个接口模板以及以接口模板为起点，依次连接的多个可扩展I/O模板；接口模板以及每个可扩展I/O模板上都有扩展接口，接口模板上的扩展接口和与其连接的可扩展I/O模板的扩展接口之间以及可扩展I/O模板上的扩展接口和与其连接的可扩展I/O模板上的扩展接口之间通过排线连接，本实施例中采用柔性扁平电缆或者柔性电路板配合连接头实现扩展接口之间的连接。接口模板以及每个可扩展I/o模板上都有CPU芯片，CPU芯片是整块模板的核心芯片，控制整个模板工作；每个可扩展I/o模板上还设置有与本模板上的CPU芯片连接的定位检测电路，设置定位检测电路的主要原理是:当可编程控制器进行扩展连接时，每个可扩展I/o模板上的定位检测电路上的分压值都是不同的，因此知道该可扩展I/O模板上的定位检测电路上的分压值即可知道该可扩展I/o模板的槽位信息。其中，定位检测电路包括定位电阻以及与其连接的第一转换开关，第一转换开关与本模板上的CPU芯片连接；定位电阻的电压值将作为该可扩展I/O模板上的定位检测电路上的分压值的采样值，可通过CPU芯片上自带的AD (Analog Digital，模数转换)回路采集该采样值。本实施例中定位检测电路及管脚连接如图3中所示，其中各管脚的连接为，管脚11:5V电源的正极，管脚12:定位电阻的检测电压，管脚17:第一转换开关的接地端，管脚21:5V电源的正极，管脚22:第一转换开关，管脚27:第一转换开关的接地端。获得了可扩展I/O模板的槽位信息后，需要将该信息通知接口模板，本实施例中，接口模板与可扩展I/o模板之间以及可扩展I/O模板与可扩展I/O模板之间分别通过CAN (Controller Area Network,控制器局域网络)总线通讯。CAN总线是现场总线之一，属于串口通讯的一种，其通信速率最快可达1Mbps。接口模板以及每个可扩展I/O模板上都设置有与CPU芯片连 接的CAN总线控制器。数据传输主要通过运行在CPU中的程序结合CAN总线控制器进行控制:当系统扩展连接时，每个可扩展I/O模板上的CAN总线控制器就将本模板的类型以及由定位检测回路所确定的槽位信息上传给接口模板上面的CAN总线控制器，接口模板上面的CAN总线控制器上的CPU芯片将会通过CAN总线分别为各可扩展I/O模板分配不同的I/O访问地址，从而实现系统的扩展连接。由于CAN总线在通讯的波特率较高或者通讯距离较长时，需要在通讯的两个终端站点上各接入一个终端电阻用于消除信号反射，而对于接口模板来讲，由于永远处于两个终端的起始端，因此可以将终端电阻事先固定的设计在模板内；但对于可扩展I/o模板来讲，由于不知道哪一块可扩展I/o模板是系统扩展连接的最后一块模板，因此在模板内不可能将终端电阻做成固定的模式。而如果在系统扩展连接完成后，再由外部增加终端电阻，则操作较为复杂。为了解决这个问题，本实用新型中每个可扩展I/o模板上的CPU芯片都设计有第二转换开关以及与第二转换开关连接的终端电阻，终端电阻与CAN总线连接，当本模板通过定位检测电路被确定为扩展的最后一块模板时，即可在CPU芯片的控制下自动切入终端电阻，从而避免了外部增加终端电阻的操作。该方法可适用于所有需要加载终端电阻的串口通讯回路。本实施例中终端电阻接入电路及管脚连接如图4中所示，其中各管脚的连接为，管脚13:CAN_L (CAN总线使用双绞线时，信号使用差分电压传送，两条信号线被称为CANJ^P CAN_L)，管脚14:接地端，管脚15:CAN_H,管脚22:第二转换开关，管脚23:CAN_L,管脚24:接地端，管脚25:CAN_H。[0034]实际操作中，可以事先对系统可扩展I/O模板的数量进行限制，比如根据一般的电气柜体的设计宽度，一般PLC站都能够扩展一定数量的模板，只要符合CAN总线规范定义即可，例如1-256块；当系统扩展η块(本实施例中η取8)模板时，每个可扩展I/O模板上的分压值即定位电压就是一个确定的值，因此可以事先将分压值做成“表”，通过查表比较实际检测到的电压值，即可知道该可扩展I/O模板的槽位信息及模板类型。当系统扩展至第η块模块后，通过定位检测电路，每个可扩展I/O模板上的CPU芯片结合事先根据分压值做成的“表”即可判断该模板在系统中的位置信息，并将该位置信息分配给本模板上的CAN总线控制器作为站号。由于接口模板上的CAN总线控制器设为主站，则CAN总线系统即可实现数据交换；每个可扩展I/O模板的I/O类型是事先确定的，主站CPU芯片即可知道系统中的扩展I/O模板的数量和槽位，以及每一个槽位所连接的可扩展I/O模板的类型，然后进一步为相应的可扩展I/O模板分配不同的I/O地址，即可完成系统的扩展。本实用新型采用自行设计的定位检测电路结合串行通讯的方式，组成背板总线系统，替代了原有的专用背板总线控制芯片组成的背板总线系统，实现了 PLC系统的扩展连接。本实用新型相对于现有的采用拨码开关或者专用背板总线芯片的方案，具有以下的优
占-(I)成本低廉所用的电子元件例如定位电阻和CAN总线控制器以及转换开关不仅成本较低，而且方便购买。(2)回路简单，易于实现通过定位电阻和第二转换开关的结合，即可实现终端电阻的自动加载，方便实现；通用的串口技术替代了原有的专用背板总线控制芯片，使背板总线变得简单可实现。3)可靠性高相对拨码的方式，本设计减少了器件损坏的几率，也减少了人为的操作带来的失误；同时终端电阻可自动加载的方案，解决了通讯稳定性的问题和无法自动加载终端电阻的难题。(4)通讯速度快(1Mbps)，数据通讯量大，且采用该方式可扩展的模板数较多(理论上可扩展256块模板)。( 5 )具有自主知识产权如果PLC产品中采用背板总线控制器芯片，则产品将可能涉及到侵权，采用本实用新型则将无需考虑这方面的问题。以上实施方式仅用于说明本实用新型，而并非对本实用新型的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本实用新型的保护范畴。
权利要求1.一种可编程控制器I/O从站，包括一个接口模板以及以其为起点，依次连接的多个可扩展I/o模板；所述接口模板用于连接其他主站设备以及可扩展I/O模板；所述接口模板以及每个可扩展I/o模板上都设置有CPU芯片，其特征在于，每个可扩展I/O模板上还设置有与本模板上的CPU芯片连接的定位检测电路。
2.根据权利要求1所述的可编程控制器I/O从站，其特征在于，所述接口模板和与其相邻的可扩展I/o模板之间以及相邻的可扩展I/O模板与可扩展I/O模板之间分别通过CAN总线通讯，所述接口模板以及每个可扩展I/o模板上都设置有与所述CPU芯片连接的CAN总线控制器。
3.根据权利要求1或2所述的可编程控制器I/O从站，其特征在于，所述定位检测电路包括定位电阻以及与其连接的第一转换开关，所述第一转换开关与本模板上的CPU芯片连接。
4.根据权利要求2所述的可编程控制器I/O从站，其特征在于，每个可扩展I/O模板上的CPU芯片都连接有第二转换开关以及与所述第二转换开关连接的终端电阻，所述终端电阻还与所述CAN总线连接。
5.根据权利要求1或2所述的可编程控制器I/O从站，其特征在于，所述接口模板以及每个可扩展I/o模板上都有扩展接口，接口模板上的扩展接口和与其连接的可扩展I/O模板的扩展接口之间以及可扩展I/o模板上的扩展接口和与其连接的可扩展I/O模板上的扩展接口之间通过排线连接。
6.根据权利要求1-2或4任意一项所述的可编程控制器I/O从站，其特征在于，所述可扩展I/o模板的数量为1-256个。
专利摘要本实用新型涉及电气控制技术领域，具体涉及一种可编程控制器I/O从站。该可编程控制器I/O从站包括一个接口模板以及以其为起点依次连接的多个可扩展I/O模板；所述接口模板用于连接其他主站设备；接口模板以及每个可扩展I/O模板上都设置有CPU芯片，每个可扩展I/O模板上还设置有与本模板上的CPU芯片连接的定位检测电路。通过该定位检测电路，本实用新型在不采用专用背板总线控制芯片的情况下即可实现可编程控制器I/O模板的扩展连接和定位功能。该扩展连接方法具有方便实现，成本低廉的特点；同时，相对于在模板上加拨码来定位的方式，减少了拨码等器件损坏的几率和人为操作带来的失误。
文档编号G05B19/05GK203038058SQ20122067312
公开日2013年7月3日 申请日期2012年12月7日 优先权日2012年12月7日
发明者杨光 申请人:杨光