带现场总线接口的可编程可配置远程I/O模块
专利汇可以提供带现场总线接口的可编程可配置远程I/O模块专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种带 现场总线 接口 的可编程可配置远程I/O模 块 ，包括 控制器 模块、 数字量 I/O模块，模拟量I/O模块、电源模块；电源模块分5V直流电源、24直流电源，分别接 主控制器 模块、I/O模块；主控制器模块内Devicenet接口连第三方主站，主控制器模块控制I/O模块；主控制器模块包括ARM芯片LPC2292， 存储器 ，RS485接口 电路 ，CAN收发器、I/O内部扩展总线接口电路， 节点 地址设定电路，复位电路；I/O模块，包括主芯片CPLD，数字量，模拟量芯片，输入输出接口；本发明带有指令解释程序，可编程可配置I/O控制器的程序。，下面是带现场总线接口的可编程可配置远程I/O模块专利的具体信息内容。
1、带现场总线接口的可编程可配置远程I/O模块，包括控制器 模块和I/O模块，其特征在于：所述的可编程可配置远程I/O模块还包括 数字量I/O模块、模拟量I/O模块和电源模块；
所述的电源模块分5V直流电源、24直流电源，分别接主控制器模块、 I/O模块；主控制器模块内Devicenet接口连第三方主站，主控制器模块控 制I/O模块。
2、如权利要求1所述的可编程可配置远程I/O模块，其特征在 于：所述的主控制器模块，包括ARM芯片LPC2292，ARM芯片集成有 16K的RAM和256KFLASH，64K*16比特的高速SRAM存储器，128K*8 比特的FLASH存储器，RS485接口电路，CAN收发器、I/O内部扩展总 线接口电路，节点地址设定电路，复位电路、运行状态指示灯、直流电源。
3、如权利要求1所述的可编程可配置远程I/O模块，其特征在于： 所述的I/O模块，包括主芯片CPLD，数字量，模拟量芯片，输入输出接 口，状态指示灯，直流电源电路。
4、如权利要求1或3所述的可编程可配置远程I/O模块，其特征 在于：所述的I/O模块，是多种I/O模块，通过内部总线实现主控制器和 系列I/O模块之间的数据交换，各种I/O模块采用统一的通信接口，多品 种多数量的I/O模块可自由灵活组合。
5、如权利要求1所述的可编程可配置远程I/O模块，其特征在于： 所述的模拟量I/O模块，包括主芯片P89LPC931，AD或DA芯片，光耦 隔离，输入输出接口，状态指示灯。
6、如权利要求1所述的可编程可配置远程I/O模块，其特征在于： 所述的可编程，是带有指令解释程序，其运行流程按下述步骤进行：由[开 始]101开始，以下依次到[取2个字节的命令码]102、[取1个字节的指令格 式]103、[根据命令码和指令格式的描述计算应该取多少字节的参数]104、[根 据命令码/参数运行指令]105，直到[单条指令运行结束]106。
7、如权利要求1所述的可编程可配置远程I/O模块，其特征在于： 所述的可编程可配置I/O控制器的程序，其流程步骤如下：
从[上电初始化]201开始，依次到[内务处理]202、[解释执行程序梯形 图程序]203、[程序执行周期处理]204、[I/O刷新]205、[同DeviceNet远程 主站通信]206、[RS232上位机通信]207，然后返回到[内务处理]202。
8、如权利要求1所述的可编程可配置远程I/O模块，其特征在于： 所述的可编程可配置I/O控制器的程序，其流程步骤如下：
从[上电初始化]301开始，依次到[等待控制器发送命令]302、[处理控制 器的命令更新I/O数据]303，然后返回到[等待控制器发送命令]302。
9、如权利要求1所述的可编程可配置远程I/O模块，其特征在于： 所述的可编程可配置I/O控制器的程序，其流程步骤如下：
从[上电初始化]401开始，依次到[等待控制器发送命令]402、[处理控制 器的命令更新I/O数据]403，然后返回到[等待控制器发送命令]402。
技术领域
本发明涉及一种带现场总线接口的可编程可配置远程I/O，属于 现场总线接口可编程可配置技术领域。
背景技术
远程I/O就是在这种条件下发展的一类产品，开放和通用是其主要特征。 它应符合开放的总线规约(如Devicenet，Profibus-DP等)，能直接接入相 应的网络，可与其他制造商提供的可编程控制器，上位机协同工作。它可以分 散配置在现场连接当地的输入输出信号，可通过网络连接到控制器实现要求的 控制，规约的开放性使它可以连接到任何其它制造商的符合规范的各种控制 器。正是这种通用性使远程I/O产品可以成为独立的产品从而得到迅速的发 展，成为工业控制领域的重要的基本产品。
虽然上世纪八十年代已出现远程I/O，但都是作为PLC的专用附件用于 I/O模块的远程分散配置，它使用专用的通信规约与主机连接。九十年代随着 现场总线的发展出现的通过开放总线连接的远程I/O，这时才成为可独立使用 的产品。
近年远程I/O产品有两个重要的发展，即可配置和可编程。可配置是指一 个远程I/O节点所连接的输入/输出的模块数和规格(输入或输出，信号电平， 开关量或模拟量等)可在规定范围内自由组合，以适应不同的现场的要求，同 时还可通过选择接入的通信控制器适应不同的总线规约。可编程是指在远程节 点装备可编程控制功能，通过用户的编程就可在本地实现控制，而不需要像以 往的远程I/O必须将全部输入状态传送到主机，通过主机内的控制程序得到输 出状态传到远程站实现要求的控制。直观可以看出本地控制更直接，更快速， 更经济，更符合技术发展的趋势。但实现这两个进步需要解决一系列技术难点， 这也是本项目的目标。实现这两个进步的远程I/O实际上兼备了远程连接和可 编程控制的功能，相当于具有网络连接能力的小型PLC，因此可以也作为独立 的控制器使用。
发明内容
为达到上述目的，本发明的解决方案是：该可编程可配置远程I/O包 括主控制器模块、数字量I/O模块、模拟量I/O模块、电源模块；电源模 块分5V电源、24电源，分别接主控制器模块、I/O模块；主控制器模块 内Devicenet接口连第三方主站；主控制器模块控制I/O模块。
为实现可编程可配置功能本发明还设计梯形图及指令编码程序，主控 制器模块、I/O模块控制软件。
主控制器模块
主要器件包括：ARM芯片LPC2292，ARM芯片集成有16K的RAM 和256KFLASH，64K*16比特的高速SRAM存储器用于存放用户变量， 128K*8比特的FLASH存储器用于存放用户程序，RS485接口电路，CAN 收发器、I/O内部扩展总线接口电路，节点地址设定电路，复位电路、运 行状态指示灯、直流电源。
I/O模块
主要器件包括：主芯片CPLD，数字量，模拟量芯片，输入输出接口， 状态指示灯，直流电源电路。
模拟量I/O模块
主要器件包括：主芯片P89LPC931，AD或DA芯片，光耦隔离，输 入输出接口，状态指示灯
多种I/O模块扩展功能的实现.通过自行设计的高速内部总线实现主 控制器和系列I/O模块之间的数据交换，各种I/O模块采用统一的通信接 口，多品种多数量的I/O模块可自由灵活组合；
主控制器又通过现场总线(外部总线)同第三方主站单元(一般为PLC 或PC)交换信息，就实现了主站单元同I/O模块的信息交互，实现了带有 现场总线远程I/O的功能。
上述解决方案的特点是：
(1)可编程控制器的核心技术
(a)梯形图、指令表语言解释/编译器技术；
(b)用户PLC程序解释器、运行器技术；
(c)可编程逻辑控制功能的实现；
(d)遵循IEC61131-3的可编程指令集，控制算法的研发；
(e)系统运行的可靠性、稳定性，在故障情况下控制器保障用户系统 的安全性。
(2)用户编程软件
SEARI-I/O-PRO上位机编程调试软件系统。该软件基于主流 WINDOWS视窗平台和先进的视窗软件，提供易用的可视化人机界面。
常规的编程和调试通过鼠标拖拽即可立即完成。
(3)可配置技术，实现模块自由组合接入
设计了用于I/O模块扩展的高速内部模块级通信总线，实现不 同I/O模块自由组合并接入可编程、可配置控制器，实现各种规模 的控制器产品配套，同时研发了相关的上位机用户配置软件，方便 用户自由组合配置I/O模块。
(4)现场总线技术
研究DeviceNet最新协议及计算机软硬件实现技术，研究现场 总线控制领域的最新技术，研发多种高性能、高稳定性、高可靠性 的现场总线通信接口。
(5)高质量嵌入式软件
与基于PC的软件不同，嵌入式软件最大的特点是对代码占用的 空间和运行的时间等要求很高，对于实时性要求高的场合，代码的 执行效率尤为重要。使用32位工业ARM微处理器，研发基于ARM微 处理器的工业嵌入式软件平台，研发嵌入式PLC程序操作系统软件 平台，同时研发基于该软件平台的多种嵌入式设备的驱动软件，整 个软件运行系统的特点为高实时性、高可靠性。
本发明的有益效果：可编程I/O的现场总线控制器可实现对远程I/O 模块的就地控制，其通信功能分散控制方式能够很好的支持远方的上位 PLC或PC对远程该处I/O实施远程联锁控制，本地控制对信号进行预处理 减少了现场总线的传输负担，同时加快了系统的响应速度；当现场总线出 现故障时，带可编程现场总线功能的通信控制器可按预定程序做出响应， 运行本地控制程序，分布式控制降低了总线故障的风险；同时添加可编程 逻辑控制功能的通信控制器已成为具有独立控制能力的现场总线控制器， 将本产品由依赖上级控制器的的远程I/O单元提升为还可以作为简单独立 控制的控制器，有力地提升了产品的功能，扩展了产品的市场适应能力， 具有显著的经济效益。
以下结合附图和实施例对本发明作比较详细的说明。
附图说明
图2为本发明的可编程可配置远程I/O模块的主控制器模块构成框图；
图3为本发明的可编程可配置远程I/O模块的I/O模块构成框图；
图4为本发明的可编程可配置远程I/O模块的梯形图指令编码格式图；
图5为本发明的可编程可配置远程I/O模块的梯形图指令码解释程序 运行流程图；
图6为本发明的可编程可配置远程I/O模块的主控制器的程序执行流 程图；
图7为本发明的可编程可配置远程I/O模块的模拟量I/O模块的程序 执行流程图。
具体实施方式
如图所示，可编程可配置远程I/O模块构成，包括主控制器模块2、 I/O模块3、模拟量I/O4、电源模块1；电源模块分5V直流电源、24V直 流电源，分别接主控制器模块2、I/O模块3，主控制器模块2内Devicenet 接口连第三方主站；主控制器模块2控制I/O模块3。
主控制器模块2
主要器件包括：ARM芯片LPC2292，ARM芯片集成有16K的RAM 和256KFLASH，64K*16的高速SRAM存储器用于存放用户变量，128K*8 的FLASH存储器用于存放用户程序，RS485接口电路，CAN收发器、I/O 内部扩展总线接口电路，节点地址设定电路，复位电路、运行状态指示灯、 直流电源。
I/O模块3
主要器件包括：主芯片CPLD，数字量，模拟量芯片，输入输出接口， 状态指示灯，直流电源电路。
模拟量I/O模块4
主要器件包括：主芯片P89LPC931，AD或DA芯片，光耦隔离，输 入输出接口，状态指示。
电源模块1分5V直流电源线、24直流电源线。
所述的主控制器模块2又通过现场总线(外部总线)同第三方主站单 元(一般为PLC或PC)交换信息，就实现了主站单元同I/O模块的信息 交互，实现了带有现场总线远程I/O的功能。
所述的可编程功能的实现是通过自行设计的梯形图、指令表语言解释 /编译器运行用户编写的符合IEC61131-3编程语言规范的指令程序。
用户程序通过主控制器获得I/O模块的资源，实现对I/O资源的编程 控制。
“可编程”的编程语言采用自行设计的符合IEC61131-3标准的上位机 编程软件进行程序设计和在线调试。
可配置可编程通信控制器可以自由组合各种不同类型的I/O模块，实 现多种规模的输入/输出自动化控制系统，当需要增加系统点数无需重新 布线，只需在现有系统上增加新的I/O模块，非常方便。I/O模块包括数 字量输入、数字量输出、模拟量输入、模拟量输出、电量测量模块等5种 类型。
使用本项目研究成果构成的系统，用户可以通过通信控制器可编程功 能实现系统的本地控制，也可以通过通信控制器带有的现场总线接口进行 远程控制。当使用本地控制时，改变控制逻辑无需更改系统现有结构，只 需要对控制器根据新的要求重新进行编程即可。使用远程控制时，用户可 选择DeviceNet总线接口，方便接入现场总线系统，满足多总线系统的要 求。
可编程I/O的现场总线控制器可实现对远程I/O模块的就地控制，其 通信功能分散控制方式能够很好的支持远方的上位PLC或PC对远程该处 I/O实施远程联锁控制，本地控制对信号进行预处理减少了现场总线的传 输负担，同时加快了系统的响应速度；当现场总线出现故障时，带可编程 现场总线功能的通信控制器可按预定程序做出响应，运行本地控制程序， 分布式控制降低了总线故障的风险；同时添加可编程逻辑控制功能的通信 控制器已成为具有独立控制能力的现场总线控制器，将本产品由依赖上级 控制器的的远程I/O单元提升为还可以作为简单独立控制的控制器，有力 地提升了产品的功能，扩展了产品的市场适应能力。
可编程I/O的现场总线控制器具有就地控制、现场可编程的特点，代 表着现场总线分布式控制系统的发展趋势。
可编程I/O现场总线控制器由可编程Devicenet现场总线适配器及系 列I/O模块组成，非常适合多总线远程I/O产品应用场合。
总线适配器通过内部总线同系列I/O模块通信交换数据；总线适配器 又通过Devicenet现场总线同主站单元(一般为PLC或PC)交换信息，实 现了主站单元同I/O模块的信息交互，实现了带有现场总线远程I/O的功 能。
成本低、I/O模块可组合和使用的灵活方便是可配置I/O模块的最大 优势。
上述发明的主要特点是：
(1)、带有DeviceNet总线接口，产品主要性能遵循IEC61131-2标 准要求；
(2)、可编程语言符合IEC61131-3标准，编程语言支持梯形图和指 令表两种；
(3)对用户开放编程功能，用户可自由编程实现系统的本地控制， 提高分布式系统的可靠性和响应速度；
(4)对于连接的I/O模块上，其上的任意一个数字量输出、模拟量 输出点都可以单独配置成本地控制和远程控制工作模式：在本地控制 模式下，输出点受用户程序控制；在远程控制模式下，输出点受现场 总线主站控制。I/O本地可编程控制与远程控制协同工作，可实现同远 方的上位PLC或PC对远程该处I/O实施远程联锁控制的功能；
(5)通过内部总线最多可以连接8个不同类型、不同点数的I/O模 块；
(6)可自动扫描连接的多种I/O模块；
(7)可向主站提供当前的I/O模块的配置情况和状态；
(8)带有DeviceNet现场总线接口可作为远程的I/O从站使用。
可编程Devicenet现场总线适配器的主要技术指标如下： 最多可以连接8个不同类型、不同点数的输入输出模块； 符合IEC61131-3国际规范的梯形图和指令表语语言的 PLC程序编译器和运行系统； 实现现场总线远程I/O刷新同本地控制I/O刷新之间的协 调技术； 内部电源电压：DC5V+5％， -5％； I/O电源电压：DC24V+10％， -15％； 工作温度：0～55℃； 存储温度：-20～75℃； 湿度：10％～90％(无凝 露)； DeviceNet：符合 DeviceNet协议规范2.0； 波特率：125K，250K，500K； 最大总线长度：100m～500m，取决于传输速率；
系列I/O模块包括数字量输入模块、数字量输出模块、模拟量输入模块、 模拟量输出模块，主要技术指标如下： 数字量输入： ON输入电流： ≥6mA(DC24V)； OFF输入电流：＜1mA 输入ON延时：≤1.5ms； 输入OFF延时：≤1.5ms 数字量输出： 输出电流：≤500mA/点； 输出导通压降： ≤1.2V(I/O＝500mA)； 输出ON延时： ≤1.5ms； 输出OFF延时：≤1.5ms； 模拟量输入： 差分输入，输入信号可配置为：-10V～+10V，-5V～ +5V，0/1～5V； 分辨率：12位； 转换时间：5ms/点； 精度：±0.8％FS； 模拟量输出： 输出类别：0～5V，1～5V，4～20mA，0～20mA，-10v～ 10v； 输出负载能力：电压型≥5KΩ，电流型≤600Ω； 分辨率：12位； 精度：±0.8％FS； 变换时间：5ms/点；
(1)可编程控制器的核心技术
(a)梯形图、指令解释/编译器技术；(b)用户PLC程序解释器、运 行器技术；(c)可编程逻辑控制功能的实现；(d)遵循IEC61131-3的可编 程指令集，控制算法的研发；(e)系统运行的可靠性、稳定性，在故障情况 下控制器保障用户系统的安全性。
(2)用户编程软件
研发SEARI-I/O-PRO上位机编程调试软件系统。该软件基于主流WINDOWS 视窗平台和先进的视窗软件，提供易用的可视化人机界面。常规的编程和调试 通过鼠标拖拽即可立即完成。
(3)可配置技术，实现模块自由组合接入
设计了用于I/O模块扩展的高速内部模块级通信总线，实现不同I/O模块 自由组合并接入可编程、可配置控制器，实现各种规模的控制器产品配套，同 时研发了相关的上位机用户配置软件，方便用户自由组合配置I/O模块。
(4)现场总线技术
研究DeviceNet最新协议及计算机软硬件实现技术，研究现场总线控制 领域的最新技术，研发多种高性能、高稳定性、高可靠性的现场总线通信接口。
(5)高质量嵌入式软件的开发
与基于PC的软件不同，嵌入式软件最大的特点是对代码占用的空间和运 行的时间等要求很高，对于实时性要求高的场合，代码的执行效率尤为重要。 使用32位工业ARM微处理器，研发基于ARM微处理器的工业嵌入式软件平台， 研发嵌入式PLC程序操作系统软件平台，同时研发基于该软件平台的多种嵌入 式设备的驱动软件，整个软件运行系统的特点为高实时性、高可靠性。
为了可编程功能的实现，设计的梯形图，并设计了指令解释程序，其运行 流程图如下：由[开始]101开始，以下依次到[取2个字节的命令码]102、[取 1个字节的指令格式]103、[根据命令码和指令格式的描述计算应该取多少字 节的参数]104、[根据命令码/参数运行指令]105，直到[单条指令运行结 束]106。
带有DeviceNet现场总线接口的可编程可配置I/O控制器的程序执行流 程图如下：
从[上电初始化]201开始，依次到[内务处理]202、[解释执行程序梯形 图程序]203、[程序执行周期处理]204、[I/O刷新]205、[同DeviceNet远程 主站通信]206、[RS232上位机通信]207，然后返回到[内务处理]202。
数字量I/O模块的程序执行流程图如下：
从[上电初始化]301开始，依次到[等待控制器发送命令]302、[处理控制 器的命令更新I/O数据]303，然后返回到[等待控制器发送命令]302。
模拟量模块的程序执行流程图如下：
从[上电初始化]401开始，依次到[等待控制器发送命令]402、[处理控制 器的命令更新I/O数据]403，然后返回到[等待控制器发送命令]402。
虽然本发明已参照上述的实施例来描述，但是本技术领域中的普通技 术人员，应当认识到以上的实施例仅是用来说明本发明，应理解其中可作 各种变化和修改而在广义上没有脱离本发明，所以并非作为对本发明的限 定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述的实施例的变化、变形 都将落入本发明权利要求的保护范围。
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