专利名称：一种物联网可编程控制系统的制作方法
技术领域：
本实用新型属于电力控制系统技术领域，具体涉及一种物联网可编程控制系统。
背景技术：
可编程序控制器(PLC)产品及技术发展已有较长的历史，但国内外市场经久不衰。 近年来PLC吸收了嵌入式系统、单片机、模数混合等新技术成果，与计算机、现场总线、工业以太网等有了进一步的融合，出现了很多新的产品概念。特别是近年来，许多国内企业逐步具备自主开发PLC产品技术能力，开始高性能PLC产品的研发，加入国内PLC市场竞争行列。这将有助于打破多年来国内PLC市场由国外产品独霸的局面，有利于我国自动化技术发展、有利于国内用户、有利于自动化产业。本年度支持国内企业发挥自身优势，自主开发符合IEC61131标准、具有新技术特点的物联网可编程PLC控制产品，支持价格有优势、可靠性有保证、市场上有针对性的PLC产品开发，不支持OEM方式集成的PLC产品项目。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种物联网可编程控制系统，克服了现有产品的缺点。为了达到上述设计目的，本实用新型采用的技术方案如下一种物联网可编程控制系统，包括电源模块、CPU模块、开关输入IO模块、开关输出IO模块、模拟输入IO模块、模拟输出IO模块、混合IO模块、专用IO模块、动力控制总线扩展模块、动力控制总线模块、动力控制总线、并行扩展总线，所述电源模块串联到CPU模块用于为整个系统提供电源，开关输入IO模块、开关输出IO模块、模拟输入IO模块、模拟输出IO模块、混合IO模块、专用IO模块、远程动力控制扩展模块是通过高速并行总线并联在CPU模块上，动力控制总线模块通过串行动力控制总线串联到远程动力控制扩展模块， 远程动力控制扩展模块上还串联无线远程IO扩展模块，无线远程IO扩展模块通过无线连接到无线远程IO模块。所述CPU模块用于采集开关输入IO模块、开关输出IO模块、模拟输入IO模块、模拟输出IO模块、混合IO模块、专用IO模块的输入、输出状态，通过可编程序运算和以太网、 RS485串行总线通信处理，输出结果状态到开关输出IO模块和模拟输出IO模块，开关输入 IO模块用于采集开关量的状态信号，开关输出IO模块用于输出开关量的控制信号，模拟输入IO模块用于采集模拟量的测量信号，模拟输出IO模块用于输出模拟量的控制信号，混合 IO模块用于既有输入采集信号又有控制输出信号功能的模块，专用IO模块用于电气火灾、 能量计量、高速计数等专用输入、输出模块，远程总线扩展模块用于控制系统的高速并行总线到串行的动力控制总线的协议转换，动力控制总线模块用于远程的各种IO输入输出状态采集和控制，所示远程无线IO扩展模块用于控制系统的高速并行总线到远程无线IO的网关协议转换，远程无线IO模块用于远程的各种IO输入输出状态采集、控制和无线通信。所述动力控制总线模块通过串行动力控制总线串连在一起，动力控制总线模块有多个输入输出组合，每个总线模块有一个地址，动力控制扩展模块通过动力控制总线模块的地址对动力控制总线模块进行通信。所述CPU模块中包括总线电源模块和CPU电源模块分别用于给并行总线和CPU单元供电，软元件对象单元主要包括电可擦除存储器单元、存储器单元、实时数据库单元、文件存贮单元、大量数据记录存储单元，指令单元主要包括数据传送指令、节能指令、数据库指令、通信指令、时钟指令、调试指令，还包括状态指示、存储卡、硬件安全锁、实时数据库， 所述CPU模块还提供高速并行扩展总线，用于连接各种IO模块，RS485接口用于连接总线外设，串行总线接口外部连接动力控制总线IO模块，以太网网络接口用于物联网通信、用户程序、数据的上载、下载和系统调试。所示PLC系统模块采用微型操作系统，在操作系统下设有网络驱动程序、无线IO 驱动程序、B5总线驱动程序、RS485总线驱动程序、并行总线驱动程序、文件系统、时钟系统，在操作系统之上设有实时数据库、指令库以及仿真调试服务，PLC系统模块的最上层设置虚拟机，用户的PLC程序运行在plcVM虚拟计算机上。所示节能指令主要包括能量需求级别分析指令、用能级别调整系数分析指令和用能级别调整指令，能量需求级别分析指令输入连接设置值、检测值、设备类型，能量需求级别分析指令输出接入用能级别调整指令；所述用能级别调整系数分析指令输出接入能量总供应值、能量价格区间、能量使用率值，用能级别调整系数分析指令输出接入用能级别调整指令。所示实时数据库主要包括分布式实时数据库、中央实时数据库，分布式实时数据库输入接入实时数据库配置，分布式实时数据库输入、输出连接到中央实时数据库。本实用新型所述的物联网可编程控制系统的有益效果是物联网可编程控制系统集成以太物联网通信接口、RS485通信接口、动力控制总线接口和相应技术，单系统非常方便得实现一般机电设备到物联网节点设备的升级。采用动力控制总线技术能减少80%的动力电缆和控制电缆的长度和数量。具备实时数据库通信功能，不须编写通信程序，直接与实时数据库透明通信。具有丰富的节能控制算法模块，为机电设备节能降耗提供有效的方法。 具备丰富的网络通信模块，为各种物联设备的通信提供支持。
图1为本实用新型实施例所述的物联网可编程控制系统的示意图；图2为本实用新型实施例所述的物联网可编程控制系统的CPU模块的示意图；图3为本实用新型实施例所述的物联网可编程控制系统的PLC系统模块的示意图；图4为本实用新型实施例所述的物联网可编程控制系统的节能指令单元的原理图；图5为本实用新型实施例所述的物联网可编程控制系统的实时数据库服务单元。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的最佳实施方案作进一步的详细的描述。如图1所示，本实用新型实施例所述的物联网可编程控制系统，包括电源模块1、 CPU模块2、开关输入IO模块3、开关输出IO模块4、模拟输入IO模块5、模拟输出IO模块6、混合IO模块7、专用IO模块8、动力控制总线扩展模块9、动力控制总线模块10、动力控制总线11、并行扩展总线12、无线远程IO扩展模块13、无线远程IO模块14，所述电源模块 1串联到CPU模块2用于为整个系统提供电源，开关输入IO模块3、开关输出IO模块4、模拟输入IO模块5、模拟输出IO模块6、混合IO模块7、专用IO模块8、远程动力控制扩展模块9是通过高速并行总线12并联在CPU模块2上，动力控制总线模块10通过串行动力控制总线11串联到远程动力控制扩展模块9，远程动力控制扩展模块9上还串联无线远程IO 扩展模块13，无线远程IO扩展模块13通过无线连接到无线远程IO模块14 ；CPU模块2用于采集开关输入IO模块3、开关输出IO模块4、模拟输入IO模块5、模拟输出IO模块6、混合IO模块7、专用IO模块8的输入、输出状态，通过可编程序运算和以太网、RS485串行总线通信处理，输出结果状态到开关输出IO模块4和模拟输出IO模块6，开关输入IO模块3 用于采集开关量的状态信号，开关输出IO模块4用于输出开关量的控制信号，模拟输入IO 模块5用于采集模拟量的测量信号，模拟输出IO模块6用于输出模拟量的控制信号，混合 IO模块7用于既有输入采集信号又有控制输出信号功能的模块，专用IO模块8用于电气火灾、能量计量、高速计数等专用输入、输出模块，远程总线扩展模块9用于控制系统的高速并行总线到串行的动力控制总线的协议转换，动力控制总线模块10用于远程的各种IO输入输出状态采集和控制，所示远程无线IO扩展模块13用于控制系统的高速并行总线到远程无线IO的网关协议转换，远程无线IO模块14用于远程的各种IO输入输出状态采集、控制和无线通信。所述开关输入IO模块3、开关输出IO模块4、模拟输入IO模块5、模拟输出IO模块6、混合IO模块7、专用IO模块8通过高速并行总线12联接到一起，所有开关输入IO模块3、开关输出IO模块4、模拟输入IO模块5、模拟输出IO模块6、混合IO模块7、专用IO 模块8接受CPU模块2的统一控制管理，IO模块的地址根据IO模块连接到CPU模块2的前后顺序确定，从CPU模块后的第一个开始依次为0、1、2、3··· n。IO模块的连接可以是上述 3到9的各种IO模块任意的组合。CPU模块根据IO模块的地址进行寻址实现对IO模块的读写操作，只有CPU模块2发出读写信号的地址与IO模块自己的地址相同时，IO模块3-9 才接收并向CPU模块2读写的操作，从而实现IO模块的各种输入输出功能；所示远程无线 IO模块14有唯一的ID标识和工程密码，通信采用AESU8加密措施和单次指令，保证任何时候远程无线IO扩展模块13、远程无线IO模块14间收发的无线控制信号没有重复，避免被第三者截获重发和伪装，该机制使得系统可用于单向控制输出类型的无线IO模块，远程无线IO模块14有双向通信类型、单向发送类型、单向接收类型三种通信模式。所述动力控制总线模块10通过串行动力控制总线11手拉手连接在一起，动力控制总线模块10有各种输入输出组合，每个总线模块10有一个地址，动力控制扩展模块9通过动力控制总线模块10的地址对动力控制总线模块10进行通信，只有动力控制扩展模块 9读写的地址与自己的地址相同时，动力控制总线模块10才接收并向应动力控制扩展模块 9读写的操作，从而实现状态的输入输出，在同一条总线上，动力控制总线模块10的地址是唯一的，不能重复。图2为CPU模块2的内部结构模块图，CPU模块2中包括总线电源模块和CPU电源模块分别用于给并行总线和CPU单元供电，软元件对象单元包括bits位对象单元、bytes 字节对象单元、words字对象单元、digitalIO数字IO单元、analogIO模拟量IO单元、PID控制单元、udp网络通信单元、tcp网络通信单元、uart串口通信单元、timer定时器单元、 counter计数器单元、E2PR0M电可擦除存储器单元、EPROM存储器单元、rtdcConf实时数据库单元、fileBlock文件存贮单元、RECblock大量数据记录存储单元，指令单元包括逻辑指令、数据传送指令、堆栈指令、运算指令、移位指令、比较指令、挑转指令、节能指令、数据库指令、通信指令、时钟指令、调试指令等，还包括状态指示、存储卡、硬件安全锁、实时数据库、实时时钟、PLC系统模块，CPU模块还提供高速并行扩展总线，用于连接各种IO模块， RS485接口用于连接总线外设，B2总线接口外部连接动力控制总线IO模块，以太网网络接口用于物联网通信、用户程序、数据的上载、下载和系统调试。如图3所示，所示PLC系统模块采用微型操作系统，在操作系统下设有网络驱动程序、无线IO驱动程序、B5总线驱动程序、RS485总线驱动程序、并行总线驱动程序、文件系统、时钟系统等各种底层硬件的驱动程序，在操作系统之上设有实时数据库、指令库以及仿真调试服务，PLC系统模块的最上层设置虚拟机，用户的PLC程序运行在plcVM虚拟计算机上；采用虚拟计算技术，可使任意底层的异构软硬件系统经过虚拟计算机的处理，对用户层形成标准一致的计算环境，这样就可能使PLC程序在不同品牌、不同厂家、不同型号的PLC 上运行，就象JAVA程序一样，一次编译，到处运行本项目的PLC采用VM技术为行业PLC程序的标准化提供样板案例。如图4所示，所示节能指令主要包括能量需求级别分析指令、用能级别调整系数分析指令和用能级别调整指令，能量需求级别分析指令输入连接设置值、检测值、设备类型，通过能量需求级别分析指令对设置值、检测值、设备类型进行分析，得出能耗需求级别， 能量需求级别分析指令输出接入用能级别调整指令，将能耗需求级别发送到用能级别调整指令；所述用能级别调整系数分析指令输出接入能量总供应值、能量价格区间、能量使用率值，用能级别调整系数分析指令通过能量总供应值、能量价格区间、能量使用率值分析出能级调整系数，用能级别调整系数分析指令输出接入用能级别调整指令，将能级调整系数发送到用能级别调整指令，用能级别调整指令根据能量需求级别、能级调整系数做处调整指令，并最终发出用能级别；具体工作时，用能需求分析指令根据工艺的设置值和状态检测值结合设备工艺类型计算出设备即时的能量需求级别；能级调整系数分析指令根据总能源的供应值和当前能源的消耗比率，结合当前的能源价格区间计算出总体的能级调整系数，当能源紧张或价格居高位时调整系数为负数，当能源充裕或价格低位时为正数；用能级别调整指令根据设备对能源需求的第三方许可和自身对能源的需求级别，结合总的能级调整系数对自身的用能状态进行最终调整计算，得出设备的最终用能级别，用于控制设备的加载和卸载。这样既保证设备的正常工艺功能，又使整个系统的总能耗和总费用维持在较低的水平。节能指令的工作原理是，将用能设备的用能需求根据设备的具体工艺状态分为 0-5级，级别越高说明对能源的需求越强烈。根据总体能量的供应状况和能源价格峰谷区间计算总体的能级调整系数，用能设备根据能级调整系数调整设备自身的用能级别，最终输出用能级别，去控制设备的运行状态。实现各个设备根据自身的运行状况和能源的总体供应状况调整自身的运行，当总体能源供应紧张或能源价格高位时，主动调低自身需求，自发的让度高级别需求的设备，保证高级别需求设备的用能和节约成本，当总体能源供应充足或能源价格低位时，低级别设备亦可投入运行，从而实现既降低用能成本，又降低对能源的峰值需求，自觉实现移峰填谷的目的，降低整个能源供应系统的压力，实现节能控制功能。如图5所示，所示实时数据库主要包括分布式实时数据库、中央实时数据库，分布式实时数据库输入接入实时数据库配置，分布式实时数据库输入、输出连接到中央实时数据库，工作时，分布式实时数据库与中央实时数据库通过数据变量的读、读应答，写、写应答，预定、预定应答、定时数据通告、数值变化COV通告服务进行数据互换，还可根据实时数据库连接配置参数实现PLC对分布于其他PLC或中央实时数据库的第三方实时数据库发起读、写、预定操作，并接收应答和通告，从而使分布式实时数据库变量的瞬间同步更新。本具体实施方式
只是本实用新型的优选实施例，并不能对本实用新型进行限定， 具体各项权利保护范围由权利要求书限定。
权利要求1.一种物联网可编程控制系统，其特征在于包括电源模块、CPU模块、开关输入IO模块、开关输出IO模块、模拟输入IO模块、模拟输出IO模块、混合IO模块、专用IO模块、动力控制总线扩展模块、动力控制总线模块、动力控制总线、并行扩展总线，所述电源模块串联到CPU模块用于为整个系统提供电源，开关输入IO模块、开关输出IO模块、模拟输入IO 模块、模拟输出IO模块、混合IO模块、专用IO模块、远程动力控制扩展模块通过高速并行总线并联在CPU模块上，动力控制总线模块通过串行动力控制总线串联到远程动力控制扩展模块，远程动力控制扩展模块上还串联无线远程IO扩展模块，无线远程IO扩展模块通过无线连接到无线远程IO模块。
2.根据权利要求1所述的物联网可编程控制系统，其特征在于所述CPU模块用于采集开关输入IO模块、开关输出IO模块、模拟输入IO模块、模拟输出IO模块、混合IO模块、 专用IO模块的输入、输出状态，通过可编程序运算和以太网、RS485串行总线通信处理，输出结果状态到开关输出IO模块和模拟输出IO模块，开关输入IO模块用于采集开关量的状态信号，开关输出IO模块用于输出开关量的控制信号，模拟输入IO模块用于采集模拟量的测量信号，模拟输出IO模块用于输出模拟量的控制信号，混合IO模块用于既有输入采集信号又有控制输出信号功能的模块，专用IO模块用于电气火灾、能量计量、高速计数等专用输入、输出模块，远程总线扩展模块用于控制系统的高速并行总线到串行的动力控制总线的协议转换，动力控制总线模块用于远程的各种IO输入输出状态采集和控制，所示远程无线IO扩展模块用于控制系统的高速并行总线到远程无线IO的网关协议转换，远程无线IO 模块用于远程的各种IO输入输出状态采集、控制和无线通信。
3.根据权利要求1所述的物联网可编程控制系统，其特征在于所述动力控制总线模块通过串行动力控制总线串连在一起，动力控制总线模块有多个输入输出组合，每个总线模块有一个地址，动力控制扩展模块通过动力控制总线模块的地址对动力控制总线模块进行通信。
专利摘要本实用新型公开了一种物联网可编程控制系统，包括电源模块、CPU模块、开关输入IO模块、开关输出IO模块、模拟输入IO模块、模拟输出IO模块、混合IO模块、专用IO模块、动力控制总线扩展模块、动力控制总线模块、动力控制总线、并行扩展总线，所述电源模块串联到CPU模块，开关输入IO模块、开关输出IO模块、模拟输入IO模块、模拟输出IO模块、混合IO模块、专用IO模块、远程动力控制扩展模块通过高速并行总线并联在CPU模块上，动力控制总线模块通过串行动力控制总线串联到远程动力控制扩展模块，远程动力控制扩展模块上还串联无线远程IO扩展模块，无线远程IO扩展模块通过无线连接到无线远程IO模块。
文档编号G05B19/418GK202058013SQ201020686679
公开日2011年11月30日 申请日期2010年12月29日 优先权日2010年12月29日
发明者方甲松 申请人:北京迎希科技有限公司