一种工业现场总线系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种工业现场总线系统，所述系统包括：PLC控制器、网关、I/O模块以及现场传感器，所述PLC控制器与所述网关通过工业现场总线连接，所述网关与所述I/O模块通过内部总线连接，所述I/O模块与所述现场传感器连接，所述现场传感器用于采集工业现场的数据，每一所述网关连接有多个所述I/O模块，与同一所述网关连接且属于同一支路的多个所述I/O模块之间为I/O模块多级连接。本发明可实现I/O模块的多级连接方式，每一个I/O模块都具备级联功能，本发明结构进行了简化、降低了设备以及线缆使用成本、使得利用一台PLC控制器即可实现较大工业现场的功能覆盖，满足了用户的使用需求。
【专利说明】一种工业现场总线系统【技术领域】
[0001]本发明属于工业控制【技术领域】，尤其涉及一种工业现场总线系统。
【背景技术】
[0002]总线系统广泛应用于工业控制领域，是为了解决远距离通讯而发展起来的区别于集中式控制的一种总线系统。其适用于距离远，对数据可靠性要求较高的应用领域，常用总线协议包括:PR0FIBUS、PROFINET、Device-Net、EtherCAT等。I/O总线系统主要包括网关和扩展模块。网关位于每个站的前端，起到了连接PLC控制器和分布式I/O模块的作用，负责总线的通讯。同时，它可以将I/O数据转换成支持PROFIBUS、Device-Net等总线协议的数据类型。
[0003]现有技术中，总线系统的建设无统一标准，常常随着应用环境的不同，而有所不同。但是，结构简化、降低成本、功能增强等需求是总线系统发展的新趋势。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种结构简化、降低成本、功能增强的总线系统，以满足用户的使用需求。
[0005]为实现本发明的目的，本发明提供了一种工业现场总线系统，所述系统包括:PLC控制器、网关、I/o模块以及现场传感器，所述PLC控制器与所述网关通过工业现场总线连接，所述网关与所述I/O模块通过内部总线连接，所述I/O模块与所述现场传感器连接，所述现场传感器用于采集工业现场的数据，所述I/O模块用于将所述现场传感器采集的所述工业现场的数据进行处理封装后，通过所述内部总线发送给所述网关，所述网关用于将所述I/o模块处理封装后的所述工业现场的数据，进行处理封装后，通过所述工业现场总线发送所述PLC控制器；每一所述网关连接有多个所述I/O模块，与同一所述网关连接且属于同一支路的多个所述I/o模块之间为I/O模块多级连接，所述I/O模块多级连接是指，每个所述I/o模块均包括一个输入通路和一个输出通路，相邻连接的前后两个所述I/O模块，所述后I/o模块输入通路与所述前I/O模块的输出通路连接，首个所述I/O模块的输入通路与所述网关的I/o模块接口连接。
[0006]其中，每一所述网关包括多个I/O模块接口，每一所述I/O模块接口用于连接一条所述支路。
[0007]其中，每一所述PLC控制器连接有多个所述网关，且与同一所述PLC控制器连接的多个所述网关之间为网关多级连接，所述网关多级连接是指，每个所述网关均包括一个输入通路和一个输出通路，相邻连接的前后两个网关模块，所述后网关模块输入通路与所述前网关模块的输出通路连接，首个所述网关的输入通路与所述PLC控制器连接。
[0008]其中，与所述I/O模块连接的通讯线缆和主电源线缆集成设置，辅助供电源线缆分开设置；当所述I/o模块仅开启输入功能时，所述辅助供电源线缆不连接；当所述I/O模块开启输入功能，且同时开启输出功能时，若输出功能未达到预设值时，所述辅助供电源线缆不连接；当所述I/o模块开启输入功能，且同时开启输出功能时，若输出功能达到预设值时，所述辅助供电源线缆独立为所述输出功能达到预设值的I/o模块连接供电；所述I/O模块的输入功能指将电信号转换为数字信号传送给所述网关，所述I/o模块的输入功能是指将数字信号转换为电信号传送给所述现场传感器。
[0009]其中，所述I/O模块包括:总线安装接地点和电源接地点，所述总线安装接地点和所述电源接地点设置有共地选择结构，所述共地选择结构包括总线接地导线、电源接地导线、导通螺母，当所述导通螺母拧入所述I/o模块外壳总线安装接地孔时，所述总线接地导线和电源接地导线导通，实现共地。
[0010]其中，所述I/O模块包括:1/0模块工作状态指示灯和现场传感器工作状态指示灯。
[0011]其中，所述I/O模块的通信地址单独设定或者由所述网关分配，所述所述I/O模块的通信地址单独设定是指，为所述I/o模块分配固定地址；所述由所述网关分配是指，所述系统上电后，网关按连接顺序给进行所述I/o模块的自动分配地址。
[0012]其中，所述PLC控制器通过所述工业现场总线和所述内部总线为所述网关和所述I/o模块进行在线升级。
[0013]其中，当所述I/O模块出现异常，则通过所述内部总线向所述网关报警，所述网关再通过所述工业现场总线向所述PLC控制器报警；若所述网关出现异常，则通过所述工业现场总线向所述PLC控制器报警。
[0014]其中，所述网关和所述I/O模块均采用灌封技术，均为6级防尘和7级防渗。
[0015]本发明的有益效果为，与现有技术相比，可实现I/O模块的多级连接方式，每一个I/o模块都具备级联功能，改变了现有技术中的现场总线系统，本发明结构进行了简化、降低了设备以及线缆使用成本、使得利用一台PLC控制器即可实现较大工业现场的功能覆盖，满足了用户的使用需求。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是本发明的系统结构示意图；
[0017]图2是本发明中I/O模块结构示意图；
[0018]图3是本发明中网关结构示意图；
[0019]图中，1-主电源，2-网关，21-网关输入通路，22-网关输出通路，23-1/0模块，3-PLC控制器，4-工业现场总线，5-内部总线，6-1/0模块，61-1/0模块输入通路，62-1/0模块输出通路，7-辅助供电源，8-现场传感器。
【具体实施方式】
[0020]为了使本发明的目的、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解为此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限制本发明的保护范围。
[0021]如图1所示，本发明提供了一种总线系统，所述系统包括:PLC控制器、网关、I/O模块以及现场传感器，所述PLC控制器与所述网关通过工业现场总线连接，所述网关与所述I/O模块通过内部总线连接，所述I/O模块与所述现场传感器连接，所述现场传感器用于采集工业现场的数据，所述I/O模块用于将所述现场传感器采集的所述工业现场的数据进行处理封装后，通过所述内部总线发送给所述网关，所述网关用于将所述I/o模块处理封装后的所述工业现场的数据，进行处理封装后，通过所述工业现场总线发送所述PLC控制器；每一所述网关连接有多个所述I/O模块，与同一所述网关连接且属于同一支路的多个所述I/o模块之间为I/O模块多级连接，所述I/O模块多级连接是指，每个所述I/O模块均包括一个输入通路和一个输出通路，相邻连接的前后两个所述I/o模块，所述后I/O模块输入通路与所述前I/o模块的输出通路连接，首个所述I/O模块的输入通路与所述网关的I/O模块接口连接。
[0022]每一所述网关包括多个I/o模块接口，每一所述I/O模块接口用于连接一条所述支路。
[0023]如图3所示，在本发明实施例中，上述网关可以设有多个I/O模块接口，根据用户需求I/o模块接口的数量。较优的实施例中，上述网关包括四个I/O模块接口，每个I/O模块接口连接一条支路，可以连接多个I/o模块，如图2所示，每一个I/O模块具有一输入通路和一个输出通路，多个I/o模块首尾相接可实现与网关某一 I/O模块接口连接的支路上的多个I/o模块之间的多级连接。
[0024]总之，本发明中每一个I/O模块都具备级联功能，每一支路均可实现级联扩展功能(最多31个I/O模块)，增加I/O点数量，适合满足相距不远的区域内有大量I/O点需求；上述支路单纯电缆连接通讯距离最远可达1200米，若增加中继器和辅助电源通讯距离可达9.6公里，若使用光纤和辅助电源通讯距离更远，可满足不同的区域I/O点的需求。
[0025]如图1所示，本发明实施例中，每一所述PLC控制器可连接有多个所述网关，且与同一所述PLC控制器连接的多个所述网关之间为网关多级连接，所述网关多级连接是指，每个所述网关均包括一个输入通路和一个输出通路，相邻连接的前后两个网关模块，所述后网关模块输入通路与所述前网关模块的输出通路连接，首个所述网关的输入通路与所述PLC控制器连接。
[0026]上述通过网关进行级联，采用满足通信协议的网关，可以在这一协议的通信网络中正常使用，不会对系统中其他设备造成影响，可直接利用工厂中现有总线协议，不需要为其单独组织网络。
[0027]如图1所示，本发明实施例中，与所述I/O模块连接的通讯线缆和主电源线缆可集成设置，辅助供电源线缆可分开设置；当所述I/o模块仅开启输入功能时，所述辅助供电源线缆不连接；当所述I/o模块开启输入功能，且同时开启输出功能时，若输出功能未达到预设值时，所述辅助供电源线缆不连接；当所述I/o模块开启输入功能，且同时开启输出功能时，若输出功能达到预设值时，所述辅助供电源线缆独立为所述输出功能达到预设值的I/O模块连接供电；所述I/O模块的输入功能指将电信号转换为数字信号传送给所述网关，所述I/o模块的输入功能是指将数字信号转换为电信号传送给所述现场传感器。
[0028]上述I/O模块的通讯线缆和主电源线缆集成在一起，辅助供电源线缆分开，电流消耗分配合理；只需连接通讯线缆就可以使模块正常工作，并使用输入功能，并不需要辅助供电线缆。使用输出功能，但输出功能要求不高时，仍可不用辅助供电线缆。使用输出功能，且输出功能要求较高时，仅需就近单独给所需模块使用要辅助供电线缆，采用这样供电方式，可以有效减少布线成本。上述I/o模块，当需要更大电流信号输出时，可单独供电，从而可满足I/O点大功率输出要求。本发明中I/O点可作为现场传感器入口。I/O模块输入功能是将电信号变换成数字信号传送给网关，输出功能相反，是把网关的数字信号变换成电信号；开关量是指只有开和关(或I和O)两种状态的信号；开关量:按电压水平分，有220VAC、110VAC、24VDC ;此处是指 24VDC, I 为 24V，0 为 OV ；
[0029]本发明实施例中，所述I/O模块可包括:总线安装接地点和电源接地点，所述总线安装接地点和所述电源接地点设置有共地选择结构，所述共地选择结构包括总线接地导线、电源接地导线、导通螺母，当所述导通螺母拧入所述I/o模块外壳总线安装接地孔时，所述总线接地导线和电源接地导线导通，实现共地。
[0030]上述I/O模块总线连接是通过RS-485进行桥接的，在一些特殊的应用场合，需要将一条低阻的信号地作为传输网络中必不可少的一根导线将两个接口的工作地连接起来，使共模干扰电压VGro被短路。为方便使用者接入此接地点，在i/o模块上设计有总线安装接地孔位，当使用固定螺丝直接与i/o模块相接时此点可以电源接地相通；
[0031]本发明实施例中，可所述I/O模块包括:1/0模块工作状态指示灯和现场传感器工作状态指示灯。
[0032]上述采用指示灯方式指示产品工作状态:使用不同的指示灯来表示I/O点和模块的工作状态。I/o点附近的指示灯来指示I/O点的工作状态，模块上的指示灯指示模块的工作状态，简单清晰明了。
[0033]本发明实施例中，所述I/O模块的通信地址单独设定或者由所述网关分配，所述所述I/o模块的通信地址单独设定是指，为所述I/O模块分配固定地址；所述由所述网关分配是指，所述系统上电后，网关按连接顺序给进行所述I/o模块的自动分配地址。
[0034]单独设定I/O模块地址可以使用I/O模块具有绝对地址功能，用户可通过特殊指令把I/o模块指定为具有固定地址的I/O模块，此时此I/O模块只能放在与自身固定地址相符合的位置，如果使用的I/o模块过多上述方法不便于使用，则可采用网关自己动分配地址功能，用户只需要在系统上电前把I/o模块依次首尾相接好后给系统上电，网关则会按顺序进行自动分配I/o模块的地址；上述网关对I/O模块的地址设定是按I/O模块之间按级联顺序进行地址设定，此方法舍去了 I/o模块地址设定的物理接口，也减少了使用者的工作量，大大改善了现有I/o模块的进行模式；
[0035]本发明实施例中，所述PLC控制器通过所述工业现场总线和所述内部总线为所述网关和所述I/o模块进行在线升级。
[0036]I/O模块具备在线升级功能，使用与I/O模块相同总线协议的接口与上位机相连接，由上位机通过特殊指令引导I/o模块进入在线升级模式即可进行升级功能，当升级完成后模块可正常进入工作模块，无需要再进行拆卸安装；
[0037]本发明实施例中，当所述I/O模块出现异常，则通过所述内部总线向所述网关报警，所述网关再通过所述工业现场总线向所述PLC控制器报警；若所述网关出现异常，则通过所述工业现场总线向所述PLC控制器报警。
[0038]以在线的方式进行产品的检测和维修:1/0模块和网关对自身工作状态进行实时监测，I/o模块若出现异常将立即向网关报警。网关再通知PLC控制器。若网关出现异常则直接通知PLC控制器。同时故障点以指示灯形式报警，方便监测、查找和维修。
[0039]另外，在优选的实施例中，本发明还包括了:网关和I/O模块均采用灌封技术。达到6级防尘效果，尘埃完全不能进入产品内部；同时达到7级防渗效果，常温常压下I米水深不能对产品造成任何影响。
[0040]内部通讯方式可以选择RS422或RS485等多种方式:1/0模块与网关之间的通讯采用RS422或RS485等多种方式，技术成熟，抗干扰能力强，布线简单。
[0041]可以采取M8或M12接插件:网关与I/O模块均采用工业现场常见的通用型接口，总线部分采用相应总线协议规定接口，适用于大多客户的常规需求。同时可接受客户要求单独定制相应接口，满足特殊客户的个性化需求。
[0042]对应不同总线协议有多种网关可选，对应不同使用功能有多种I/O模块可选，网关与I/o模块的不同组合就可以实现种类丰富的应用方案。若想更换总线协议，只需更换网关即可，节省成本。若想增加功能只需增加I/o模块即可，且每个I/O模块设计的接口点数量适当，既保证充分的冗余，又不会有不必要的浪费。
[0043]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种工业现场总线系统，其特征在于，所述系统包括:PLC控制器、网关、I/O模块以及现场传感器，所述PLC控制器与所述网关通过工业现场总线连接，所述网关与所述I/O模块通过内部总线连接，所述I/O模块与所述现场传感器连接，所述现场传感器用于采集工业现场的数据，所述I/O模块用于将所述现场传感器采集的所述工业现场的数据进行处理封装后，通过所述内部总线发送给所述网关，所述网关用于将所述I/O模块处理封装后的所述工业现场的数据，进行处理封装后，通过所述工业现场总线发送所述PLC控制器；每一所述网关连接有多个所述I/O模块，与同一所述网关连接且属于同一支路的多个所述I/O模块之间为I/o模块多级连接，所述I/O模块多级连接是指，每个所述I/O模块均包括一个输入通路和一个输出通路，相邻连接的前后两个所述I/O模块，所述后I/O模块输入通路与所述前I/o模块的输出通路连接，首个所述I/O模块的输入通路与所述网关的I/O模块接口连接。
2.根据权利要求1所述的工业现场总线系统，其特征在于，每一所述网关包括多个I/o模块接口，每一所述I/O模块接口用于连接一条所述支路。
3.根据权利要求1所述的工业现场总线系统，其特征在于，每一所述PLC控制器连接有多个所述网关，且与同一所述PLC控制器连接的多个所述网关之间为网关多级连接，所述网关多级连接是指，每个所述网关均包括一个输入通路和一个输出通路，相邻连接的前后两个网关模块，所述后网关模块输入通路与所述前网关模块的输出通路连接，首个所述网关的输入通路与所述PLC控制器连接。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的工业现场总线系统，其特征在于，与所述I/O模块连接的通讯线缆和主电源线缆集成设置，辅助供电源线缆分开设置；当所述I/O模块仅开启输入功能时，所述辅助供电源线缆不连接；当所述I/O模块开启输入功能，且同时开启输出功能时，若输出功能未达到预设值时，所述辅助供电源线缆不连接；当所述I/O模块开启输入功能，且同时开启输出功能时，若输出功能达到预设值时，所述辅助供电源线缆独立为所述输出功能达到预设值的I/O模块连接供电；所述I/O模块的输入功能指将电信号转换为数字信号传送给所述网关，所述I/O模块的输入功能是指将数字信号转换为电信号传送给所述现场传感器。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的工业现场总线系统，其特征在于，所述I/O模块包括:总线安装接地点和电源接地点，所述总线安装接地点和所述电源接地点设置有共地选择结构，所述共地选择结构包括总线接地导线、电源接地导线、导通螺母，当所述导通螺母拧入所述I/o模块外壳总线安装接地孔时，所述总线接地导线和电源接地导线导通，实现共地。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的工业现场总线系统，其特征在于，所述I/O模块包括:1/0模块工作状态指示灯和现场传感器工作状态指示灯。
7.根据权利要求1-3中任一项所述的工业现场总线系统，其特征在于，所述I/O模块的通信地址单独设定或者由 所述网关分配，所述所述I/o模块的通信地址单独设定是指，为所述I/o模块分配固定地址；所述由所述网关分配是指，所述系统上电后，网关按连接顺序给进行所述I/o模块的自动分配地址。
8.根据权利要求1-3中任一项所述的工业现场总线系统，其特征在于，所述PLC控制器通过所述工业现场总线和所述内部总线为所述网关和所述I/O模块进行在线升级。
9.根据权利要求1-3中任一项所述的工业现场总线系统，其特征在于，当所述I/O模块出现异常，则通过所述内部总线向所述网关报警，所述网关再通过所述工业现场总线向所述PLC控制器报警；若所述网关出现异常，则通过所述工业现场总线向所述PLC控制器报m目O
10.根据权利要求1-3中任一项所述的工业现场总线系统，其特征在于，所述网关和所述I/o模 块均采用灌封技术，均为6级防尘和7级防渗。
【文档编号】G05B19/418GK103926906SQ201410173046
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年4月28日 优先权日:2014年4月28日
【发明者】张鑫, 聂旭中, 彭程, 齐宏 申请人:宜科(天津)电子有限公司