一种人机可编程逻辑控制系统及方法与流程

1.本发明涉及工控技术领域，具体而言，涉及一种人机可编程逻辑控制系统及方法。


背景技术：

2.可编程逻辑控制器(programmable logic controller，通常简称为plc)是自动化控制领域中广泛应用的一个重要产品，其方便灵活的控制方式得到了普遍的认可。plc在国外已有几十年的发展和广泛应用，其技术发展较快，也较成熟。目前市场上之plc产品可靠性及稳定性虽然较高，但是价格也较为高昂。在一些对控制要求相对不高的场合，采用现有的plc构建的控制系统仅利用plc很少的功能，无疑造成了生产成本的增加。
3.可编程逻辑控制器(programmable logic controller)是种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作电子系统。它采用一种可编程的存储器，在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，通过数字式或模拟式的输入输出来控制各种类型的机械设备或生产过程。
4.现有的可编程逻辑控制模块不含开关电源，无法对外接电源的绝缘低进行有效故障隔离；外部绝缘低会损坏内部供电的芯片模块。现有的可编程逻辑控制模块单个模块采集点少，单个分站的容量小，且成本贵/扩展困难。现有的可编程逻辑控制模块传输至计算机工作后，无法对总线中的故障模块进行监测，无法快速找到故障模块。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种人机可编程逻辑控制系统及方法，具有结构简单、功能多样和具备故障检测功能的优点。
6.为了实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：
7.第一方面，本发明实施例提供了一种人机可编程逻辑控制系统，所述系统具体包括：单片机，其eeprom区烧入系统程序；与该单片机相连的输入输出模块、继电器输出模块、脉冲输出模块和故障识别模块；与该继电器输出模块相连的继电器，以及与该脉冲输出模块相连的步进电机/伺服电机；该系统程序包括编程模块以及控制模块，该编程模块包括主函数以及实现预设指令的功能子函数库，该主函数编译链接调用的功能子函数库，并通过兼容的梯形图编程界面软件，将上述主函数和功能子函数库进行解释和重构，以根据用户的编程数据并且生成相应的控制指令，该控制模块在设定的周期内集中采集i/o模块送来的状态或数据，并根据该编程模块生成的控制指令进行集中程序处理，并采用集中刷新输出的方式控制继电器输出模块和脉冲输出模块的输出；所述故障识别模块和各其他模块分别信号连接。
8.进一步的，所述故障识别模块包括：转换模块，所述转换模块以预定时间周期给与其对应的可编程逻辑控制模块发送随机心跳信号；所述对应的可编程逻辑控制模块接收到所述转换模块发出的心跳信号后，发送指定格式的数据信号给所述转换模块，所述数据信号包括地址信号、电流/电压信号和所述对应的可编程逻辑控制模块接收到的心跳信号，其
中，所述电流/电压信号为所述对应的可编程逻辑控制模块接收到的外部信号；所述地址信号为所述对应的可编程逻辑控制模块中的微处理器自我检测后得到的信号，所述转换模块接收到对应的可编程逻辑控制模块发送的数据信号后，检测接收到的数据信号中的心跳信号是否正确；若所述转换模块检测到随数据信号返还的心跳信号消失或错误，则判断对应的可编程逻辑控制模块可能存在故障。
9.进一步的，所述系统还包括直流电源模块，该直流电源模块包括抗干扰电路以及与该抗干扰电路连接的第一输出端和第二输出端，该第一输出端与该单片机相连，第二输出端与该继电器输出模块相连；所述该抗干扰电路包括第一滤波电路、第二滤波电路，以及连接于该第一滤波电路与第二滤波电路之间的隔离直流转换模块。
10.进一步的，该脉冲输出模块包括一可调电阻，用于调节输出信号的幅值；还包括上位机/触摸屏，以及连接该上位机/触摸屏与该单片机的通讯接口单元。
11.第二方面，本发明实施例还提供了一种人机可编程逻辑控制方法，所述方法包括对可编程逻辑控制系统进行故障检测的方法，所述方法包括：转换模块以预定时间周期给与其对应的可编程逻辑控制模块发送随机心跳信号；
12.所述对应的可编程逻辑控制模块接收到所述转换模块发出的心跳信号后，发送指定格式的数据信号给所述转换模块，所述数据信号包括地址信号、电流/电压信号和所述对应的可编程逻辑控制模块接收到的心跳信号，其中，所述电流/电压信号为所述对应的可编程逻辑控制模块接收到的外部信号；所述地址信号为所述对应的可编程逻辑控制模块中的微处理器自我检测后得到的信号，
13.所述转换模块接收到对应的可编程逻辑控制模块发送的数据信号后，检测接收到的数据信号中的心跳信号是否正确；
14.若所述转换模块检测到随数据信号返还的心跳信号消失或错误，则判断对应的可编程逻辑控制模块可能存在故障。
15.进一步的，所述输入输出模块包括：所述输入输出模块包括n个电压/电流信号接口，其用于接收或发送外部电压/电流信号，所述n为自然数；所述通讯模块包括第一can通讯模块和第二can通讯模块，所述微处理器与输入/输出模块、第一can通讯模块和第二can通讯模块相连。
16.进一步的，所述输入输出模块将其接收到的外部电流/电压信号提供给所述微处理器，所述微处理器对其接收到的外部电流/电压信号进行处理以形成数据信号，并将所述数据信号分别提供给第一can通讯模块和第二can通讯模块，所述第一can通讯模块将其接收到的数据信号转换成can格式的数据信号，再通过第一can总线传输给第一转换模块；所述第二can通讯模块将其接收到的数据信号转换成can格式的数据信号，再通过第二can总线传输给第二转换模块。
17.本发明实施例提供的一种人机可编程逻辑控制系统及方法，具有如下有益效果：其硬件成本较低且易于使用，可通过较低的成本实现继电器和步进电机或伺服电机的控制。转换模块以固定时间周期给接收模块发送心跳信号，可编程逻辑控制模块接收到转换模块随机发出的心跳信号之后，连同正常电流电压信号和心跳信号，一起打包发送给转换模块，转换模块检测心跳信号是否正确，若是心跳信号错误，则判定该对应的接收模块可能发生故障。这样，本发明就可以对总线中出故障的可编程逻辑控制模块进行监测，并快速找
到故障模块。
18.为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
20.图1示出了本发明实施例提供的人机可编程逻辑控制系统的系统结构示意图。
具体实施方式
21.下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
22.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
23.实施例1：
24.如图1所示，一种人机可编程逻辑控制系统，所述系统具体包括：单片机，其eeprom区烧入系统程序；与该单片机相连的输入输出模块、继电器输出模块、脉冲输出模块和故障识别模块；与该继电器输出模块相连的继电器，以及与该脉冲输出模块相连的步进电机/伺服电机；该系统程序包括编程模块以及控制模块，该编程模块包括主函数以及实现预设指令的功能子函数库，该主函数编译链接调用的功能子函数库，并通过兼容的梯形图编程界面软件，将上述主函数和功能子函数库进行解释和重构，以根据用户的编程数据并且生成相应的控制指令，该控制模块在设定的周期内集中采集i/o模块送来的状态或数据，并根据该编程模块生成的控制指令进行集中程序处理，并采用集中刷新输出的方式控制继电器输出模块和脉冲输出模块的输出；所述故障识别模块和各其他模块分别信号连接。
25.进一步的，所述故障识别模块包括：转换模块，所述转换模块以预定时间周期给与其对应的可编程逻辑控制模块发送随机心跳信号；所述对应的可编程逻辑控制模块接收到所述转换模块发出的心跳信号后，发送指定格式的数据信号给所述转换模块，所述数据信号包括地址信号、电流/电压信号和所述对应的可编程逻辑控制模块接收到的心跳信号，其中，所述电流/电压信号为所述对应的可编程逻辑控制模块接收到的外部信号；所述地址信号为所述对应的可编程逻辑控制模块中的微处理器自我检测后得到的信号，所述转换模块接收到对应的可编程逻辑控制模块发送的数据信号后，检测接收到的数据信号中的心跳信号是否正确；若所述转换模块检测到随数据信号返还的心跳信号消失或错误，则判断对应
的可编程逻辑控制模块可能存在故障。
26.进一步的，所述系统还包括直流电源模块，该直流电源模块包括抗干扰电路以及与该抗干扰电路连接的第一输出端和第二输出端，该第一输出端与该单片机相连，第二输出端与该继电器输出模块相连；所述该抗干扰电路包括第一滤波电路、第二滤波电路，以及连接于该第一滤波电路与第二滤波电路之间的隔离直流转换模块。
27.进一步的，该脉冲输出模块包括一可调电阻，用于调节输出信号的幅值；还包括上位机/触摸屏，以及连接该上位机/触摸屏与该单片机的通讯接口单元。
28.实施例2：一种人机可编程逻辑控制方法，所述方法包括对可编程逻辑控制系统进行故障检测的方法，所述方法包括：转换模块以预定时间周期给与其对应的可编程逻辑控制模块发送随机心跳信号；
29.所述对应的可编程逻辑控制模块接收到所述转换模块发出的心跳信号后，发送指定格式的数据信号给所述转换模块，所述数据信号包括地址信号、电流/电压信号和所述对应的可编程逻辑控制模块接收到的心跳信号，其中，所述电流/电压信号为所述对应的可编程逻辑控制模块接收到的外部信号；所述地址信号为所述对应的可编程逻辑控制模块中的微处理器自我检测后得到的信号，
30.所述转换模块接收到对应的可编程逻辑控制模块发送的数据信号后，检测接收到的数据信号中的心跳信号是否正确；
31.若所述转换模块检测到随数据信号返还的心跳信号消失或错误，则判断对应的可编程逻辑控制模块可能存在故障。
32.进一步的，所述输入输出模块包括：所述输入输出模块包括n个电压/电流信号接口，其用于接收或发送外部电压/电流信号，所述n为自然数；所述通讯模块包括第一can通讯模块和第二can通讯模块，所述微处理器与输入/输出模块、第一can通讯模块和第二can通讯模块相连。
33.进一步的，所述输入输出模块将其接收到的外部电流/电压信号提供给所述微处理器，所述微处理器对其接收到的外部电流/电压信号进行处理以形成数据信号，并将所述数据信号分别提供给第一can通讯模块和第二can通讯模块，所述第一can通讯模块将其接收到的数据信号转换成can格式的数据信号，再通过第一can总线传输给第一转换模块；所述第二can通讯模块将其接收到的数据信号转换成can格式的数据信号，再通过第二can总线传输给第二转换模块。
34.在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个单元、程序段或代码的一部分，所述单元、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
35.另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个单元单独存在，也可以两个或两个以上单元集成形成一个独立的部分。
36.所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onl8 memor8)、随机存取存储器(ram，random access memor8)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
37.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
38.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。