一种基于sopc技术的plc协同控制器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明具体地涉及一种基于SOPC技术的PLC协同控制器。
【背景技术】
[0002]由于传统硬件PLC技术对外封闭，各个生产厂商的PLC硬件平台各不相同，支持的PLC语言也不相同，而且相互之间通信的协议和总线也完全不同。因此，随着计算机技术的发展，人们已经逐渐认识到硬件PLC的通用性、兼容性和拓展性不好正在制约着PLC的快速发展。同时，随着卷烟工业新一轮的技改，大量新型烟草制丝设备从德国HAUN1、意大利Garbu1等国外烟机设备公司引进，设备厂家对于关键设备的PLC程序采取了技术封锁甚至加密等手段。因此，对于烟机功能改进，需要寻求一种新的解决方案来突破传统PLC内部程序封锁以及外部通用性、兼容性差等问题。
[0003]过去，传统的PLC控制单一，而且逻辑控制器的开发多基于ASIC设计的硬件平台，而近年来出现的可编程片上系统(SOPC)解决方案得到了业界广泛的重视并迅速发展。
【发明内容】
[0004]本发明就是为了克服传统PLC兼容性和可扩展性差、性价比低等缺点，同时为了突破新型烟机设备PLC程序加密、二次开发难度高等问题，弥补现有技术的不足，提出一种基于SOPC技术的PLC协同控制器；本发明具有体系结构开放、开发移植简单以及可扩展性高等优点，能较好地满足现代工业卷烟生产自动化的要求。
[0005]为实现本发明的上述目的，本发明采用如下技术方案。
[0006]本发明一种基于SOPC技术的PLC协同控制器,包括协同控制器模块、PLC运行系统模块；其结构要点是:所述协同控制器通过RS232连接转换电路，所述转换电路连接RS485通讯模块，所述RS485通讯模块连接CP341，所述CP341连接PLC运行系统模块；所述协同控制器外部连接有外部I/O接口模块，所述PLC运行系统模块外部连接有外部I/O接口模块。
[0007]作为本发明的一种优选方案，所述协同控制器模块采用基于SOPC运行系统的FPGA模块；所述FPGA模块采用Cyclone II EP2C35系列FPGA，其内部具有35000个逻辑单元，672个引脚，提供475个自定义I/O接口，并支持N1s II嵌入式软核处理器。
[0008]进一步地，所述软核处理器采用基于RISC技术的32位嵌入式处理器N1s II。
[0009]作为本发明的另一种优选方案，所述基于SOPC技术的PLC协同控制器包括上位机和下位机两部分；其中所述上位机部分采用基于SOPC虚拟PLC模块，所述上位机与下位机通过RS232总线协议连接。
[0010]进一步地，本发明所述基于SOPC虚拟PLC模块内部包括通信接口模块、PLC虚拟机层模块、I/o数据映像区模块；所述I/O数据映像区模块外部连接I/O接口模块。
[0011]本发明的有益效果是。
[0012]本发明体统了一种基于SOPC技术的FPGA片上系统作为虚拟PLC来协助传统硬件PLC完成自动化控制的目的，实现了该嵌入式软核PLC协同传统PLC在同一设备内共同控制的目标。因此，基于SOPC技术的协同控制器消除了单一传统PLC控制的缺陷，具有体系结构开放、开发移植简单以及可扩展性高等优点，能较好地满足现代工业卷烟生产自动化的要求。
[0013]本发明以SOPC技术为依托的PLC协同控制器具有很强的可修改性和可移植性，保证了运行PLC协同控制器程序的实时性，并且能够根据特定的需要编写自定义IP核，自由添加所需要的特定设备，同时方便的增加或减少I/O端口的数量，基于该技术的协同控制方式比单一传统PLC控制具有更灵活的可扩展性。此外，由于FPGA具有较高的密度，能够集成很大的系统，因此又增加了系统的可靠性。
[0014]本发明引入先进的SOPC嵌入式技术协助传统PLC，节省了传统PLC处理器资源，提高了其处理器的运行速度，增加了系统的可扩展性和维护性；在非精密控制领域，也可以将该基于SOPC技术的FPGA独立作为PLC使用。
【附图说明】
[0015]图1是PLC协同控制方式结构图。
[0016]图2是本发明一种基于SOPC技术的PLC协同控制器的结构框图。
[0017]图3是本发明的上位机与下位机之间的通讯结构连接图。
[0018]图4是本发明的硬件结构图。
【具体实施方式】
[0019]如图1所示，为PLC协同控制方式结构图。图中包括协同控制器、现场总线、PLC运行系统；其中，协同控制器内部设置控制逻辑模块，通过现场总线访问PLC运行系统内部资源，并将协同控制器的控制逻辑运算结果再次通过现场总线传回PLC，最终实现双核协同控。
[0020]如图2所示，为本发明一种基于SOPC技术的PLC协同控制器的结构框图。包括协同控制器模块、PLC运行系统模块；其结构要点是:所述协同控制器通过RS232连接转换电路，所述转换电路连接RS485通讯模块，所述RS485通讯模块连接CP341，所述CP341连接PLC运行系统模块；所述协同控制器外部连接有外部I/O接口模块，所述PLC运行系统模块外部连接有外部I/O接口模块。
[0021 ] 本发明所述协同控制器模块采用基于SOPC运行系统的FPGA模块；所述FPGA模块采用Cyclone II EP2C35系列FPGA，其内部具有35000个逻辑单元，672个引脚，提供475个自定义I/O接口，并支持N1s II嵌入式软核处理器。所述SOPC不仅仅使FPGA设计更为简单，而且设计更简洁、灵活，开发更高效。它的特点在于其可编程性，即利用现场可编程门阵列(FPGA)器件的可编程性进行SOC (system on chip)设计。SOPC Builder为每一个元件提供一个导向，利用该向导很容易定制元件功能，且通过该向导能够非常方便地在一个设计中加入N1s II软核处理器、外设接口等。为了将微处理器核、外围设备、存储器和其它IP核相互连接起来，SOPC Builder能够自动生成片上总线和总线仲裁器等所需的逻辑。SOPC Builder实现了嵌入式系统各个方面的开发，包括软件的设计和验证，因此运用SOPC技术可以在FPGA上快速定制各种复杂逻辑控制，并将传统PLC中逻辑移植或转移到FPGA器件上实现。将基于SOPC技术的FPGA作为虚拟PLC来协助传统硬件PLC完成自动化控制，很好地解决了上述传统PLC单一控制的缺点，通过SOPC定制各种功能与传统PLC实时通讯达到双核协同时控制同一设备的目的。
[0022]如图3所示，为本发明的上位机与下位机之间的通讯结构连接图。所述基于SOPC技术的PLC协同控制器包括上位机和下位机两部分；其中所述上位机部分采用基于SOPC虚拟PLC模块，所述上位机与下位机通过RS232总线协议连接。进一步地，本发明所述基于SOPC虚拟PLC模块内部包括通信接口模块、PLC虚拟机层模块、I/O数据映像区模块；所述I/O数据映像区模块外部连接I/O接口模块。
[0023]本发明所述N1s II嵌入式软核处理器采用基于RISC技术的32位嵌入式处理器。通过SOPC Builder系统综合软件设定N1s II软核参数。如图4所示,为本发明的硬件结构图；在常用外围设备及接口组件中选择外部SDRAM接口、外部FLASH接口、外部RAM总线接口、外部 LCD 接口、LED P1、Button P1、TIMERl (计时器)、TIMER2 (定时器)、JTAGUART以及UART(RS-232)等模块，并设置相关参数，自动分配各模块基地址和指定N1s II处理器的复位地址与异常中断地址，生成相应的N1s II系统。基于SOPC技术的优势将很多资源集中在FPGA中，使系统的扩展与升级更加容易，只需在FPGA中添加相应功能的模块即可。对于自定义外设，可以通过VHDL硬件语言编写IP核，在SOPC Builder中添加这个自定义组件，并通过标准Avalon总线连接。
【主权项】
1.一种基于SOPC技术的PLC协同控制器,包括协同控制器模块、PLC运行系统模块；其特征在于:所述协同控制器通过RS232连接转换电路，所述转换电路连接RS485通讯模块，所述RS485通讯模块连接CP341，所述CP341连接PLC运行系统模块；所述协同控制器外部连接有外部I/O接口模块，所述PLC运行系统模块外部连接有外部I/O接口模块。2.根据权利要求1所述的一种基于SOPC技术的PLC协同控制器，其特征在于:所述协同控制器模块采用基于SOPC运行系统的FPGA模块；所述FPGA模块采用Cyclone IIEP2C35系列FPGA，其内部具有35000个逻辑单元，672个引脚，提供475个自定义I/O接口，并支持N1s II嵌入式软核处理器。3.根据权利要求2所述的一种基于SOPC技术的PLC协同控制器，其特征在于:所述软核处理器采用基于RISC技术的32位嵌入式处理器N1s II。4.根据权利要求1所述的一种基于SOPC技术的PLC协同控制器，其特征在于:所述基于SOPC技术的PLC协同控制器包括上位机和下位机两部分；其中所述上位机部分采用基于SOPC虚拟PLC模块，所述上位机与下位机通过RS232总线协议连接。5.根据权利要求4所述的一种基于SOPC技术的PLC协同控制器,其特征在于:所述基于SOPC虚拟PLC模块内部包括通信接口模块、PLC虚拟机层模块、I/O数据映像区模块；所述I/O数据映像区模块外部连接I/O接口模块。
【专利摘要】一种基于SOPC技术的PLC协同控制器。本发明具有体系结构开放、开发移植简单以及可扩展性高等优点，能较好地满足现代工业卷烟生产自动化的要求。本发明包括协同控制器模块、PLC运行系统模块；其结构要点是：所述协同控制器通过RS232连接转换电路，所述转换电路连接RS485通讯模块，所述RS485通讯模块连接CP341，所述CP341连接PLC运行系统模块；所述协同控制器外部连接有外部I/O接口模块，所述PLC运行系统模块外部连接有外部I/O接口模块。所述基于SOPC技术的PLC协同控制器包括上位机和下位机两部分；其中所述上位机部分采用基于SOPC虚拟PLC模块，所述上位机与下位机通过RS232总线协议连接。
【IPC分类】G05B19/05
【公开号】CN105629863
【申请号】CN201410622458
【发明人】李福霞
【申请人】李福霞
【公开日】2016年6月1日
【申请日】2014年11月7日