专利名称：可编程逻辑控制器的定位系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及可编程逻辑控制器的定位系统，特别是用于电机定位的可编程逻辑控制器的定位系统。
背景技术：
可编程逻辑控制器(Programmable Logic ControllerPLC)的定位功能，通过向可编程逻辑控制器的晶体管输出端点输出高速脉冲列驱动电机，从而将对象体移动至正确的位置。
此时，可编程逻辑控制器的运行方式，可根据连接于上述可编程逻辑控制器的电机驱动器的种类进行区分。即，可分为初始值为高态(high)且在脉冲的下降沿运行的低态有效(low active)方式，以及初始值为低态(low)且在脉冲的上升沿运行的高态有效(high active)方式。此外，在所述两种方式下，对脉冲/方向输出模式和输出正向/反向脉冲列的CW/CCW输出模式进行自由组合，可设计出2×2种形态、即4种输出形态。换言之，在高态有效方式下组合脉冲/方向输出模式和CW/CCW输出模式中的某一种模式，或者在低态有效方式下组合脉冲/方向输出模式和CW/CCW输出模式中的某一种模式。
在脉冲/方向输出模式中，脉冲列通过两个输出端子中的某一端子固定地输出，而依照从另一端子输出的信号为低态还是高态，确定电机的旋转方向。此外，在CW/CCW输出模式中，依照脉冲列从CW(Clock Wise顺时针方向)输出端子和CCW(Counter Clock Wise逆时针方向)输出端子中哪一端子输出，决定电机的旋转方向。
发明内容
本发明提供一种可编程逻辑控制器的定位系统，其能够容易地选择高态有效方式或低态有效方式，并在所述两种方式下可容易选择脉冲列/方向输出模式或CW/CCW输出模式。
本发明所要解决的技术问题，不限于上述提及的技术问题，对未提及的其它技术问题，本领域的普通技术人员能够在下述内容中明确理解。
本发明的可编程逻辑控制器的定位系统，其包括微处理器(MicroProcessor UnitMPU)，其生成用于驱动电机的脉冲信号、模式信号以及方向信号；切换单元，其接收上所述脉冲信号并进行切换，从而在两个输出端子中择一进行输出，并通过所述脉冲信号的输入端子之外的另一输入端子，接收与所述电机驱动所需的所述脉冲信号成对的低态(low)信号或高态(high)信号并进行切换，以通过未输出所述脉冲信号的输出端子进行输出；模式/方向选择单元，根据所述模式信号和方向信号控制所述切换单元的切换，并根据上述模式信号和方向信号生成所述低态信号或高态信号并输出至所述切换单元。
优选地，还包括绝缘传送单元，将所述切换单元的输出信号以与外部绝缘的状态传送至所述外部。
另外，优选地，还包括信号调节单元，其根据电机的有效(Active)状态，将上述切换单元的输出信号正转或逆转输出，此时，对信号调节单元的信号逆转进行控制的有效控制信号优选生成于所述微处理器。另外，还可包括绝缘传送单元，其将所述信号调节单元的输出，以与外部绝缘的状态传送至所述外部。
本发明的可编程逻辑控制器的定位系统，能够通过切换容易地将电机驱动所需的脉冲信号和与上述脉冲信号成对输出的低态信号或高态信号进行变更，从而尽可能减少微处理器的设置变更。
此外，本发明通过所述切换，可容易改变电机驱动方式，因此可提高用户可编程逻辑控制器的定位系统和电机驱动系统整体的信赖度。
图1为现有的可编程逻辑控制器的定位系统模块图。
图2为图1的详细电路图。
图3为根据输出电平和输出模式的脉冲输出状态示意图。
图4为本发明的一理想实施例的可编程逻辑控制器的定位系统模块图。
图5为本发明的另一理想实施例的可编程逻辑控制器的定位系统模块图。
图6为本发明的又一理想实施例的可编程逻辑控制器的定位系统模块图。
图7为图6的一具体实施例的电路图。
图8为图7中的切换单元的内部电路图。
附图符号说明 110微处理器 120切换单元 130模式/方向选择单元140信号调节单元
具体实施例方式 以下参照附图，对本发明的一理想实施例进行详细说明。
图1为现有的可编程逻辑控制器定位系统的模块图。
观察图1，其包括微处理器(Micro Processor UnitMPU)11、高速光电耦合器12和外部高速接口电路13。微处理器11根据用户预先设定的输出模式和输出电平产生高速脉冲列。其中，输出模式表示是脉冲/方向模式还是CW/CCW模式，而输出电平表示是高态有效方式还是低态有效方式。上述高速脉冲列通过绝缘传送单元即高速光电耦合器12以与外部绝缘的状态被传送。通过高速光电耦合器12传送的高速脉冲列，通过外部高速接口电路13，转换成适合于电机驱动器20的开集(open collector)或线驱动形式的信号电平并输出。
图2为图1的详细电路图。
如图2所示，微处理器通过TPUA、TPU B两个输出端子输出脉冲列，其具体的信号形态如图3所示。
在输出电平为高有效电平的情况下，初始值为低态(low)，并在脉冲的上升沿实现电机驱动，因此初始值为低态。根据输出模式为脉冲/方向模式还是CW/CCW模式，可分为模式1和模式2。
在模式1即高有效电平、脉冲/方向模式中，TPUA输出端子生成并输出初始值为低态的脉冲列，从而在用以驱动电机的区间内形成高电平的脉冲。TPU B输出端子决定方向，即决定电机的旋转方向，当TPU B输出端子的输出为低态时，进行正向旋转，而当TPU B输出端子的输出为高态时，进行正向的反方向即逆向旋转。
在模式2即高有效电平、CW/CCW模式中，当TPUA输出端子输出与模式1的通过TPU A输出端子输出的脉冲列相同的脉冲列时，进行正向旋转，而当脉冲列通过TPU B输出端子输出时，进行逆向旋转。当然，此时输出脉冲列的端子外的另一端子，其初始值要保持低态。
在输出电平为低有效电平方式的情况下，由于初始值为高态(high)，并在脉冲的下降沿实现电机驱动，因此初始值为高态。如上所述，根据输出模式为脉冲/方向模式还是CW/CCW模式，可分为模式3和模式4。
在模式3即低电平有效、脉冲/方向模式中，所述TPUA输出端子生成并输出初始值为高态的脉冲列，从而在用以驱动电机的区间内形成低电平的脉冲。电机的旋转方向由TPU B输出端子决定，当TPU B输出端子的输出为高态时，进行正向旋转，而当TPU B输出端子的输出为低态时，进行逆向旋转。
在模式4即低有效电平、CW/CCW模式中，当TPUA输出端子输出与模式3的TPUA的脉冲列相同的脉冲列时，进行正向旋转，而当脉冲列通过TPU B输出端子输出时，进行逆向旋转。此时，输出脉冲列的端子外的另一端子，其初始值要保持高态。
对于上述模式1、模式2、模式3和模式4等四种模式，微处理器的输出端子TPU A和TPU B应该分别进行不同的输出设置。在通常情况下，在利用通用微处理器实现可编程逻辑控制器定位功能的情况下，为实现脉冲列的输出，使用内置于微处理器的定时器脉冲单元(Timer Pulse UnitTPU)的中断功能。如上述说明，为了根据各个模式实现不同的输出，需要改变定时器脉冲单元的中断端口的初始值和相关阻抗的设定，从而改变TPU A输出端子和TPU B输出端子的输出信号。
即，是在电机的运行起始阶段，根据输出电平和输出模式的设定，改变定时器脉冲单元的中断端口的初始值和阻抗设定的方式，按照这种方式，无法在输出脉冲列的过程中，改变输出电平和输出模式。
此外，需要在每次运行开始时和改变旋转方向的瞬间，设定定时器脉冲单元中断端口的初始值和相关阻抗，因此在高速往返运行等情况下，超负荷施加于微处理器，因而会发生达不到输出性能标准的现象。
另外，在CW/CCW输出模式的情况下，针对TPU A和TPU B两个输出端口，需要单独制作驱动各个定时器脉冲单元所需的固件(firmware)，因而发生固件的编码容量增加、需要制作时间和可靠性下降等问题。尤其是在微处理器的嵌入式中断中，使用优先顺序非常高的两个定时器脉冲单元的中断，因而引起微处理器的资源占用过度，导致定位功能之外的其它功能的速度和规格下降。
为了改进上述问题，在本实施例中，在将输出脉冲列的微处理器的输出端子固定的状态，顺利地完成输出电平和输出模式的转换，其说明如下。
图4为本发明中的一理想实施例的可编程逻辑控制器的定位系统模块图。
参照图4，本实施例的可编程逻辑控制器的定位系统包括微处理器110，其生成用于驱动电机的脉冲信号、模式信号和方向信号；切换单元120，其接收脉冲信号(脉冲列)并进行切换，从而在两个输出端子中择一进行输出，并通过除脉冲信号的输入端子之外的另一输入端子，接收与电机驱动所需的脉冲信号成对存在的低态信号或高态信号并进行切换，从而通过未输出脉冲信号的输出端子进行输出；模式/方向选择单元130，其根据模式信号和方向信号控制切换单元120的切换，并根据模式信号和方向信号生成低态信号或高态信号并输出至切换单元120。
微处理器110作为生成电机驱动时决定电机旋转速度的脉冲信号、决定是脉冲/方向模式还是CW/CCW模式的模式信号、以及决定电机旋转方向的方向信号的元件，与输出模式无关地通过同一输出端子输出各个信号。其通过切换单元120和模式/方向选择单元130实现，其说明如下。
切换单元120接收微处理器110生成的脉冲信号，并通过内部的切换动作，从而使脉冲信号通过切换单元120的两个输出端子中选择的一个端子输出。切换单元120的两个输出端子，为了固定微处理器110的用于输出脉冲信号的输出端子，按照输出模式(脉冲/方向模式或CW/CCW模式)，对微处理器110的脉冲信号输出端子输出的脉冲信号，在两个输出端子中择一进行输出。在脉冲/方向模式下，脉冲信号仅通过一个端子输出即可，而在CW/CCW模式下，根据方向需要分别通过不同的端子输出。与上述不同，本实施例中使用了切换单元120，因而在微处理器110中，脉冲信号只需通过微处理器110的同一输出端子(例如TPU A)输出即可。
另外，切换单元120通过除脉冲信号输入端子之外的另一输入端子，接收与电机驱动所需的脉冲信号成对生成的低态信号或高态信号并进行切换，从而通过未输出脉冲信号的输出端子输出(参照图3)，上述切换通过模式/方向选择单元130进行控制。
模式/方向选择单元130，根据模式信号和方向信号，控制切换单元120的切换，并根据模式信号和方向信号，生成低态或高态信号并输出至切换单元120。上述切换单元120的内部结构可通过多种逻辑电路实现，输入端具有至少两个输入端子，以接收微处理器110生成的模式信号和方向信号，输出端至少具有两个输出端子，用于输出对切换单元120的切换进行控制的信号、以及生成并输出与从微处理器110直接传送至切换单元120的脉冲信号成对存在的低态信号或高态信号。
依照本实施例，脉冲信号和与脉冲信号成对存在的低态信号或高态信号，通过模式/方向选择单元130和切换单元120，按照输出模式改变输出，因而与输出模式无关地，能够对输出脉冲信号、模式信号和方向信号的微处理器110的输出端子进行固定。因此，能够克服如上所述的微处理器110输出端子中的输出信号种类改变情况下出现的问题。
而且，如图5所示，本发明的可编程逻辑控制器的定位系统，还具备根据电机的有效(active)方式，对切换单元120的输出信号进行正转或反转输出的信号调节单元140，因而能够容易地应用图3的输出电平。即，在微处理器110的输出信号即脉冲信号以高有效电平输出的情况下，当电机的有效方式为高态有效时，直接输出信号，而当电机的有效方式为低态有效时，通过信号调节单元140对切换单元120的输出信号进行逆转后输出。显然，为此有必要对信号调节单元140的信号是否反转进行控制。如图5所示，用于对所述信号调节单元140的信号逆转进行控制的有效控制信号，优选生成于微处理器110。
通过上述可知，依照本实施例的可编程逻辑控制器的定位系统，与输出电平和输出模式无关地，在微处理器110以同一输出端子输出同一种类的信号(脉冲信号、模式信号、方向信号)即可，因此，与需要改变微处理器110输出端的输出信号种类的方式相比，在输出脉冲信号过程中，也能够实现输出模式和输出电平的转换，并不存在高速往返运行等情况下可预见的微处理器110超负荷引起输出性能规格降低的问题。
此外，无需制作用于改变微处理器110的输出端中输出信号的程序所需的固件，能够尽可能避免使用高优先顺序的定时器脉冲单元的中断，从而能够克服除了定位之外其它功能中速度和规格降低的问题。这正如上述，依照切换单元120和模式/方向选择单元130，能够使微处理器110输出端中输出信号的种类得到固定，这与不需要定时器脉冲单元的中断端口的初始值和相关阻抗的设置等改变相同。
图6所示为在上述信号调节单元140的输出端添加绝缘传送单元150的详细构成。绝缘传送单元150，其与外部元件绝缘的状态，向外部元件传送信号调节单元140的输出信号。绝缘传送单元150相当于如上所述的高速光电耦合器。
假设，在不考虑输出电平的构成的情况下，绝缘传送单元150将接收切换单元120的输出信号。
上述可编程逻辑控制器的定位系统的更具体的实施例如图7所示。
如图7所示，在微处理器110的TPU A端子上固定地输出脉冲信号，在微处理器110的I/O输出端子中的某一端子中固定地输出模式信号，而在另一端子中固定地输出方向信号，而在又一端子中固定地输出有效控制信号。作为参照，有效控制信号也可以在微处理器110之外的其它控制元件中生成。
脉冲信号被直接传送至切换单元120的输入端中的某一端子，模式信号和方向信号被传送至模式/方向选择单元130，而有效控制信号被传送至信号调节单元140。尽管本实施例中，模式信号在‘0’时为脉冲/方向模式，而当‘1’时为CW/CCW模式，方向信号在‘0’时为正向旋转，而当‘1’时为反向旋转，但不限于此，可对其进行多种变形。
模式/方向选择单元130由逻辑器件组成，具体包括第一与门，其接收模式信号和方向信号，并将其作为切换控制信号输出至切换单元120；反相器(inverter)133，其与第一与门131的输出端子并联，使第一与门131的输出信号逆转；第二与门135，其接收反相器133的输出信号和方向信号，从而生成与脉冲信号成对的低态信号或高态信号，并输出至切换单元120。
切换单元120的组成包括A端子，其输入脉冲信号；B端子，其输入与脉冲信号成对的低态信号或高态信号；EX端子，其输入来自模式/方向选择单元的信号，其信号对将相当于输入端子的A端子和B端子适当地切换为相当于切换单元120的输出端子的C端子和D端子进行控制。重要的是，上述A端子和B端子对于输出端子的切换需要排他性地实现。即，若A端子连接于C端子，则B端子应连接于D端子，而若A端子连接于D端子，则B端子应连接于C端子。
图8所示为所述结构的切换单元的一个实例。
在将图8的OE’固定为低态的状态下，实现如下表1的连接。
表1
信号调节单元140由两个XOR门组成，其各输入端的一端分别连接于切换单元120的输出端，而另一输入端的一端连接于微处理器110的有效控制信号输出端。因此，依照信号调节单元140的构成，在本实施例中，在有效控制信号为‘0’的情况下，切换单元120的输出为正转输出，而在有效控制信号为‘1’的情况下，切换单元120的输出为逆转输出。当然，能够对其进行多种变更。
信号调节单元140的输出，通过包括光电耦合器的绝缘传送单元150传送至外部。
以下参照图7，对可编程逻辑控制器的定位系统的动作进行详细说明。
以下表2举例表示图7的构成中的设定方式。
表2
*方向信号低态(0)＝正向，高态(1)＝逆向 以操作举例，当在高有效电平方式下、脉冲/方向模式、正向旋转时，微处理器110的TPUA输出脉冲信号，模式信号、方向信号、有效控制信号的输出为‘0’。
根据模式信号和方向信号，由模式/方向选择单元130的第一与门131输出的切换控制信号(a)为‘0’，即低态。此外，对与脉冲信号成对的低态信号或高态信号进行输出的第二与门135输出的真实信号(C)为‘0’，即低态。
在切换控制信号为低态的情况下，如表1所示，切换单元120的A端子连接于C端子、B端子连接于D端子，因此，切换单元120的输出端子C端子输出微处理器110所生成的脉冲信号(b)，而D端子输出第二与门135输出的‘0’信号(d)。由此输出的脉冲信号(b)和‘0’(low)信号(d)，与微处理器110输出的有效控制信号一同，被输入至信号调节单元140。由于有效控制信号为‘0’，因此信号调节单元140将输入的脉冲信号(b)和‘0’信号(d)原封不动地输出。
信号调节单元140中的输出信号(e)、(f)，与图3所示的高有效电平方式下的脉冲/方向模式、正向的状态相同，并且这与设置也一致。
可通过类似方式对其它设置进行说明，其结果如下表3至表5所示。
表3
*高有效电平、CW/CCW模式的情况 表4
*低有效电平、脉冲/方向模式的情况 表5
*低有效电平、CW/CCW模式的情况 如上述可知，无论在何种模式下，微处理器的同一输出端子输出的信号种类不会改变。其通过模式/方向选择单元、切换单元、信号调节单元实现，这意味着无需对微处理器的定时器脉冲单元的中断端口的初始值和相关阻抗的设置进行改变。即，与通常的根据输出模式需要改变微处理器的输出端子输出的信号种类的情况不同，微处理器的输出端子输出的信号种类是固定的。
从而，可以根本上消除了，根据输出模式和输出电平改变同一输出端子输出的信号种类从而导致的各种问题。
权利要求
1.一种可编程逻辑控制器的定位系统，其包括
微处理器，其生成电机驱动所需的脉冲信号、模式信号以及方向信号；
切换单元，其接收所述脉冲信号并进行切换，从而在两个输出端子中择一进行输出，并通过所述脉冲信号的输入端子之外的另一输入端子，接收与所述电机驱动所需的所述脉冲信号成对的低态信号或高态信号并进行切换，从而通过未输出所述脉冲信号的输出端子进行输出；
模式/方向选择单元，根据所述模式信号和方向信号，控制所述切换单元的切换，并根据所述模式信号和方向信号，生成所述低态信号或高态信号并输出至所述切换单元。
2.如权利要求1所述可编程逻辑控制器的定位系统，其特征在于，
还包括信号调节单元，其根据电机的有效方式，将所述切换单元的输出信号正转或逆转输出。
3.如权利要求2所述可编程逻辑控制器的定位系统，其特征在于，
对所述信号调节单元的信号逆转进行控制的有效控制信号，在所述微处理器中生成。
4.如权利要求3所述可编程逻辑控制器的定位系统，其特征在于，
所述脉冲信号被传送至所述切换单元的输入端中的某一端子；
所述模式信号和方向信号被传送至所述模式/方向选择单元；
所述有效控制信号被传送至所述信号调节单元。
5.如权利要求2所述可编程逻辑控制器的定位系统，其特征在于，
还包括绝缘传送单元，其以与外部绝缘的状态，将所述信号调节单元的输出传送至所述外部。
6.如权利要求1所述可编程逻辑控制器的定位系统，其特征在于，
还包括绝缘传送单元，其以与外部绝缘的状态，将所述切换单元的输出信号传送至所述外部。
7.如权利要求1所述可编程逻辑控制器的定位系统，其特征在于，所述模式/方向选择单元包括
第一与门，其接收所述模式信号和方向信号，并将切换控制信号输出至所述切换单元；
反相器，其与所述第一与门的输出端子并联，使所述第一与门的输出信号逆转；
第二与门，其接收所述反相器的输出和所述方向信号，生成与所述脉冲信号成对的低态信号或高态信号，并输出至所述切换单元。
全文摘要
本发明涉及一种可编程逻辑控制器的定位系统，其包括微处理器，生成用于电机驱动的脉冲信号、模式信号、方向信号；切换单元，接收所述脉冲信号并进行切换，从而在两个输出端子中择一进行输出，并通过接收所述脉冲信号的输入端子之外的另一输入端子，接收与所述电机驱动所需的所述脉冲信号成对的低态信号或高态信号并进行切换，从而通过未输出所述脉冲信号的输出端子进行输出；模式/方向选择单元，根据所述模式信号和方向信号控制所述切换单元的切换，并根据所述模式信号和方向信号生成所述低态信号或高态信号并输出至所述切换单元。从微处理器的同一输出端子输出同一种类信号，从而能够更可靠地进行可编程逻辑控制器的定位。
文档编号H02P8/06GK101789743SQ200911000029
公开日2010年7月28日 申请日期2009年12月3日 优先权日2008年12月3日
发明者朴康羲 申请人:Ls产电株式会社