专利名称：一种可编程序控制器及其扩展方法
技术领域：
本发明属于可编程序控制器制造技术领域，尤其涉及一种可编程序控制器 及其扩展方法。
背景技术：
可编程序控制器(Programmable Logic Controller, PLC)是一种专门为在 工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置，它采用通用或专用的CPU 并在其内部设置有监控程序(或操作系统)和可以存储用户程序的存储器，内
部的监控程序解释用户程序并执行相关的逻辑运算、顺序运算、计时、计数和 算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类
型的机械或生产过程。是工业生产中很常见的一种设备，尤其在工业自动化控 制领域得到了广泛的应用。
现有技术中，通常一个PLC内只有一个中央处理器(Central Processing Unit, CPU)芯片，该CPU负责各种数学和逻辑运算、输入/输出处理、通讯处 理等。这种PLC的功能是集成式的，处理各种数学和逻辑运算、输入/输出。 通讯协议的程序代码也是集合在一起、不可分割的，当要改变通讯协议(即支 持不同的通讯接口 )或改变输入/输出接口的类型(如从数字改为模拟)时，需 要修 文程序代码并进行编译、调试、测试、定型等许多复杂的步骤才能完成， 这些工作一般只有产品的生产厂商才能完成，客户(即产品使用者)是无能为
力的。所以导致目前PLC行业的一种现象，PLC厂商生产的产品，客户只能使 用，不能根据实际情况或需求进行更改，更不能扩充，并且，各PLC厂商的体 系是不一样的，不能互通、互用，这大大的限制PLC的发展。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种可编程序控制器，旨在解决现有技术中
PLC只有一个CPU进行处理控制，客户只能使用而不能更改或扩充，以及各 PLC厂商生成的PLC之间不能互通、互用的问题。
本发明实施例是这样实现的， 一种可编程序控制器，所述可编程序控制器 包括一主CPU,以及与所述主CPU连接的至少一从CPU,
所述从CPU对接收的数据进行格式化处理，将处理后的数据传输至所述主 CPU,并根据所述主CPU传输的数据进行数据输出处理；
所述主CPU根据所述从CPU传输的数据进行数学/逻辑运算、指令解析、 系统资源管理，并将处理后的数据传输至所述从CPU。
本发明实施例的另一目的在于提供一种包括上述可编程序控制器的工业控 制装置。
本发明实施例的另一目的在于提供一种如上所述的可编程控制器的扩展方 法，所述方法包括下述步骤
设置一主CPU,以及与所述主CPU相连接的至少一个从CPU,所述从CPU 接收外部的输入数据，并对外部的输入数据进行^"式化处理；
所述主CPU对从CPU处理后的数据进行数学/逻辑运算、指令解析、系统 资源管理；
所述从CPU根据主CPU处理后的数据刷新输出数据。 在本发明实施例中，通过在PLC内或者其模块内设置一主CPU，以及与主
完成输入/输出处理、通讯协议处理等，并将处理后的数据传输至主CPU,由主 CPU完成数学/逻辑运算、指令解析、系统资源管理等，从而使用户可以根据实 际情况或者需求更改或者扩充从CPU,有效的促进了 PLC的发展。
图l是本发明实施例提供的可编程序控制器的架构图； 图2是本发明实施例提供的可编程序控制器的通用接口类型示意图； 图3是本发明实施例提供的可编程序控制器的数据格式化处理示意图； 图4是本发明第一实施例提供的可编程序控制器的系统构架图； 图5是本发明第二实施例提供的可编程序控制器的系统构架图； 图6是本发明第三实施例提供的可编程序控制器的系统构架图。
具体实施例方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实 施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅 仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在本发明实施例中，通过在PLC内或者其模块内设置一主CPU,以及与主 CPU之间通过通用的接口和通讯协议进行数据交互的至少一个从CPU,从CPU 完成输入/输出处理、通讯协议处理等，并将处理后的数据传输至主CPU，由主 CPU完成数学/逻辑运算、指令解析、系统资源管理等，从而使用户可以根据实 际情况或者需求更改或者扩充从CPU,有效的促进了 PLC的发展。
图1示出了本发明实施例^是供的可编程序控制器的架构，详述如下
该可编程序控制器包括一主CPU,以及与主CPU连接的至少一个从CPU。 其中主CPU为核心CPU,该主CPU根据各个从CPU传输的数据进行数学/逻 辑运算、指令解析、系统资源管理等，从CPU负责输入/输出处理、通讯协议 处理等。在本发明实施例中，客户可以根据不同的实际需求，设置多个与主CPU 连接的从CPU，同时也可以为不同的功能设置对应的从CPU,如通讯处理器、 数字输入/输出处理器、模拟输入/输出处理器、温度控制器、运动控制器等。各
在本发明实施例中，从CPU与主CPU的通讯既可以是串行接口，也可以 是并行接口，即可以是低速的(每秒几Kbit)、也可以是高速的(每秒几Gbit),
如图2所示，为本发明实施例所提供的通用接口类型，该通用接口类型包括全 双工单端型、半双工差分型及全双工差分型。
其中，图2中A为全双工单端型，全双工单端型又分为(a)不带时钟信 号和(b)带时钟信号两种，全双工单端型通讯接口适合近距离低速互连的应用， 通讯速率通常在零到几百KHz的范围，如全双工单端型通讯接口典型的应用是 RS-232C,而带时钟信号的接口可将通讯速率提高到几十MHz， 一般采用的典 型的接口是串行外围设备接口 (Serial Peripheral Interface, SPI )。图2中B为 半双工差分型，半双工差分型接口采用平衡传输技术可以长距离通讯，典型的 应用有RS-485、 CAN总线(CANBUS)、通用串行总线(Universal Serial BUS, USB)等，该半双工差分型接口特点是传输频率越高距离越短，通讯速率通常 在零到几百MHz。图2中C为全双工差分型，全双工差分型接口用于点对点的 高速互连，通讯速率通常在几百MHz到几GHz之间。在本发明实施例中，根 据具体设计的不同，主CPU提供不同数量、不同类型的上述接口，用户可以根 据实际应用的需求选择不同的主CPU模块，并根据主CPU的接口设计合适的 从CPU。
作为本发明的一个实施例，从CPU、主CPU分别拥有自己的资源，可以 各自独立进行处理，并通过通用接口连成一体，各个不同的从CPU端通过通信 协议与主CPU完成数据交换，该通信协议可以是通用的，如Modbus协议、 DeviceNet协议、TCP/IP协议等，根据实际的应用，也可以指定专用的通讯协 议。从CPU端将所负责的输入数据格式化处理后提交主CPU统一处理，再将 由主CPU处理后的数据取回并刷新输出数据。在本发明实施例中，在PLC内 部通常采用自定义协议，PLC与外部通讯通常采用通用协议，方1更互通、互连。 如图3所示，为本发明实施例提供的可编程序控制器的数据格式化处理示意图， 数据格式化处理是将应用中现场采样的各种信号，如电流、电压、温度、流量、 液位、压力等各种强、弱信号经衰减或放大，转换为统一的数字信号，典型的 范围是12位无符号数值，即十进制值范围为0 4095。 因此，从CPU端既可以由生产厂商实现，而用户才艮据实际的需要，也可以 由用户来定制实现，从CPU端将数据格式化处理后，通过通用的接口及通讯协
议即可与主CPU进行交互，因此从CPU端和主CPU端的功能更新、替换对双 方互不产生影响，同时，通过这种分布式架构可以用低成本的CPU构成功能强 大的PLC系统。
图4示出了本发明第一实施例提供的可编程序控制器的系统构架，其中主 CPU内置于主CPU模块(即核心部分)中，该主CPU负责数学运算、逻辑运 算、程序解释。在本发明实施例中，为了使用户可以根据不同的需求，设置不 同功能的从CPU ，并使设置的从CPU可以与主CPU模块的主CPU进行通信， 在主CPU模块中配置各种通讯接口，如RS—232C、 RS—485等。从CPU才莫块 主要负责数字量、模拟量的采样与数据格式化处理以及数据输入/输入处理，通 过双工单端带时钟型通讯接口与主CPU模块通讯，完成从CPU的不同功能应 用。其中，RS—232C为主CPU模块与远程装置的通讯接口 ， RS—485为主CPU 模块与远程装置的通讯接口 ，输入/输出接口主要负责数据的输入/输出。
图5示出了本发明第二实施例提供的可编程序控制器的系统构架，为了便 于说明仅示出了与本发明实施例相关的部分，该系统可以为设置于PLC内的软 件单元、硬件单元或者软硬件结合的单元，包括核心处理板、通讯处理板以及 输入/输出扩展板。
核心处理板内置有主CPU,主要负责数学运算、逻辑运算、程序解释，并 且配置有各种通讯接口，在该核心处理板内还包括从CPU1处理模块，该从 CPU1负责两路CANBUS通信协议处理，并通过双工单端带时钟型通讯接口与 主CPU通讯，并且该从CPU1处理模块带有从CPU的扩展存储器(扩展Static RAM,即扩展SRAM),该扩展存储器主要用于暂存收发数据。该可编程序控 制器的核心处理板还带有通讯扩展总线接口、通讯接口、输入/输出扩展总线接 口以及输入/输出才妻口 ( General Purpose Input Output, GPIO)。
通讯扩展板，内置有从CPU2，以太网接口 (TCP/IP)以及通讯扩展板接
口 (MODBUS、 DEVICENET、 PROFIBUS等)。以太网接口以及通讯扩展板 接口用于接入网络，在该通讯扩展板内的从CPU2主要负责以太网协议的处理， 并将数据格式化处理后提交核心处理板的主CPU进行统一处理。
输入/输出扩展板，包括从CPU3，输入输出扩展总线，在该输入输出扩展 板内的从CPU3主要负责数字输入/输出处理，各种模拟信号的处理以及运动控 制，并将输入/输出的数据格式化处理后提交核心处理板主CPU进行统一处理。
作为本发明的一个实施例，该PLC内部结构中，从CPU1以及从CPU#2 所负责的功能还可以直接由主CPU处理，而只将输入/输出扩展板中所要进行 的输入/输出处理由从CPU处理，如图6所示。主CPU主要负责数学运算、逻 辑运算、程序解释外，还负责两路CAN BUS通信协议处理以及以太网协议的 处理。输入/输出扩展板的从CPUl与图5中输入/输出扩展板的从CPU3所负责 的功能一致，在此不再赘述。
在本发明实施例中，通过在PLC内或者其模块内设置一主CPU,以及与主 CPU之间通过通用的接口和通讯协议进行数据交互的至少 一个从CPU,从CPU 完成输入/输出处理、通讯协议处理等，并将处理后的数据传输至主CPU，由主 CPU完成数学/逻辑运算、指令解析、系统资源管理等，从而使用户可以根据实 际情况或者需求更改或者扩充从CPU,有效的促进了 PLC的发展。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发 明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明 的寸呆护范围之内。
权利要求
1、一种可编程序控制器，其特征在于，所述可编程序控制器包括一主CPU，以及与所述主CPU连接的至少一从CPU，所述从CPU对接收的数据进行格式化处理，将处理后的数据传输至所述主CPU，并根据所述主CPU传输的数据进行数据输出处理；所述主CPU根据所述从CPU传输的数据进行数学/逻辑运算、指令解析、系统资源管理，并将处理后的数据传输至所述从CPU。
2、 如权利要求1所述的可编程序控制器，其特征在于，所述主CPU和从 CPU通过通用接口进行连接，所述通用接口包括全双工单端型接口、半双工差 分型接口及全双工差分型接口 ，所述全双工单端型接口包括不带时钟信号的接 口和带时钟信号的接口两种。
3、 如权利要求1所述的可编程序控制器，其特征在于，所述主CPU和从 CPU通过通信协议进行数据交换。
4、 如权利要求3所述的可编程序控制器，其特征在于，所述通信协议为通 用协议或自定义的专用协议，所述通用协议为Modbus协议、DeviceNet协议或 TCP/IP协议。
5、 如权利要求1所述的可编程序控制器，其特征在于，所述数据格式化处 理进一步包括将应用中现场采样的各种强、弱信号经衰减或放大，转换为统 一的数字信号，所述信号包括电流、电压、温度、流量、液位、压力。
6、 一种包括权利要求l-5任一权利要求所迷的可编程序控制器的工业控制装置。
7、 一种如权利要求1所述的可编程控制器的扩展方法，其特征在于，所述 方法包括下述步骤设置一主CPU,以及与所述主CPU相连接的至少一个从CPU,所述从CPU 接收外部的输入数据，并对外部的输入数据进行格式化处理；所述主CPU对从CPU处理后的数据进行数学/逻辑运算、指令解析、系统资源管理；所述从CPU根据主CPU处理后的数据刷新输出数据。
8、 如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述从CPU对输入的数据进 行数据格式化处理后提交主CPU统一处理。
9、 如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述主CPU和从CPU通过通 用接口进行连接，所述通用接口包括全双工单端型接口、半双工差分型接口及 全双工差分型接口 ，所述全双工单端型接口包括不带时钟信号的接口和带时钟 信号的接口两种。
10、 如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述主CPU和从CPU通过 通信协议进行数据交换。
全文摘要
本发明适用于可编程序控制器制造技术领域，提供了一种可编程序控制器及其扩展方法，该可编程序控制器包括一主CPU，以及与所述主CPU连接的至少一从CPU，所述从CPU对接收的数据进行格式化处理，将处理后的数据传输至所述主CPU，并根据所述主CPU传输的数据进行数据输出处理；所述主CPU根据所述从CPU传输的数据进行数学/逻辑运算、指令解析、系统资源管理，并将处理后的数据传输至所述从CPU。本发明使用户可以根据实际情况或者需求更改或者扩充从CPU，有效的促进了PLC的发展。
文档编号G05B19/05GK101344773SQ20081014240
公开日2009年1月14日 申请日期2008年8月13日 优先权日2008年8月13日
发明者陈华兴 申请人:陈华兴