专利名称：Plc网络扩展系统的制作方法
技术领域：
本公开涉及一种PLC (可编程逻辑控制器)，尤其涉及一种PLC (可编程逻辑控制器)扩展系统。
背景技术：
尽管过去是通过在常规工业场所的自动化设施中的机器和/或设备的独立操纵来操作工厂系统，但是因为现代化工业变得越来越复杂和多样化，所以近来正在要求系统的改变。也就是说，要求设备完成复杂和多样化的操作，并且因此，已经开发出用于直接控制场所的PLC (可编程逻辑控制器)系统。为解决这些困难，典型地采用了可编程逻辑控制器(PLC)。PLC通常包括基本模块和多种扩展模块。也就是说，工业自动化和控制系统是已知的，并且工业自动化和控制系统正用于控制工厂自动化等。这样的系统通常包括协作以监测和控制工序和/或系统(例如制造工序或者机器)的各种构件。典型地可编程控制器是控制系统的核心特征。例如，典型的控制系统包括与传感器、半导体电力电子线路、电源、电动机启动器、继电器等协调的一个或者多个PLC (可编程逻辑控制器)以控制整个关联系统或者工序的特征和动作。在操作中，典型的PLC (可编程逻辑控制器)检查反映被控制工序的状态的一系列输入并且改变影响工序的控制的输出。例如，可编程逻辑控制器可以从传感器接收模拟信号并且根据信号的值以及可编程控制器的存储器中的关联逻辑编程来调整至致动器的输出。应用至诸如工业中的工厂设施自动化的各种领域的可编程逻辑控制器(PLC)可以包括基板、电源模块、包括CPU的中央处理单元(CPU)模块、接收从传感器或者开关输入的信号的输入模块、接收从编码器输入的信号的高速计数器模块、将控制信号传输到作为控制对象的电动机或者阀的输出模块、通信模块、比例积分微分(PID)控制模块、定位模块以及其他模块。—个基板典型地可以安装有一个电源模块、在由CPU模块和该基板允许范围中的通信模块、输入/输出模块和特殊模块。此外，一个基板可以安装有一个电源模块，其意味着在基板上可安装的模块数量可以由该电源模块可供给的电力来限制。如图I所示，已提供了一种使用基础基板10和扩展基板11至IN的PLC扩展系统以解决该限制并且以有效地扩展该系统。图I图示出根据现有技术的PLC扩展系统。所有的扩展基板使用扩展线缆21、22、23、2N以基础基板10为起点通过菊花链配置连接。如图I所示，PLC网络扩展系统由基板10和互相连接的η个扩展基板11至IN形成。根据现有技术的串行线缆型PLC网络扩展系统具有这些优势总线由线缆直接连接以根据基础基板10的CPU模块直接控制扩展基板11至IN的模块。然而，也存在这样的缺陷因为连接线缆的限制，所以仅能够近距离控制扩展基板。也就是说，因为采用了使用扩展线缆的并行信号发送，所以存在严重的距离上的限制。根据现有技术的扩展线缆由一捆用于发送扩展基板所必需的并行信号的线形成，并且经由线缆发送的并行信号由于电磁问题可能生成距离上的限制。伴随现代工业的复杂化以及信息的大容量性质，PLC系统的灵活扩展和计算速度已经变得非常重要。然而，如上所述的根据现有技术的PLC网络扩展系统具有的缺陷在于存在距离限制，以及因为要求程序员理解该网络所以存在系统安装、设置以及编程的复杂性。另一个缺陷在于随着系统的扩展，由于主CPU的控制消息而增加了网络负载，这大大降低了基于扫描的控制系统的性能。因此，PLC网络扩展系统存在改进的空间。
发明内容
本公开旨在解决现有技术的上述缺点/问题，因此本发明的特定实施例的目的是提供一种没有距离限制的PLC网络扩展系统。 本发明的另一个目的是提供一种具有最好和最佳的资源使用率以及性能的PLC网络扩展系统。在本公开的一个总体方案中，提供了一种PLC (可编程逻辑控制器)网络扩展系统，其中基础基板和多个扩展基板经由网络线缆并行地连接，其中所述基础基板包括用于生成用来控制所述多个扩展基板的控制数据的控制器，以及使用控制数据生成网络帧并且经由所述网络线缆将所述网络帧发送给所述多个扩展基板中的第一扩展基板的扩展管理器单元，其中所述多个扩展基板中的每一个扩展基板包括从接收到的所述网络帧中提取控制数据以基于所述控制数据来控制预安装模块的扩展驱动器单元，其中所述第一扩展基板接收来自所述扩展管理器单元的网络帧以将所述网络帧发送给所述并行连接的所述多个扩展基板，其中并行连接的所述多个扩展基板相继发送所述网络帧，并且其中已经接收到所述网络帧的第二扩展基板最终将所述网络帧发送给所述扩展管理器单元。优选地，但非必须地，所述基础基板进一步包括用于将所述扩展管理器单元连接至所述第一扩展基板的第一连接器。优选地，但非必须地，所述多个扩展基板中的每一个扩展基板进一步包括用于连接所述基础基板的扩展管理器单元或者所述并行连接的扩展基板的第二连接器。优选地，但非必须地，所述扩展管理器单元接收来自所述第二扩展基板的网络帧以判定所述网络帧是否形成有错误。优选地，但非必须地，所述控制器单独生成与所述多个扩展基板相关的用于控制所述多个扩展基板的控制数据。优选地，但非必须地，所述扩展管理器单元使用与所述多个扩展基板相关的单独生成的控制数据来生成网络帧。优选地，但非必须地，所述扩展管理器单元生成包括目标标志的网络帧，所述目标标志通知与所述多个扩展基板中的某一扩展基板相关的控制数据。优选地，但非必须地，所述多个扩展基板中的扩展驱动器单元提取所述网络帧中的与相关扩展基板相关的控制数据。根据本公开的PLC网络扩展系统具有的有益效果在于通过与串行线缆方法的扩展基板系统相同的编程接口弥补了距离和性能限制。
仅通过示例，而不是通过限定，附图描述了根据本构思的一个或多个示例性实施例。附图中，相似的附图标记表示相同或者相似的元件。因此，通过以下参照示例性附图的对于特定示例性实施例的详细说明，可以更加容易地理解多种潜在实用且有用的实施例，在附图中图I是图示出根据现有技术的PLC网络扩展系统的方框图；图2是图示出根据本公开的示例性实施例的包括在PLC网络扩展系统中的基础基板100的构造的方框图；图3是图示出根据本公开的示例性实施例的包括在PLC网络扩展系统中的扩展基板200的构造的方框图；
图4是图示出根据本公开的示例性实施例的映射在PLC网络扩展系统中的扩展驱动器存储器的示意图；图5是图示出根据本公开的示例性实施例的网络扩展方法的流程的流程图；以及图6是图示出根据本公开的示例性实施例的网络扩展系统的整体构造的方框图。
具体实施例方式通过参照附图的图I至图6，可以更好地理解所公开的实施例及其优点，在各个附图中，相似的附图标记用于表示相似的和对应的部件。对于本领域普通技术人员来说，在查阅以下附图和详细描述时，公开的实施例的其他特征和优点将会或者将变得显而易见。其旨在使所有这种附加的特征和优点均包括在所公开的实施例的范围内，并且由附图保护。此外，图示的附图只是示例性的，而不旨在主张或暗示对于可实施不同的实施例的环境、构造或者过程的任何限制。因此，所描述的方案旨在包含落入本发明的范围和新颖构思的所有这种的替代、改进和变化。与此同时，在此使用的术语仅仅用于描述特殊实施方式的目的而不旨在作为对本公开的限定。此处，术语“第一”、“第二”等不表示任何次序、数量或者重要性，而是用于将一个元件与另一个元件进行区分。例如，第二构成元件可以表示为第一构成元件，并不会偏离本公开的范围和精神，类似地，第一构成元件可以表示为第二构成元件。如此处所使用的，术语“一(a)”和“一(an)”不表示对数量的限制，而是指示存在至少一个所指项。也就是说，如此处所使用的，除非上下文另外明确地指出，单数形式的“一(a)”、“一(an)”和“这个(the)”意图也包括复数形式。应理解的是，当提及一个元件“连接到”或者“联接到”另一个元件时，其可以是直接连接到或者直接联接到其他元件，或者也可以存在中间元件。相反，当提及一个元件“直接连接到”或者“直接联接到”另一个元件时，则不存在中间元件。应当进一步理解的是,当在本说明书中使用术语“包含(comprise)”和/或“包含着(comprising)”,或“包括(includes)”和/或“包括着(including)”时，其明确指明了所述特征、区域、整体、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除一个以上其他特征、区域、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其组合的存在或者附加。此外，“示例性”仅仅意图表示示例的意思，而不表示最好的意思。还应了解的是，为了简化和易于理解的目的，此处描述的特征、层和/或元件图示了相对于彼此的具体尺寸和/或方向，而实际的尺寸和/或方向与所图示的可以基本上不同。也就是说，在附图中，为了清晰起见，可以扩大或者缩小层、区域和/或其他元件的尺寸和相对尺寸。在整个说明书中，相似的附图标记表示相似的元件，并且，将省略彼此完全相同的解释。如此处可能使用的，术语“大致上”和“大约”为其相应术语和/或物件之间的相对性提供了工业上接受的容差。下面将参照附图详细描述根据本公开的PLC网络扩展系统。参照图2，根据本公开的基础基板100包括网络线缆110、扩展管理器单元120、控制器130、基础基板接口单元140以及基础基板模块安装单元150。网络线缆110用作将基础基板100连接至至少一个扩展基板(下文描述)。基础基板100可以独立包括连接器(未示出)以连接网络线缆110。同时，尽管通过以太网线缆的方式示例出网络线缆110，但是网络线缆110不限于以太网线缆，并且本领域技术人员应充·分了解的是，可以利用能够形成网络的任何类型的线缆。控制器130起到生成用于控制各种模块和基板的控制数据的作用。除此之外，控制器130可以将数据发送给扩展基板，或者对扩展基板进行管理或者诊断。控制器130可以生成与多个扩展基板相关的单独的控制数据。也就是说，因为并非所有的多个扩展基板形成有相同的扩展模块，所以可以预先注意到与由扩展基板安装的与扩展模块相关的信息，并且可以生成用于多个扩展基板中的每一个的控制信息。扩展管理器单元120接收由控制器130生成的控制数据以准备用于通过网络线缆110将控制数据发送给扩展基板的网络帧。也就是说，网络帧是包括控制数据以及能够通过网络线缆被接收和发送的控制数据的数据的帧。在控制器130生成了关于多个扩展基板的相同的控制数据的情况下，扩展管理器单元120可以准备与目标扩展基板无关的网络帧。同时，在控制器130生成了关于多个扩展基板的单独的控制数据的情况下，扩展管理器单元120可以生成包括目标标志的网络帧，在生成网络帧时目标标志通知与多个扩展基板中的扩展基板相关的控制数据。基础基板接口单元140使用由控制器130生成的控制数据来单独控制连接至基础基板100的模块。也就是说，连接至基础基板100的模块由从控制器130通过基础基板接口单元140输入的控制数据来操作。基础基板模块安装单元150是能够安装连接至基础基板100的所有模块的配置。也就是说，基础基板模块安装单元150将各种模块物理地连接至基础基板100。例如，尽管图2中未图示出，但是具有促进与外部设备通信的功能的通信模块(未示出)、用于控制输入/输出的输入/输出模块(未示出)可以安装在基础基板模块安装单元150上。然而，本领域技术人员应充分了解的是，所给出的配置仅仅是示例性的，并且可以采用其他配置。尽管上文的描述已经说明了除控制器130以外的作为硬件的扩展管理器单元120，但是本领域技术人员应充分了解的是，只要控制器130安装有网络接口功能，那么扩展管理器单元120可以包括在控制器130中。接下来将参照图3详细描述与上述基本模块100关联操作的扩展模块200。根据本公开的PLC网络扩展系统可以包括多个扩展基板，而图3图示了扩展基板中的一个。图3是图示出根据本公开的示例性实施例的包括在PLC网络扩展系统中的扩展基板200的构造的方框图。
参照图3，根据本公开的扩展基板200包括网络线缆210、扩展驱动器单元220、扩展基板接口单元230以及扩展基板模块安装单元240。网络线缆210用于将扩展基板200连接至基础基板100。扩展基板200可以独立地包括连接器(未示出)以连接网络线缆210。同时，尽管通过以太网线缆的方式示例出了网络线缆210，但是网络线缆210不限于以太网线缆，并且本领域技术人员应充分了解的是，可以利用能够形成网络的任何类型的线缆。扩展驱动器单元220从发送自基础基板100的扩展管理器单元120的网络帧提取控制数据。在网络帧包括目标标志的情况下，扩展驱动器单元220可以仅提取与相关扩展基板200相关的控制数据。此外，基于所提取的控制数据来控制安装在扩展基板模块安装单元240处的各种模块。如所说明的，网络帧是通过使用由基础基板100的控制器130提供的控制数据而生成的帧，并且包括通过网络帧接收的用于控制各种模块的信号。扩展基板接口单元230分析从扩展驱动器单元220提取的控制数据的各种信号， 以发送用于控制安装在扩展基板模块安装单元240处的各个模块的信号。扩展基板模块安装单元240是能够安装连接至基板的所有模块的配置。也就是说，扩展基板模块安装单元240将各种模块物理地连接至扩展基板。根据如上说明的配置，扩展基板200能够接收来自基础基板100的控制指令以完全控制所安装的模块，而无需依赖基础基板100。此外，扩展驱动器单元220能够实施待由基础基板100的控制器130执行的分散操作，并且通过省去暂停时间以及通过执行甚至能够无需来自基础基板100的控制器130的指令或者数据而执行的操作，能够提高整个系统的性能。图4是图示出根据本公开的示例性实施例的映射在PLC网络扩展系统中的扩展驱动器存储器的示意图。参照图4，根据本公开的PLC网络扩展系统包括一个基础基板100和多(N)个扩展基板200-1至200-N。基础基板100通过网络线缆110和网络线缆210连接至至少一个扩展基板200-1。此外，连接至基础基板100的扩展基板200-1与多个扩展基板200中的每一个扩展基板并行连接。也就是说，多个扩展基板以这样的方式并行连接扩展基板200-1和扩展基板200-2通过网络线缆210连接，并且扩展基板200-2和扩展基板200-3通过网络线缆210连接。此时，网络线缆110和网络线缆210连接的是基础基板100的扩展管理器单元120和扩展基板200的扩展驱动器单元220。也就是说，基础基板100的扩展管理器单元120连接至扩展基板200的扩展驱动器单元220-1以发送网络帧。同样，能够将发送给扩展基板200-1的网络帧连续地发送给其他扩展基板200-2、200-N。同时，除了扩展驱动器单元220- (N-I)之外，最后的扩展基板200-N的扩展驱动器单元220-N连接至扩展基板100的扩展管理器单元120，由此可以将所发送的网络帧再次发送给扩展管理器单元120以判定网络帧上是否产生了错误。也就是说，除了已经发送网络帧的扩展基板200-1之外，扩展管理器单元120可以连接至另一个扩展基板200-N以判定网络帧上是否产生错误。使用如上所述的映射将网络帧有效地发送给多个扩展基板200-1、200-2、200-Ν，并且安装在各个扩展基板200-1至200-N处的扩展驱动器单元220能够实施本应由基础基板100的控制器130处理的分散操作，并且能够执行可以预先实施而无需来自基础基板100的控制器130的指令或者数据的操作从而省去暂停时间，由此能够提高整个系统的性能。此外，通过经由网络线缆110和网络线缆210判定网络帧上是否已经产生了错误能够导致整个系统性能的提高。图5是图示出根据本公开的示例性实施例的网络扩展方法流程的流程图。首先，扩展基板100的扩展管理器单元120接收来自控制器130的控制数据(S300)。此后，扩展管理器单元120准备包括控制数据的网络帧(S310)，并且，将网络帧发送给扩展基板200 (S320)。由扩展基板200接收所发送的网络帧(S330)，并且安装在扩展基板200处的扩展驱动器单元220提取包括在网络帧中的控制数据(S340)。此时，在网络帧包含目标标志的情况下，扩展驱动器单元220可以仅提取与其相关的控制数据。扩展基
板200根据所提取的控制数据来控制所安装的各种模块。 此外，尽管未图示出，但是扩展基板100的扩展管理器单元120可以接收来自最终扩展基板200-N的网络帧，以检查由扩展管理器单元120发送的网络帧上是否已经产生了错误。其结果是，扩展驱动器单元220能够实施本应由基础基板100的控制器130执行的分散操作，并且能够执行可以预先实施而无需来自基础基板100的控制器130的指令或者数据的操作从而省去暂停时间，由此能够提高整个系统的性能。图6是图示出根据本公开的示例性实施例的网络扩展系统的整体构造的方框图。因为已经如上说明了网络扩展系统的操作，所以图6将简要说明控制数据和结构连接状态的流程。参照图6，基础基板100和至少一个扩展基板200-1经由网络线缆110和网络线缆210连接。尽管通过以太网线缆的方式示例出了网络线缆210，但是网络线缆210不限于以太网线缆，并且本领域技术人员应充分了解的是，可以利用能够形成网络的任何类型的线缆。基础基板100的控制器130可以生成用于控制安装在基础基板模块安装单元150处的模块的控制数据，并且经由基础基板接口单元140发送控制数据的信号。其结果是，基础基板100能够控制所安装的模块。此外，控制器130可以生成用于控制安装在多个扩展基板200处的模块的控制数据，并且将控制数据发送给扩展管理器单元120。控制器130可以生成与多个扩展基板200相关的单独的控制数据。将用于控制多个扩展基板200的控制数据从控制器130发送给扩展管理器单元120以由扩展管理器单元120将其生成为网络帧。在生成了网络帧的情况下以及在由控制器130生成的控制数据是相对于多个扩展基板200的单独的控制数据的情况下，扩展管理器单元120可以生成与单独的控制数据相关的目标标志，并且允许将目标标志包括在网络巾贞中。通过网络线缆110和网络线缆210将如此生成的网络帧发送给多个扩展基板200中的一个扩展基板200-1。此外，已经接收到来自基础基板100的网络帧的扩展基板200-1可以经由网络线缆210将网络帧发送给并行连接的扩展基板200-2，并且可以将由基础基板100生成的网络帧发送给多个扩展基板200。此外，最后接收到网络帧的扩展基板200-N可以将网络帧重新发送给基础基板100的扩展管理器单元120。已经接收到网络帧的扩展管理器单元120可以检查在网络帧的发送过程中是否发生了错误。各个扩展基板200包括扩展驱动器单元220，其中扩展驱动器单元220从所接收的网络帧中提取控制数据。在网络帧包含用于各个扩展基板200的单独的控制数据的情况下，即在包含目标标志的情况下，各个扩展基板200可以仅提取其自己的控制数据。将所提取的控制数据发送给扩展基板接口单元230以用于控制安装在各个扩展基板模块安装单元240上的模块。尽管参照本公开的数个图示的实施例对其进行了描述，但应理解的是，本领域技术人员能够设想出落入本公开原理的精神和范围内的很多其他改进和实施例。
尤其是，在本公开、附图以及所附权利要求的范围内的零部件和/或主题组合布置可以有各种变化和改进。对本领域技术人员来说，除了零部件和/或布置的变形和改进，替代使用也是显而易见的。
权利要求
1.一种可编程逻辑控制器网络扩展系统，其中基础基板和多个扩展基板经由网络线缆并行地连接，其中所述基础基板包括用于生成用于控制所述多个扩展基板的控制数据的控制器，以及使用控制数据生成网络帧并且经由所述网络线缆将所述网络帧发送给所述多个扩展基板中的第一扩展基板的扩展管理器单元，其中所述多个扩展基板中的每一个扩展基板包括从接收到的所述网络帧提取控制数据以基于所述控制数据来控制预安装模块的扩展驱动器单元，其中所述第一扩展基板接收来自所述扩展管理器单元的网络帧以将所述网络帧发送给并行连接的所述多个扩展基板，其中并行连接的所述多个扩展基板相继发送所述网络帧，并且其中已经接收到所述网络帧的第二扩展基板最终将所述网络帧发送给所述扩展管理器单元。
2.根据权利要求I所述的可编程逻辑控制器网络扩展系统，其中所述基础基板进一步包括用于将所述扩展管理器单元连接至所述第一扩展基板的第一连接器。
3.根据权利要求I所述的可编程逻辑控制器网络扩展系统，其中所述多个扩展基板中的每一个扩展基板进一步包括用于连接所述基础基板的扩展管理器单元或者所述并行连接的扩展基板的第二连接器。
4.根据权利要求I所述的可编程逻辑控制器网络扩展系统，其中所述扩展管理器单元接收来自所述第二扩展基板的网络帧以判定所述网络帧是否形成有错误。
5.根据权利要求I所述的可编程逻辑控制器网络扩展系统，其中所述控制器单独生成与所述多个扩展基板相关的用于控制所述多个扩展基板的控制数据。
6.根据权利要求5所述的可编程逻辑控制器网络扩展系统，其中所述扩展管理器单元使用与所述多个扩展基板相关的单独生成的控制数据来生成网络帧。
7.根据权利要求6所述的可编程逻辑控制器网络扩展系统，其中所述扩展管理器单元生成包括目标标志的网络帧，所述目标标志通知与所述多个扩展基板中的某一扩展基板相关的控制数据。
8.根据权利要求7所述的可编程逻辑控制器网络扩展系统，其中所述多个扩展基板中的扩展驱动器单元提取所述网络帧中的与相关扩展基板相关的控制数据。
全文摘要
本发明提供了一种可编程逻辑控制器网络扩展系统，所述系统包括基础基板和多个扩展基板，所述基础基板生成用于控制多个扩展基板的控制数据、使用控制数据生成网络帧并且经由网络线缆将网络帧发送给多个扩展基板中的一个扩展基板，而所述多个扩展基板从所接收到的网络帧提取控制数据以基于控制数据来控制预安装模块。
文档编号G05B19/05GK102955444SQ20121027130
公开日2013年3月6日 申请日期2012年7月31日 优先权日2011年8月17日
发明者尹建, 吴俊锡 申请人:Ls产电株式会社