一种集控制功能与I/O功能于一体的智能控制器的制作方法

本发明涉及智能控制器领域，尤其涉及一种集控制功能与I/O功能于一体的智能控制器。

背景技术：

我国已经进入了高科技发展时期，各种先进科技及设备在社会改造中的应用越来越广泛，现代制造业过程的自动化控制是提高工厂生产效率、降低财力成本、降低手工操作的难度、确保生产操作安全以及改善工作环境的有效途径之一，是确保现代制造业信息化、敏捷化的必备条件，已经得到国际上的普遍重视和研究。自动化控制模块与I/O模块分别是自动化控制系统的一部分，它们与电源模块、通讯模块等一起共同构成自动化控制系统，将现场控制单元、现场监视单元、操作站、通信接口单元等连接起来，综合了计算机技术、通信技术和过程技术，以适应现代高水平生产控制与企业管理的需要。传统的控制模块和I/O模块仅能单独实现控制功能或者I/O功能，其生成成本高，体积大，且不能实现无线通讯，存在模块功能单一、结构设计覆盖不够全面、使用方便性和安全可靠性较差等缺陷。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种集控制功能与I/O功能于一体的智能控制器，以克服传统自动化控制模件结构功能单一，使用方便性和安全可靠性较差等缺陷。

上述目的通过以下技术方案实现：

一种集控制功能与I/O功能于一体的智能控制器，包括：主板电路和罩体；所述主板电路包括MCU单元、电源单元、UI单元、UO单元、DI单元、DO单元和通讯单元；所述UI单元包括模数转换单元、开关量输入处理单元及电平量输入处理单元；所述UO单元包括数模转换单元和外接继电器驱动单元；所述通讯单元包括以太网通讯处理单元、无线通讯处理单元及485通讯处理单元；所述UI单元、UO单元、DI单元、DO单元和通讯单元皆与MCU单元相连，所述电源单元对MCU单元、UI单元、UO单元、DI单元、DO单元和通讯单元进行供电。

优选的，所述的DI单元上设置有多路DI端口，用于输入数字量电平信号，或者用于计数计频。

进一步的，所述的UI单元上设置有N路UI端口，6≤N≤10，用于输入模拟量信号和数字量信号，其中，输入的模拟量信号包括电压、电流和电阻，数字量信号包括电平信号和开关信号；当所述的DI单元所需输入的数字量信号路数大于DI端口数时，MCU单元选择性配置UI端口的输入类型，实现多路DI、AI协调配置。

优选的，当DI单元需要输入n路数字量信号时， 6＜n≤12，MCU单元配置UI端口的输入类型，使UI端口输入n-6路数字量信号。

进一步的，所述的UO单元上设置有M路UO端口，2≤M≤6，用于输出模拟量信号和数字量信号，其中，输出的模拟量信号包括电压和电流，数字量信号包括电平量信号；当所述的DO单元所需输出的数字量信号路数大于DO端口数时，MCU单元选择性配置UO端口的输出类型，进行数字量信号输出，实现多路DO、AO协调配置。

优选的，当DO单元需要输出m路数字量信号时，4＜m≤6，MCU单元配置 UO端口的输入类型，使UO端口输入m-4路数字量信号。

进一步的，所述的无线通讯处理单元上设置有天线，用于通过GSM网络进行通讯。

进一步的，所述的485通讯处理单元包括一个本地连接HMI的接口和一个远距离隔离通讯接口，该485通讯处理单元支持Modbus-RTU的主从模式，所述的本地连接HMI的接口用于外接显示屏显示现场参数，所述的远距离隔离通讯接口用于组成485网络进行数据的交互。

进一步的，所述的DI端口通过输入信号处理单元连接MCU单元，所述的DO端口通过输出信号处理单元连接MCU单元，所述的UI端口通过UI单元连接MCU单元，所述的UO端口通过UO单元连接MCU单元，所述的RJ45端口、485端口和天线分别通过以太网通讯处理单元、485通讯处理单元和无线通信处理单元连接MCU单元。

进一步的，该智能控制器内置实时时钟，支持网络实时时钟同步，在实现控制与I/O功能的同时，提供事件发生的时间，以及事件之间的因果关系。

本发明的有益效果如下：

1）本发明提供了一种集控制功能与I/O功能于一体的智能控制器，具有最精简的最小计算机控制结构，采用 CPU 主控单元独立完成控制与运算，其结构紧凑，集成度高，具有多种通讯方式，可操作性强，用户满意度高。

2）本发明的智能控制器单个模块支持AI、AO、DI和DO，且当模块需要输入/输出的数字量信号数大于DI/DO端口数时，控制单元可以控制UI/UO端口接受超出DI/DO端口的数字量信号输入/输出，从而实现多路DI/DO、AI/AO协调配置。

3）本发明的智能控制器支持2路RS485通讯，支持主从ModbusRTU协议，从而解决了传统自动化控制模件结构功能单一，使用方便性和安全可靠性较差等缺陷的目的。

4）本发明的智能控制器内置实时时钟，可支持网络实时时钟同步，在实现控制与I/O功能的同时，提供事件发生的时间，以及事件之间的因果关系。

5）本发明可通过485处理单元的485端口进行固件程序升级。

附图说明

图1为本发明的智能控制器实施例的原理框图。

图2为本发明的智能控制器较佳实施例的结构示意图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，附图中相同的标记代表相同或相似的组件。然而，本领域的普通技术人员应当理解，下文中所提供的实施例并非用来限制本发明所涵盖的范围。此外，附图仅仅用于示意性地加以说明，并未依照其原尺寸进行绘制。

显然，所描述的实例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

如附图1和图2所示为本发明的智能控制器较佳实施例的原理框图，其组成包括主板电路和罩体，所述主板电路包括MCU单元、电源单元、UI单元、UO单元、DI单元、DO单元、通讯单元，所述UI单元包括模数转换单元、开关量输入处理单元、电平量输入处理单元，所述UO单元包括数模转换单元、外接继电器驱动单元，所述通讯单元包括以太网通讯处理单元、无线通讯处理单元、485通讯处理单元，所述UI单元、UO单元、DI单元、DO单元和通讯单元皆与MCU单元相连，所述电源单元对MCU单元、UI单元、UO单元、DI单元、DO单元和通讯单元进行供电。

作为优选方案，本实施例中的智能控制器的MCU单元由32位的ARM单片机及外围器件构成，运行控制算法、智能控制、智能存储和通讯数据处理。

作为优选方案，本实施例中的智能控制器的电源单元支持24VAC或24VDC供电。

作为优选方案，本实施例中的智能控制器的DI单元上设置有6路DI端口，输入电平信号，其中有两路DI端口也可做计数计频使用。

作为优选方案，本实施例中的智能控制器的UI单元上设置有6路UI端口，输入模拟量信号：电压、电流和电阻，数字量信号：电平量信号和开关信号。并且，当所述DI单元所需输入的数字量信号路数大于6路时，MCU单元选择性配置UI端口的输入类型，实现多路DI、AI协调配置。具体地，当模块需要输入n（6＜n≤12）路DI时，在软件端设置UI端口的输入类型， MCU单元根据软件设置，配置 UI端口的输入类型，使UI端口输入n-6路数字量信号，所述软件为与智能控制器配套使用的实时控制软件。

优选的，模拟输入的精度为0.2%。

作为优选方案，本实施例中的智能控制器的DO单元上设置有4路DO端口，内置小型继电器，采用干触点输出的方式，触点能力1A/30VDC。

作为优选方案，本实施例中的智能控制器的UO单元上设置有2路UO端口，输出模拟量信号：电压、电流和电阻，数字量信号：电平量信号和开关信号，当所述DO单元所需输出的数字量信号路数大于4路时，MCU单元可配置UO端口的输出类型，实现多路DO、AO协调配置。具体地，当模块需要输出m（4＜m≤6）路DO时，在软件端设置UO端口的输出类型， MCU单元根据软件设置，配置 UO端口的输出类型，使UO端口输出m-4路数字量信号；所述软件为与智能控制器配套使用的实时控制软件。

优选的，模拟输出的精度为0.5%。

作为优选方案，本实施例中的智能控制器的以太网通讯处理单元上设置一路RJ45端口，把控制器的数据接入以太网，实现对现场的远程监控。

作为优选方案，本实施例中的智能控制器的无线通讯处理单元上设置有天线，通过GSM网络进行通讯，可与手机连接，随时随地即可得到控制器的信息。

作为优选方案，本实施例中的智能控制器的485通讯处理单元包括一个本地连接HMI的接口和一个远距离隔离通讯接口，支持Modbus-RTU的主从模式，所述的本地连接HMI的接口外接显示屏，实现对现场参数的直接显示，所述的远距离隔离通讯接口可组成485网络，进行数据的交互，通过软件平台实现对智能控制器的管理。

作为进一步的优选方案，本实施例中的智能控制器内置的实时时钟，支持基于季节、时区、时段等的时间程序调度。与此同时，其有3路LED指示灯，指示控制器的电源、网络、工作等状态。

作为优选方案，本实施例中的智能控制器的DI端口通过输入信号处理单元连接MCU单元，所述的DO端口通过输出信号处理单元连接MCU单元，所述的UI端口通过UI单元连接MCU单元，所述的UO端口通过UO单元连接MCU单元，所述的RJ45端口，两组485端口和天线分别通过以太网通讯处理单元、485通讯处理单元和无线通信处理单元连接MCU单元。

本发明的智能控制器为通用一体式控制器，采用嵌入式实时系统，支持多个模块级联扩展，单模块同时支持AI、AO、DI、DO，支持GPRS无线数据终端(DTU)功能，并且可支持网络实时时钟同步，可通过GPRS无线数据服务或以太网实现组网，从而达到解决传统自动化控制模件结构功能单一，使用方便性和安全可靠性较差等缺陷的目的。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。