一种新型的PLC控制器的制作方法

本实用新型属于工业自动化控制领域，具体涉及一种新型的PLC控制器。

背景技术：

传统PLC一般以微处理器(如8031、8098、AMD2900系列等)为控制中心，采用可编程序的存储器，存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作控制指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，来控制各类机械或生产过程。传统PLC具有如下缺点：

一、传统PLC的指令集是固定的，整个硬件体系结构比较封闭，存在兼容性差、通用性差等问题，难以构建开放的硬件体系结构，开发人员必须经过较长时间的专业培训才能掌握某一款PLC的编程方法。

二、PLC系统比较擅长于过程控制，受限于CPU和存储资源，在工业自动化控制领域，如数控机床，对于精度较高(如插补控制)、反应灵敏度要求高时难以实现或者程序复杂，编程非常困难，而且成本可能较高。

三、传统PLC控制系统缺少人机交互接口(信息输入、界面显示等)，在产品的开发和调试上不是很方便。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种新型的PLC控制器，解决了现有技术中PLC兼容性差、功能单一、应用局限性大的问题。

本实用新型为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种新型的PLC控制器，包括控制板和接口板，其中，控制板包括设置于电路板上的中央处理器、运动控制器、I/O控制器，中央处理器用于与运动控制器、I/O控制器之间以及运动控制器与I/O控制器之间的任务调度和通信调度；运动控制器用于运动控制和EtherCAT通信控制；I/O控制器用于I/O控制和EtherCAT硬件电路控制；中央处理器、运动控制器、I/O控制器分别与接口板上的相应接口连接。

接口板包括输出VGA显示接口、COM口、程序运行的指示信号灯接口、USB口、EtherNet网口、EtherCAT总线接口和gLink总线接口；其中，EtherNet网口、EtherCAT总线接口和gLink总线接口通过I/O控制器进行控制。

接口板包括两个，其中一个接口板上设置输出VGA显示接口、COM口、程序运行的指示信号灯接口；另一个接口板上设置USB口、EtherNet网口、EtherCAT总线接口和gLink总线接口。

中央处理器、运动控制器之间采用PCI总线通信。

中央处理器采用X86架构的CPU，运动控制器采用DSP处理器，I/O控制器采用FPGA处理器。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

1、提供一种开放式PLC控制器，集成了PLC的逻辑控制和运动控制，具有良好的人机交互接口，支持多种语言编程，能够实现高精度的运动控制。

2、具有现场网络总线EtherCAT总线和可扩展连接各种I/O系统的开放式结构。

3、本PLC控制器以标准X86架构的CPU为系统处理器，用户可以更方便进行产品的开发与调试。

4、集成了逻辑控制、运动控制、互联网技术的开放式PLC系统，利用比传统PLC更强大的硬件和软件资源，实现高精度的运动控制(多轴直线、圆弧插补、轨迹控制等功能)。

附图说明

图1为本实用新型处理器单元的系统架构图。

图2为本实用新型的硬件系统框图。

图3为本实用新型的接口结构示意图。

其中，图中的标识为：1-信号指示灯；2-USB通讯接口；3-100M EtherNet标准以太网接口；4-EtherCAT总线接口；5-电源接口；6-RS232/MODBUS接口。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的结构及工作过程作进一步说明。

一种新型的PLC控制器，包括控制板和接口板，其中，控制板包括设置于电路板上的中央处理器、运动控制器、I/O控制器，中央处理器用于与运动控制器、I/O控制器之间以及运动控制器与I/O控制器之间的任务调度和通信调度；运动控制器用于运动控制和EtherCAT通信控制；I/O控制器用于I/O控制和EtherCAT硬件电路控制；中央处理器、运动控制器、I/O控制器分别与接口板上的相应接口连接。

具体实施例，

处理器单元的系统架构图，如图1所示，本PLC控制器以标准X86架构的CPU为系统处理器，采用高性能DSP和FPGA作为运动控制处理器，FPGA与CPU通过PCI总线通信。

采用CPU+DSP+FPGA三核架构，保证系统实时性和高速高精度控制。CPU负责任务调度和EtherNet，RS232，USB，HMI等通讯任务；

DSP负责运动控制算法和EtherCAT算法；

FPGA负责I/O控制和EtherCAT硬件实现。

控制板连接运行开关和指示灯，内部具有加密模块和板载非易失性RAM，同时还设置了扩展非易失性RAM；

电源通过掉电检测/保持模块后与控制板连接，通过隔离模块隔离后输出直流5V电压；

时钟模块为控制板电路提供稳定的时钟信号；

4-AXIS脉冲用于控制步进电机。

控制板具有内存和硬盘，用于存储程序数据及工作数据。

本PLC控制器具有丰富的接口：包括输出VGA显示接口、COM口、程序运行的指示信号灯接口、USB口、EtherNet网口、EtherCAT总线接口和gLink总线接口；其中，EtherNet网口、EtherCAT总线接口和gLink总线接口通过I/O控制器进行控制。

1)通信接口，通用的100M网络接口，USB接口，COM口以及VGA显示口，方便人际交互以及与其它设备进行互联。

2)I/O接口，面向现场总线的EtherCAT总线，以及专用的扩展IO总线gLink总线，可以实现本地I/O系统和远程I/O系统，完成对开关量控制、模拟量控制和运动控制等需求。

本实用新型的硬件结构为：整个控制器由三个电路板组成，一个核心板+接口板1+接口板2。核心板将CPU、FPGA、DSP设计在一起，组成最小系统。接口板1将输出VGA显示接口，COM口以及程序运行的指示信号灯等。接口板2如图3所示，引出USB通讯接口2、100MEtherNet标准以太网接口3以及EtherCAT总线接口4和gLink总线。

EtherCAT总线：由FPGA控制，通过EtherCAT主站芯片78Q2123实现主站数据的接收、发送以及错误处理，可以连接相关的驱动器和IO模块，实现对Delta、Scara等设备的控制。

gLink总线，由FPGA控制，完成gLink总线协议，实现主站数据的接收、发送以及相关错误处理。可以连接脉冲模块和本地IO系统，实现步进电机控制。

Ethernet总线，实现PLC程序的上传/下载，通过内置的FTP、Web、OPC服务器以及DHCP，支持远程访问、调试、控制，轻松实现与移动互联网集成应用。

本PLC控制器采用嵌入式操作系统WindowsCE，运行符合IEC61131-3国际规范的开发平台Softpro，提供6轴编程语言：结构文本(ST)、指令表(IL)、顺序流程图(SFC)、功能框图(FBD)、梯形图(LD)、连续功能编辑器(CFC)。具有丰富的行业运控库，大幅缩短客户二次开发时间。

本PLC控制器的系统框图如图2所示，

本PLC控制器集成了两种扩展总线，分别是EtherCAT总线、gLink总线。控制器通过AC/DC电源模块供电，通过gLink总线连接控制脉冲模块和本地IO系统，以及外接远程驱动模块控制远程的IO。通过EtherCAT总线控制EtherCAT驱动器和IO模块等设备。