一种用于灌装机的控制设备的制作方法

本实用新型涉及工业控制及灌装机技术领域，特别涉及一种用于灌装机的控制设备。

背景技术：

灌装机械是包装机械中最重要的产品之一，其与人们的生活水平和健康生活息息相关。日常生活中的各种食用油脂、碳酸饮料、果蔬汁饮料、含乳饮料、瓶装饮用水、酒精饮品、医用液体药剂以及日化产品等各种液体产品的包装生产，都离不开灌装机械。随着社会经济的发展和生活水平的提高，人们对各种饮料、酒类、食用油和调味品等的需求量高速增长，使得液体灌装机械成为包装机械中最令人瞩目的增长点。据中国食品和机械工业协会统计，我国液态食品包装机械年销售额增长率均超过20％。其中，我国2011年液态食品生产量为2509亿升，液态包装机械销售额达到290亿元，液态食品包装机械工业已经成为我国国民经济中非常重要的新兴产业。在灌装机的运行过程中，需要基于工业传感器感测到的各种运行数据控制和调整灌装机各部件的运行参数。

现有的控制设备只能通过RS232或RS485接口与计算机通讯，无法通过以太网与可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，PLC)或计算机进行通讯。

然而，随着技术的不断进步和发展，现有的控制设备越来越多地表现出了其本身的局限性。一方面，分布在工厂各处的工业传感器设备和工厂控制层之间需要连续地交换控制数据，这使得数据的交换量飞速增长；另一方面，用户希望能够将底层的生产信息整合到统一的企业信息管理系统中，于是，企业信息管理系统需要读取现场的生产数据，并通过工业以太网实现远程控制和维护。

现有的控制设备所支持的接口无法满足用户的需求，现有的工业以太网通讯，各大厂商都推出自有标准，接口通讯协议兼容性差，亟需一种新型控制设备，其能通过工业以太网与用户通讯，用户只需联网即可控制各个工业控制装置。

技术实现要素：

为了解决现有的用于灌装机的控制设备不具备以太网通讯功能的问题，本实用新型提供了一种用于灌装机的控制设备。

本实用新型的一个实施例提供一种用于灌装机的控制设备，包括：

以太网物理模块、处理器、输入模块和输出模块，以太网物理模块、输入模块和输出模块分别与处理器相连；

处理器用于接收输入模块发送的工业传感器运行数据，并将工业传感器运行数据发送至以太网物理模块；

以太网物理模块用于将工业传感器运行数据通过以太网发送至可编程逻辑控制器PLC或计算机；

以太网物理模块还用于通过以太网接收PLC或计算机发送的控制指令，并将控制指令发送至处理器；

处理器还用于将控制指令经输出模块发送至灌装机控制装置。

可选地，该控制设备还包括与处理器相连的RS485模块；

RS485模块用于接收处理器发送的工业传感器运行数据，并将工业传感器运行数据通过RS485总线发送至PLC或计算机；

RS485模块还用于通过RS485总线接收PLC或计算机发送的控制指令，并将控制指令发送至处理器。

可选地，该以太网物理模块包括：

第一时钟电路、以太网控制芯片和网络变压器，第一时钟电路和网络变压器分别与以太网控制芯片相连。

可选地，以太网控制芯片为W5500以太网控制芯片。

可选地，该处理器包括：

第二时钟电路、处理模块和存储模块，第二时钟电路和存储模块分别与处理模块相连。

可选地，该处理器还包括与处理模块相连的调试接口。

可选地，该输入模块包括：模拟量输入单元和开关量输入单元；

模拟量输入单元，用于将获取的工业传感器模拟量运行数据发送至处理器；

开关量输入单元，用于将获取的工业传感器开关量运行数据发送至处理器。

可选地，该输出模块包括：模拟量输出单元和开关量输出单元；

模拟量输出单元，用于将从处理器接收到的模拟量控制指令发送至灌装机控制装置；

开关量输出单元，用于将从处理器接收到的开关量控制指令发送至灌装机控制装置。

可选地，该控制设备还包括：与处理器相连的显示模块，显示模块用于显示工业传感器运行数据和/或控制指令。

可选地，该控制设备还包括：电源隔离模块，以太网物理模块、处理器、输入模块和输出模块分别与电源隔离模块相连，使得外部电源与以太网物理模块、处理器、输入模块和输出模块电气绝缘。

本实用新型的技术效果是，本实用新型通过在控制设备中增设以太网物理模块，工业传感器运行数据经输入模块发送至处理器，将工业传感器数据统一转换为工业以太网报文，以太网物理模块通过工业以太网将上述报文发送至PLC或计算机；同时以太网物理模块还可以接收PLC或计算机发送的控制指令，将该处理指令发送至处理器，处理器将控制指令经输出模块发送至灌装机控制装置。进而发挥工业以太网实时性高、延时低、高速大容量通讯等优点，达到控制设备的智能化，实现控制设备的以太网通讯功能。

附图说明

图1为本实用新型一个实施例的用于灌装机的控制设备的结构示意图；

图2为本实用新型一个实施例的以太网物理模块的结构示意图；

图3为本实用新型另一个实施例的用于灌装机的控制设备的结构示意图。

具体实施方式

为了解决背景技术中提出的技术问题，本申请的发明人想到在控制设备中增设以太网物理模块，工业传感器运行数据经输入模块发送至处理器，将工业传感器数据统一转换为工业以太网报文，以太网物理模块通过工业以太网将上述报文发送至PLC或计算机；同时以太网物理模块还可以接收PLC或计算机发送的控制指令，将该处理指令发送至处理器，处理器将控制指令经输出模块发送至灌装机控制装置。从而发挥工业以太网实时性高、延时低、高速大容量通讯等优点，达到控制设备的智能化，实现控制设备的以太网通讯功能。

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。

图1为本实用新型一个实施例的用于灌装机的控制设备的结构示意图。如图1所示，本实用新型实施例的控制设备包括：以太网物理模块11、处理器13、输入模块12和输出模块14。以太网物理模块11、输入模块12和输出模块14分别与处理器13相连。

处理器13用于接收输入模块12发送的工业传感器运行数据，并将工业传感器运行数据发送至以太网物理模块11。在实际应用中，处理器13可以为ARM内核处理器，其通过嵌入式开发工具编写C语言控制代码。

以太网物理模块11用于将工业传感器运行数据通过以太网发送至可编程逻辑控制器PLC或计算机。以太网物理模块11还用于通过以太网接收PLC或计算机发送的控制指令，并将控制指令发送至处理器13。

处理器13还用于将控制指令经输出模块14发送至灌装机控制装置。

本实用新型实施例通过在控制设备中增设以太网物理模块，工业传感器运行数据经输入模块发送至处理器，将工业传感器数据统一转换为工业以太网报文，以太网物理模块通过工业以太网将上述报文发送至PLC或计算机；同时以太网物理模块还可以接收PLC或计算机发送的控制指令，将该处理指令发送至处理器，处理器将控制指令经输出模块发送至灌装机控制装置。进而发挥工业以太网实时性高、延时低、高速大容量通讯等优点，达到控制设备的智能化，实现控制设备的以太网通讯功能。

在实际应用中，以太网通讯采用普遍支持的Modbus通讯协议，保证了该控制设备通讯的兼容性。Modbus是由Modicon(现为施耐德电气公司的一个品牌)在1979年发明的，是全球第一个真正用于工业现场的总线协议。Modbus网络是一个工业通信系统，由带智能终端的可编程序控制器和计算机通过公用线路或局部专用线路连接而成，可应用于各种数据采集和过程监控。

在本实用新型的另一个实施例中，如图3所示，为了提高通讯的可靠性，以太网的备用通讯接口，控制设备还包括与处理器13相连的RS485模块15。

RS485模块15用于接收处理器13发送的工业传感器运行数据，并将工业传感器运行数据通过RS485总线发送至PLC或计算机。

RS485模块15还用于通过RS485总线接收PLC或计算机发送的控制指令，并将控制指令发送至处理器13。

具体地，如图2所示，以太网物理模块11包括：第一时钟电路111、以太网控制芯片112和网络变压器113，第一时钟电路111和网络变压器113分别与以太网控制芯片112相连。

可理解的是，第一时钟电路111为以太网控制芯片112提供工作时钟，网络变压器113提高了以太网控制芯片112的抗干扰能力，可以起到防雷的作用。

在实际应用中，以太网控制芯片112可以采用W5500以太网控制芯片。

参见图3，具体地，处理器13包括：第二时钟电路131、处理模块132和存储模块133，第二时钟电路131和存储模块133分别与处理模块132相连。

优选地，处理器13还包括与处理模块132相连的调试接口134。

处理器13分硬件部分及软件部分。硬件部分是处理模块132及保证其运行的基本电路(第二时钟电路131、JTAG&TTL调试接口134、LED指示电路135及存储模块133)；软件部分是处理模块132运行软件及配合主要硬件功能模块运行的MODBUS通讯软件及PID软件控制模块。

可理解的是，第二时钟电路131为处理模块132提供工作时钟。

通过JTAG&TTL调试接口134可以读取/写入处理模块132运行控制代码。

处理模块132控制LED指示电路135。处理模块132可以对存储模块133进行读取/写入操作。

具体地，输入模块12包括：模拟量输入单元121和开关量输入单元122。

模拟量输入单元121，用于将获取的工业传感器模拟量运行数据发送至处理器13。

开关量输入单元122，用于将获取的工业传感器开关量运行数据发送至处理器13。

具体地，输出模块14包括：模拟量输出单元141和开关量输出单元142。

模拟量输出单元141，用于将从处理器13接收到的模拟量控制指令发送至灌装机控制装置。

开关量输出单元142，用于将从处理器13接收到的开关量控制指令发送至灌装机控制装置。

工业传感器经模拟量输入单元121及开关量输入单元122对工业传感器进行数据采集，同时将传感器数据及PID软件控制模块计算后信息转换为工业以太网报文，发送给以太网物理模块11，同时接收以太网报文指令控制0-10V模拟量输出接口和24V开关量输出接口。本实用新型统一了工业传感器数据采集，将模拟量数据输入、开关量数据输入统一转换为工业以太网报文，同时可以接收工业以太网报文控制工业设备。

进一步地，控制设备还包括：与处理器13相连的显示模块16，显示模块16用于显示工业传感器运行数据和/或控制指令。

进一步地，控制设备还包括：电源隔离模块17。以太网物理模块11、处理器13、输入模块12和输出模块14分别与电源隔离模块17相连，使得外部电源与以太网物理模块11、处理器13、输入模块12和输出模块14电气绝缘。

电源隔离模块17作用是为了保护系统的安全，使外部供电输入与控制设备的电气完全绝缘，起到起保护、防雷、滤波作用。包括3.3V隔离电路、15V隔离电路及5V隔离电路。在实际应用中，24V转3.3V芯片选用金升阳的URB2403YMD-6WR3，24V转5V芯片选用金升阳的B2405S-1W，为以太网物理模块、液晶显示模块供电。24V转15V芯片选用金升阳的B2415S-2WR2，为模拟量输入模块及模拟量输出模块供电。

本实用新型的另一个实施例还提供一种基于上述用于灌装机的控制设备的控制方法，包括：接收工业传感器发送的工业传感器运行数据，并将工业传感器运行数据通过以太网发送至可编程逻辑控制器PLC；和/或，通过以太网接收PLC发送的控制指令，并将控制指令发送至灌装机控制装置。

综上所述，根据本实用新型的技术方案，通过在控制设备中增设以太网物理模块，工业传感器运行数据经输入模块发送至处理器，将工业传感器数据统一转换为工业以太网报文，以太网物理模块通过工业以太网将上述报文发送至PLC或计算机；同时以太网物理模块还可以接收PLC或计算机发送的控制指令，将该处理指令发送至处理器，处理器将控制指令经输出模块发送至灌装机控制装置。进而发挥工业以太网实时性高、延时低、高速大容量通讯等优点，达到控制设备的智能化，实现控制设备的以太网通讯功能。

本领域内的技术人员应明白，本实用新型的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本实用新型可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本实用新型可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本实用新型是参照根据本实用新型实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

需要说明的是术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本实用新型的说明书中，说明了大量具体细节。然而能够理解的是，本实用新型的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。类似地，应当理解，为了精简本实用新型公开并帮助理解各个实用新型方面中的一个或多个，在上面对本实用新型的示例性实施例的描述中，本实用新型的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释呈反映如下意图：即所要求保护的本实用新型要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如权利要求书所反映的那样，实用新型方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本实用新型的单独实施例。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，在本实用新型的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行其他的改进或变形。本领域技术人员应该明白，上述的具体描述只是更好的解释本实用新型的目的，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。