一种低成本的PLC至数据库直传模块的制作方法

本实用新型涉及智能制造数据通信领域，具体为一种低成本的plc至数据库直传模块。

背景技术：

plc作为一种通用可编程控制器在工业自动化现场已广泛应用于数据采集和监控系统。高效地获取生产结果数据和过程数据对目前工业4.0的推行尤为关键。

目前国内市场主流的plc与关系型数据库之间的连接通常有以下2种方式：

(1)采用安装mes系统或其他应用软件的的服务器或者工控机进行中转实现，服务器或工控机通过上位机链路、opc等方式与现场等plc进行通信，通常服务器或者工控机作为主站，现场plc作为从机。主机对多个从机进行轮询数据通信；

(2)选择自带操作系统等高端控制器或可以套接字进行sql命令发送的高端plc。

但是，现有的技术具有相对的不足以及普及的局限性用一下几点：用服务器和ipc作为中转的方式存在的不足有：中转端程序开发和维护费用高，由于采用主站轮询方式，服务器的工作负荷较大，采集实时性差；采用高端控制器和高端plc存在的不足和局限性有：高端控制器和plc通常有sql服务器的种类和版本限制，成本非常高，普及困难，在多数场合实用不上高端控制器或高端plc上特殊的功能，根据生产需要修改或者增加程序比较麻烦，有可能会影响生产；这样就急需要一种低成本的通用性高的plc至数据库直传模块。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种低成本的plc至数据库直传模块，具有低成本，运行速度快，实时采集数据，兼容性强和开发简单快捷等优点，用以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种低成本的plc至数据库直传模块，包括模块本体和电源电路模块，所述模块本体的两侧边中间部位固定设有卡扣，所述模块本体的一侧边上固定连接有电源接口，所述模块本体的顶端一侧有指示灯，所述指示灯的下方设有复位按键，所述复位按键的下端开设有串行接口，所述模块本体的顶端另一侧开设有网口插槽；

所述电源电路模块电性连接有arm9内核的处理器、fm24c02存储器、网卡a和网卡b，所述arm9内核处理器与fm24c02存储器、网卡a和网卡b也电性连接，所述电源电路模块中串联接有保险丝f1，所述电源电路模块中并连接有100uf和0.1uf的电容，所述网卡a和网卡b电性连接有以太网芯片dm9621anp，所述串行接口电路中并连接有六组电阻。

优选的，所述模块本体的两端固定设有卡扣，所述卡扣可以将模块本体安装至标准35mm电气安装导轨上的作用。

优选的，所述网口插槽至少设有两组，且分别为网卡a和网卡b。

优选的，所述电源电路的供电电源为5.0v/3a，所述电源电路中串联有稳压电路。

优选的，所述串行接口上的otg烧写方式通过otg线与pc的usb接口相连。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型的程序开发简单，上位软件的配置是向导式的方式，模块内置多个品牌plc的通信协议，用户可以通过模块配套的上位配置软件进行切换与不同品牌plc通讯的通讯协议；且主动式的上传方法，数据的处理和中转任务都放在每一个模块内部的处理器上，因此整体系统效率有效提高；且可以设置较高的现场设备采样频率，同时模块至数据库之间增加缓存区域，有效避免关键过程数据采集失真；并且运行liunx系统并安装多种数据库的接口驱动程序，对几乎所有的数据库具有兼容性；且成本低，结构简单，配合本模块配套开发的配置编程软件进行实施。

附图说明

图1为本实用新型的外观示意图；

图2为本实用新型的电路框图；

图3为本实用新型的电源电路图；

图4为本实用新型的以太网接口电路图；

图5为本实用新型的烧录调试接口电路图；

图6为采用本实用新型的低成本的plc至数据库直传模块系统框图；

图7为linux系统设计结构框图；

图8为底层软件运行架构图；

图9为本实用新型的软件运行流程图；

图10为软件组成框图。

图中：1、模块本体；2、卡扣；3、电源接口；4、指示灯；5、复位按键；6、串行接口；7、网口插槽。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在不同附图中以相同标号来标示相同或类似组件；另外请了解文中诸如“第一”、“第二”、“第三”、“上”、“下”、“前”、“后”、“内”、“外”、“端”、“部”、“段”、“宽度”、“厚度”、“区”等等及类似用语仅便于看图者参考图中构造以及仅用于帮助描述本实用新型而已，并非是对本实用新型的限定。

请参阅图1和图2，本实用新型提供一种技术方案：一种低成本的plc至数据库直传模块，包括模块本体1和电源电路模块，模块本体1的两侧边中间部位固定设有卡扣2，该处的卡扣2的作用是将模块本体1固定安装在模块本体1安装的设备上；模块本体1的一侧边上固定连接有电源接口3，该处的电源接口3的作用是连接电源为整个模块本体1进行供电，连接直流24v电源给模块供电；模块本体1的顶端一侧有指示灯4，该处的指示灯4可以显示模块本体1的工作情况；指示灯4的下方设有复位按键5，该很处的复位键5可以对模块本体1内的硬件实施复位与重新启动操作；复位按键5的下端开设有串行接口6，该处的串行接口6可以将模块本体1与pc进行电性连接；模块本体1的顶端另一侧开设有网口插槽7，该处的网口插槽7的设定，可以连接通过线缆进行电性连接；

电源电路模块电性连接有arm9内核的处理器、fm24c02存储器、网卡a和网卡b，arm9内核处理器与fm24c02存储器、网卡a和网卡b也电性连接，该处的arm9内核处理器用于控制整个模块本体1内的所有数据的接收和传输，fm24c02存储器可以存储相应的数据，甚至是工作记录；电源电路模块中串联接有保险丝f1，该处的保险丝f1可以有效的保护整个模块本体1的安全性，防止模块本体1内的电路发生短路或者短接发生危险；电源电路模块中并连接有100uf和0.1uf的电容，该处的100uf和0.1uf的电容设定可以有效将电路中的做杂波滤除，然后作为系统供电电源使用；网卡a和网卡b电性连接有以太网芯片dm9621anp，串行接口采用otg烧写方式，串行接口电路中并连接有六组电阻，该处的以太网芯片dm9621anp的设定可以有效的实现模块本体1对网络的传输。

如图3所示，linux系统控制板供电电源为5v，因此在本设计中我们考虑使用5v/3a规格电压进行供电。为防止电源电压短路和系统安全，5v电源外接保险丝f1，然后再使用100uf和0.1uf电容进行滤波，滤波后作为系统供电电源使用。电源电路中串联有稳压电路，该处的电源电压的设定可以符合arm9内核处理器的使用电压，以及以太网芯片dm9621anp的适应电压也为5.0v。

如图4所示，本实用新型选用的以太网芯片为dm9621anp。100m以太网芯片接口设计如图4所示。该芯片具备高效的tx/rxfifo的自动管理，支持4个端点包括控制、中断、bulk_in、bulk_out。背压模式为半双工模式的流量控制，低功耗单电源3.3v。同时兼容兼容2.5v，3.3v和5.0v的i/o电平。该处的以太网芯片dm9621anp可以适应多种电压的供电，可以扩大以太网芯片dm9621anp的使用范围，且太网芯片dm9621anp的端点可以实现控制和中断的操作。

如图5所示，通过otg烧写方式可以烧写linux系统文件。otg接口烧写方式也叫fastboot烧写方式，烧写速度比tf卡烧写速度更快。使用通用的otg线作为烧录介质使用，需要烧录软件的支持。首先使用串口线连接开发板串口到pc机串口，然后使用otg线，将开发板otg接口和pc的usb接口相连，连接电源进行烧录。

具体的，模块本体1的两端固定设有卡扣2，卡扣2可以将模块本体1安装至标准35mm电气安装导轨上的作用，该处的卡扣2可以将模块本体1稳定的固定导轨上，防止模块本体1在运作的时候发生脱落。

具体的，网口插槽7至少设有两组，且分别为网卡a和网卡b，该处的网口插槽7的设定可以有效的实现对网线的连接，且可以同时连接多组网线。

其中，网卡a是标准的rj45插座它的作用是连接现场plc的网络接口。

其中，网卡b的作用是连接至可以物理访问到数据库到网络。也可以通过网卡b直接进行本中转模块的编程和配置。

系统软件设计

模块中运行linux系统，在系统基础上运行的主程序应用程序软件，次软件为模块的核心。它采用c代码编写，负责运行与plc的通信协议，负责运行与数据库的通信，负责解析用户的参数配置文件和用户流程配置文件，以及负责主程序逻辑和时序的运行。

如图6所示为低成本的plc至数据库直传模块系统框图。该系统主要包括plc，linux系统和pc主机三大组件。plc将本地数据通过以太网口上传至linux系统中间应用层，linux系统对数据进行分析处理后基于tcp/ip协议以报文形式上传至pc主机。同时，pc主机可以向linux系统发送数据采集命令，linux系统接收到相应的通讯指令后对plc下达数据采集操作指令，plc负责执行数据上传操作。

linux系统处理器处理器通过网口a和plc通信，网口a为10/100m自适应全双工网口。通信规则基于每一个品牌的plc开发协议进行设计。网口b和目标数据库通信。linux系统板存储器中保存了用于不同厂家plc通信协议的描述文件和配置。

如图7所示，软件设计主要包括三部分：linux系统软件、模块运行底层软件设计和windows上位机系统配置软件设计。

linux2.6提供核心系统服务，例如：安全、内存管理、进程管理、网络堆栈、驱动模型。linuxkernel也作为硬件和软件之间的抽象层，它隐藏具体硬件细节而为上层提供统一的服务。linux系统分层的好处就是使用下层提供的服务而为上层提供统一的服务，屏蔽本层及以下层的差异，当本层及以下层发生了变化不会影响到上层。各层提供固定的sap(serviceaccesspoint)，符合高内聚、低耦合的特点；

如图8和9所示，底层软件由c编写，它是整个软件的核心，软件分为3个模块：

a：与plc通信模块

b:数据库通信模块

c：主循环模块

其中：模块a调用配置文件中的plc通信配置文件，实现不同品牌不同协议的plc通信，实现数据采集。采集需要指定读取的目标plc内存地址，采集分为周期性采集和条件触发式采集。这些都是在配置文件中读取出来的。

模块b调用配置文件中数据库的配置参数，实现模块与数据库的通信，模块a采集的数据与模块b之间建立了一个数据缓冲区，以解决当触发模式下高速采集plc数据与模块至数据库上传的速度不同步的问题。

配置c为实现整个程序运行的逻辑和时序的模块。以及与配置工具的交互。

如图10所示，windows桌面配置软件由c#编写。用于配置模块的工作参数，也可以通过监控模块的工作状态。

其中通信配置模块包含plc通信配置和数据库通信配置；

plc通信配置中可以配置与plc的通信参数比如plc的ip地址，plc的通信站号，使用的通信协议等。

数据库通信配置中可以配置目标数据库的网络地址、用户名、密码。数据库的目标sheet，绑定字段等操作。

采集配置模块包含采集目标内存地址设置，采集模式设置。两个部分。目标地址可以设置plc的输入、输出映象区，数据寄存器区。可以设置bit、byte、int、dint、flout、ascii等多个类型的数据。对于不同的采集地址可设置2种采集模式，周期性采集和触发式采集。其中触发式采集模式可以通过读取不同内存地址的值，并通过一定的逻辑组合和条件判断产生读取目标地址的条件，当条件满足后读取数据至缓冲区。

工作原理：先将模块本体1通过卡扣2固定安装在安装至标准35mm电气安装导轨上，然后网络插槽a是标准的rj45插座进行连接plc的网络接口，同时，网络插槽b的可以连接至访问到数据库到网络，也可以通过网络插槽b直接进行本中转模块的编程和配置，然后将直流电源接口3连接直流24v电源给模块本体1供电，这样就可以使得模块本体1进行工作运行，且指示灯4可以显示模块本体1的运行作态，然后，该系统主要包括plc，linux系统和pc主机三大组件；plc将本地数据通过以太网口上传至linux系统中间应用层，linux系统对数据进行分析处理后基于tcp/ip协议以报文形式上传至pc主机；同时，pc主机可以向linux系统发送数据采集命令，linux系统接收到相应的通讯指令后对plc下达数据采集操作指令，plc负责执行数据上传操作，linux系统处理器处理器通过网口a和plc通信，网口a为10/100m自适应全双工网口；通信规则基于每一个品牌的plc开发协议进行设计；网口b和目标数据库通信，linux系统板存储器中保存了用于不同厂家plc通信协议的描述文件和配置；最后，复位按键5可以对模块本体1进行复位与重新启动。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。