一种工业控制器系统的制作方法

本发明涉及一种工业控制器电路结构，尤其是一种工业控制器系统。

背景技术：

1、工业控制系统通常包括上位机、主控模块、与主控模块连接的从机设备、边缘连接模块以及相连的边缘设备，边缘设备通常为数据或图像采集设备，其将采集到的信号通过边缘连接设备处理后传送至主控模块，主控模块根据边缘设备采集的信息发送控制指令至从机设备；现有的工业控制器结构中，主控模块与边缘连接模块往往为独立设置，相互之间需要通过连接到中间的网络交换机上实现联网，主控模块所在的设备本身通讯网口少，连接起来操作繁琐，当需要调试时往往需要需要将plc主控的网口通过网线连接到外挂的边缘设备，边缘设备的另一个网口连接到外网，设置plc主控和边缘设备的网段使其保持一致；边缘设备plc主控都需要独立供电，可靠性低，而且整个控制系统体积大，维护升级困难。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种整体体积较小、在同一结构内即可实现主控模块与边缘连接模块之间互联的工业控制器系统。

2、本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种工业控制器系统，包括主板及分别固定设置在所述的主板上的主控模块、边缘连接模块和网络交换芯片，所述的主控模块通过第一网络芯片与所述的网络交换芯片连接，所述的第一网络芯片与所述的网络交换芯片之间设置有第一串口转换电路，所述的边缘连接模块通过第二网络芯片与所述的网络交换芯片连接，所述的第二网络芯片与所述的网络交换芯片之间设置有第二串口转换电路，所述的网络交换芯片用于与外部的上位机连接，所述的主控模块用于连接外部的从机设备，所述的边缘连接模块用于连接外部的边缘设备；其中，外部的从机设备一般为伺服电机等具有远程i/o接口的具体执行结构，边缘设备可以为工业相机等数据、图像采集设备；

3、所述的主板包括第一pcb板和第二pcb板，所述的主控模块包括相互连接的arm主控芯片和fpga控制芯片，所述的arm主控芯片与所述的第一网络芯片分别固定设置在所述的第一pcb板上，所述的fpga控制芯片、所述的网络交换芯片及所述的第二网络芯片分别固定设置在所述的第二pcb板的顶面，所述的边缘连接模块固定设置在所述的第二pcb板的底面，所述的第一pcb板的底面向下分别设置有位于上侧边缘的第一排针、位于旁侧边缘的第二排针和位于底侧边缘的第三排针，所述的第二pcb板的顶面固定设置有第一排母、第二排母和第三排母，所述的第一排母与所述的第一排针的位置对应且相互插接，所述的第二排母与所述的第二排针的位置对应且相互插接，所述的第三排母与所述的第三排针的位置对应且相互插接，所述的第二pcb板的顶面还固定设置有第一网络接口，所述的网络交换芯片通过所述的第一网络接口与外部的上位机连接。

4、通过排针与排母的上下插接，将主板分为上下两层立体结构，从而缩短了arm主控芯片和fpga控制芯片之间的连接走线，提高了通信速率和通信可靠性，且散热效果较好；边缘连接模块固定设置在第二pcb板的底面，充分利用电路板空间，做到整体电路结构高度集成化、小型化；为实现网络交换芯片与不同的网络芯片的内部连接，通过设置串口转换电路的方式，完成了不同类型网络芯片之间的连接，在解决网络芯片接口兼容性的同时，舍去以往的网络接口、网络变压器、网线等复杂拓扑结构，大大缩小了整体电路面积，从而使整个工业控制系统精简、可靠，并保留了之前的所有功能，

5、所述的主控模块采用arm cortex m7芯片，所述的边缘连接模块采用arm cortexa8芯片，所述的网络交换芯片的型号为rtl8305，所述的第一网络芯片的型号为w6100l，所述的第一串口转换电路包括第一发送信号转换电路和第一接收信号转换电路，所述的第一发送信号转换电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第一电容、第二电容和第三电容，所述的第一接收信号转换电路包括第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、第四电容、第五电容和第六电容，所述的主控模块设置有电源模块；

6、所述的第一网络芯片的第3引脚、所述的第一电容的一端及所述的第六电阻的一端连接，所述的第一网络芯片的第2引脚、所述的第二电容的一端及所述的第五电阻的一端连接，所述的第五电阻的另一端、所述的第六电阻的另一端及所述的第三电容的一端连接，所述的第三电容的另一端接地，所述的第一电容的另一端、所述的第一电阻的一端及所述的第三电阻的一端连接，所述的第二电容的另一端、所述的第二电阻的一端及所述的第四电阻的一端连接，所述的第一电阻的另一端及所述的第二电阻的另一端分别与所述的电源模块的3.3v电压输出端连接，所述的第三电阻的另一端与所述的网络交换芯片的第2引脚连接，所述的第四电阻的另一端与所述的网络交换芯片的第3引脚连接；

7、所述的第一网络芯片的第6引脚、所述的第四电容的一端及所述的第十二电阻的一端连接，所述的第一网络芯片的第5引脚、所述的第五电容的一端及所述的第十一电阻的一端连接，所述的第十一电阻的另一端、所述的第十二电阻的另一端及所述的第六电容的一端连接，所述的第六电容的另一端接地，所述的第四电容的另一端、所述的第七电阻的一端及所述的第九电阻的一端连接，所述的第五电容的另一端、所述的第八电阻的一端及所述的第十电阻的一端连接，所述的第七电阻的另一端及所述的第八电阻的另一端分别与所述的电源模块的3.3v电压输出端连接，所述的第九电阻的另一端与所述的网络交换芯片的第5引脚连接，所述的第十电阻的另一端与所述的网络交换芯片的第4引脚连接。

8、所述的第二网络芯片的型号为lan8720a，所述的第二串口转换电路包括第二发送信号转换电路和第二接收信号转换电路，所述的第二发送信号转换电路包括第十三电阻、第十四电阻、第十五电阻、第十六电阻、第十七电阻、第十八电阻、第七电容、第八电容和第九电容，所述的第二接收信号转换电路包括第十九电阻、第二十电阻、第二十一电阻、第二十二电阻、第二十三电阻、第二十四电阻、第十电容、第十一电容和第十二电容，

9、所述的第二网络芯片的第21引脚、所述的第七电容的一端及所述的第十八电阻的一端连接，所述的第二网络芯片的第20引脚、所述的第八电容的一端及所述的第十七电阻的一端连接，所述的第十七电阻的另一端、所述的第十八电阻的另一端及所述的第九电容的一端连接，所述的第九电容的另一端接地，所述的第七电容的另一端、所述的第十三电阻的一端及所述的第十五电阻的一端连接，所述的第八电容的另一端、所述的第十四电阻的一端及所述的第十六电阻的一端连接，所述的第十三电阻的另一端及所述的第十四电阻的另一端分别与所述的电源模块的3.3v电压输出端连接，所述的第十五电阻的另一端与所述的网络交换芯片的第22引脚连接，所述的第十六电阻的另一端与所述的网络交换芯片的第21引脚连接；

10、所述的第二网络芯片的第23引脚、所述的第十电容的一端及所述的第二十四电阻的一端连接，所述的第二网络芯片的第22引脚、所述的第十一电容的一端及所述的第二十三电阻的一端连接，所述的第二十三电阻的另一端、所述的第二十四电阻的另一端及所述的第十二电容的一端连接，所述的第十二电容的另一端接地，所述的第十电容的另一端、所述的第十九电阻的一端及所述的第二十一电阻的一端连接，所述的第十一电容的另一端、所述的第二十电阻的一端及所述的第二十二电阻的一端连接，所述的第十九电阻的另一端及所述的第二十电阻的另一端分别与所述的电源模块的3.3v电压输出端连接，所述的第二十一电阻的另一端与所述的网络交换芯片的第19引脚连接，所述的第二十二电阻的另一端与所述的网络交换芯片的第20引脚连接。各个串口转换电路的具体结构相同，采用了阻容耦合的方式，完成了不同类型网络芯片之间的连接，在解决网络芯片mdi接口兼容性的同时，大大缩小了网络信号传输相关电路的整体面积。

11、所述的第一pcb板上固定设置有型号为lan8720a的第三网络芯片，所述的第二pcb上固定设置有型号为lan8720a的第四网络芯片、第二网络接口和第三网络接口，所述的arm主控芯片通过所述的第三网络芯片及所述的第二网络接口与外部的从机设备连接，所述的边缘连接模块通过所述的第四网络芯片及所述的第三网络接口与外部的边缘设备连接。由于整体电路结构采用立体设计，因此在主板上有较大的空间设置其它网络芯片及网络接口，从而由位于一块主板上的控制系统即可实现对从机设备、边缘设备的连接及控制。

12、与现有技术相比，本发明的优点在于提高主控模块与边缘连接模块之间的网络通信效率，提高主控模块和边缘连接模块与外部的通信的可靠性、兼容性，网络通信结构高度集成化，减少繁琐的操作流程；通过排针与排母的上下插接，将主板分为上下两层立体结构，从而缩短了arm主控芯片和fpga控制芯片之间的连接走线，提高了通信速率和通信可靠性，并且缩小整个控制器体积。