專利名稱：基于電力載波的可尋址的繼電器和開關(guān)的plc控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及分布式控制系統(tǒng)，尤其是一種分布式PLC控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
使用PLC控制多個開關(guān)設(shè)備、檢測多個開關(guān)狀態(tài)的應(yīng)用系統(tǒng)很常見，如電氣控制柜、自動化生產(chǎn)線上的開關(guān)控制和檢測等。若用一個(m+n)點PLC，控制m個開關(guān)設(shè)備，并檢測η個開關(guān)狀態(tài)，一般來說需要(2m+2n)根信號線以及供電傳輸線。當(dāng)開關(guān)設(shè)備和被檢測的開關(guān)在生產(chǎn)線分布較分散，且m和η都比較大時，布局這些線束不僅施工復(fù)雜，而且不易維護(hù)。使用控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以組建分布式控制和檢測系統(tǒng)，能有效地減少電氣線路的線束,如ProfiBus、ASi> Hart、Device Net和CAN等網(wǎng)絡(luò)，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。 然而，ProfiBus和ASi等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)需要付費，Device Net和CAN等網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)延遲存在不確定性，Hart網(wǎng)絡(luò)采用特殊調(diào)制解調(diào)技術(shù)，成本較高。此外，使用這些網(wǎng)絡(luò)時需要專用的通訊接口電路和協(xié)議棧，并搭配應(yīng)用處理器，不僅增加成本，還使得網(wǎng)絡(luò)節(jié)點電路和軟件更復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服已有現(xiàn)有的分布式控制系統(tǒng)的施工復(fù)雜、不易維護(hù)、成本較高的不足，本發(fā)明提供一種施工方便、便于維護(hù)、降低成本的基于電力載波的可尋址的繼電器和開關(guān)的 PLC控制系統(tǒng)。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種基于電力載波的可尋址的繼電器和開關(guān)的PLC控制系統(tǒng)，包括PLC控制器和網(wǎng)絡(luò)控制器，所述PLC控制器包括開關(guān)信號輸入端和開關(guān)控制輸出端，所述網(wǎng)絡(luò)控制器包括開關(guān)狀態(tài)接口和開關(guān)控制接口，所述開關(guān)狀態(tài)接口與所述開關(guān)信號輸入端連接，所述開關(guān)控制接口與所述開關(guān)控制輸出端連接，所述網(wǎng)絡(luò)控制器還包括主站通訊協(xié)議棧和從站管理器和主站隔離變壓器，所述開關(guān)狀態(tài)接口和開關(guān)控制接口均與所述主站通訊協(xié)議棧和從站管理器連接，所述主站通訊協(xié)議棧和從站管理器與所述主站隔離變壓器連接；所述PLC 控制系統(tǒng)還包括可尋址的繼電器和開關(guān)，所述可尋址的繼電器和開關(guān)包括開關(guān)輸入電路、 驅(qū)動電路、從站通訊協(xié)議棧和從站隔離變壓器，所述從站隔離變壓器與所述主站隔離變壓器通過電力載波網(wǎng)絡(luò)連接，所述從站隔離變壓器與所述從站網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧連接，所述從站網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧通過第一光電隔離器開關(guān)輸入電路連接，并通過第二光電隔離器與與驅(qū)動電路連接，所述開關(guān)輸入電路與開關(guān)反饋電路連接，所述驅(qū)動電路與繼電器連接，所述繼電器為負(fù)載的控制開關(guān)。進(jìn)一步，所述可尋址的繼電器和開關(guān)有至少兩個，相鄰的可尋址的繼電器和開關(guān)的從網(wǎng)絡(luò)隔離變壓器之間通過電力載波網(wǎng)絡(luò)連接。所述從網(wǎng)絡(luò)隔離變壓器與所述主網(wǎng)絡(luò)隔離變壓器之間的通訊方式采用半雙工方式，所述網(wǎng)絡(luò)控制器周期性地輪詢所述基于可尋址的繼電器和開關(guān)。所述負(fù)載和繼電器分別與供電傳輸線連接，所述繼電器與負(fù)載連接，所述供電傳輸線與所述從站隔離變壓器、所述主站隔離變壓器連接。本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在施工方便、便于維護(hù)、降低成本。


圖I是基于電力載波的可尋址的繼電器和開關(guān)的原理框圖。圖2是基于電力載波的網(wǎng)絡(luò)控制器的原理框圖。圖3是基于電力載波的基于可尋址的繼電器和開關(guān)的PLC控制系統(tǒng)的原理框圖。圖4是數(shù)據(jù)幀格式示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。參照圖I 圖3，一種基于電力載波的可尋址的繼電器和開關(guān)的PLC控制系統(tǒng)，包括PLC控制器20和網(wǎng)絡(luò)控制器23，所述PLC控制器20包括開關(guān)信號輸入端和開關(guān)控制輸出端，所述網(wǎng)絡(luò)控制器23包括開關(guān)狀態(tài)接口 201和開關(guān)控制接口 202，所述開關(guān)狀態(tài)接口 201與所述開關(guān)信號輸入端連接，所述開關(guān)控制接口 202與所述開關(guān)控制輸出端連接，所述網(wǎng)絡(luò)控制器20還包括主站通訊協(xié)議棧和從站管理器24和主站隔離變壓器214，所述開關(guān)狀態(tài)接口 201和開關(guān)控制接口 202均與所述主站通訊協(xié)議棧和從站管理器24連接，所述主站通訊協(xié)議棧和從站管理器24與所述主站隔離變壓器214連接；所述PLC控制系統(tǒng)還包括可尋址的繼電器和開關(guān)，所述可尋址的繼電器和開關(guān)包括開關(guān)輸入電路101、驅(qū)動電路 102、從站通訊協(xié)議棧14和從站隔離變壓器111，所述從站隔離變壓器111與所述主站隔離變壓器214通過電力載波網(wǎng)絡(luò)連接，所述從站隔離變壓器111與與所述從站網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧14 連接，所述從站網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧14通過第一從站光電隔離器103與開關(guān)輸入電路101連接，并通過第二從站光電隔離器104與驅(qū)動電路102連接，所述開關(guān)輸入電路101與開關(guān)反饋電路10連接，所述驅(qū)動電路102與繼電器12連接，所述繼電器12為負(fù)載11的控制開關(guān)。所述可尋址的繼電器和開關(guān)有至少兩個，相鄰的可尋址的繼電器和開關(guān)的從網(wǎng)絡(luò)隔離變壓器之間通過電力載波網(wǎng)絡(luò)連接。所述從網(wǎng)絡(luò)隔離變壓器與所述主網(wǎng)絡(luò)隔離變壓器之間的通訊方式采用半雙工方式，所述網(wǎng)絡(luò)控制器周期性地輪詢所述基于可尋址的繼電器和開關(guān)。所述負(fù)載11和繼電器 12分別與供電傳輸線15連接，所述繼電器12與負(fù)載11連接，所述供電傳輸線15與所述從站隔離變壓器111、所述主站隔離變壓器214連接。本實施例所述的可尋址的(干簧或固態(tài))繼電器和開關(guān)(簡稱從站)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能單元見圖I。從站(圖I)包括電源部分，調(diào)制解調(diào)部分和執(zhí)行部分。15為供電傳輸線，它除了為從站以及從站負(fù)載供電外，還為從站傳輸信息。作為電源直接為負(fù)載供電，并且通過變壓器為從站弱電部分供電。作為物理信道，還傳輸載波信號。電力線上的電通過從站隔離變壓器111后衰減，保護(hù)從站不被高壓損壞。衰減后的信號經(jīng)過高通濾波器后送至電力線載波調(diào)制解調(diào)器107。109和110為從站的時鐘系統(tǒng)，109波特率與主站一致。從站地址配置單元108，分配連接在從站上的繼電器的地址。應(yīng)用層狀態(tài)機(jī)113根據(jù)主站送到的命令和數(shù)據(jù)來執(zhí)行狀態(tài)轉(zhuǎn)移。從站看門狗106的作用只要調(diào)制解調(diào)器處于上電狀態(tài)就要給看門狗喂電。第一從站光電隔離器103和第二從站光電隔離器104均采用光耦，用于強弱電的隔離。開關(guān)狀態(tài)反饋電路10通過開關(guān)輸入電路13后經(jīng)第一從站光電隔離器103送到從站。 應(yīng)用層狀態(tài)機(jī)113的狀態(tài)改變通過輸出控制單元105作用到光耦。當(dāng)主站發(fā)送載波信號后，載波信號通過從站隔離變壓器111后，首先經(jīng)過濾波電路去除低頻，然后經(jīng)過從站電力線載波調(diào)制解調(diào)器107解調(diào)后送到應(yīng)用層狀態(tài)機(jī)113，送過來的信號是個數(shù)據(jù)幀，根據(jù)原先制定好的協(xié)議提取地址位，如果地址位不對則放棄該數(shù)據(jù)幀，如果地址位是自己從站的地址的話再提取信息位和校驗位。如果校驗正確則提取信息， 如果錯誤則放棄該數(shù)據(jù)幀。主站發(fā)送的數(shù)據(jù)幀地址與自身相符且校驗通過，則提取信息， APP層狀態(tài)機(jī)根據(jù)用用信息執(zhí)行狀態(tài)轉(zhuǎn)移，輸出控制單元105接受到狀態(tài)變化后改變其輸出，從而實現(xiàn)繼電器的控制，同時發(fā)送一個應(yīng)答幀給主站。所述的網(wǎng)絡(luò)控制器(主站)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能單元見圖2。主站(圖2)的部分結(jié)構(gòu)與從站類似，25是供電傳輸線，通過供電電源215為主站供電，并且通過主站隔離變壓器214為主站傳輸信號。211和213是時鐘電路，211波特率和從站一致。電網(wǎng)上的信號經(jīng)過主站隔離變壓器214后的首先經(jīng)過濾波電路去除低頻，然后送至主站電力線載波調(diào)制解調(diào)器212中，此部分與從站一致。主站電力線載波調(diào)制解調(diào)器212解調(diào)信號后把數(shù)字信號送到主站APP層狀態(tài)機(jī)和從站管理器210和從站管理器。從站配置表209為FROM，存放的是從站配置表內(nèi)容，它為主站APP層狀態(tài)機(jī)和從站管理器210 和映射207提供從站的配置信息。映射狀態(tài)機(jī)207讀取從站配置表209的從站配置內(nèi)容， 刷新自身狀態(tài)，改變開關(guān)狀態(tài)映射寄存器區(qū)204和開關(guān)控制映射寄存器區(qū)205寄存器對于開關(guān)關(guān)系的映射關(guān)系。(22)為編程器，它通過從站配置接口 203與從站配置表209連接。寫入數(shù)據(jù)到從站配置表209 (FROM)。(20)是主PLC，它的開關(guān)狀態(tài)作用于開關(guān)控制接口 202后改變開關(guān)狀態(tài)映射寄存器區(qū)204和開關(guān)控制映射寄存器區(qū)20寄存器里面的內(nèi)容，并且通過開關(guān)狀態(tài)接口 201來讀取開關(guān)狀態(tài)映射寄存器的內(nèi)容。PLC端口狀態(tài)的改變會引起開關(guān)控制接口 202寄存器對應(yīng)數(shù)據(jù)的改變，主站在下一個周期的時候會讀取開關(guān)控制接口 202寄存器的數(shù)據(jù)。主站APP層狀態(tài)機(jī)和從站管理器 210根據(jù)數(shù)據(jù)生成對應(yīng)的數(shù)據(jù)幀送到主站電力線載波調(diào)制解調(diào)器212調(diào)制解調(diào)器中，主站電力線載波調(diào)制解調(diào)器212將數(shù)據(jù)調(diào)制成載波信號后通過隔離變壓器加載到電力線上，然后等待從站的應(yīng)答數(shù)據(jù)幀。在得到一個從站的應(yīng)答后繼續(xù)編寫下一條數(shù)據(jù)幀發(fā)送到電力線上。這樣周而復(fù)始的運行。網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議協(xié)議棧包括有物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層。物理層完成數(shù)據(jù)的調(diào)制解調(diào)及傳輸，應(yīng)用層是功能層，完成狀態(tài)查詢和動作。數(shù)據(jù)鏈路層傳輸數(shù)據(jù)幀，數(shù)據(jù)幀由報文頭、地址、命令、數(shù)據(jù)、校驗、結(jié)束組成。(I)通訊方式半雙工，主站周期性地輪詢從站。(2)數(shù)據(jù)幀格式如圖4所示；1)8位數(shù)據(jù)幀報文頭，在空閑時有主站給出“高”電平信號，通訊開始時由主站先發(fā)送報文頭。2)此21位包含有地址信息，控制命令，數(shù)據(jù)和校驗信息，此處的校驗是指查錯，不包含改錯。為了確保信息的準(zhǔn)確無誤，當(dāng)從站查到有錯誤信息時將放棄該幀，等待主站重發(fā)。因為是采用海明碼校驗的方式，所以這21個數(shù)據(jù)中包含有5位的校驗數(shù)據(jù)，分別是 B1、B2、B4、B8、B16。其中，BI代表 B3、B5、B7、B9、B11、B13、B1 5、B17、B19、B21 這些位中 I 的奇偶，如
果I是奇數(shù)者BI取1，如果是偶數(shù)者取O。同理，B2 代表83、86、87、810、811、814、815、818、819 中 I 的奇偶。84代表85、86、87、812、813、814、815、820、821 中 I 的奇偶。B8 代表 B9、B10、B11、B12、B13、B14、B15 中 I 的奇偶。B16 代表 B17、B1 8、B19、B20、B21 中 I 的奇偶。從站在收到數(shù)據(jù)幀后檢查數(shù)據(jù)是否正確，如果不對者放棄信道控制權(quán)(等同于沒有回復(fù))，等待主機(jī)重新發(fā)送數(shù)據(jù)幀。地址信息段位于B3、B5、B6、B7、B9、B10、BH、B12。共8位，最多可運行254個從站(主站地址和廣播地址占用2個)。命令信息段位于B13、B14、B15、B17。共8位4位控制命令，從站或主站根據(jù)這個命令進(jìn)行相應(yīng)的功能操作，所謂功能操作是指主站查詢從站狀態(tài)或者是控制從站如何執(zhí)行動作。(3)波特率和通訊周期、開關(guān)控制和狀態(tài)的刷新周期之間關(guān)系。系統(tǒng)波特率可選(1200/2400/4800/9600)，根據(jù)工作環(huán)境選擇，主站發(fā)送Ibit給從站所需的時間為t = IS/波特率,則發(fā)送一個數(shù)據(jù)巾貞既32bit的時間為T = 32*t,主站發(fā)送完一個數(shù)據(jù)幀需要等待從站一個應(yīng)答幀，而且發(fā)送完數(shù)據(jù)幀后主站放棄總線控制權(quán)到從站掌管控制權(quán)需要Ims的時間，同樣從站放棄總線控制權(quán)到主站掌管總線也需要Ims的時間，所以完成一次主從間的通訊需要的時間為2T+2ms。假設(shè)有N個從站，則主站刷新一次從站狀態(tài)的時間最多為N*(2T+2ms)，既PLC —次開關(guān)狀態(tài)的改變最多需要N*(2T+2)ms的時間。使用本發(fā)明所述的可尋址的(干簧或固態(tài))繼電器和開關(guān)(從站)與網(wǎng)絡(luò)控制器 (主站)通過電力線組建的分布式系統(tǒng)如圖3所示。每個周期通訊開始前，主站讀取開關(guān)控制映射寄存器的內(nèi)容從而更新自身的狀態(tài)，根據(jù)從站配置表生成相應(yīng)的數(shù)據(jù)幀發(fā)送給從站。在完成對N個從站的更新后把從站的狀態(tài)數(shù)據(jù)寫入到開關(guān)狀態(tài)映射寄存器中。然后再讀取開關(guān)控制映射寄存器的內(nèi)容，重新更新從站的狀態(tài)。
權(quán)利要求
1.一種基于電力載波的可尋址的繼電器和開關(guān)的PLC控制系統(tǒng)，包括PLC控制器和網(wǎng)絡(luò)控制器，所述PLC控制器包括開關(guān)信號輸入端和開關(guān)控制輸出端，所述網(wǎng)絡(luò)控制器包括開關(guān)狀態(tài)接口和開關(guān)控制接口，所述開關(guān)狀態(tài)接口與所述開關(guān)信號輸入端連接，所述開關(guān)控制接口與所述開關(guān)控制輸出端連接，其特征在于所述網(wǎng)絡(luò)控制器還包括主站通訊協(xié)議棧和從站管理器和主站隔離變壓器，所述開關(guān)狀態(tài)接口和開關(guān)控制接口均與所述主站通訊協(xié)議棧和從站管理器連接，所述主站通訊協(xié)議棧和主站隔離變壓器連接；所述PLC控制系統(tǒng)還包括可尋址的繼電器和開關(guān)，所述可尋址的繼電器和開關(guān)包括開關(guān)輸入電路、驅(qū)動電路、從站通訊協(xié)議棧和從站隔離變壓器，所述從站隔離變壓器與所述主站隔離變壓器通過電力載波網(wǎng)絡(luò)連接，所述從站隔離變壓器與所述從站網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧連接，所述從站網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧通過第一光電隔離器開關(guān)輸入電路連接，并通過第二光電隔離器與與驅(qū)動電路連接，所述開關(guān)輸入電路與開關(guān)反饋電路連接，所述驅(qū)動電路與繼電器連接，所述繼電器為負(fù)載的控制開關(guān)。
2.如權(quán)利要求I所述的基于電力載波的可尋址的繼電器和開關(guān)的PLC控制系統(tǒng)，其特征在于所述可尋址的繼電器和開關(guān)有至少兩個，相鄰的可尋址的繼電器和開關(guān)的從網(wǎng)絡(luò)隔離變壓器之間通過電力載波網(wǎng)絡(luò)連接。
3.如權(quán)利要求I或2所述的基于電力載波的可尋址的繼電器和開關(guān)的PLC控制系統(tǒng)， 其特征在于所述從網(wǎng)絡(luò)隔離變壓器與所述主網(wǎng)絡(luò)隔離變壓器之間的通訊方式采用半雙工方式，所述網(wǎng)絡(luò)控制器周期性地輪詢所述基于可尋址的繼電器和開關(guān)。
4.如權(quán)利要求I或2所述的基于電力載波的可尋址的繼電器和開關(guān)的PLC控制系統(tǒng)， 其特征在于所述負(fù)載和繼電器分別與供電傳輸線連接，所述繼電器與負(fù)載連接，所述供電傳輸線與所述從站隔離變壓器、所述主站隔離變壓器連接。
全文摘要
一種基于電力載波的可尋址的繼電器和開關(guān)的PLC控制系統(tǒng)，包括PLC控制器和網(wǎng)絡(luò)控制器，網(wǎng)絡(luò)控制器還包括主站通訊協(xié)議棧和從站管理器和主站隔離變壓器，開關(guān)狀態(tài)接口和開關(guān)控制接口均與主站通訊協(xié)議棧和從站管理器連接，主站通訊協(xié)議棧和從站管理器與主站隔離變壓器連接；PLC控制系統(tǒng)還包括可尋址的繼電器和開關(guān)，從站隔離變壓器與主站隔離變壓器通過電力載波網(wǎng)絡(luò)連接，從站隔離變壓器與從站網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧連接，從站網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧通過第一光電隔離器開關(guān)輸入電路連接，并通過第二光電隔離器與與驅(qū)動電路連接，開關(guān)輸入電路與開關(guān)反饋電路連接，驅(qū)動電路與繼電器連接，繼電器為負(fù)載的控制開關(guān)。本發(fā)明施工方便、便于維護(hù)、降低成本。
文檔編號G05B19/05GK102591247SQ201210022458
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月1日
發(fā)明者王忠飛, 金華強, 陳進(jìn)熹 申請人:浙江工業(yè)大學(xué)