專利名稱：一種可編程控制系統(tǒng)及組態(tài)程序控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及自動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種可編程控制系統(tǒng)及組態(tài)程序控制方法。
背景技術(shù)：
目前，以DCS (Distributed Control System,分布式控制系統(tǒng))和 PLC(Programmable Logic Controller,可編程邏輯控制器)為主導(dǎo)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)已成為了主流的控制設(shè)備?，F(xiàn)有控制系統(tǒng)，如上述DCS和PLC，均是基于嵌入式處理芯片配合復(fù)雜的外圍處理模塊和通信模塊的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，嵌入式處理芯片需通過外圍芯片電路或現(xiàn)場(chǎng)總線實(shí)現(xiàn)與外圍處理模塊和通信模塊的控制信號(hào)傳遞。在現(xiàn)有的控制系統(tǒng)研發(fā)中，嵌入式處理芯片所使用的是通用的無控制內(nèi)核 CPU (Central Processing Unit,中央處理器)和 DSP (Digital Signal Processing,數(shù)字信號(hào)處理器)，開發(fā)者需要編寫能夠使外圍處理模塊、通信模塊與嵌入式處理芯片相互匹配的CPU內(nèi)核程序，并在該CPU內(nèi)核程序上支持控制組態(tài)程序的編程。由于控制系統(tǒng)復(fù)雜的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，開發(fā)者編寫的一套CPU內(nèi)核程序只能匹配特定的嵌入式處理芯片、外圍處理模塊和通信模塊，而在芯片品牌和型號(hào)多樣性的今天，在面對(duì)使用不同的嵌入式處理芯片、外圍處理模塊和通信模塊的自動(dòng)化控制系統(tǒng)時(shí)，開發(fā)者需編寫多套不同的CPU內(nèi)核程序，以使不同的CPU內(nèi)核程序匹配各自對(duì)應(yīng)的嵌入式處理芯片、外圍處理模塊和通信模塊，這使得開發(fā)單位需要投入較大的控制系統(tǒng)研發(fā)成本。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明實(shí)施例提供一種可編程控制系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有控制系統(tǒng)的CPU 內(nèi)核程序編程開發(fā)難題，及由此帶來的研發(fā)成本高的問題。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案一種可編程控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)具有集成芯片結(jié)構(gòu)，包括測(cè)量接入芯片管腳的模擬量信號(hào)和開關(guān)量信號(hào)，將所述模擬量信號(hào)和開關(guān)量信號(hào)轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)信息并輸出的信號(hào)輸入單元；下載組態(tài)程序，輸出所述組態(tài)程序的網(wǎng)絡(luò)通信單元；與所述網(wǎng)絡(luò)通信單元相連，接收并解析所述組態(tài)程序，輸出解析后的組態(tài)程序的組態(tài)程序解析單元；分別與所述信號(hào)輸入單元和所述組態(tài)程序解析單元相連，接收所述對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)信息和所述解析后的組態(tài)程序，依據(jù)所述解析后的組態(tài)程序?qū)λ鰧?duì)應(yīng)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理，生成處理后信息并輸出所述處理后信息的控制處理單元；與所述控制處理單元相連，將所述處理后信息轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的模擬量信號(hào)和開關(guān)量信號(hào)，從對(duì)應(yīng)芯片管腳輸出該模擬量信號(hào)和開關(guān)量信號(hào)的信號(hào)輸出單元。優(yōu)選的，所述組態(tài)程序解析單元包括解釋解析子單元或編譯解析子單元；
所述解釋解析子單元，用于在不改動(dòng)所述組態(tài)程序的情況下，對(duì)所述組態(tài)程序按句讀取并解釋執(zhí)行；所述編譯解析子單元，用于在第一次執(zhí)行所述組態(tài)程序時(shí)，將所述組態(tài)程序編譯為本地機(jī)器代碼并存儲(chǔ)。優(yōu)選的，所述網(wǎng)絡(luò)通信單元，還用于在不同控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信單元間進(jìn)行信息交互；所述控制處理單元還與所述網(wǎng)絡(luò)通信單元相連，用于控制所述網(wǎng)絡(luò)通信單元的數(shù)據(jù)通信，所述數(shù)據(jù)通信包括組態(tài)程序的下載和不同網(wǎng)絡(luò)通信單元間的信息交互。優(yōu)選的，所述系統(tǒng)還包括分別與所述網(wǎng)絡(luò)通信單元，所述組態(tài)程序解析單元和所述控制處理單元相連，存儲(chǔ)所述組態(tài)程序和/或所述解析后的組態(tài)程序，及存儲(chǔ)所述網(wǎng)絡(luò)通信單元、所述組態(tài)程序解析單元和所述控制處理單元在運(yùn)行過程中的產(chǎn)生的過程數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元。優(yōu)選的，所述網(wǎng)絡(luò)通信單元還與所述組態(tài)程序解析單元，所述控制處理單元和所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元相連，用于對(duì)所述組態(tài)程序解析單元，所述控制處理單元和所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)控，及對(duì)所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢和配置。優(yōu)選的,所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元還包括芯片信息存儲(chǔ)子單元，用于存儲(chǔ)控制系統(tǒng)的芯片信息，所述芯片信息包括所述控制處理單元支持的功能塊和功能函數(shù)信息。優(yōu)選的，所述網(wǎng)絡(luò)通信單元包含有以太網(wǎng)接口和/或通用異步接收/發(fā)送UART接□。優(yōu)選的，所述系統(tǒng)還包括分別與所述信號(hào)輸入單元和所述信號(hào)輸出單元相連，實(shí)時(shí)采集控制系統(tǒng)內(nèi)的芯片環(huán)境溫度，以對(duì)所述信號(hào)輸入單元和所述信號(hào)輸出單元進(jìn)行溫度補(bǔ)償和監(jiān)控的溫度測(cè)量單
J Li ο本發(fā)明還提供一種組態(tài)程序控制方法，包括測(cè)量接入控制系統(tǒng)的模擬量信號(hào)和開關(guān)量信號(hào)，將所述模擬量信號(hào)和開關(guān)量信號(hào)轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)信息，及，下載組態(tài)程序，若所述控制系統(tǒng)支持所述組態(tài)程序需調(diào)用的功能塊或功能函數(shù)， 則依據(jù)預(yù)置的組態(tài)程序解析方式，解析所述組態(tài)程序；依據(jù)所述解析后的組態(tài)程序，對(duì)所述對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理；將處理后的所述對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)信息，轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的模擬量信號(hào)和開關(guān)量信號(hào)并輸出， 以便對(duì)所述控制對(duì)象進(jìn)行控制；優(yōu)選的，所述依據(jù)預(yù)置的組態(tài)程序解析方式，解析所述組態(tài)程序具體為在不改動(dòng)所述組態(tài)程序的情況下，對(duì)所述組態(tài)程序按句讀取并解釋執(zhí)行，或在第一次執(zhí)行所述組態(tài)程序時(shí)，將所述組態(tài)程序編譯為本地機(jī)器代碼并存儲(chǔ)?；谝陨霞夹g(shù)方案，本發(fā)明實(shí)施例所提供的可編程控制系統(tǒng)具有集成芯片結(jié)構(gòu)， 信號(hào)輸入單元，網(wǎng)絡(luò)通信單元，組態(tài)程序解析單元，控制處理單元和信號(hào)輸出單元全部集成在一個(gè)芯片中，舍棄了現(xiàn)有控制系統(tǒng)的復(fù)雜系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，在本發(fā)明實(shí)施例所提供控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上，使用者只需搭建簡(jiǎn)單的外圍電路(如電源供電電路，通信線纜等)即可進(jìn)行組態(tài)程序控制，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單或復(fù)雜的控制回路，避免了內(nèi)核程序的多次開發(fā)；其次，本發(fā)明實(shí)施例所提供的控制系統(tǒng)以硬件的形式將具有組態(tài)程序解析功能的組態(tài)程序解析單元集成在了芯片中，相比現(xiàn)有控制系統(tǒng)采用軟件形式，對(duì)組態(tài)程序進(jìn)行解析的方式，本發(fā)明所提供的硬件式組態(tài)程序解析，提升了解析速度，提高了控制系統(tǒng)工作效率。本發(fā)明實(shí)施例所提供的控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了控制系統(tǒng)的集成芯片結(jié)構(gòu)化，降低了控制系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜度，對(duì)控制系統(tǒng)的研發(fā)成本進(jìn)行了控制，其次提高了組態(tài)程序解析速度，提高了控制系統(tǒng)工作效率。


為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖I為本發(fā)明實(shí)施例一種可編程控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例組態(tài)程序解析單元的結(jié)構(gòu)框圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例一種可編程控制系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)框圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例一種組態(tài)程序控制方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明實(shí)施例旨在提供一種芯片集成化的可編程控制系統(tǒng)，舍棄現(xiàn)有控制系統(tǒng)所使用的嵌入式處理器芯片配合復(fù)雜的外圍處理模塊和通信模塊的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，將控制系統(tǒng)所需的控制內(nèi)核(具備組態(tài)程序解析功能)、處理內(nèi)核(具備組態(tài)程序執(zhí)行功能)和控制處理裝置等全部集成在一個(gè)芯片中，降低控制系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜度，通過一套處理內(nèi)核程序的開發(fā)，即可滿足控制系統(tǒng)需求?；谝陨习l(fā)明宗旨，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。圖I為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種可編程控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。參照?qǐng)D1，該控制系統(tǒng)具有集成芯片結(jié)構(gòu)，該控制系統(tǒng)可以包括信號(hào)輸入單元100，網(wǎng)絡(luò)通信單元200，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元300，組態(tài)程序解析單元400，控制處理單元500和信號(hào)輸出單元600。信號(hào)輸入單元100，用于測(cè)量接入控制系統(tǒng)的模擬量信號(hào)和開關(guān)量信號(hào)，將所述模擬量信號(hào)和開關(guān)量信號(hào)轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)信息并輸送給控制處理單元500 ；信號(hào)輸入單元100 —端與本發(fā)明控制系統(tǒng)的芯片管腳相連，另一端與控制處理單元500相連，測(cè)量連接到控制系統(tǒng)的芯片管腳上的模擬量信號(hào)值或開關(guān)量信號(hào)，并將這些信號(hào)轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)信息，以作為控制回路的輸入提交給控制處理單元處理500。所測(cè)量的模擬量信號(hào)和開關(guān)量信號(hào)包括電壓信號(hào)、電流信號(hào)、電阻信號(hào)、電容信號(hào)、觸點(diǎn)型開關(guān)信號(hào)、電平型開關(guān)信號(hào)、頻率信號(hào)、脈沖信號(hào)等，可根據(jù)本發(fā)明控制系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用上的不同或最終生產(chǎn)時(shí)的芯片型號(hào)，集成這些信號(hào)中的一種或多種；接入控制系統(tǒng)的芯片管腳上的模擬量信號(hào)和開關(guān)量信號(hào)來自于控制現(xiàn)場(chǎng)的傳感器、變送器、繼電器開關(guān)等。信號(hào)輸入單元100的工作流程可以為首先，實(shí)時(shí)掃描控制系統(tǒng)的芯片管腳上的輸入信號(hào)是否在允許范圍；其次，對(duì)信號(hào)進(jìn)行如放大、縮小、差共模轉(zhuǎn)換、電平調(diào)整等調(diào)理補(bǔ)償工作，得到標(biāo)準(zhǔn)化易測(cè)量的信號(hào)；然后，進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換、脈沖計(jì)數(shù)等信號(hào)測(cè)量工作，得到以數(shù)字量表達(dá)的準(zhǔn)備測(cè)量值；根據(jù)測(cè)量值所在區(qū)間，實(shí)時(shí)調(diào)整輸入單元的相關(guān)電路補(bǔ)償參數(shù) (如增益)，以進(jìn)一步提高測(cè)量的精度；最后，將測(cè)量值連同測(cè)量單位傳遞給控制處理單元 500。信號(hào)輸入單元100支持的模擬量信號(hào)包括電壓信號(hào)、電流信號(hào)、電阻信號(hào)、電容信號(hào)，具體信號(hào)類型例如0 5V直流電壓信號(hào)、IV 5V直流電壓信號(hào)、-IOV IOV直流電壓信號(hào)、O 20mA直流信號(hào)、4 20mA直流信號(hào)、E/J/K/N/T/B/S/R型熱電耦信號(hào)、PT100/ CU50型熱電阻信號(hào)、熱敏電阻信號(hào)等。支持的開關(guān)量信號(hào)包括觸點(diǎn)型開關(guān)信號(hào)、電平型開關(guān)信號(hào)、頻率信號(hào)、脈沖信號(hào)，具體信號(hào)類型例如無源觸點(diǎn)信號(hào)、有源觸點(diǎn)信號(hào)、PNP/NPN型接近開關(guān)信號(hào)、OHz 10000Hz脈沖信號(hào)等。對(duì)各種信號(hào)測(cè)量輸入的具體電路實(shí)現(xiàn)方式，本發(fā)明不作限制。網(wǎng)絡(luò)通信單元200，用于下載組態(tài)程序，將所述組態(tài)程序發(fā)送給組態(tài)程序解析單元 400 ；網(wǎng)絡(luò)通信單元200還與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元300，組態(tài)程序解析單元400和控制處理單元 500相連，用于在不同控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信單元間進(jìn)行信息交互，對(duì)控制系統(tǒng)各功能單元的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)控，包括對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元300、組態(tài)程序解析單元400和控制處理單元500的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)控，及對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元300存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢和配置；具體的，網(wǎng)絡(luò)通信單元200用于為控制組態(tài)程序的下載、控制運(yùn)行的監(jiān)控、與其它本發(fā)明控制系統(tǒng)或控制器的數(shù)據(jù)交互提供信息通道，網(wǎng)絡(luò)通信單元200可根據(jù)最終生產(chǎn)的本發(fā)明控制系統(tǒng)的芯片型號(hào)和功能的不同，集成各種通信接口和協(xié)議的一種或多種，如SPI 接口、IIC 接口、UART 接口、RS232 接口、RS485 接口、CAN 接口、以太網(wǎng)接口、Profibus 接口、 EPA接口等。網(wǎng)絡(luò)通信單元200中RS232接口或以太網(wǎng)接口(如集成)，用于基于IEC61131-3 標(biāo)準(zhǔn)的控制組態(tài)程序的下載?；贗EC61131-3標(biāo)準(zhǔn)的組態(tài)程序，由應(yīng)用人員在組態(tài)軟件上完成編程，編程語目可以是IL、ST、LD、FBD和SFC。組態(tài)軟件將各編程語目實(shí)現(xiàn)的程序統(tǒng)一轉(zhuǎn)換為IL語言的組態(tài)程序，通過RS232接口或以太網(wǎng)接口(如集成)下載至本發(fā)明控制系統(tǒng)內(nèi)部，可以存放在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元300中，再交由組態(tài)程序解析單元400解析，也可直接交由組態(tài)程序解析單元400解析。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元300與網(wǎng)絡(luò)通信單元200，組態(tài)程序解析單元400和控制處理單元 500相連，用于存儲(chǔ)所述組態(tài)程序和/或解析后的組態(tài)程序，及存儲(chǔ)本發(fā)明控制系統(tǒng)各功能單元在運(yùn)行過程中的產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，包括網(wǎng)絡(luò)通信單元200、組態(tài)程序解析單元400和控制處理單元500在運(yùn)行過程中的產(chǎn)生的過程數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元300主要負(fù)責(zé)及時(shí)地存儲(chǔ)下載的組態(tài)程序和/或解析后的組態(tài)程序(如為編譯型解析方式，還包括編譯后的本地機(jī)器代碼)、臨時(shí)變量和SOE (Sequence Of Event，事件順序記錄)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元300對(duì)控制系統(tǒng)各功能單元在運(yùn)行過程中的產(chǎn)生的過程數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)了控制系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)記錄，并可以通過網(wǎng)絡(luò)通信單元200進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)的查詢和配置。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元300分為Flash存儲(chǔ)區(qū)和Ram (Random access memory,隨機(jī)存儲(chǔ))存儲(chǔ)區(qū)，各存儲(chǔ)區(qū)的大小直接影響控制系統(tǒng)所支持的控制復(fù)雜度。芯片信息區(qū)為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元300中固化的一部分，芯片信息區(qū)內(nèi)存儲(chǔ)有芯片相關(guān)的信息，不可擦除和更改。芯片信息區(qū)包含有芯片支持的輸入輸出類型和數(shù)量信息、網(wǎng)絡(luò)通信接口類型和數(shù)量信息、芯片的組態(tài)程序解析方式信息、芯片支持的控制功能塊和功能函數(shù)信息、芯片型號(hào)、芯片版本、廠商信息、出廠日期信息和唯一的32位芯片標(biāo)簽。芯片信息區(qū)設(shè)置有芯片信息存儲(chǔ)子單元(未圖示)，用于存儲(chǔ)控制系統(tǒng)信息，所述控制系統(tǒng)信息包括控制系統(tǒng)的控制處理單元500支持的功能塊和功能函數(shù)信息。組態(tài)程序解析單元400與網(wǎng)絡(luò)通信單元200相連，用于解析所述組態(tài)程序，將解析后的組態(tài)程序發(fā)送給控制處理單元500 ；組態(tài)程序解析單元400將通過網(wǎng)絡(luò)通信單元200下載的基于IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)的組態(tài)程序進(jìn)行解析，交給控制處理單元500運(yùn)行處理。組態(tài)程序是以IL語言為基本結(jié)構(gòu)的已編碼文件，具體編碼方式本發(fā)明不作限制。組態(tài)程序解析單元400支持兩種解析方式，具體可以由組態(tài)程序解析單元400的內(nèi)置子單元進(jìn)行，參照?qǐng)D2，圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的組態(tài)程序解析單元400的結(jié)構(gòu)框圖， 包括解釋解析子單元401，用于在不改動(dòng)所述組態(tài)程序的情況下，對(duì)所述組態(tài)程序按句讀取并解釋執(zhí)行；編譯解析子單元402，用于在第一次執(zhí)行所述組態(tài)程序時(shí)，將所述組態(tài)程序編譯為本地機(jī)器代碼并存儲(chǔ)。需要說明的是，組態(tài)程序解析單元400可內(nèi)置上述兩個(gè)子單元中的一個(gè)，也可同時(shí)內(nèi)置上述兩個(gè)子單元，即組態(tài)程序解析單元400可內(nèi)置解釋解析子單元401和/或編譯解析子單元402。組態(tài)程序解析單元400在解析過程中，可根據(jù)芯片信息存儲(chǔ)子單元存儲(chǔ)的芯片信息，判斷組態(tài)程序調(diào)用的功能塊或功能函數(shù)是否為控制處理單元500所支持的，可通過判斷控制處理單元500是否集成有對(duì)應(yīng)的功能塊或功能函數(shù)進(jìn)行。如不支持，則組態(tài)程序解析單元中止解析，并通過網(wǎng)絡(luò)處理單元發(fā)送報(bào)警信息，如支持，則依據(jù)預(yù)置的組態(tài)程序解析方式，解析所述組態(tài)程序。組態(tài)程序解析單元工作流程為首先讀取以IL語言為基本結(jié)構(gòu)的組態(tài)文件；其次，根據(jù)芯片的組態(tài)程序解析方式信息進(jìn)行選擇，如為解釋型的解析方式則按句進(jìn)行組態(tài)文件的解析，如為編譯型的解析方式則在按句解析的同時(shí)進(jìn)行代碼存儲(chǔ)；在解析中，如遇 “CAL”指令即調(diào)用功能和功能塊指令，則判斷所調(diào)用的功能函數(shù)和功能塊是否為控制系統(tǒng)所集成，若是，依照預(yù)置的組態(tài)程序解析方式，解析所述組態(tài)程序，若否，則中止解析并通過網(wǎng)絡(luò)處理單元200發(fā)送報(bào)警信息；最后，將解析后的指令代碼交由控制處理單元500處理。控制處理單元500分別與信號(hào)輸入單元100和組態(tài)程序解析單元400相連，用于依據(jù)所述解析后的組態(tài)程序，對(duì)信號(hào)輸入單元100輸入的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理，生成處理后的信息，將處理后信息發(fā)送給信號(hào)輸出單兀600 ；控制處理單元500還與網(wǎng)絡(luò)通信單元200相連，用于控制網(wǎng)絡(luò)通信單元200的數(shù)據(jù)通信，所述數(shù)據(jù)通信包括組態(tài)程序的下載和不同網(wǎng)絡(luò)通信單元間的信息交互；
具體的，控制處理單元500負(fù)責(zé)程序運(yùn)行和數(shù)據(jù)通信的控制，控制處理單元500從信號(hào)輸入單元100采集得到需要的測(cè)量輸入模擬量信號(hào)和開關(guān)量信號(hào)，并從組態(tài)程序解析單元400獲取相應(yīng)的操作指令，按指令對(duì)模擬量信號(hào)和開關(guān)量信號(hào)進(jìn)處理?？刂铺幚韱卧?00可集成IEC61131-3定義的標(biāo)準(zhǔn)功能函數(shù)包括數(shù)字運(yùn)算功能 ABS、SQRT、LOG、LN、EXP、SIN、COS、TAN、ASIN、ACOS、ATAN ;算術(shù)運(yùn)算功能 ADD、SUB、MUL、DIV、 MOD、EXPT, MOVE ;位移與位運(yùn)算功能 SHL、SHR、ROR、ROL、AND、OR、XOR、NOT ;選擇功能 SEL、 MAX、MIN、LIMIT, MUX ；比較功能 GT、GE、LT、LE、EQ、NE ;字符串操作功能 LEN、LEFT、RIGHT、 MID, CONTACT, INSERT、DELETE、RAPLACE、FIND?？刂铺幚韱卧?500 還可集成 IEC61131-3 定義的標(biāo)準(zhǔn)功能塊，包括雙穩(wěn)觸發(fā)器、邊沿觸發(fā)器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、通訊功能塊。此外根據(jù)芯片型號(hào)的不同，控制處理單元500還可提供特殊的功能塊和功能函數(shù)。信號(hào)輸出單兀600與控制處理單兀500相連,用于將所述處理后的信息轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的模擬量信號(hào)和開關(guān)量信號(hào)，從對(duì)應(yīng)管腳輸出該對(duì)應(yīng)的模擬量信號(hào)和開關(guān)量信號(hào)，以便對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行控制；信號(hào)輸出單元600完成的主要工作是在控制系統(tǒng)的芯片管腳上準(zhǔn)確地輸出控制處理單元500所要求的模擬量信號(hào)值或開關(guān)量信號(hào)，以便對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行控制，依據(jù)處理后的模擬量信號(hào)和開關(guān)量信號(hào)對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行控制可參照現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明不再贅述?？刂茖?duì)象與現(xiàn)有控制系統(tǒng)的控制對(duì)象相同，包括工業(yè)機(jī)床、智能設(shè)備等?，F(xiàn)說明下信號(hào)輸出單元的工作流程首先，接收來自控制處理單元的輸出命令、輸出信號(hào)值和單位，判斷是否在控制系統(tǒng)所允許的輸出范圍內(nèi)，如超出量程將提示報(bào)警；其次，將數(shù)字量表達(dá)的目標(biāo)輸出值進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換、PWM(Pulse Width Modulation，脈沖寬度調(diào)制)輸出等轉(zhuǎn)換工作；如有必要，對(duì)信號(hào)進(jìn)行如電壓/電流轉(zhuǎn)換、放大、濾波等調(diào)理補(bǔ)償工作，得到目標(biāo)輸出信號(hào)；將輸出信號(hào)反饋測(cè)量，監(jiān)測(cè)其是否輸出準(zhǔn)確值；最后，在指定控制系統(tǒng)的芯片管腳上輸出信號(hào)。信號(hào)輸出單元600支持的模擬量信號(hào)包括電壓信號(hào)、電流信號(hào)，具體信號(hào)類型例如0 5V直流電壓信號(hào)、IV 5V直流電壓信號(hào)、O 20mA直流信號(hào)、4 20mA直流信號(hào)等。支持的開關(guān)量信號(hào)包括電平型開關(guān)信號(hào)、脈沖信號(hào)、PWM信號(hào)等。對(duì)各種信號(hào)輸出的具體電路實(shí)現(xiàn)方式，本發(fā)明不作限制。在上述控制系統(tǒng)中，信號(hào)輸入單元100支持的信號(hào)類型和數(shù)量信息可以在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元300固化的芯片信息區(qū)中永久保存，網(wǎng)絡(luò)通信單元支持的通信協(xié)議和接口類型、數(shù)量信息在固化的芯片信息區(qū)中永久保存，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元各存儲(chǔ)區(qū)的大小、讀寫權(quán)限等信息同樣在固化的芯片信息區(qū)中永久保存，組態(tài)程序解析單元支持的解析方式等信息也在固化的芯片信息區(qū)中永久保存，控制處理單元提供的所有功能塊和功能函數(shù)類型和數(shù)量信息也在固化的芯片信息區(qū)中永久保存，信號(hào)輸出單元支持的信號(hào)類型和數(shù)量信息在固化的芯片信息區(qū)中永久保存。本發(fā)明實(shí)施例所提供的控制系統(tǒng)，將信號(hào)輸入單元，網(wǎng)絡(luò)通信單元，組態(tài)程序解析單元，控制處理單元和信號(hào)輸出單元全部集成在一個(gè)芯片中，舍棄了現(xiàn)有的嵌入式處理芯片的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，在本發(fā)明實(shí)施例所提供控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上，使用者不需要搭建外圍的通信模塊和處理模塊，只需搭建簡(jiǎn)單的外圍電路(如電源供電電路，通信線纜等)即可進(jìn)行組態(tài)程序控制，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單或復(fù)雜的控制回路，避免了內(nèi)核程序的多次開發(fā)。其次，本發(fā)明實(shí)施例所提供的控制系統(tǒng)以硬件的形式將具有組態(tài)程序解析功能的組態(tài)程序解析單元集成在了芯片中，相比現(xiàn)有控制系統(tǒng)采用軟件形式，對(duì)組態(tài)程序進(jìn)行解析的方式，本發(fā)明所提供的硬件式組態(tài)程序解析方法，提升了解析速度，提高了控制系統(tǒng)工作效率。本發(fā)明實(shí)施例所提供的控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了控制系統(tǒng)的集成芯片結(jié)構(gòu)化，降低了控制系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜度，對(duì)控制系統(tǒng)的研發(fā)成本進(jìn)行了控制，其次提高了組態(tài)程序解析速度，提高了控制系統(tǒng)工作效率。圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種控制系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)框圖，為圖I所示控制系統(tǒng)的具體化，參照?qǐng)D3。信號(hào)輸入單兀100支持的模擬量信號(hào)輸入有-6V 6V直流電壓信號(hào)X8、0 200mV直流電壓信號(hào)父2、11( 5001(熱敏電阻信號(hào)X 1，在信號(hào)輸入單元100內(nèi)集成運(yùn)算放大電路和阻/壓轉(zhuǎn)換電路，用于對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行調(diào)理補(bǔ)償，并將調(diào)整后的電壓值進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換測(cè)量；支持的開關(guān)量信號(hào)有CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor,互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)電平開關(guān)信號(hào)、TTL(Transistor Transistor Logic,邏輯門電路)電平開關(guān)信號(hào)、IHz 500KHz頻率脈沖信號(hào)，輸入通過GPIO (General Purpose Input Output, 通用輸入/輸出)端口實(shí)現(xiàn)，最大可提供32路開關(guān)量信號(hào)輸入；內(nèi)置多個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器映射到相應(yīng)1/0端口，配合實(shí)現(xiàn)脈沖量的捕獲和頻率測(cè)量；電流、熱電耦、熱電阻、繼電器開關(guān)信號(hào)等其它信號(hào)可以通過在芯片外搭建調(diào)理電路實(shí)現(xiàn)。信號(hào)輸出單兀600支持的模擬量信號(hào)輸出為OV 5V直流電壓信號(hào)X 4,通過集成的數(shù)模轉(zhuǎn)換電路實(shí)現(xiàn)，并在輸出端進(jìn)行反饋測(cè)量；支持的開關(guān)量信號(hào)有電平開關(guān)信號(hào)、 IHz 500KHz頻率脈沖信號(hào)、PWM信號(hào)，通過GPIO端口實(shí)現(xiàn)輸出，最大可提供32路開關(guān)量信號(hào)輸入；內(nèi)置多個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器以及PWM控制器映射到相應(yīng)1/0端口 ；電流輸出信號(hào)等其它信號(hào)通過在芯片外搭建調(diào)理電路實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明所提供的具有集成芯片結(jié)構(gòu)的控制系統(tǒng)，還集成有溫度測(cè)量單元，溫度測(cè)量單元與信號(hào)輸入單元和信號(hào)輸入單元相連，用于實(shí)時(shí)采集芯片環(huán)境溫度，以用于信號(hào)輸入/輸出單元的溫度補(bǔ)償和監(jiān)控。網(wǎng)絡(luò)通信單元200 包含有 SPI 接口 X 2、IIC 接口 X I、UART 接口 X 2、Ethernet/ EPA接口 XI。通過UART接口并在芯片外搭建電平轉(zhuǎn)換電路可以實(shí)現(xiàn)RS232和RS485協(xié)議，通過SPI接口可以擴(kuò)展CAN、USB等通信接口。網(wǎng)絡(luò)通信單元200內(nèi)置固化接口的通信協(xié)議，并可以通過組態(tài)方式添加擴(kuò)展接口的通信協(xié)議。組態(tài)程序解析單元400和控制處理單元500均采用芯片內(nèi)嵌32位處理器內(nèi)核固化軟件的方式實(shí)現(xiàn)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元300提供512K的Flash存儲(chǔ)空間和64K的Ram空間，其中256K的Flash空間和32K的Ram空間是為芯片用戶提供的用戶空間，用戶只能通過組態(tài)軟件編程下載，而無法修改數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元中其它內(nèi)容。本實(shí)施例組態(tài)程序解析單元可采用解釋型解析方式，組態(tài)程序通過RS232接口進(jìn)行下載，并存放在用戶空間中。下面將對(duì)基于本發(fā)明控制系統(tǒng)的組態(tài)程序控制方法加以描述，圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種組態(tài)程序控制方法的流程圖，該方法可以包括步驟S100、測(cè)量接入控制系統(tǒng)的模擬量信號(hào)和開關(guān)量信號(hào)，將所述模擬量信號(hào)和開關(guān)量信號(hào)轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)信息，及，下載組態(tài)程序，若所述控制系統(tǒng)支持所述組態(tài)程序需調(diào)用的功能塊或功能函數(shù)， 則依據(jù)預(yù)置的組態(tài)程序解析方式，解析所述組態(tài)程序；
信號(hào)輸入單元100測(cè)量接入控制系統(tǒng)的模擬量信號(hào)和開關(guān)量信號(hào)，將所述模擬量信號(hào)和開關(guān)量信號(hào)轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)信息，網(wǎng)絡(luò)通信單元200下載組態(tài)程序，控制處理單元 500判斷下載后的組態(tài)程序需調(diào)用的功能塊或功能函數(shù)是否為本地集成芯片所支持的，具體可以查找控制處理單元500集成的功能塊或功能函是否有下載后的組態(tài)程序需調(diào)用的， 或通過調(diào)取芯片信息存儲(chǔ)子單元所存儲(chǔ)的芯片信息，將控制處理單元500集成的功能塊或功能函數(shù)與下載后的組態(tài)程序需調(diào)用的功能塊或功能函進(jìn)行比對(duì)，從而判斷控制處理單元 500是否集成有下載后的組態(tài)程序需調(diào)用的功能塊或功能函，當(dāng)控制系統(tǒng)支持下載后的組態(tài)程序需調(diào)用的功能塊或功能函數(shù)時(shí)，組態(tài)程序解析單元400解析所述組態(tài)程序。步驟S200、依據(jù)所述解析后的組態(tài)程序，對(duì)所述對(duì)應(yīng)信息進(jìn)行處理；控制處理單元500進(jìn)行程序控制處理。步驟S300、將處理后的所述對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)信息，轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)模擬量信號(hào)和開關(guān)量信號(hào)并輸出，以便對(duì)所述控制對(duì)象進(jìn)行控制。信號(hào)輸出單元600進(jìn)行處理后的模擬量信號(hào)和開關(guān)量信號(hào)的輸出。本發(fā)明實(shí)施例所提供的控制系統(tǒng)以硬件的形式將具有組態(tài)程序解析功能的組態(tài)程序解析單元集成在了芯片中，相對(duì)現(xiàn)有控制系統(tǒng)提升了解析速度，提高了控制系統(tǒng)工作效率。專業(yè)人員還可以進(jìn)一步意識(shí)到，結(jié)合本文中所公開的實(shí)施例描述的各示例的單元及算法步驟，能夠以電子硬件、計(jì)算機(jī)軟件或者二者的結(jié)合來實(shí)現(xiàn)，為了清楚地說明硬件和軟件的可互換性，在上述說明中已經(jīng)按照功能一般性地描述了各示例的組成及步驟。這些功能究竟以硬件還是軟件方式來執(zhí)行，取決于技術(shù)方案的特定應(yīng)用和設(shè)計(jì)約束條件。專業(yè)技術(shù)人員可以對(duì)每個(gè)特定的應(yīng)用來使用不同方法來實(shí)現(xiàn)所描述的功能，但是這種實(shí)現(xiàn)不應(yīng)認(rèn)為超出本發(fā)明的范圍。結(jié)合本文中所公開的實(shí)施例描述的方法或算法的步驟可以直接用硬件、處理器執(zhí)行的軟件模塊，或者二者的結(jié)合來實(shí)施。軟件模塊可以置于隨機(jī)存儲(chǔ)器(RAM)、內(nèi)存、只讀存儲(chǔ)器(ROM)、電可編程ROM、電可擦除可編程ROM、寄存器、硬盤、可移動(dòng)磁盤、CD-ROM、或技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)所公知的任意其它形式的存儲(chǔ)介質(zhì)中。對(duì)所公開的實(shí)施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。 對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。
權(quán)利要求
1.一種可編程控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制系統(tǒng)具有集成芯片結(jié)構(gòu)，包括測(cè)量接入芯片管腳的模擬量信號(hào)和開關(guān)量信號(hào)，將所述模擬量信號(hào)和開關(guān)量信號(hào)轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)信息并輸出的信號(hào)輸入單元；下載組態(tài)程序，輸出所述組態(tài)程序的網(wǎng)絡(luò)通信單元；與所述網(wǎng)絡(luò)通信單元相連，接收并解析所述組態(tài)程序，輸出解析后的組態(tài)程序的組態(tài)程序解析單元；分別與所述信號(hào)輸入單元和所述組態(tài)程序解析單元相連，接收所述對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)信息和所述解析后的組態(tài)程序，依據(jù)所述解析后的組態(tài)程序?qū)λ鰧?duì)應(yīng)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理，生成處理后信息并輸出所述處理后信息的控制處理單元；與所述控制處理單元相連，將所述處理后信息轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的模擬量信號(hào)和開關(guān)量信號(hào)，從對(duì)應(yīng)芯片管腳輸出該模擬量信號(hào)和開關(guān)量信號(hào)的信號(hào)輸出單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述組態(tài)程序解析單元包括解釋解析子單元或編譯解析子單元；所述解釋解析子單元，用于在不改動(dòng)所述組態(tài)程序的情況下，對(duì)所述組態(tài)程序按句讀取并解釋執(zhí)行；所述編譯解析子單元，用于在第一次執(zhí)行所述組態(tài)程序時(shí)，將所述組態(tài)程序編譯為本地機(jī)器代碼并存儲(chǔ)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述網(wǎng)絡(luò)通信單元，還用于在不同控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信單元間進(jìn)行信息交互；所述控制處理單元還與所述網(wǎng)絡(luò)通信單元相連，用于控制所述網(wǎng)絡(luò)通信單元的數(shù)據(jù)通信，所述數(shù)據(jù)通信包括組態(tài)程序的下載和不同網(wǎng)絡(luò)通信單元間的信息交互。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括分別與所述網(wǎng)絡(luò)通信單元，所述組態(tài)程序解析單元和所述控制處理單元相連，存儲(chǔ)所述組態(tài)程序和/或所述解析后的組態(tài)程序，及存儲(chǔ)所述網(wǎng)絡(luò)通信單元、所述組態(tài)程序解析單元和所述控制處理單元在運(yùn)行過程中的產(chǎn)生的過程數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述網(wǎng)絡(luò)通信單元還與所述組態(tài)程序解析單元，所述控制處理單元和所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元相連，用于對(duì)所述組態(tài)程序解析單元， 所述控制處理單元和所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)控，及對(duì)所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢和配置。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元還包括芯片信息存儲(chǔ)子單元，用于存儲(chǔ)控制系統(tǒng)的芯片信息，所述芯片信息包括所述控制處理單元支持的功能塊和功能函數(shù)信息。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述網(wǎng)絡(luò)通信單元包含有以太網(wǎng)接口和/ 或通用異步接收/發(fā)送UART接口。
8.根據(jù)權(quán)利要求I至7任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括分別與所述信號(hào)輸入單元和所述信號(hào)輸出單元相連，實(shí)時(shí)采集控制系統(tǒng)內(nèi)的芯片環(huán)境溫度，以對(duì)所述信號(hào)輸入單元和所述信號(hào)輸出單元進(jìn)行溫度補(bǔ)償和監(jiān)控的溫度測(cè)量單元。
9.一種組態(tài)程序控制方法，其特征在于，包括測(cè)量接入控制系統(tǒng)的模擬量信號(hào)和開關(guān)量信號(hào)，將所述模擬量信號(hào)和開關(guān)量信號(hào)轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)信息，及，下載組態(tài)程序，若所述控制系統(tǒng)支持所述組態(tài)程序需調(diào)用的功能塊或功能函數(shù)，則依據(jù)預(yù)置的組態(tài)程序解析方式，解析所述組態(tài)程序；依據(jù)所述解析后的組態(tài)程序，對(duì)所述對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理；將處理后的所述對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)信息，轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的模擬量信號(hào)和開關(guān)量信號(hào)并輸出，以便對(duì)所述控制對(duì)象進(jìn)行控制。
10.一種組態(tài)程序控制方法，其特征在于，所述依據(jù)預(yù)置的組態(tài)程序解析方式，解析所述組態(tài)程序具體為在不改動(dòng)所述組態(tài)程序的情況下，對(duì)所述組態(tài)程序按句讀取并解釋執(zhí)行，或在第一次執(zhí)行所述組態(tài)程序時(shí)，將所述組態(tài)程序編譯為本地機(jī)器代碼并存儲(chǔ)。
全文摘要
本發(fā)明實(shí)施例提供一種可編程控制系統(tǒng)及組態(tài)程序控制方法。所述控制系統(tǒng)具有集成芯片結(jié)構(gòu)，包括信號(hào)輸入單元，網(wǎng)絡(luò)通信單元，組態(tài)程序解析單元，控制處理單元和信號(hào)輸出單元；所述信號(hào)輸入單元，用于測(cè)量接入控制系統(tǒng)的模擬量信號(hào)和開關(guān)量信號(hào)，將其轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)信息，并輸送給控制處理單元；所述網(wǎng)絡(luò)通信單元，用于下載組態(tài)程序；所述組態(tài)程序解析單元，用于解析所述組態(tài)程序；所述控制處理單元，用于依據(jù)所述解析后的組態(tài)程序，對(duì)所述對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理，生成處理后信息；所述信號(hào)輸出單元，用于輸出所述處理后信息，以便對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行控制。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了控制系統(tǒng)的集成芯片結(jié)構(gòu)化，對(duì)控制系統(tǒng)的研發(fā)成本進(jìn)行了控制。
文檔編號(hào)G05B19/05GK102608947SQ20121008172
公開日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2012年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月23日
發(fā)明者施一明, 楊大勝, 潘再生, 褚健, 趙鴻鳴, 黃文君 申請(qǐng)人:中控科技集團(tuán)有限公司, 浙江中控研究院有限公司, 浙江大學(xué)