基于軟plc技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)控制終端的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于軟PLC技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)控制終端，它包括一嵌入式控制器，其采用嵌入式系統(tǒng)；一I/O模塊，用于采集檢測區(qū)域的輸入信息數(shù)據(jù)以及輸出處理后的信息數(shù)據(jù)；以及一軟PLC系統(tǒng)，所述軟PLC系統(tǒng)包括一軟PLC開發(fā)系統(tǒng)和一軟PLC運(yùn)行系統(tǒng)，所述軟PLC運(yùn)行系統(tǒng)包括軟PLC運(yùn)行程序和實(shí)時(shí)運(yùn)行內(nèi)核；所述實(shí)時(shí)運(yùn)行內(nèi)核置于所述嵌入式控制器，所述軟PLC運(yùn)行程序用于實(shí)現(xiàn)所述無線傳感網(wǎng)絡(luò)的各種邏輯控制和過程控制。本發(fā)明它改善了傳感器網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的適用性和可擴(kuò)展性，其可視化操作平臺，可滿足不同系統(tǒng)的使用；增加了系統(tǒng)的可移植性，避免了傳統(tǒng)PLC應(yīng)用過程編程的復(fù)雜過程，簡化了操作。
【專利說明】基于軟PLC技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)控制終端

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)控制終端，特別是涉及一種基于軟PLC技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)控制終端。

【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的PLC技術(shù)經(jīng)過長時(shí)間的發(fā)展，已經(jīng)成為一項(xiàng)成熟的技術(shù)，因其高速度、高性能、高可靠新在工業(yè)控制領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，但是傳統(tǒng)的PLC自身存在諸多缺點(diǎn)。
[0003]傳統(tǒng)的PLC生產(chǎn)廠商之間的產(chǎn)品互補(bǔ)兼容，明顯缺少明確一致的標(biāo)準(zhǔn)，因此難以構(gòu)建開放的硬件體系結(jié)構(gòu)；各廠商產(chǎn)品的編程方法差別很大，技術(shù)專有性很強(qiáng)，工作人員必須將經(jīng)過較長時(shí)間的專業(yè)培訓(xùn)才能掌握某一種產(chǎn)品的編程方法；傳統(tǒng)的PLC生產(chǎn)廠家被幾家廠商所壟斷，造成PLC性價(jià)比增長很緩慢，這些因素制約的傳統(tǒng)PLC發(fā)展，為了充分發(fā)揮PLC的控制優(yōu)勢，同時(shí)減少不利因素，提出了軟PLC技術(shù)，就是利用軟件實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)硬件PLC的基本功能，或者說，將PLC的控制功能“封裝”在軟件內(nèi)，運(yùn)行于PC環(huán)境中，使得PLC軟件開發(fā)工具與系統(tǒng)硬件設(shè)備分離，因此可以裝載在各種開放式工業(yè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的軟硬件平臺上，不僅方便了用戶，而且也解除了硬件設(shè)備對于PLC發(fā)展的制約。
[0004]嵌入式系統(tǒng)是一種嵌入到對象體系中的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，主要用于各種類型的信號處理與控制，在當(dāng)前的工業(yè)控制等多個(gè)領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用，將軟PLC技術(shù)與嵌入式系統(tǒng)相結(jié)合，除了具有傳統(tǒng)PLC的PID控制、I/O控制好離散控制之外，還能完成過程控制、運(yùn)動控制等一些復(fù)雜的控制技術(shù)，具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理、運(yùn)算和網(wǎng)絡(luò)通信功能，通過一個(gè)多任務(wù)控制內(nèi)核，提供強(qiáng)大的指令集、快速而準(zhǔn)確的掃描周期，可靠的操作和可連接各種I/O系統(tǒng)的開放式結(jié)構(gòu)，因此具有通用性，性價(jià)比高，程序可移植性強(qiáng)和編程方便等特點(diǎn)。
[0005]嵌入式系統(tǒng)是嵌入對象系統(tǒng)中用于執(zhí)行獨(dú)立功能的專用計(jì)算機(jī)，在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用廣泛，一般采用傳統(tǒng)的嵌入式控制器I實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)控制過程，這使得傳感器網(wǎng)絡(luò)存在一些缺陷，對于功能指定的嵌入式控制器1，只能以某一種微處理器5內(nèi)核為核心，芯片內(nèi)部集成各種必要的功能和外設(shè)，這就使得嵌入式控制器I的針對性較強(qiáng)，也就是說，一種嵌入式控制器I只能實(shí)現(xiàn)一定功能的控制，適用性較差。
[0006]另一方面，在傳感器網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中，檢測區(qū)域范圍和節(jié)點(diǎn)密度的不同，造成網(wǎng)絡(luò)規(guī)模大小不同，節(jié)點(diǎn)失效，新節(jié)點(diǎn)的加入以及節(jié)點(diǎn)的移動等，都會使得網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)動態(tài)的發(fā)生變化，這就要求網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)具有較強(qiáng)的可擴(kuò)展性，能夠適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的變化，現(xiàn)有的傳感器網(wǎng)絡(luò)通常采用嵌入式控制器I來實(shí)現(xiàn)，擴(kuò)展性較差。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是:提供一種基于軟PLC技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)控制終端，它通過將軟PLC系統(tǒng)與嵌入式系統(tǒng)二者合一，利用軟PLC技術(shù)實(shí)現(xiàn)所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的控制。
[0008]本發(fā)明技術(shù)方案是:一種基于軟PLC技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)控制終端，它包括外圍電路模塊；以及一嵌入式控制器，其采用嵌入式系統(tǒng)；以及一 I/o模塊，所述I/O模塊通信聯(lián)接于所述嵌入式系統(tǒng)，所述I/o模塊用于采集檢測區(qū)域的輸入信息數(shù)據(jù)以及輸出處理后的信息數(shù)據(jù)；一軟PLC系統(tǒng)，所述軟PLC系統(tǒng)包括一軟PLC開發(fā)系統(tǒng)和一軟PLC運(yùn)行系統(tǒng)，所述軟PLC運(yùn)行系統(tǒng)包括軟PLC運(yùn)行程序和實(shí)時(shí)運(yùn)行內(nèi)核；所述實(shí)時(shí)運(yùn)行內(nèi)核置于所述嵌入式控制器，所述實(shí)時(shí)運(yùn)行內(nèi)核用于提供所述軟PLC運(yùn)行程序的運(yùn)行環(huán)境；所述軟PLC運(yùn)行程序經(jīng)過程序的分析處理，用于產(chǎn)生輸出信號響應(yīng)所述I/O模塊以實(shí)現(xiàn)無線傳感網(wǎng)絡(luò)的各種邏輯控制和過程控制；所述軟PLC開發(fā)系統(tǒng)用于提供所述軟PLC運(yùn)行系統(tǒng)的軟PLC運(yùn)行軟件。
[0009]下面對上述技術(shù)方案進(jìn)行進(jìn)一步解釋。
[0010]所述軟PLC開發(fā)系統(tǒng)獨(dú)立于所述嵌入式控制器之外。
[0011]所述軟PLC開發(fā)系統(tǒng)為基于Android2.3系統(tǒng)的軟件開發(fā)系統(tǒng)；所述軟PLC開發(fā)系統(tǒng)包括一實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫模塊，用于記錄和生成用戶編輯過程中的基本配置屬性和信息以及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)類型的相關(guān)參數(shù)；一編譯/連接模塊，用于完成用戶編寫的程序代碼詞法/語法的分析，以及生成獨(dú)立于運(yùn)行環(huán)境的目標(biāo)代碼；一仿真模塊，用于仿真運(yùn)行編制的程序；一通信模塊，用于傳遞所述軟PLC開發(fā)系統(tǒng)與硬件平臺之間的數(shù)據(jù)信息；一工程管理模塊，用于管理用戶數(shù)據(jù)。
[0012]所述軟PLC運(yùn)行程序包括一通信模塊，用于傳遞硬件平臺之間與軟PLC開發(fā)系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息；一設(shè)備驅(qū)動模塊；一運(yùn)行虛擬機(jī)模塊；用于執(zhí)行目標(biāo)代碼以及讀取所述I/o模塊的信息和設(shè)備驅(qū)動模塊的信息。
[0013]所述嵌入式系統(tǒng)包括軟件組成部分和硬件組成部分；所述硬件組成部分包括一存儲器以及一微處理器，所述微處理器為ARMll核心處理器，其主頻達(dá)667MHz ;所述軟件組成部分包括一嵌入式操作系統(tǒng)以及一軟件應(yīng)用層。
[0014]它還設(shè)置有一 RS485通信接口 ；所述I/O模塊通過所述RS485通信接口將信息傳遞于所述軟PLC運(yùn)行軟件。
[0015]所述RS485通信接口與所述軟PLC運(yùn)行程序構(gòu)成數(shù)據(jù)采集及監(jiān)視控制系統(tǒng)SCADA。
[0016]它還設(shè)置有一觸摸型可視化操作平臺。
[0017]它還設(shè)置有Wi_F1、3G及WLAN的組網(wǎng)，所述組網(wǎng)用于實(shí)時(shí)檢測傳感器網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中的各項(xiàng)參數(shù)。
[0018]所述I/O模塊配備了滿足不同系統(tǒng)使用的多路標(biāo)準(zhǔn)化輸入輸出接口，所述標(biāo)準(zhǔn)化輸入輸出接口包括太網(wǎng)接口、usb2.0數(shù)據(jù)線接口、SD卡接口、IDE接口、SIM卡接口、4_10mA輸入接口、0-5V輸入接口、開關(guān)量輸入接口、Modbus通信協(xié)議接口、繼電器輸出接口、PWM輸出端、0-20mA輸出端。
[0019]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:本發(fā)明的基于軟PLC技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)控制終端，它改善了傳感器網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的適用性和可擴(kuò)展性，其可視化操作平臺，可滿足不同系統(tǒng)的使用；增加了系統(tǒng)的可移植性，避免了傳統(tǒng)PLC應(yīng)用過程編程的復(fù)雜過程，簡化了操作；提高了傳感器網(wǎng)絡(luò)的適用性，改善了其擴(kuò)展性，對于不同功能的傳感器網(wǎng)絡(luò)只需要開發(fā)不同功能的軟PLC運(yùn)行軟件，定制應(yīng)用層終端平臺，即可實(shí)現(xiàn)一個(gè)專用的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
[0021]圖1為本發(fā)明實(shí)施例的軟PLC系統(tǒng)與嵌入式控制器關(guān)系模塊示意圖。
[0022]圖2為本發(fā)明實(shí)施例的控制終端模實(shí)現(xiàn)原理圖。
[0023]圖3為本發(fā)明實(shí)施例的控制終端模塊示意圖。
[0024]圖4為本發(fā)明實(shí)施例的控制終端硬件組成模塊示意圖。
[0025]圖5為本發(fā)明實(shí)施例的控制終端軟硬件結(jié)構(gòu)層示意圖。
[0026]其中:
1、嵌入式控制器；2、軟PLC系統(tǒng)；21、軟PLC開發(fā)系統(tǒng)；
22、軟PLC運(yùn)行系統(tǒng)； 221、實(shí)時(shí)運(yùn)行內(nèi)核； 222、軟PLC運(yùn)行程序；
31、控制策略編輯/調(diào)試模塊；32、編譯/連接模塊； 33、仿真模塊；
34、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫模塊；35、工程管理模塊； 36、通信模塊；
37、運(yùn)行虛擬機(jī)模塊；38、設(shè)備驅(qū)動模塊； 4、I/O模塊；
5、微處理器；51、電源模塊；52、外部時(shí)鐘電路；
53、復(fù)位電路；54、存儲器RAM;55, ROM ；
56> Flash ；6、輔助設(shè)備。

【具體實(shí)施方式】
[0027]以下的實(shí)施方式僅用于描述及解釋本發(fā)明，以使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明。以下描述中的優(yōu)選方案只作為舉例說明。在以下描述中界定的本發(fā)明的基本原理可以應(yīng)用于其他實(shí)施方案、變形方案、改進(jìn)方案、等同方案以及沒有背離本發(fā)明范圍的其他技術(shù)方案。
[0028]如圖1所示，一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，它包括一種基于軟PLC技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)控制終端，它包括一嵌入式控制器1，其采用嵌入式系統(tǒng)；一 I/o模塊4，I/O模塊4通信聯(lián)接于所述嵌入式系統(tǒng)，I/O模塊4用于采集檢測區(qū)域的輸入信息數(shù)據(jù)以及輸出處理后的信息數(shù)據(jù)；以及一軟PLC系統(tǒng)2，軟PLC系統(tǒng)2包括一軟PLC開發(fā)系統(tǒng)21和一軟PLC運(yùn)行系統(tǒng)22，軟PLC運(yùn)行系統(tǒng)22包括軟PLC運(yùn)行程序222和實(shí)時(shí)運(yùn)行內(nèi)核221 ;實(shí)時(shí)運(yùn)行內(nèi)核221置于嵌入式控制器1，實(shí)時(shí)運(yùn)行內(nèi)核221用于提供軟PLC運(yùn)行程序222的運(yùn)行環(huán)境；軟PLC運(yùn)行程序222用于實(shí)現(xiàn)所述無線傳感網(wǎng)絡(luò)的各種邏輯控制和過程控制；軟PLC開發(fā)系統(tǒng)21用于為軟PLC運(yùn)行系統(tǒng)22提供開發(fā)得到軟PLC運(yùn)行軟件。軟PLC開發(fā)系統(tǒng)21獨(dú)立于所述嵌入式控制器I之外。軟PLC技術(shù)是用于實(shí)現(xiàn)一無線傳感器網(wǎng)絡(luò)控制的技術(shù)，選用嵌入式控制器I作為軟PLC系統(tǒng)2的應(yīng)用對象，達(dá)到形成一種基于軟PLC技術(shù)的新型無線傳感器網(wǎng)絡(luò)控制終端的目的。
[0029]具體的:
嵌入式控制器I是一個(gè)基于專用型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的控制器，可以根據(jù)用戶需要對嵌入式控制平臺定制，使其資源得到高效地利用。其軟件采用嵌入式操作系統(tǒng)(如WinCE，VxWorks或Linux等)作支持，被移植在硬件平臺上，選擇基于嵌入式控制器I的控制方案。也就是說，選擇一無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的嵌入式控制器I作為軟PLC技術(shù)的依附對象，控制所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。嵌入式控制器I采用嵌入式系統(tǒng)，可以是現(xiàn)有技術(shù)的各種不同的適用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的嵌入式控制器I。軟PLC系統(tǒng)2，軟PLC系統(tǒng)2應(yīng)用于嵌入式控制器1，協(xié)同所述嵌入式控制器I實(shí)現(xiàn)所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的各種邏輯控制和過程控制。
[0030]軟PLC系統(tǒng)2包括軟PLC開發(fā)系統(tǒng)21和軟PLC運(yùn)行系統(tǒng)22兩個(gè)部分。
[0031]具體的:
如圖3所示，軟PLC開發(fā)系統(tǒng)21基于PC機(jī)，基于Android2.3系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟PLC開發(fā)系統(tǒng)21，建立在某一操作系統(tǒng)平臺之上。軟PLC開發(fā)系統(tǒng)21提供了 PLC運(yùn)行程序的編程及編譯調(diào)試環(huán)境，開發(fā)得到軟PLC運(yùn)行程序222。軟PLC集成系統(tǒng)環(huán)境主要包括控制策略編輯/調(diào)試模塊31，編譯/連接模塊32、通信模塊36、運(yùn)行虛擬機(jī)模塊37、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫模塊34、I/O接口模塊、設(shè)備驅(qū)動模塊38、仿真模塊33、工程管理模塊35以及它的界面管理和幫助信息等組件。
[0032]其中:
一控制策略編輯/調(diào)試模塊31，它是軟PLC開發(fā)系統(tǒng)21匯總最基本的功能模塊，它基于IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)為用戶提供標(biāo)準(zhǔn)的編輯環(huán)境，通過建立中間語言轉(zhuǎn)換模型將三種圖形化編程語言及二種文本化編程語言進(jìn)行統(tǒng)一轉(zhuǎn)換，再經(jīng)過編譯產(chǎn)生所需要的目標(biāo)代碼，主要有LD、FBD、SFC、IL、ST幾種編程語言等，其中指令表語言采用文本指令的編程方式完成控制策略的生成。
[0033]一實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫模塊34，它主要是記錄和生成用戶編輯過程中的基本配置屬性和信息以及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)類型等其他相關(guān)參數(shù)。
[0034]一編譯/連接模塊32，它是完成用戶編寫的程序代碼的詞法、語法的分析，通過語法指導(dǎo)翻譯，將語法單位進(jìn)行語義分析并把它們翻譯成一定形式的中間語言代碼，再經(jīng)過代碼的優(yōu)化，最終生成獨(dú)立于運(yùn)行環(huán)境的目標(biāo)代碼。
[0035]一仿真模塊33，它能夠仿真接口硬件設(shè)備，從而在沒有硬件設(shè)備的情況下仿真運(yùn)行用于編制的程序，以便縮短軟件的開發(fā)周期。
[0036]一通信模塊36，它在整個(gè)系統(tǒng)匯總其至關(guān)重要的作用，它負(fù)責(zé)上位機(jī)與硬件平臺之間的通信，完成用戶控制程序的下載，底層硬件配置屬性讀取以及遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行的狀態(tài)等功能。
[0037]—工程管理模塊35，它用于管理用戶數(shù)據(jù)，保存用戶編制的控制策略穩(wěn)健、打印文件、記憶權(quán)限管理等。
[0038]軟PLC開發(fā)系統(tǒng)21用于實(shí)現(xiàn)以下主要的功能:
1、實(shí)現(xiàn)開放的控制算法接口，支持用戶自定義的控制算法模塊。
[0039]2、仿真運(yùn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)控，可以方便地進(jìn)行編譯和修改程序。
[0040]3、支持?jǐn)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，支持多種控制算法，如PID控制、模糊控制、運(yùn)行控制、過程控制坐寸ο
[0041]4、編程語言標(biāo)準(zhǔn)化,遵循IEC61131-3的標(biāo)準(zhǔn)，支持多種語言編程，并且各種編程語言之間可以相互轉(zhuǎn)換。
[0042]5、擁有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)通信功能，支持基于TCP/IP網(wǎng)絡(luò)，可以通過網(wǎng)絡(luò)瀏覽器來對現(xiàn)場進(jìn)行監(jiān)控的操作。
[0043]軟PLC運(yùn)行系統(tǒng)22包括軟PLC運(yùn)行程序222和實(shí)時(shí)運(yùn)行內(nèi)核221，實(shí)時(shí)運(yùn)行內(nèi)核221置于/固化于所述嵌入式系統(tǒng)，用于提供軟PLC運(yùn)行程序222運(yùn)行環(huán)境。
[0044]軟PLC運(yùn)行程序222包括: 一通信模塊，用于傳遞軟PLC運(yùn)行程序與軟PLC開發(fā)系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息；
一設(shè)備驅(qū)動模塊38 ；
一運(yùn)行虛擬機(jī)模塊37，它是整個(gè)系統(tǒng)中的一個(gè)核心模塊，它將傳統(tǒng)的硬件系統(tǒng)進(jìn)行軟件抽象，具有與硬件無關(guān)的指令集，并管理相關(guān)的資源，虛擬機(jī)是一個(gè)抽象的計(jì)算機(jī)，和實(shí)際的計(jì)算機(jī)一樣，具有一個(gè)指令集并使用不同的存儲區(qū)域，它負(fù)責(zé)執(zhí)行指令，并管理數(shù)據(jù)、內(nèi)存和寄存器。其作用是執(zhí)行編譯連接產(chǎn)生的目標(biāo)代碼，且不斷地讀取I/O模塊4的信息以及設(shè)備驅(qū)動模塊38的驅(qū)動信息，從而完成相應(yīng)的控制功能；
一 I/O模塊4是一個(gè)動態(tài)鏈接庫(DLL)，提供I/O讀取服務(wù)，虛擬機(jī)通過I/O模塊4與物理硬件設(shè)備通信，讀取I/O變量信息。I/O模塊4開發(fā)符合標(biāo)準(zhǔn)OPC數(shù)據(jù)接口，通過I/O接口，虛擬機(jī)可以訪問任何符合OPC標(biāo)準(zhǔn)的硬件設(shè)備。
[0045]軟PLC運(yùn)行系統(tǒng)22是整個(gè)軟PLC系統(tǒng)2的核心，主要完成輸入處理,程序執(zhí)行，輸出處理等工作。軟PLC運(yùn)行系統(tǒng)22中的通信接口建立與PLC開發(fā)系統(tǒng)的連接，完成上位機(jī)開發(fā)的應(yīng)用控制程序的下載，而I/O接口與外圍I/O模塊4相連，負(fù)責(zé)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集和執(zhí)行輸出控制過程，此外，通信接口也實(shí)現(xiàn)了與HMI/SCADA軟件通信，軟PLC運(yùn)行系統(tǒng)22提供了標(biāo)準(zhǔn)OPC訪問接口，既可以在PC/IPC上運(yùn)行，也可以在嵌入式控制器I中運(yùn)行。
[0046]軟PLC運(yùn)行程序222的運(yùn)行軟件由軟PLC開發(fā)系統(tǒng)21開發(fā)得到，加載于嵌入式控制器I內(nèi)的實(shí)施運(yùn)行內(nèi)核221，實(shí)現(xiàn)所述無線傳感器網(wǎng)路的各種邏輯控制和過程控制。
[0047]也就是:在基于嵌入式控制器I的軟PLC控制方案中，軟PLC實(shí)時(shí)運(yùn)行內(nèi)核221可以作為一個(gè)固件被安裝到嵌入式控制器I硬件平臺上，通過軟PLC開發(fā)系統(tǒng)21編寫的軟PLC運(yùn)行程序222的運(yùn)行軟件并將之下載到嵌入式控制器I中，最后經(jīng)過程序的分析處理產(chǎn)生輸出信號響應(yīng)I/O模塊4完成相應(yīng)的控制功能。
[0048]如圖2所示，在實(shí)施操作中，軟PLC開發(fā)系統(tǒng)21提供的集成開發(fā)環(huán)境進(jìn)行運(yùn)行程序的編譯、調(diào)試，應(yīng)用程序編寫完編譯調(diào)試無誤后，通過RS485通信接口或者TCP/IP等通信協(xié)議下載到嵌入式控制器I的嵌入式系統(tǒng)中，得以在固化于嵌入式系統(tǒng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行內(nèi)核221中運(yùn)行。軟PLC運(yùn)行程序222在實(shí)時(shí)運(yùn)行內(nèi)核221運(yùn)行后，嵌入式系統(tǒng)首先根據(jù)軟PLC開發(fā)系統(tǒng)21環(huán)境生成的配置文件，解析軟PLC運(yùn)行程序222的運(yùn)行軟件，生成相應(yīng)的機(jī)器代碼，之后進(jìn)行循環(huán)掃描，依次循環(huán)執(zhí)行輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新三個(gè)動作，從而完成所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的控制功能。
[0049]實(shí)時(shí)運(yùn)行內(nèi)核221將根據(jù)預(yù)定的數(shù)據(jù)量大小在內(nèi)存里開辟一塊區(qū)域，也即數(shù)據(jù)映射區(qū)。所述數(shù)據(jù)映射區(qū)用于存儲來自I/o模塊4采集的數(shù)據(jù)，供軟PLC運(yùn)行程序222交互使用，通過I/O模塊4和現(xiàn)場總線CAN輸出控制信號，從而完成相應(yīng)的控制功能。
[0050]值得一提的是，實(shí)時(shí)運(yùn)行內(nèi)核221是軟PLC控制系統(tǒng)的核心，用于完成系統(tǒng)配置、輸入信號處理、循環(huán)調(diào)用軟PLC運(yùn)行程序222集控制信號輸出等操作?？紤]到程序運(yùn)行的效率以及可移植性，實(shí)施運(yùn)行內(nèi)核221用C語言編程實(shí)現(xiàn)。
[0051]其中，所述I/O模塊4負(fù)責(zé)現(xiàn)場輸入信號的采集以及信號的輸出，而軟PLC運(yùn)行程序222則完成對輸入信號的處理、控制程序的執(zhí)行、信號的輸出處理，并通過RS485通信接口與軟PLC運(yùn)行軟件通信構(gòu)成監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)SCADA，可以監(jiān)控軟PLC系統(tǒng)2上連接的I/O接口的變化情況，在一可觸摸顯示屏上進(jìn)行顯示。
[0052]也就是:在應(yīng)用的所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，I/O模塊4接收檢測現(xiàn)場信息，I/O模塊4通過RS485通信接口將信息傳遞于軟PLC運(yùn)行程序222，所述RS485通信接口與軟PLC運(yùn)行軟件構(gòu)成數(shù)據(jù)采集于監(jiān)視控制系統(tǒng)SCADA，從而實(shí)現(xiàn)對輸入信號的處理，控制程序的執(zhí)行，信號的輸出處理，從而為檢測現(xiàn)場數(shù)據(jù)信息采集到執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制搭建了一個(gè)實(shí)用而有效的處理平臺。
[0053]所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)控制終端配備觸摸型可視化操作平臺，采用ARMll內(nèi)核作為核心處理器，并可實(shí)現(xiàn)W1-F1、3G、WLAN組網(wǎng)，實(shí)時(shí)檢測傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的各項(xiàng)參數(shù)，并配備的了多路標(biāo)準(zhǔn)化的輸入輸出接口，可接入4-20mA、0-5V開關(guān)量等，可滿足不同系統(tǒng)的使用。為信息數(shù)據(jù)采集到執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制搭建了一個(gè)實(shí)用而有效的處理平臺，采用流行的Android2.3作為操作系統(tǒng)，針對不同的傳感器控制系統(tǒng)，僅需要個(gè)性化定制應(yīng)用層終端平臺，即可實(shí)現(xiàn)一個(gè)專用的無線傳感器控制系統(tǒng)，也就是說，可針對不同的傳感器系統(tǒng)開發(fā)不同的軟PLC運(yùn)行程序222，就可以實(shí)現(xiàn)不同功能的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)控制。
[0054]如圖4、圖5所示，嵌入式系統(tǒng)包括軟件組成和硬件組成。
[0055]其硬件包括存儲器、微處理器5、外部時(shí)鐘電路52，復(fù)位電路53，存儲器RAM 54，ROM 55、Flash 56、輸入輸出接口電路、通信模塊36、電源模塊51以及輔助設(shè)備6組成。微處理器5的選擇，綜合考慮各個(gè)方面的因素，微處理器5的核心是ARM11，主頻最高可達(dá)667MHz，運(yùn)行穩(wěn)定可靠。由于其系統(tǒng)資源非常有限，在存儲管理方式上一般不采用虛擬內(nèi)存管理，而采用動態(tài)內(nèi)存管理的方式，即當(dāng)程序的某一部分需要使用內(nèi)存時(shí)，利用操作系統(tǒng)提供的分配函數(shù)來處理，使用完畢后，可通過釋放函數(shù)來釋放所占用內(nèi)存，這樣內(nèi)存就可以重復(fù)使用。
[0056]軟件部分主要包括設(shè)備驅(qū)動層、嵌入式操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序接口(API)層、軟件應(yīng)用層四個(gè)層次。嵌入式操作系統(tǒng)支持整個(gè)控制系統(tǒng)的工作，它具有如中斷處理、進(jìn)程調(diào)度、存儲管理和周邊資源管理等一些基本的功能。嵌入式操作系統(tǒng)一般具有實(shí)時(shí)的特點(diǎn)，也就是說，一個(gè)優(yōu)先級高的任務(wù)能夠獲得立即的、沒有延遲的服務(wù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能和對外部和內(nèi)部、同步或者異步事件作出及時(shí)響應(yīng)的系統(tǒng)。嵌入式操作系統(tǒng)是多任務(wù)的。其硬件部分是嵌入式系統(tǒng)軟件運(yùn)行的基礎(chǔ)，它提供了嵌入式系統(tǒng)軟件運(yùn)行的物理平臺和通信的接口，而軟件部分是整個(gè)系統(tǒng)的控制核心，控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，提供人機(jī)交互的信息等。軟件部分的驅(qū)動層程序時(shí)嵌入式系統(tǒng)中非常重要的一個(gè)部分，使用任何外部設(shè)備都需要相應(yīng)的驅(qū)動層程序的支持，其為上層軟件提供了設(shè)備的操作接口。驅(qū)動層程序包括硬件抽象層(HAL)、板級支持包(BSP)和設(shè)備驅(qū)動程序。
[0057]嵌入式軟PLC控制系統(tǒng)的主要功能是實(shí)現(xiàn)各種邏輯控制和過程控制。因此硬件對于輸入輸出接口有相當(dāng)高的要求，無論是主板還是接口電路的設(shè)計(jì)，都應(yīng)該符合相應(yīng)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，使之能夠穩(wěn)定的長時(shí)間運(yùn)行，保證系統(tǒng)可靠的運(yùn)行。接口要有良好的隔離性能和驅(qū)動能力。
[0058]軟PLC實(shí)現(xiàn)控制過程需要I/O模塊4的和網(wǎng)絡(luò)通信的支持，I/O模塊4和網(wǎng)絡(luò)通信主要負(fù)責(zé)現(xiàn)場信號的采集和信號的輸出，而軟PLC系統(tǒng)2則對采集上來的信號進(jìn)行分析和處理，完成控制程序的執(zhí)行。根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例，嵌入式控制器I具有I/O模塊4，I/O模塊4配備了多路標(biāo)準(zhǔn)化輸入輸出接口，可接入4-20mA、0-5V模擬量以及開關(guān)量等，可滿足不同系統(tǒng)的使用。
[0059]具體的: 無線傳感網(wǎng)絡(luò)控制終端提供可視化操作平臺，實(shí)時(shí)監(jiān)測傳感器網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的各項(xiàng)參數(shù)，硬件設(shè)備采用核心處理主頻可達(dá)667MHz，采用ARMll內(nèi)核作為核心處理器，采用7寸觸摸屏顯示屏作為顯示和人機(jī)交互接口，避免了傳統(tǒng)PLC控制過程的編程的繁瑣，操作更加直觀，簡便。
[0060]I/O模塊4采用7寸觸摸屏顯示屏作為顯示和人機(jī)交互接口，具有I路攝像頭接口、可實(shí)現(xiàn)影像監(jiān)控；I路100M以太網(wǎng)接口； 2個(gè)usb2.0數(shù)據(jù)線接口； I個(gè)SD卡接口； 44芯標(biāo)準(zhǔn)2.0英寸IDE接口，可接筆記本硬盤或光驅(qū)，可支持160G的大容量；1個(gè)SM卡接口，無線網(wǎng)卡；6路4-10mA輸入接口 ；6路0-5V輸入接口 ；8路開關(guān)量輸入接口 ；2路Modbus(RTU)通信接口 ；16路繼電器輸出接口 ；2路PWM輸出；2路0-20mA輸出，支持多種方式模擬量或者開關(guān)量等的輸入和輸出方式，從而為信息數(shù)據(jù)采集到主控制模塊的軟PLC系統(tǒng)2搭建了一個(gè)使用而有效的處理平臺，從而實(shí)現(xiàn)PLC控制的網(wǎng)絡(luò)化，智能化，軟PLC開發(fā)系統(tǒng)21采用流行的Android2.3作為開發(fā)平臺。
[0061]應(yīng)當(dāng)指出，對于經(jīng)充分說明的本發(fā)明來說，還可具有多種變換及改型的實(shí)施方案，并不局限于上述實(shí)施方式的具體實(shí)施例。上述實(shí)施例僅僅作為本發(fā)明的說明，而不是對本發(fā)明的限制?？傊景l(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)包括那些對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說顯而易見的變換或替代以及改型。
【權(quán)利要求】
1.一種基于軟PLC技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)控制終端，其特征在于:它包括外圍電路模塊；以及 一嵌入式控制器，其采用嵌入式系統(tǒng)；以及 一 I/o模塊，所述I/O模塊通信聯(lián)接于所述嵌入式系統(tǒng)，所述I/O模塊用于采集檢測區(qū)域的輸入信息數(shù)據(jù)以及輸出處理后的信息數(shù)據(jù)； 一軟PLC系統(tǒng)，所述軟PLC系統(tǒng)包括一軟PLC開發(fā)系統(tǒng)和一軟PLC運(yùn)行系統(tǒng)，所述軟PLC運(yùn)行系統(tǒng)包括軟PLC運(yùn)行程序和實(shí)時(shí)運(yùn)行內(nèi)核；所述實(shí)時(shí)運(yùn)行內(nèi)核置于所述嵌入式控制器，所述實(shí)時(shí)運(yùn)行內(nèi)核用于提供所述軟PLC運(yùn)行程序的運(yùn)行環(huán)境；所述軟PLC運(yùn)行程序經(jīng)過程序的分析處理，用于產(chǎn)生輸出信號響應(yīng)所述I/O模塊以實(shí)現(xiàn)無線傳感網(wǎng)絡(luò)的各種邏輯控制和過程控制；所述軟PLC開發(fā)系統(tǒng)用于提供所述軟PLC運(yùn)行系統(tǒng)的軟PLC運(yùn)行軟件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于軟PLC技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)控制終端，其特征在于:所述軟PLC開發(fā)系統(tǒng)獨(dú)立于所述嵌入式控制器之外。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于軟PLC技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)控制終端，其特征在于:所述軟PLC開發(fā)系統(tǒng)為基于Android2.3系統(tǒng)的軟件開發(fā)系統(tǒng)；所述軟PLC開發(fā)系統(tǒng)包括 一實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫模塊，用于記錄和生成用戶編輯過程中的基本配置屬性和信息以及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)類型的相關(guān)參數(shù)； 一編譯/連接模塊，用于完成用戶編寫的程序代碼詞法/語法的分析，以及生成獨(dú)立于運(yùn)行環(huán)境的目標(biāo)代碼； 一仿真模塊，用于仿真運(yùn)行編制的程序； 一通信模塊，用于傳遞所述軟PLC開發(fā)系統(tǒng)與硬件平臺之間的數(shù)據(jù)信息； 一工程管理模塊，用于管理用戶數(shù)據(jù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于軟PLC技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)控制終端，其特征在于:所述軟PLC運(yùn)行程序包括 一通信模塊，用于傳遞硬件平臺之間與軟PLC開發(fā)系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息； 一設(shè)備驅(qū)動模塊； 一運(yùn)行虛擬機(jī)模塊；用于執(zhí)行目標(biāo)代碼以及讀取所述I/o模塊的信息和設(shè)備驅(qū)動模塊的信息。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于軟PLC技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)控制終端，其特征在于:所述嵌入式系統(tǒng)包括軟件組成部分和硬件組成部分； 所述硬件組成部分包括一存儲器以及一微處理器，所述微處理器為ARMll核心處理器，其主頻達(dá)667MHz ;所述軟件組成部分包括一嵌入式操作系統(tǒng)以及一軟件應(yīng)用層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于軟PLC技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)控制終端，其特征在于:它還設(shè)置有一 RS485通信接口 ；所述I/O模塊通過所述RS485通信接口將信息傳遞于所述軟PLC運(yùn)行軟件。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于軟PLC技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)控制終端，其特征在于:所述RS485通信接口與所述軟PLC運(yùn)行程序構(gòu)成數(shù)據(jù)采集及監(jiān)視控制系統(tǒng)SCADA。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于軟PLC技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)控制終端，其特征在于:它還設(shè)置有一觸摸型可視化操作平臺。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于軟PLC技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)控制終端，其特征在于:它還設(shè)置有W1-F1、3G及WLAN的組網(wǎng)，所述組網(wǎng)用于實(shí)時(shí)檢測傳感器網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中的各項(xiàng)參數(shù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于軟PLC技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)控制終端，其特征在于:所述I/o模塊配備了滿足不同系統(tǒng)使用的多路標(biāo)準(zhǔn)化輸入輸出接口，所述標(biāo)準(zhǔn)化輸入輸出接口包括太網(wǎng)接口、usb2.0數(shù)據(jù)線接口、SD卡接口、IDE接口、SM卡接口、4-10mA輸入接口、0-5V輸入接口、開關(guān)量輸入接口、Modbus通信協(xié)議接口、繼電器輸出接口、PWM輸出端、0-20mA輸出端。
【文檔編號】G05B19/05GK104317236SQ201410511315
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月29日
【發(fā)明者】呂紅芳, 徐宇飛, 王巖 申請人:上海電機(jī)學(xué)院, 上海拓璞軟件技術(shù)有限公司