本發(fā)明涉及倉庫智能控制和物流管理，特別涉及一種非全碼并行總線的級聯(lián)式多節(jié)點工業(yè)自動化控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在工業(yè)自動化行業(yè)，控制節(jié)點很多，節(jié)點之間距離較遠，采用數(shù)字IO并行輸出幾十上百個信號，然后分到每個節(jié)點，布線是個大問題。如果依靠CAN、串口總線傳輸，信號電平較高，每個節(jié)點接收端可以分開控制，但每個接收端（節(jié)點處）需要智能芯片和外圍元件，價格非常昂貴，元器件多，電路復(fù)雜，或者用一個智能芯片控制多個節(jié)點，由于這種方式智能芯片輸出的電平不是工業(yè)級的（列如TTL）是并行輸出在分到每個實物位置節(jié)點，雖然價格有所下降，但是節(jié)點之間距離較遠時或者一個智能芯片控制的節(jié)點較多時，輸出電平不是工業(yè)級的信號，由于長距離損耗太大。并且輸出信號太多，布線也是問題，不方便實現(xiàn)多節(jié)點遠距離，節(jié)點間距離遠的控制。在工業(yè)控制工業(yè)自動化及倉儲行業(yè)，多節(jié)點遠距離，及節(jié)點之間距離較遠，使用數(shù)字IO、CAN、串口（CAN，串口一個節(jié)點使用一個智能芯片價格非常貴；一個智能芯片輸出多個節(jié)點控制信號，信號傳輸衰減大，布線復(fù)雜等）等傳輸時價格高，布線難，維護難，電路復(fù)雜等。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是：提供一種非全碼并行總線的級聯(lián)式多節(jié)點工業(yè)自動化控制系統(tǒng)，每個物理位置處分配一個簡單的模塊化的節(jié)點電路，并且用并行總線編碼及工業(yè)級的信號傳輸方式，實現(xiàn)遠距離多節(jié)點之間的總線級聯(lián)控制。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種非全碼并行總線的級聯(lián)式多節(jié)點工業(yè)自動化控制系統(tǒng)，包括分配于每個工業(yè)自動化物理位置處的節(jié)點電路，每個節(jié)點電路通過并行總線依次級聯(lián)，上位機在驅(qū)動程序里將所有節(jié)點電路地址通過非全碼列表并編號，當需要對應(yīng)的節(jié)點電路工作時，通過編號取出非全碼，并通過上位機的輸出接口輸出到并行總線控制器，控制并行總線驅(qū)動對應(yīng)的節(jié)點電路工作。

優(yōu)選的，在驅(qū)動程序里，每個控制節(jié)點進行地址編碼列表，開始啟動時初始化，控制所有節(jié)點電路到初始值，輸出時，將對應(yīng)地址編碼和使能信號開有效，通過并行總線輸出；所述并行總線輸出的唯一編碼信號和使能開關(guān)信號驅(qū)動唯一的對應(yīng)的節(jié)點電路。

優(yōu)選的，所述非全碼的編碼方法為：從并行總線中選部分數(shù)據(jù)線作為輸入，選取的數(shù)據(jù)線輸入全1或全0輸出動作。

優(yōu)選的，在驅(qū)動軟件里將非全碼編碼地址進行列表，通過列表地址編號索引選通，經(jīng)過算法后從并行總線輸出控制指令代碼，硬件上用地址編碼開關(guān)來選通控制指令，接受到的控制指令經(jīng)過節(jié)點電路譯碼成對應(yīng)實物位置編號的狀態(tài)控制信號。

優(yōu)選的，所述節(jié)點電路帶有自檢模塊，判定對應(yīng)的節(jié)點電路是否動作，并將判定結(jié)果通過并行總線回傳給上位機。

優(yōu)選的，每個節(jié)點電路無負載電流1mA，輸入阻抗大，電源及信號傳輸電壓12V以上，寬電源電壓及信號工作模式6—20V，輸入開啟門檻電壓1.5V，實現(xiàn)遠距離傳輸。

優(yōu)選的，所述并行總線數(shù)據(jù)線，使能開關(guān)信號線，自檢檢測信號線和電源線共用一個多pin電纜。

優(yōu)選的，依次級聯(lián)的節(jié)點電路采用雙電源供電，首尾兩個節(jié)點電路各分配一個電源，或采用中繼器實現(xiàn)更遠距離傳輸。

優(yōu)選的，所述并行總線通過并行總線分配器的片選來實現(xiàn)多個并行總線的擴展。

優(yōu)選的，還通過網(wǎng)絡(luò)路由器實現(xiàn)多個并行總線控制器的擴展。

本發(fā)明的優(yōu)點是：

1．本發(fā)明所提供的非全碼并行總線的級聯(lián)式多節(jié)點工業(yè)自動化控制系統(tǒng)，可采用任何形式的并行總線形式，靈活方便，使用并行總線非全碼方式傳輸，每個節(jié)點電路不需要智能芯片，外圍電路，及地址解碼，節(jié)點電路實現(xiàn)簡單，價格低，元器件少，PCB尺寸小因此能很好適應(yīng)實物位置的安裝，不受實物位置大小限制。

2．本發(fā)明使用并行總線非全碼方式，非常容易擴展成幾萬甚至幾十萬個節(jié)點電路，總線上較少數(shù)據(jù)線可以控制許多的節(jié)點電路，可以同時實現(xiàn)對所有節(jié)點電路的全關(guān)，全開的控制。

3．本發(fā)明并行總線，電源，檢測信號集成使用一根多pin電纜，每個節(jié)點電路模塊對應(yīng)一個實物位置，通過并行總線級聯(lián)方式擴展，易于布線，安裝等。

4．本發(fā)明采用工業(yè)級信號傳輸，對庫位之間的距離無要求，庫位尺寸適應(yīng)度高，非常靈活，可實現(xiàn)遠距離多節(jié)點之間的總線級聯(lián)控制。

5．本發(fā)明帶自動檢測功能，在檢測模式下，可以自動檢測節(jié)點模塊是否正常。

附圖說明

下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步描述：

圖1為實施例中非全碼并行總線的級聯(lián)式多節(jié)點工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的安裝示意圖；

圖2為實施例中非全碼并行總線的級聯(lián)式多節(jié)點工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的系統(tǒng)方框圖；

圖3為實施例中節(jié)點電路的擴展示意圖；

圖4為實施例中節(jié)點電路的結(jié)構(gòu)方框圖；

圖5為實施例中節(jié)點電路的原理圖。

具體實施方式

如圖1-2所示，本發(fā)明所揭示的非全碼并行總線的級聯(lián)式多節(jié)點工業(yè)自動化控制系統(tǒng)，包括分配于每個工業(yè)自動化物理位置處的節(jié)點電路，每個節(jié)點電路通過并行總線依次級聯(lián)，上位機在驅(qū)動程序里將所有節(jié)點電路地址通過非全碼列表并編號，當需要對應(yīng)的節(jié)點電路工作時，通過編號取出非全碼，并通過上位機的輸出接口輸出到并行總線控制器，并行總線控制器將電腦的任意形式總線協(xié)議如USB，COM，網(wǎng)絡(luò)，PCI,PXI,PCIe等，轉(zhuǎn)換成并行總線，也可以直接PLC，控制并行總線驅(qū)動對應(yīng)的節(jié)點電路工作。

下面介紹非全碼編碼原理：非全碼方式作為驅(qū)動控制，硬件輸入用一種電平狀態(tài)控制輸出動作（輸入全1輸出動作，或者輸入全0輸出動作），因此只需要從并行總線中選部分數(shù)據(jù)線作為輸入。在驅(qū)動軟件里將非全碼編碼地址進行列表，通過列表地址編號索引選通，經(jīng)過算法后從并行總線輸出控制指令代碼，硬件上用地址編碼開關(guān)來選通控制指令。列如：

10位編碼選4輸入，高電位有效：0011110000，

此時硬件編碼開關(guān)接通D4，D5，D6，D7驅(qū)動節(jié)點電路輸出動作；

10位編碼4輸入，高點位有效：0000001111，

此時硬件編碼開關(guān)接通D0，D1，D2，D3驅(qū)動節(jié)點電路輸出動作；

10位編碼4輸入，低電位有效：1100001111，

此時硬件編碼開關(guān)接通D4，D5，D6，D7驅(qū)動節(jié)點電路輸出動作；

10位編碼4輸入，低電位有效：1111110000，

此時硬件編碼開關(guān)接通D0，D1，D2，D3驅(qū)動節(jié)點電路輸出動作。

這個10位數(shù)據(jù)4輸入，按照上面的規(guī)則，必須是唯一的編碼，可以用編程算法計算出所有的編碼及個數(shù)。這些編碼是10位數(shù)據(jù)組成的1024個編碼的一部分，因此稱為非全碼。如10個數(shù)據(jù)選4輸入，有210個編碼，11個數(shù)據(jù)選4輸入，有330個編碼。非全碼產(chǎn)生程序產(chǎn)生唯一的節(jié)點電路非全碼代碼。一旦硬件結(jié)構(gòu)控制方式確定后，可使用這個程序自動生產(chǎn)代碼，便于驅(qū)動程序編程。

這樣的優(yōu)點是，對應(yīng)的節(jié)點電路硬件極其簡單，如果用全碼作為驅(qū)動，8位數(shù)據(jù)可以驅(qū)動256個節(jié)點電路，但是有8個輸入端，并且每個輸入端電位不一致，在硬件上必須是每個代碼位分配一個輸入，并且代碼位為0的，用邏輯非電路完成再跟代碼位為1的輸入端邏輯與（高電位有效），使輸出動作。有8個輸入和許多的邏輯非電路，元器件非常多，電路非常復(fù)雜。為了易于生產(chǎn)，每個節(jié)點電路必須盡可能一樣，全碼方式也是個難點（需要更多的電路完成），并且同時對所有節(jié)點電路全開和全關(guān)不容易控制。

非全碼方式作為驅(qū)動控制，硬件輸入用一種電平狀態(tài)控制輸出動作（輸入全1輸出動作，或者輸入全0輸出動作），因此只需要從并行總線中選部分數(shù)據(jù)線作為輸入（如：10選4位數(shù)據(jù)作為輸入控制輸出動作），并且輸入電平一致，可以直接將4個數(shù)據(jù)位進行邏輯與輸入（高電平有效），使輸出動作，不需要像全碼方式每個數(shù)據(jù)位分配一個輸入，且代碼0用邏輯非電路，再和其他的代碼1輸入進行邏輯與（高電平有效），因此非全碼方式節(jié)點電路極其簡單，總線簡單。

全碼控制同樣適合這個系統(tǒng)控制，在軟件上編碼列表是全碼，在硬件上每一個代碼位需要一個輸入端，代碼0用非門，再與其他代碼1的輸入進行邏輯與。其他電路保持，使能，檢測，地址編碼開關(guān)等的控制原理類似。

如圖3所示，節(jié)點電路的擴展示意圖，本發(fā)明非常容易擴展成幾萬甚至幾十萬個節(jié)點電路，主要包括三種方式：1）通過總線級聯(lián)方式擴展節(jié)點電路，數(shù)量用，210@10，表示一個并行總線是10位數(shù)據(jù)，可以最多擴展210個節(jié)點。2）通過并行總線分配器的片選擴展并行總線數(shù)量，數(shù)量用N表示；3）通過電路輸出接口擴展更多的總線控制器，數(shù)量用D表示,如通過網(wǎng)絡(luò)路由器控制擴展總線控制器。）那么使用一個系統(tǒng)總共可以擴展的節(jié)點數(shù)量為= D*N*210@11。

如圖4和5所示，分別為節(jié)點電路的結(jié)構(gòu)方框圖和原理圖。節(jié)點電路包括信號輸入輸出模塊、編碼開關(guān)、使能端、并行總線輸入、邏輯及譯碼電路，輸出電路進而輸出檢測電路。具體由二極管D1-D8、場效應(yīng)管Q1-Q3、Q4，電容C1、電阻R1-R16，按照圖5連接組成。

節(jié)點電路輸出打開的工作過程如下：

（1）在驅(qū)動程序里，每個控制節(jié)點進行地址編碼列表，開始啟動時初始化，程序控制所有節(jié)點電路到初始值，輸出時，將對應(yīng)地址編碼和使能信號開有效，通過并行總線輸出。

（2）并行總線輸出的唯一編碼信號和使能開信號驅(qū)動唯一的對應(yīng)的節(jié)點電路（節(jié)點電路用地址編碼將信號選通），然后經(jīng)譯碼器Q2的輸出由高變低（Q2,D3,D4.D5,D8,J4,J5,J6,J7等構(gòu)成譯碼器）使能控制Q1不拉低Q3輸入使輸出有效，此時輸出電平動作由初始狀態(tài)高變低。其他的所有的節(jié)點電路不動作。

（3）輸出動作信號經(jīng)過二極管D2反饋到前端將Q5輸入拉低，保持現(xiàn)有的輸出不變，信號自動鎖存。節(jié)點信號輸出打開完成。此時除對應(yīng)的節(jié)點關(guān)信號控制以外，任何其他的信號輸入無效，此輸出一直保持。

（4）將所有的并行總線和使能信號回到默認值，此時，并行總線可以用同樣的控制任何其他的節(jié)點（每個節(jié)點電路在總線上可以實現(xiàn)獨立開關(guān)控制，不影響其他的節(jié)點電路）。

節(jié)點電路輸出關(guān)閉工作的過程如下：

（1）在驅(qū)動程序里，每個控制節(jié)點進行地址編碼列表，輸出時，將對應(yīng)地址編碼和使能關(guān)信號通過并行總線輸出；

（2）并行總線輸出的唯一編碼信號和使能關(guān)信號驅(qū)動唯一的對應(yīng)的節(jié)點電路，通過Q1將Q3的輸入拉低，Q3輸出由低變高，Q5輸入不拉低，鎖存信號輸出回到初始值，信號自動鎖存失效，并且輸出關(guān)閉完成。其他的所有的節(jié)點地址編碼不選通，不動作；

（3）將所有的并行總線和使能信號回到默認值，此時，并行總線可以用同樣的控制任何其他的節(jié)點開關(guān)（每個節(jié)點電路在總線上可以實現(xiàn)獨立開關(guān)控制，不影響其他的節(jié)點電路）。

所述節(jié)點電路帶有自檢模塊，判定對應(yīng)的節(jié)點電路是否動作，并將判定結(jié)果通過并行總線回傳給上位機。當輸出打開時，自檢電壓由高變低，表示輸出打開。還可以進行更復(fù)雜的檢測：1.加上外圍電路檢測回路，打開一個節(jié)點電路，如果有兩個以上節(jié)點電路同時動作時，電壓不同，來判定不良；2.每個節(jié)點電路檢測處串聯(lián)不同電阻，對每個節(jié)點電路，量化輸出信號檢測。不僅可以判定是否動作，而且可以判定是否是對應(yīng)的節(jié)點電路動作。

本發(fā)明輸入阻抗高，電路功耗小，每個節(jié)點電路無負載電流1mA，電源及信號傳輸電壓12V以上，寬電源電壓及信號工作模式6—20V，輸入開啟電壓1.5V，實現(xiàn)遠距離傳輸。依次級聯(lián)的節(jié)點電路采用雙電源供電，首尾兩個節(jié)點電路各分配一個電源，或采用中繼器實現(xiàn)更遠距離傳輸。所述并行總線數(shù)據(jù)線，使能開關(guān)信號線，自檢檢測信號線和電源線共用一個多pin電纜（列如：數(shù)據(jù)線10+使能1+檢測1+電源2=14pin可以控制220個節(jié)點電路），易于布線，安裝。每個節(jié)點模塊PCB較小，通過一根多pin電纜級聯(lián)，及工業(yè)級信號傳輸，因此對庫位之間的距離無要求，庫位尺寸適應(yīng)度高，非常靈活。

上述實施例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術(shù)的人能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實施，并不能以此限制本發(fā)明的保護范圍。凡根據(jù)本發(fā)明主要技術(shù)方案的精神實質(zhì)所做的修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。