一种PLC控制系统
技术领域
本发明涉及自动化控制领域，尤其涉及一种PLC控制系统。
背景技术
根据IEC定义：PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。
如图1所示为传统PLC控制系统的结构示意图，在要求通信距离为几十米到上千米时，广泛采用RS-485串行总线标准。RS-485采用平衡发送和差分接收，因此具有抑制共模干扰的能力。RS-485采用半双工工作方式，任何时候只能有一点处于发送状态，因此，发送电路须由使能信号加以控制。应用RS-485可以联网构成分布式系统，其允许最多串联32台设备。但其传输距离受限，最长1KM，而且传输速度慢，1KM距离的传输速度是2400bps,还需要线路优化的情况下才有这个速度。
通常的PLC系统包括现场可编程的CPU模块、信号和控制接口模块以及远程通信模块。通常的做法是把所有模块固化在一起，或者用专用通信接口将各模块连在一起。无论是模块固化还是专用通信接口将模块连接在一起，都存在接口扩展和距离方面的限制。在实际工业现场应用中，传感器距离CPU模块有时会很远，有时数量也会很多，存在大量随着现场的变化增减传感器和控制设备的情况，因此方便扩展和收缩成为现场的一个问题。
传统的PLC控制器中能够外接电脑进行采集的485接口少，且经常被其他设备占用，因此现场有时无法满足采集数据的需要。同时，传统的PLC控制器采集的信息为电流信息、频率信息等原始信息，通过485接口传输信息在长距离的情况下容易失真。
传统的PLC控制器中包括CPU模块、数据采集模块，但每个控制器只能与其自身的模块进行通信，因此设备固定后不便移动和维修时。
发明内容
为了克服现有的缺陷，本发明提出一种PLC控制系统，包括服务器、交换机和与交换机相连的PLC子系统组成，PLC子系统包括CPU模块、模拟信号接口模块、数字信号接口模块，其特征在于，控制系统还包括以太网模块，CPU模块、模拟信号接口模块、数字信号接口模块均具有以太网接口，与以太网模块相连并进行相互通信，PLC子系统通过以太网模块与交换机相连。
进一步的，PLC子系统具有唯一标识码，PLC子系统中的CPU模块、模拟信号接口模块、数字信号接口模块的组号与PLC子系统的唯一标识码相同。
进一步的，CPU模块能够与不同PLC子系统的模拟信号接口模块、数字信号接口模块绑定以组成新的PLC子系统。
进一步的，以太网接口为金手指形式。
进一步的，CPU模块能够发送广播信息，并与应答的模拟信号接口模块、数字信号接口模块进行绑定；模拟信号接口模块和数字信号接口模块接收到广播信息后，判断如果广播信息携带的组号与本身的组号相同，则应答，同时记录CPU模块的IP地址，否则不应答。
进一步的，CPU模块在工作期间定时发出查询信息，要求与其绑定的模拟信号接口模块和/或数字信号接口模块上报工作状况；CPU模块对上报的工作状况进行分析，并发送相应的控制信息给以太网模块；
模拟信号接口模块、数字信号接口模块收到查询信息后上报自身工作状态，收到控制信息后做出相应的动作，并把结果上报给CPU模块。
进一步的，模拟信号接口模块、数字信号接口模块外接传感器，如果收到的传感器信息达到报警值，则向CPU模块上报报警信息。
进一步的，客户端通过服务器对CPU模块进行操作。
通过本发明，将原来的固化的模块或者用专用通信接口连接的模块改为通用的以太网接口，将原来PLC系统架构由封闭独立的小系统改为基于TCPIP通信网络的开放式系统，大大增加了PLC控制系统的灵活性和数据的稳定性，数据采集的便利性和设备的扩充性能。
附图说明
图1是传统PLC控制器网络的结构示意图；
图2是本发明一个实施例的PLC控制系统的结构示意图；
图3是本发明另一个实施例的PLC控制系统的结构示意图；
图4是本发明一个实施例的CPU模块和接口模块的数据通信示意图；
图5是本发明一个实施例应用时的通信示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明提供的一种PLC控制系统进行详细描述。
在这里做以说明的是，为了使实施例更加详尽，下面的实施例为最佳、优选实施例，对于一些公知技术本领域技术人员也可采用其他替代方式而进行实施；而且附图部分仅是为了更具体的描述实施例，而并不旨在对本发明进行具体的限定；同时，为了解释的明确性，阐述了特定的数目、配置和顺序，但是很明显，在没有这些特定细节的情况下，也可以实施本发明。
如图2所示，本发明提出一种PLC控制系统，包括服务器、交换机和与所述交换机相连的PLC子系统组成，PLC子系统包括CPU模块、模拟信号接口模块、数字信号接口模块和以太网模块，CPU模块、模拟信号接口模块、数字信号接口模块均具有以太网接口，通过以太网接口和以太网模块相连，以太网模块与交换机相连接，并采用TCPIP协议进行通信。服务器连接交换机进行数据处理等工作，这样就形成了一个工控网络。
在一个实施例中，以太网接口为金手指形式，如采用哲扬公司的PCI-Z接口，以太网模块采用哲扬公司的iMine底板，该底板可以进一步与交换机相连，从而构成网络。PLC子系统的CPU模块、数字信号模块(如I/O模块)和模拟信号模块(如AD转换模块)接到iMine底板(具体可以参见哲扬公司的网站)。iMine底板采用光纤与其他交换机连接，组成工业以太网传输平台，系统结构如图3所示。
PLC子系统具有唯一标识码，PLC子系统中的CPU模块、模拟信号接口模块、数字信号接口模块的组号与PLC子系统的唯一标识码相同。
在一个实施例中，CPU模块能够与不同PLC子系统的模拟信号接口模块、数字信号接口模块绑定以组成新的PLC子系统。如图3所示，CPU模块可以与其他PLC子系统里的AD模块和IO模块组成一个新的独立的PLC子系统，图3中的3个PLC子系统可以围绕CPU模块任意组成PLC子系统，如1中的CPU模块和2中的A/D模块、3中的I/O模块组成了新的PLC子系统，当然，1中的AD模块、IO模块可以和2中的CPU模块组成一个新的PLC子系统，2中的AD模块、IO模块可以和1中的CPU模块或者3中的CPU模块组成一个新的PLC子系统。
这种结构的意义就在于突破了距离和接口数量的限制，这在工业现场中很有用处。比如矿井通风机一般在地面，但是控制通风机的环境采集传感器是在井下采掘现场，通常距离通风机有几公里到几十公里远，传统的PLC系统解决起来就比较困难。传统的PLC控制系统是利用485、网络、通信来实现以太网PC数据传输。电脑只能获取PLC的数据，数据都是通过485接口、电流信号接口、频率信号接口来获取数据，这种背景下，所有控制设备线路都需要重新布线；存在2个缺点：缺点1若就近获取数据，由于485、电流信号、频率信号接口数量有限，导致线路扩充集中，无法分布，无法就近采集数据；缺点2由于线路长导致容易出现信号失真。
本发明采用以太网，可以不受连接限制，可以走光纤、网络、无线，都可以实现传输，速度是100Mbps,是485的传输倍数41666，模拟传输只是电流型信号、频率型信号才是模拟传输，438是数字传输，与通过以太网传输方式是一样的，但是本发明可以解决485接口有限及速度慢的问题，同时也解决了485由于传输距离导致失真的问题。
下面具体说明各模块的功能和使用方法。
每个PLC都有唯一的ID。比如1组的PLC子系统具有的ID为1，2组的PLC子系统的ID为2，等等。1组的CPU与2组的AD模块3组的IO模块可以组成新的PLC子系统，可以将2组的AD模块的组别设置为1即可与1组的CPU模块绑定。也就是说，如果2组、3组的CPU有问题，那么只要把2组、3组其他正常的模块的组别设置成1就可以与1组CPU连接，这样可以解决了因为设备不良导致设备终端的数据传输。因为CPU可以带多个模块，只要把模块的组别修改一下就可以实现。这样做还可以通过远程控制，克服传统PLC子系统一个模块损坏整个子系统就无法使用的缺陷，提高了模块的利用率，而且对于损坏的子系统也无需到现场替换，只要让其他PLC子系统的模块与损坏子系统中正常模块组成新的PLC子系统，这些正常的模块就又可以正常工作了。
若需要重新组新的PLC子系统，修改AD模块或IO模块的参数组号即可。比如与1组的CUP组成新的PLC子系统，那么就把组修改成1就可以了。这样就可以与CPU1组成新的PLC子系统了。
如图4所示，CPU模块能够发送广播信息，并与应答的模拟信号接口模块、数字信号接口模块进行绑定；模拟信号接口模块和数字信号接口模块接收到广播信息后，判断如果广播信息携带的组号与本身的组号相同，则应答，同时记录CPU模块的IP地址,与CPU模块绑定，否则不应答。
CPU模块在工作期间定时发出查询信息，要求各AD模块、IO模块上报工作状况；接口模块收到查询信息后上报各自的工作状态；CPU模块接到AD、IO模块上报的信息进行分析处理；CPU模块根据分析结果发送相应的控制信息给接口模块；接口模块收到控制命令后按照指令做出相应的动作，并把结果上报给CPU模块。
模拟信号接口模块、数字信号接口模块外接传感器，如果收到的传感器信息达到报警值或者发现其它异常情况，则向CPU模块上报报警信息。
CPU模块和服务器的通信流程如图5所示，可以开发客户端软件，通过服务器监测、控制各PLC子系统的操作。
数据通信协议格式如下：
命令码信息表：
执行结果表：
与现有的控制系统相比，本发明优势在于：1、接口标准化；2、接口扩展灵活无限制；3、距离扩展无限制；4、远程升级用户程序，方便快捷。
