[发明专利]基于FPGA的超高速工业控制器

说明书

技术领域

本发明涉及一种工业控制器。特别是涉及一种适用于多路模拟量采集与控制场合的基于FPGA的超高速工业控制器。 

背景技术

近年来，随着计算机技术和电子技术的不断进步和完善，通用数字控制器作为工业自动化控制类产品，已经被越来越多的产业领域接受，并已达到一个令人瞩目的市场规模。在航空航天、大型装备制造、电子信息等高新领域中，对控制器的快速性、稳定性、抗干扰性、精度、速度等指标提出了更高的要求，对超高速工业控制器的需求越来越强烈。国内工业控制器近年在追赶国际先进水平方面取得了一定进展，但总体水平仍落后于国外技术先进的国家，发展还不成熟，主要体现在：①控制器难以运用于超高速应用场合，抗干扰性和稳定性较差。由于控制器软硬件体系结构设计不合理，导致控制周期大于超高速应用的要求，抗干扰性和稳定性不好，最终的控制效果较差。②核心控制器没有独立知识产权。现有的控制系统普遍采用国外PLC控制器及相关软件组成，所配控制器只有个别国外厂家提供，控制功能专用，不适合我国的应用要求。 

现如今国内工业控制器市场仍是国外产品占据大部分份额，而高水平的控制器市场几乎被几家国外公司垄断，也就是说我国现在缺乏一种自主知识产权的超高速、低成本、高可靠性的工业控制器。 

因此，开发一款具备自主知识产权，能够通用于各种控制系统的超高速、低成本、高可靠性的超高速工业控制器具有重要的意义。 

工业控制系统现场包含各类设备：控制室或现场的上位计算机；测量现场各种生产变量的模拟式传感器，如流量传感器、压力传感器、位移传感器、温度传感器等；改变管路流体流量的调节阀，如溢流阀、比例双向阀等；反映生产状态与人机交互的开关式设备，如警报开关、启动/停止按钮等；用于通断各种生产回路的电磁阀等。 

超高速工业控制器在工业控制系统中的应用情况，为了与上述工业控制系统现场包含的各类设备交互，超高速工业控制器具有如下接口：RS232和RS422（半/全双工RS485）总线——用于与上位机通信，16路4～20mA/0～10V模拟量输入信号AI——用于采集各种模拟式传感器信号，8路-10V～+10V模拟量输出信号AO——用于控制调节阀开度，16路开关量输入信号DI——用于读取现场的各种开关量输入状态，8路开关量输出信号DO——用于直接驱动生产中的各种电磁阀。 

FPGA（现场可编程门阵列）的主要作用是：FPGA通过A/D转换器将最多16路传感器采集的模拟量输入信号AI转换为FPGA能识别的二进制信息，然后FPGA根据这些信息与控制算法计算出调节阀应有的开度，然后经过D/A转换器和驱动放大电路，输出最多8路-10V～+10V模拟量给调节阀，从而达到控制目的：同时FPGA可通过RS232和RS422（半/ 全双工RS485）总线向上位机发送所有16路AI、8路AO的数值和16路DI、8路DO的状态，上位机可向FPGA发送各种控制信息。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够通用于各种控制系统的超高速、低成本、高可靠性的可与上位机共同组成控制系统及能够直接与传感器和执行机构信号匹配的基于FPGA的超高速工业控制器。