[发明专利]一种基于ARM嵌入式技术的PLC协同控制装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种工控ARM芯片软核PLC装置，尤其涉及一种基于嵌入式技术的协同PLC实现工业自动化控制的装置。

背景技术

由于传统硬件PLC技术对外封闭，各个生产厂商的PLC硬件平台各不相同，支持的PLC语言也不相同，而且相互之间通信的协议和总线也完全不同。因此，随着计算机技术的发展，人们已经逐渐认识到硬件PLC的通用性、兼容性和拓展性不好正在制约着PLC的快速发展。同时，随着卷烟工业新一轮的技改，大量新型烟草制丝设备从德国HAUNI、意大利Garbuio等国外烟机设备公司引进，设备厂家对于关键设备的PLC程序采取了技术封锁甚至加密等手段。因此，对于烟机功能改进，需要寻求一种新的解决方案来突破传统PLC内部程序封锁以及外部通用性、兼容性差等问题。

以ARM为代表的32位高性能微处理器促使了嵌入式系统的高速发展，使系统开发更加方便、灵活。同时，I²C总线的发展使得总线速度已达3.4Mbps，扩展了通讯距离，具有出色的热插拔功能，并拥有一整套完善的产品，包括大量的集线器、中继器、多路复用器和开关等器件，将I²C技术从芯片间二线通讯的简单应用发展到功能强大而且全面的控制网络。嵌入式Linux具有内核可裁剪、功能可定制、效率高、稳定性好、可靠性高、移植性好、源代码开放等优点，还内含了完整的TCP/IP网络协议栈，很适合在嵌入式领域应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于ARM嵌入式技术的PLC协同控制装置。基于ARM嵌入式技术的PLC协同控制装置就是在不改变原有PLC程序、硬件接线前提下，通过现场总线访问PLC内部资源，并将自身控制逻辑运算结果再次通过现场总线传回PLC，最终实现双核协同控制。将基于嵌入式技术的ARM作为虚拟PLC来协助传统硬件PLC完成自动化控制，解决传统PLC单一控制的缺点，通过Linux平台定制各种功能与传统PLC实时通讯达到双核协同时控制同一设备的目的。

为了实现上述的目的，本发明采用了以下的技术方案：

一种基于ARM嵌入式技术的PLC协同控制装置，包括硬件系统和软件系统两部分；所述的硬件系统包括CPU模块、电源模块、数字输入模块、数字输出模块、模拟量I/O模块和底板连接模块，CPU模块、电源模块、数字输入模块、数字输出模块和模拟量I/O模块分别与底板连接模块相连接；所述的CPU模块选用AT91RM9200微处理器作为控制芯片，AT91RM9200微处理器连接设有复位电路、SDRAM芯片、Flash芯片、RS232通信接口A、RS232通信接口B、以太网接口和I²C总线接口，并设置复位电路用于保证系统运行的稳定；扩展16MB容量的SDRAM芯片、8MB容量的Flash芯片；RS232通信接口A作为整个装置的监视接口，同时作为调试接口；RS232通信接口B是整个协同控制器的核心总线；以太网接口实现与上位机的通讯；I²C总线接口与基于协议的外设器件进行通讯；所述的数字输入模块和数字输出模块实现装置与外部I/O接口的联系；所述的模拟量I/O电路选用PCF8591芯片，模拟量I/O电路先将现场的模拟量转变成A/D转换后适用的电压信号后进行转换，电压输入信号通过滤波电路和电压钳制电路，再进行电平增益转换输入到A/D接口，如果是电流输入，首先进行I/V转换再进行处理；

所述的软件系统包括嵌入式Linux实时操作系统、Bootloader引导程序、系统服务程序、用户应用程序；所述的嵌入式Linux实时操作系统选择Linux-2.4.19内核版本作为嵌入式操作系统，所述的Bootloader将U-Boot作为引导装载程序，初始化硬件设备并建立内存空间的映射图；所述的Linux操作系统包括Linux内核和根文件系统两部分，Linux内核根据本装置的实际硬件情况，将Linux系统以及各种设备驱动进行移植，根文件系统用于存放各种工具、应用程序、必需的链接库；所述的系统服务程序向用户提供服务的应用程序，为用户的应用程序提供必要的服务；用户应用程序在本装置中是指实现虚拟PLC功能的程序代码，将PLC的梯形图程序编译生成的可执行文件。

作为优选，所述的数字输入输出电路使用光电耦合器，通过上拉电阻和光电耦合器实现信号输入，通过下拉电阻和光电耦合器实现信号输出。

作为优选，所述的PCF8591芯片的模拟量输出信号经过内部保持器保持，保持器的输出信号经过滤波电路、增益转化电路和功率放大电路送到执行机构，输出0～10V的电压，控制执行机构按要求的控制规律动作。