專利名稱：Plc數(shù)據(jù)操作單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種PLC數(shù)據(jù)操作單元，它能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)PLC的各軟元件單元的當(dāng)前值，同時(shí)能對(duì)PLC的軟元件單元的數(shù)據(jù)內(nèi)容進(jìn)行設(shè)定，是配合PLC的一種新型的并能提供良好人機(jī)界面的數(shù)據(jù)顯示操作終端機(jī)，屬于工業(yè)自動(dòng)化儀表領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
可編程控制器PLC是目前工控界發(fā)展最為迅速的工業(yè)自動(dòng)化控制產(chǎn)品，該類產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)外被廣泛運(yùn)用于自動(dòng)化領(lǐng)域內(nèi)。在應(yīng)用中，通常需要修改PLC某些數(shù)據(jù)滿足PLC控制、計(jì)算要求，如何能方便地訪問(wèn)PLC的各軟元件單元，并能實(shí)時(shí)地監(jiān)視各軟元件單元的當(dāng)前值和對(duì)某些軟元件單元進(jìn)行設(shè)定成為大家關(guān)心的一個(gè)問(wèn)題。常規(guī)的PLC一般僅有開關(guān)量輸入、輸出狀態(tài)指示，通常沒(méi)有模擬量數(shù)字顯示功能。這給需要顯示PLC內(nèi)部程序中運(yùn)行的某些數(shù)據(jù)(如溫度、壓力、流量、速度、角度、位置、頻率、轉(zhuǎn)速、電壓、電流、功率、時(shí)間、故障代碼等)帶來(lái)不便。解決這類問(wèn)題的方法過(guò)去有如下幾種a.采用帶鎖存的BCD碼并行顯示器；b.采用PLC專用模擬量輸出模塊驅(qū)動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字面板表；c.采用觸摸屏的人機(jī)界面；d.采用微機(jī)系統(tǒng)+組態(tài)軟件；e.采用并行傳輸BCD碼、串行控制方式。a種方法需占用PLC多個(gè)晶體管輸出點(diǎn)，一般來(lái)講，顯示4位數(shù)據(jù)需占用16個(gè)晶體管輸出點(diǎn)，PLC的每個(gè)輸出點(diǎn)以目前平均價(jià)格至少要90元人民幣，加上4位并行顯示器，最便宜也要40元/每位，故需要16×90+4×40＝1600(元)才能滿足顯示要求。如果采用位選形式，則只要8個(gè)I/O口，也需要880元左右，并且由于它不具備普通顯示儀表的外觀特點(diǎn)，故安裝使用也不方便。如果在類似模擬顯示屏上顯示大量數(shù)據(jù)，該種方式顯然價(jià)格高、安裝不便，而且需要重新編程。b方式可以將PLC的內(nèi)部數(shù)據(jù)，如現(xiàn)場(chǎng)采集的溫度、壓力電流信號(hào)經(jīng)PLC內(nèi)部轉(zhuǎn)換為用電壓、電流方式表示的工程量供顯示。這種方式需要PLC配置昂貴的D/A模塊，除D/A本身存在著轉(zhuǎn)換誤差外，同時(shí)顯示信號(hào)易受干擾，一般標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字面板表價(jià)格較低，但驅(qū)動(dòng)它必須配置PLC模擬量輸出模塊，導(dǎo)致成本居高不下，影響了工程的中標(biāo)率。c、d方式當(dāng)然是較好的顯示方式，但成本較高，且由于大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)合并不需要太多的功能，而且某些場(chǎng)合下不適合使用，通用性不夠好。而e方式采用并行傳輸BCD碼、串行控制方式，也需要PLC的4個(gè)開關(guān)量輸出點(diǎn)，并且由于它不具備普通顯示儀表的外觀特點(diǎn)，故安裝使用也不方便。
目前在國(guó)內(nèi)的同類產(chǎn)品中，DDM4A數(shù)顯表是采用e方式并行傳輸BCD碼、串行控制方式，需PLC的4個(gè)開關(guān)量輸出點(diǎn)，而不是直接通過(guò)PLC的編程口來(lái)實(shí)現(xiàn)，安裝使用不方便，且數(shù)據(jù)刷新一次需要8×40＝320ms，實(shí)時(shí)性相對(duì)較差。而PLC數(shù)據(jù)設(shè)定器JK-P9，JK-P4，JK-PW9是通過(guò)PLC編程口通信，但采用數(shù)碼管顯示。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的DDM5H系列操作顯示儀表也采用數(shù)碼管顯示，且必須對(duì)其進(jìn)行組態(tài)后才能正確地應(yīng)用在項(xiàng)目中，DDM5H系列雖然能對(duì)PLC的D，T，C，M都能操作，但操作每種軟元件單元地址個(gè)數(shù)最多為256個(gè)。日本的三菱公司開發(fā)的同類產(chǎn)品有FX-20DU-E，它采用紅色七段顯示器顯示，人機(jī)交互內(nèi)容不豐富。還有FX-10DM-E和FX-10DU-E它們是采用單色LCD顯示器顯示，人機(jī)界面較好。但它們都只對(duì)PLC的D，T，C進(jìn)行操作，而不能對(duì)輔助繼電器M進(jìn)行操作。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的一些缺點(diǎn)，在現(xiàn)有技術(shù)上進(jìn)行改善，進(jìn)一步擴(kuò)展對(duì)PLC軟元件單元的地址操作范圍，提供實(shí)時(shí)性較好的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，設(shè)定功能，利用LCD液晶顯示器提供更好的人機(jī)交互界面，并顯示報(bào)警信息和出錯(cuò)信息。對(duì)當(dāng)前操作的軟元件單元地址和設(shè)定數(shù)據(jù)的記憶儲(chǔ)存功能，并具有與PLC編程口通信的接口。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案是一種PLC數(shù)據(jù)操作單元，它包括存儲(chǔ)單元電路及CPU微處理器單元電路。其特點(diǎn)是，以I2C總線為基礎(chǔ)，采用I2C串行擴(kuò)展方式來(lái)擴(kuò)展系統(tǒng)；置有分別通過(guò)總線I2C總線擴(kuò)展的帶背景光的LCD液晶顯示電路、可外接電池的時(shí)鐘電路、可掉電保持的存儲(chǔ)器電路；置有用于和企業(yè)計(jì)算機(jī)或PLC編程口通信的RS-232接口電路及通過(guò)微處理器的I/O口擴(kuò)展的鍵盤電路。
本實(shí)用新型具有的有益的效果是本實(shí)用新型采用了I2C串行擴(kuò)展方式，只要帶I2C串行接口即可連接需擴(kuò)展的其他單元，進(jìn)一步擴(kuò)展非常方便，使得系統(tǒng)具有較高的集成度。本實(shí)用新型突破了國(guó)內(nèi)類似產(chǎn)品的一些局限性，采用液晶顯示屏，使得人機(jī)交互界面更好，顯示內(nèi)容更豐富，填補(bǔ)了這類產(chǎn)品在這一方面的空缺，本實(shí)用新型使得能訪問(wèn)的PLC軟元件單元的地址范圍更廣，可操作，地址范圍見(jiàn)表1，它突破了三菱類似產(chǎn)品FX-10DM-E和FX-10DU-E不能訪問(wèn)輔助繼電器M的缺陷。進(jìn)一步便利了PLC在工業(yè)自動(dòng)化中的應(yīng)用。
表1


圖1為PLC數(shù)據(jù)操作單元的結(jié)構(gòu)框圖；圖2為CPU與存儲(chǔ)器的接口電路；圖3為CPU與時(shí)鐘的接口電路；圖4為CPU與液晶模塊的接口電路；圖5為CPU與鍵盤的操作電路；圖6為CPU與RS232的通訊接口電路。
具體實(shí)施方式
由圖1所示，PLC數(shù)據(jù)操作單元，它包括存儲(chǔ)單元電路及CPU微處理器單元電路，電源電路，其特點(diǎn)是，以I2C總線為基礎(chǔ)，采用I2C串行擴(kuò)展方式來(lái)擴(kuò)展系統(tǒng)；置有分別通過(guò)總線I2C總線擴(kuò)展的帶背景光的LCD液晶顯示電路、可外接電池的時(shí)鐘電路、可掉電保持的存儲(chǔ)器電路；置有用于和企業(yè)計(jì)算機(jī)或PLC編程口通信的RS-232接口電路及通過(guò)微處理器的I/O口擴(kuò)展的鍵盤電路。本實(shí)用新型的實(shí)施例為DAU-20型PLC數(shù)據(jù)操作單元，它以PHILIPS高性能高集成度的單片微處理器P87LPC764為核心，它的內(nèi)部集成了復(fù)位電路和看門狗電路，可以采用UART串行通信模式或I2C串行總線擴(kuò)展模式進(jìn)行串行通信。如圖2、圖3、圖4所示，本實(shí)用新型將單片微處理器P87LPC764的9，10兩個(gè)引腳作為虛擬I2C總線的串行擴(kuò)展引腳。通過(guò)這兩個(gè)引腳來(lái)擴(kuò)展存儲(chǔ)單元，時(shí)鐘電路和液晶顯示電路。由圖2所示，存儲(chǔ)單元采用256K大容量E2PROM數(shù)據(jù)儲(chǔ)存芯片24WC256，并可通過(guò)控制該芯片的WP引腳可對(duì)該芯片進(jìn)行寫保護(hù)，以防止對(duì)該芯片的誤操作，它可對(duì)當(dāng)前操作的軟元件單元地址及其設(shè)定的數(shù)據(jù)內(nèi)容進(jìn)行記憶儲(chǔ)存，儲(chǔ)存單元可以在掉電情況下，保存數(shù)據(jù)10年以上。由圖3所示，時(shí)鐘電路采用帶I2C總線接口的DS1307，外加一塊電壓為3～3.5伏的鋰電池BT1，使得時(shí)鐘電路在關(guān)機(jī)的情況下也能正常運(yùn)行。由圖4所示，液晶顯示電路先采用一塊帶I2C總線接口的I/O口芯片PCF8574，然后用它再來(lái)擴(kuò)展一塊16×2的字符型液晶顯示模塊，CPU通過(guò)對(duì)PCF8574的I/O口的讀寫來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)液晶顯示模塊的讀寫時(shí)序控制，從而完成對(duì)LCD液晶顯示電路的讀寫顯示控制。
由圖5所示，鍵盤電路采用單片微處理器P87LPC764的3個(gè)I/O口作為鍵盤輸入，同時(shí)在鍵盤電路中設(shè)計(jì)了一個(gè)蜂鳴器，用戶按下按鍵時(shí)蜂鳴器隨按鍵的操作發(fā)聲，使用戶在操作時(shí)更加方便明了。本儀表與PLC通信時(shí)遵循FX2系列編程口通信協(xié)議，進(jìn)一步提高儀表的通用性和規(guī)范性，使通信效率提高，通信流暢。由圖6所示，用于和PLC編程口或計(jì)算機(jī)通信的RS-232接口電路中設(shè)計(jì)了兩路串行通信線路，CPU可以在這兩路線路中自由切換，使得該儀表可以根據(jù)需要分別完成與PLC編程口或計(jì)算機(jī)串行口的通信。
在DAU-20型PLC數(shù)據(jù)操作單元的面板上共設(shè)置了1個(gè)帶背景光16×2液晶顯示器和3個(gè)LED發(fā)光二級(jí)管，3個(gè)操作鍵盤，外觀優(yōu)美舒適，同時(shí)使儀器的運(yùn)行狀況一目了然，也使操作、調(diào)試更加方便。其中，指示燈亮，表示該選項(xiàng)正在操作中。指示燈滅，表示該選項(xiàng)未接或不在操作中。采用LCD液晶顯示器作為顯示屏使得顯示的內(nèi)容更豐富，更明了。
權(quán)利要求1.一種PLC數(shù)據(jù)操作單元，它包括存儲(chǔ)單元電路及CPU微處理器單元電路，其特征在于，置有分別通過(guò)總線I2C總線擴(kuò)展的帶背景光的LCD液晶顯示電路、可外接電池的時(shí)鐘電路、可掉電保持的存儲(chǔ)器電路；置有用于和企業(yè)計(jì)算機(jī)或PLC編程口通信的RS-232接口電路及通過(guò)微處理器的I/O口擴(kuò)展的鍵盤電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PLC數(shù)據(jù)操作單元，其特征在于，所述的CPU微處理器采用P87LPC764，以其9，10兩個(gè)引腳作為虛擬I2C總線的串行擴(kuò)展引腳，通過(guò)這兩個(gè)引腳來(lái)擴(kuò)展存儲(chǔ)單元，時(shí)鐘電路和液晶顯示電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PLC數(shù)據(jù)操作單元，其特征在于，所述的存儲(chǔ)單元采用256K大容量E2PROM數(shù)據(jù)儲(chǔ)存芯片24WC256，并可通過(guò)控制該芯片的WP引腳可對(duì)該芯片進(jìn)行寫保護(hù)，以防止對(duì)該芯片的誤操作。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PLC數(shù)據(jù)操作單元，其特征在于，所述的時(shí)鐘電路采用帶I2C總線接口的DS1307，外加一塊電壓為3～3.5伏的鋰電池BT1。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PLC數(shù)據(jù)操作單元，其特征在于，所述的用于和PLC編程口或計(jì)算機(jī)通信的RS-232接口電路中置有通過(guò)CPU可以自由切換的兩路串行通信線路。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種PLC數(shù)據(jù)操作儀，它包括存儲(chǔ)單元及CPU微處理器單元電路。特點(diǎn)是，置有分別通過(guò)總線I2C總線擴(kuò)展的帶背景光的LCD液晶顯示電路、可外接電池的時(shí)鐘電路、可掉電保持的存儲(chǔ)器電路；置有用于和企業(yè)計(jì)算機(jī)或PLC編程口通信的RS－232接口電路及通過(guò)微處理器的I/O口擴(kuò)展的鍵盤電路。本實(shí)用新型的效果是只要帶I2C串行接口即可連接需擴(kuò)展的其他單元，擴(kuò)展非常方便，使系統(tǒng)具有較高的集成度。突破了國(guó)內(nèi)類似產(chǎn)品的一些局限性，采用液晶顯示屏，使得人機(jī)交互界面更好，顯示內(nèi)容更豐富，使能訪問(wèn)的PLC軟元件單元的地址范圍更廣，可操作，解決不能訪問(wèn)輔助繼電器M的缺陷。進(jìn)一步便利了PLC在工業(yè)自動(dòng)化中的應(yīng)用。
文檔編號(hào)G05B19/05GK2651792SQ20032010951
公開日2004年10月27日 申請(qǐng)日期2003年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月4日
發(fā)明者沈昱明, 管曉春, 楊偉祥 申請(qǐng)人:上海理工大學(xué)