[发明专利]模块化可配置工业控制仪的控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及工业自动化控制领域，尤其是涉及工业控制仪的模块化和可配置性。

背景技术

目前，工业控制仪用于工业自动化控制，如温度控制、流量控制、压力控制等。通常的工业控制仪，包含一个由嵌入式微处理器构成的中央处理单元，负责信号采集的信号输入单元，负责控制输出的输出控制单元，以及与用户交互的显示配置单元。中央处理单元负责系统的调度和处理，从信号输入单元获得输入信号，经过设定程序的处理，得到控制信号，然后通过输出控制单元进行控制。显示配置单元包括按键和显示屏，实时显示设备的状态，以及控制过程中的状态，同时允许用户进行参数设置、过程设置等操作。信号输入单元提供固定的信号输入接口，用户需要按照要求，将正确类型的信号线接入。同样，输出控制单元提供固定的控制输出接口，用户需要按照接口要求，将控制仪与受控设备进行相连。当硬件结构和接口确定之后，控制系统的软件依赖于硬件的设计，执行进程调度、信号处理等操作。这类工业控制仪的缺点是，当仪器被设计为执行某一方面的控制时，很难或者不能被用于其他方面的控制。比如说，适用于温度控制的工业控制仪，支持接入热电偶和热电阻的信号，控制系统中的状态显示和配置菜单也都与温度控制、热电偶配置、热电阻配置相关。当需要适用于流量控制时，这类工业控制仪不能被使用，因为其信号连接方式、系统控制方式设计等都仅仅与温度控制相关。也就是说，当前的工业控制仪存在通用性不高、可配置性不高的问题。

发明内容

为了克服系统结构上的不方便，本发明提出了一种模块化的可配置控制系统，及相应的控制方法。在系统结构上，以微处理器为中心的中央处理单元作为主板，显示和配置单元位于显示板上，扩展板与主板相连，同时提供多个接口定义一致、总线地址唯一的输入模块接口和输出模块接口。主板、显示板和扩展板构成了系统结构的通用部分。在内部，输入模块通过扩展板上的输入模块接口与主板相连，在外部，输入模块与信号输入设备相连。在符合输入模块接口定义的前提下，输入模块可以根据信号输入设备的不同而任意设计。输入单元的模块化设计，不仅可以同时支持任意多种的输入设备，而且方便输入设备的随意替换。输出模块与输入模块类似，可以同时支持任意多种的输出设备。控制系统根据输入模块或输出模块的类型，提供与类型相关的显示配置菜单。系统结构的通用性设计，接口类型的模块化设计，实现了仪器的通用性，而且具有可配置性，便于仪器的升级和维护。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

在硬件结构上，扩展板与主板相连，为输入模块和输出模块提供接口。微处理器通过I2C总线，对连接到扩展板上的输入和输出模块进行状态读取和控制。扩展板上的所有输入模块接口都具有相同的形式，所有输出模块接口都具有相同的形式。每一个输入模块接口和每一个输出模块接口，都被分配了唯一的I2C总线地址。微处理器作为I2C总线协议的主机，输入和输出接口作为I2C总线的从机。通过这样的形式，控制系统就能够根据不同的地址，使用相同的硬件和软件接口去访问每一个输入模块接口和每一个输出模块接口。当需要连接到扩展板上时，每一个输入模块或输出模块，需要符合扩展板提供的接口形式，提供I2C总线接口，并设定为从机状态。每一个输入模块或输出模块上，都有一个电可擦可编程只读存储器(EEPROM)芯片，保存有模块相关的类型编号和配置信息。控制系统定时检测每一个对外的接口，通过I2C总线地址读取EEPROM中的类型编号，从而判断是否有模块被接入或者移除。当一个模块被连接到系统提供的接口上时，控制系统能够通过I2C总线和接口地址读取其有效的类型编号。反之，当系统通过I2C总线和接口地址不能获得有效的类型编号时，表示该地址的接口上没有模块被连接。输入模块和输出模块的多样化支持，也需要控制系统中存在多样化的驱动代码模块，能够支持有效的模块类型编号。当一个新的输入模块被接入时，控制系统从EEPROM中读取其类型编号和配置信息，然后查找相应的驱动代码模块，并将驱动代码模块与输入模块进行关联。当输出模块被接入时，系统从EEPROM中读取其类型编号，查找相应的驱动代码模块，并将驱动代码模块和输出模块进行关联。