[发明专利]一种模块化PLC扩展通信系统及通信方法

说明书

技术领域

本发明涉及PLC通信领域，尤其涉及一种模块化PLC扩展通信系统，还涉及一种基于所述模块化PLC扩展通信系统的通信方法。

背景技术

可编程逻辑控制器PLC最初主要是为了生产自动化设备的逻辑控制而开发，而随着IT技术和电子信息技术的发展，以及自动化生产控制的网络化智能化等需求，PLC控制器已经成为具备复杂控制能力的开放式网络体系平台。模块化结构的PLC利用其开放式且扩展的模式可兼容不同控制系统的控制需求，从而成为PLC逻辑控制器发展的趋势，特别是在工厂自动化，机器人和数控机床等领域。

集中式PLC利用CPU直接控制IO点的方式可以实现高速的IO信号刷新速率，而模块式PLC利用CPU通信扩展外置模块的方式实现IO信号的刷新，其外置模块的通信刷新周期直接影响了PLC控制的扫描周期，从而影响了PLC控制性能。而现有模块扩展之间的通信方式大多数采用SPI、串口或者多路选通并口等通信方式，极大地遏制了模块扩展节点的数量，增加了PLC系统的扫描周期，从而遏制了模块化PLC控制的性能。因此，研究一种应用在模块化PLC系统的扩展通信协议对于增加模块化PLC系统控制点数、提升控制系统的性能具有重要的意义。

发明内容

为解决现有技术中模块化PLC点数扩展的限制、刷新周期长、通信不稳定等的问题，本发明提供一种模块化PLC扩展通信系统，还提供了一种基于所述模块化PLC扩展通信系统的通信方法。

本发明的系统包括CPU模块、1个以上接口通信模块和若干个扩展模块，其中，所述CPU模块与接口通信模块相连，所述扩展模块通过并行通信总线与接口通信模块和/或CPU模块相连，所述CPU模块、接口通信模块和扩展模块均设有物理层、数据链路层和应用层，其中，物理层：用于接口通信模块和/或CPU模块与扩展模块之间的物理连接；数据链路层：用于定义数据帧结构，并对数据包进行解析和发送；应用层：用于实现接口通信模块和/或CPU模块与扩展模块间的有效数据交互。

本发明作进一步改进，所述扩展模块包括虚拟的链路切换开关，用于实现扩展模块工作模式的切换。

本发明作进一步改进，所述接口通信模块为远程接口通信模块，通过外置的用于通信的扩展模块实现CPU模块的远程通信功能。

本发明作进一步改进，所述并行通信总线包括地址线、数据线、片选线、读使能线、写使能线和中断控制线，所述并行总线在扩展模块间的物理连接上相互隔离。

本发明作进一步改进，所述扩展模块的类型包括数字输入模块、数字输出模块、模拟输入模块、模拟输出模块、脉冲计数模块、脉冲发送模块和协议网关模块。

本发明作进一步改进，所述数据链路层的数据帧结构包括地址区、命令区和数据区，其中，所述地址区、命令区和数据区末尾设有校验位。

本发明作进一步改进，所述地址区包含8位，前7位为编址包括广播地址和单播地址，最后1位为前7位的校验位，所述命令区包括CPU模块和/或接口通信模块至扩展模块的命令、扩展模块至CPU模块和/或接口通信模块的响应命令。

本发明还提供了一种基于所述模块化PLC扩展通信系统的通信方法，包括如下步骤：

S1：系统上电或复位；

S2：CPU模块自动进入配置模式，扫描并初始化扩展模块；

S3：配置模式完成时，判断CPU模块和/或接口通信模块与初始化的扩展模块配置及组态是否一致，如果是，进入通信模式，如果否，返回执行步骤S2；

S4：CPU模块、接口通信模块和扩展模块之间开始相互通信。

本发明作进一步改进，步骤S2中，扩展模块的初始化过程包括如下步骤：

S21：CPU模块和/或接口通信模块与扩展模块1进行点对点通信；

S22：CPU模块和/或接口通信模块识别并写入扩展模块1通信地址；

S23：扩展模块1接收CPU模块和/或接口通信模块发送的数据并转发给扩展模块2；

S24：CPU模块和/或接口通信模块与扩展模块2进行点对点通信；

S25：依次类推，完成所有扩展模块的初始化。

本发明作进一步改进，在步骤S4的通信模式下，扩展模块的链路转发闭合，CPU模块和/或接口通信模块直接与对应的扩展模块通信。避免了后端扩展模块由于前端扩展模块储存转发损失的效率，从而最大程度增加了通信带宽。