一種集控制功能與I/O功能于一體的智能控制器的制作方法

本發明涉及智能控制器領域，尤其涉及一種集控制功能與I/O功能于一體的智能控制器。

背景技術：

我國已經進入了高科技發展時期，各種先進科技及設備在社會改造中的應用越來越廣泛，現代制造業過程的自動化控制是提高工廠生產效率、降低財力成本、降低手工操作的難度、確保生產操作安全以及改善工作環境的有效途徑之一，是確保現代制造業信息化、敏捷化的必備條件，已經得到國際上的普遍重視和研究。自動化控制模塊與I/O模塊分別是自動化控制系統的一部分，它們與電源模塊、通訊模塊等一起共同構成自動化控制系統，將現場控制單元、現場監視單元、操作站、通信接口單元等連接起來，綜合了計算機技術、通信技術和過程技術，以適應現代高水平生產控制與企業管理的需要。傳統的控制模塊和I/O模塊僅能單獨實現控制功能或者I/O功能，其生成成本高，體積大，且不能實現無線通訊，存在模塊功能單一、結構設計覆蓋不夠全面、使用方便性和安全可靠性較差等缺陷。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種集控制功能與I/O功能于一體的智能控制器，以克服傳統自動化控制模件結構功能單一，使用方便性和安全可靠性較差等缺陷。

上述目的通過以下技術方案實現：

一種集控制功能與I/O功能于一體的智能控制器，包括：主板電路和罩體；所述主板電路包括MCU單元、電源單元、UI單元、UO單元、DI單元、DO單元和通訊單元；所述UI單元包括模數轉換單元、開關量輸入處理單元及電平量輸入處理單元；所述UO單元包括數模轉換單元和外接繼電器驅動單元；所述通訊單元包括以太網通訊處理單元、無線通訊處理單元及485通訊處理單元；所述UI單元、UO單元、DI單元、DO單元和通訊單元皆與MCU單元相連，所述電源單元對MCU單元、UI單元、UO單元、DI單元、DO單元和通訊單元進行供電。

優選的，所述的DI單元上設置有多路DI端口，用于輸入數字量電平信號，或者用于計數計頻。

進一步的，所述的UI單元上設置有N路UI端口，6≤N≤10，用于輸入模擬量信號和數字量信號，其中，輸入的模擬量信號包括電壓、電流和電阻，數字量信號包括電平信號和開關信號；當所述的DI單元所需輸入的數字量信號路數大于DI端口數時，MCU單元選擇性配置UI端口的輸入類型，實現多路DI、AI協調配置。

優選的，當DI單元需要輸入n路數字量信號時， 6＜n≤12，MCU單元配置UI端口的輸入類型，使UI端口輸入n-6路數字量信號。

進一步的，所述的UO單元上設置有M路UO端口，2≤M≤6，用于輸出模擬量信號和數字量信號，其中，輸出的模擬量信號包括電壓和電流，數字量信號包括電平量信號；當所述的DO單元所需輸出的數字量信號路數大于DO端口數時，MCU單元選擇性配置UO端口的輸出類型，進行數字量信號輸出，實現多路DO、AO協調配置。

優選的，當DO單元需要輸出m路數字量信號時，4＜m≤6，MCU單元配置 UO端口的輸入類型，使UO端口輸入m-4路數字量信號。

進一步的，所述的無線通訊處理單元上設置有天線，用于通過GSM網絡進行通訊。

進一步的，所述的485通訊處理單元包括一個本地連接HMI的接口和一個遠距離隔離通訊接口，該485通訊處理單元支持Modbus-RTU的主從模式，所述的本地連接HMI的接口用于外接顯示屏顯示現場參數，所述的遠距離隔離通訊接口用于組成485網絡進行數據的交互。

進一步的，所述的DI端口通過輸入信號處理單元連接MCU單元，所述的DO端口通過輸出信號處理單元連接MCU單元，所述的UI端口通過UI單元連接MCU單元，所述的UO端口通過UO單元連接MCU單元，所述的RJ45端口、485端口和天線分別通過以太網通訊處理單元、485通訊處理單元和無線通信處理單元連接MCU單元。

進一步的，該智能控制器內置實時時鐘，支持網絡實時時鐘同步，在實現控制與I/O功能的同時，提供事件發生的時間，以及事件之間的因果關系。

本發明的有益效果如下：

1）本發明提供了一種集控制功能與I/O功能于一體的智能控制器，具有最精簡的最小計算機控制結構，采用 CPU 主控單元獨立完成控制與運算，其結構緊湊，集成度高，具有多種通訊方式，可操作性強，用戶滿意度高。

2）本發明的智能控制器單個模塊支持AI、AO、DI和DO，且當模塊需要輸入/輸出的數字量信號數大于DI/DO端口數時，控制單元可以控制UI/UO端口接受超出DI/DO端口的數字量信號輸入/輸出，從而實現多路DI/DO、AI/AO協調配置。

3）本發明的智能控制器支持2路RS485通訊，支持主從ModbusRTU協議，從而解決了傳統自動化控制模件結構功能單一，使用方便性和安全可靠性較差等缺陷的目的。

4）本發明的智能控制器內置實時時鐘，可支持網絡實時時鐘同步，在實現控制與I/O功能的同時，提供事件發生的時間，以及事件之間的因果關系。

5）本發明可通過485處理單元的485端口進行固件程序升級。

附圖說明

圖1為本發明的智能控制器實施例的原理框圖。

圖2為本發明的智能控制器較佳實施例的結構示意圖。

具體實施方式

為了使本領域的技術人員更好地理解本發明方案，下面將結合本發明的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，附圖中相同的標記代表相同或相似的組件。然而，本領域的普通技術人員應當理解，下文中所提供的實施例并非用來限制本發明所涵蓋的范圍。此外，附圖僅僅用于示意性地加以說明，并未依照其原尺寸進行繪制。

顯然，所描述的實例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。

如附圖1和圖2所示為本發明的智能控制器較佳實施例的原理框圖，其組成包括主板電路和罩體，所述主板電路包括MCU單元、電源單元、UI單元、UO單元、DI單元、DO單元、通訊單元，所述UI單元包括模數轉換單元、開關量輸入處理單元、電平量輸入處理單元，所述UO單元包括數模轉換單元、外接繼電器驅動單元，所述通訊單元包括以太網通訊處理單元、無線通訊處理單元、485通訊處理單元，所述UI單元、UO單元、DI單元、DO單元和通訊單元皆與MCU單元相連，所述電源單元對MCU單元、UI單元、UO單元、DI單元、DO單元和通訊單元進行供電。

作為優選方案，本實施例中的智能控制器的MCU單元由32位的ARM單片機及外圍器件構成，運行控制算法、智能控制、智能存儲和通訊數據處理。

作為優選方案，本實施例中的智能控制器的電源單元支持24VAC或24VDC供電。

作為優選方案，本實施例中的智能控制器的DI單元上設置有6路DI端口，輸入電平信號，其中有兩路DI端口也可做計數計頻使用。

作為優選方案，本實施例中的智能控制器的UI單元上設置有6路UI端口，輸入模擬量信號：電壓、電流和電阻，數字量信號：電平量信號和開關信號。并且，當所述DI單元所需輸入的數字量信號路數大于6路時，MCU單元選擇性配置UI端口的輸入類型，實現多路DI、AI協調配置。具體地，當模塊需要輸入n（6＜n≤12）路DI時，在軟件端設置UI端口的輸入類型， MCU單元根據軟件設置，配置 UI端口的輸入類型，使UI端口輸入n-6路數字量信號，所述軟件為與智能控制器配套使用的實時控制軟件。

優選的，模擬輸入的精度為0.2%。

作為優選方案，本實施例中的智能控制器的DO單元上設置有4路DO端口，內置小型繼電器，采用干觸點輸出的方式，觸點能力1A/30VDC。

作為優選方案，本實施例中的智能控制器的UO單元上設置有2路UO端口，輸出模擬量信號：電壓、電流和電阻，數字量信號：電平量信號和開關信號，當所述DO單元所需輸出的數字量信號路數大于4路時，MCU單元可配置UO端口的輸出類型，實現多路DO、AO協調配置。具體地，當模塊需要輸出m（4＜m≤6）路DO時，在軟件端設置UO端口的輸出類型， MCU單元根據軟件設置，配置 UO端口的輸出類型，使UO端口輸出m-4路數字量信號；所述軟件為與智能控制器配套使用的實時控制軟件。

優選的，模擬輸出的精度為0.5%。

作為優選方案，本實施例中的智能控制器的以太網通訊處理單元上設置一路RJ45端口，把控制器的數據接入以太網，實現對現場的遠程監控。

作為優選方案，本實施例中的智能控制器的無線通訊處理單元上設置有天線，通過GSM網絡進行通訊，可與手機連接，隨時隨地即可得到控制器的信息。

作為優選方案，本實施例中的智能控制器的485通訊處理單元包括一個本地連接HMI的接口和一個遠距離隔離通訊接口，支持Modbus-RTU的主從模式，所述的本地連接HMI的接口外接顯示屏，實現對現場參數的直接顯示，所述的遠距離隔離通訊接口可組成485網絡，進行數據的交互，通過軟件平臺實現對智能控制器的管理。

作為進一步的優選方案，本實施例中的智能控制器內置的實時時鐘，支持基于季節、時區、時段等的時間程序調度。與此同時，其有3路LED指示燈，指示控制器的電源、網絡、工作等狀態。

作為優選方案，本實施例中的智能控制器的DI端口通過輸入信號處理單元連接MCU單元，所述的DO端口通過輸出信號處理單元連接MCU單元，所述的UI端口通過UI單元連接MCU單元，所述的UO端口通過UO單元連接MCU單元，所述的RJ45端口，兩組485端口和天線分別通過以太網通訊處理單元、485通訊處理單元和無線通信處理單元連接MCU單元。

本發明的智能控制器為通用一體式控制器，采用嵌入式實時系統，支持多個模塊級聯擴展，單模塊同時支持AI、AO、DI、DO，支持GPRS無線數據終端(DTU)功能，并且可支持網絡實時時鐘同步，可通過GPRS無線數據服務或以太網實現組網，從而達到解決傳統自動化控制模件結構功能單一，使用方便性和安全可靠性較差等缺陷的目的。

以上實施例的說明只是用于幫助理解本發明的方法及其核心思想。應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以對本發明進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本發明權利要求的保護范圍內。