CN220913550U - 一种plc集成控制系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及数控的技术领域，公开了一种PLC集成控制系统。该系统包括处理器、放大单元、通信端口、系统终端和电源模块；处理器包括逻辑控制单元、NC运动控制单元和驱动控制单元；逻辑控制单元连接通信端口，用于进行数据采集及逻辑关系的控制和转换；驱动控制单元连接NC运动控制单元；放大单元连接驱动控制单元，使NC运动控制单元通过放大单元控制外部电机；通信端口与处理器通信连接；系统终端连接通信端口；电源模块分别连接通信端口及放大单元。处理器的NC运动控制单元通过主存直接控制驱动控制单元，无需其他处理器控制驱动控制单元，减少了电子元件数量，降低生产成本和维护成本，提升系统的集成性能。

Description

一种PLC集成控制系统

技术领域

本申请涉及数控的技术领域，尤其是涉及一种PLC集成控制系统。

背景技术

PLC控制系统是在传统的顺序控制器的基础上引入了微电子技术、计算机技术、自动控制技术和通讯技术而形成的一代新型工业控制装置，以取代继电器、执行逻辑、记时、计数等顺序控制功能，建立柔性的远程控制系统。

PLC控制系统具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。现有的PLC控制系统通常由多个微处理器配合控制，电子元件数量较多，生产成本和维护成本较高，并且PLC控制系统的集成性能还有待提升。

实用新型内容

本申请所要解决的技术问题是减少PLC控制系统中的电子元件数量，降低生产成本和维护成本，从而提升PLC控制系统的集成性能。

为了解决上述问题，本申请提供了一种PLC集成控制系统，包括处理器、放大单元、通信端口、系统终端和电源模块；所述处理器包括逻辑控制单元、NC运动控制单元和驱动控制单元；所述逻辑控制单元连接所述通信端口，并用于进行数据采集及逻辑关系的控制和转换；所述NC运动控制单元连接所述逻辑控制单元；所述驱动控制单元连接所述NC运动控制单元；所述放大单元连接所述驱动控制单元，以使所述NC运动控制单元通过所述放大单元控制外部电机；所述通信端口与所述处理器通信连接；所述系统终端连接所述通信端口；所述电源模块分别连接所述通信端口及所述放大单元。

优选的，所述驱动控制单元包括依次相连的位置环、速度环及电流环，且所述电流环连接所述放大单元。

优选的，所述NC运动控制单元通过主存与所述驱动控制单元进行数据交换，以实现对外部电机的运动轨迹控制和速度控制。

优选的，所述驱动控制单元和所述放大单元均为多个，每一所述驱动控制单元和对应的所述放大单元构成驱动模块，每一所述驱动模块用于驱动不同的外部电机。

优选的，包括第一编码器和第二编码器，所述第一编码器、所述第二编码器分别连接不同的所述驱动模块。

优选的，所述通信端口包括RS232接口、RS485接口和以太网接口，所述处理器与所述RS232接口、所述RS485接口和所述以太网接口通信连接，所述系统终端连接所述RS232接口、所述RS485接口和所述以太网接口。

优选的，所述系统终端包括人机界面及PC编程软件，所述人机界面、所述PC编程软件分别通过所述RS232接口、所述RS485接口及所述以太网接口与所述处理器进行通信连接。

优选的，所述通信端口还包括IO接口、AD接口和DA接口，所述IO接口、所述AD接口及所述DA接口分别连接所述逻辑控制单元，以进行数据采集及逻辑关系的控制和转换。

优选的，所述通信端口还包括EtherCAT总线接口，所述EtherCAT总线接口分别连接所述NC运动控制单元、所述逻辑控制单元及外部模块以外扩支持EtherCAT总线。

优选的，所述电源模块包括第一电源、第二电源和第三电源，所述第一电源、所述第二电源分别连接不同的所述驱动模块，所述第三电源连接所述通信端口。

与现有技术相比，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

通过处理器中的NC运动控制单元生成位置环的控制命令，控制命令包括位置设定值，并将控制命令写入主存；位置环控制器读取主存中的控制命令来控制电机位置；速度环中的控制器负责计算期望速度，速度环受位置环控制，可通过位置信号微分来实现；电流环生成控制电机电流的命令，电流环输出信号经放大单元传递给外部电机，进而控制电机的运动。处理器中的NC运动控制单元通过主存直接控制驱动控制单元，无需通过另外的处理器控制驱动控制单元，使该PLC集成控制系统更加简化，减少了电子元件数量，降低生产成本和维护成本，从而提升该PLC集成控制系统的集成性能和稳定性，简化了编程以及后端维护。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请提供的PLC集成控制系统的整体结构示意图。

附图标记说明：1、处理器；2、NC运动控制单元；3、逻辑控制单元；4、IO接口；5、AD接口；6、DA接口；7、RS232接口；8、RS485接口；9、以太网接口；10、EtherCAT总线接口；11、第一驱动器；12、伺服电机；13、第二驱动器；14、步进电机；15、第一电源；16、第二电源；17、第三电源；18、人机界面；19、PC编程软件；20、驱动模块；21、系统终端；22、通信端口；23、电源模块；24、位置环；25、速度环；26、电流环；27、放大单元；28、第一编码器；29、第二编码器；30、EtherCAT总线驱动器；31、EtherCAT总线步进器；32、远程IO；33、远程AD/DA模块；34、EtherCAT总线变频器。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在本申请说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本申请。如在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/ 或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

请参照图1，本申请实施例提供了一种PLC集成控制系统，该系统包括处理器1、放大单元27、通信端口22、系统终端21和电源模块23，通信端口22与处理器1通信连接，且系统终端21连接通信端口22。在本实施例中，处理器1即为CPU，该系统由一个处理器1进行控制，可减少电子元件数量，降低生产成本和维护成本，从而提升该PLC集成控制系统的集成性能和稳定性。

处理器1包括NC运动控制单元2、逻辑控制单元3和驱动控制单元。

NC运动控制单元2通过主存控制驱动控制单元，主存即为随机存取存储器RAM，主存可存储数据，工作时可以随时从任何一个指定的地址写入或取出信息，即共享内存，驱动控制单元可通过主存与处理器1直接交换数据，进而实现对外部伺服电机12、外部步进电机14的运动轨迹控制和速度控制。本实施例中，NC运动控制单元2内部设置有第一通信组件（图中未示）、运动轨迹规划组件（图中未示）、加减速规划组件（图中未示）、非对称加减速规划组件（图中未示，非对称加减速规划组件可以是S型加速度和T型加速度的融合，也就是在加减速阶段可以是S型或者T型加减速可以任意选择）、插补算法组件（图中未示）和运动监控与诊断组件（图中未示）。

逻辑控制单元3连接通信端口22，并用于进行数据采集及逻辑关系的控制和转换。具体的，逻辑控制单元3包括：通信组件（图中未示）、程序解释器（图中未示）、输入输出管理组件（图中未示）、逻辑操作组件（图中未示）、定时器（图中未示）、计数器（图中未示），数据处理和逻辑组件（图中未示）、通信协议支持组件（图中未示）、错误处理和报警组件（图中未示）、事件驱动组件（图中未示）以及API接口库组件（图中未示），以进行数据采集及逻辑关系的控制和转换，从而实现该PLC集成控制系统的自动化运行。

在具体实施例中，驱动控制单元分别连接NC运动控制单元2和放大单元27，以使NC运动控制单元2通过放大单元27控制外部电机。其中，驱动控制单元包括依次相连的位置环24、速度环25、电流环26及放大单元27，且电流环26连接放大单元27。

驱动控制单元和放大单元27均设有多个，每一驱动控制单元和对应的放大单元27构成驱动模块20，每一驱动模块29用于驱动不同的外部电机。在具体实施例中，驱动模块20分别为第一驱动器11及第二驱动器13，第一驱动器11、第二驱动器13中分别包括依次相连的位置环24、速度环25、电流环26及放大单元27，NC运动控制单元2分别与第一驱动器11、第二驱动器13中的位置环24进行通信连接。

在具体实施例中，第一驱动器11连接NC运动控制单元2，以使处理器1中的NC运动控制单元2通过主存控制第一驱动器11。其中，第一驱动器11为伺服驱动器并用于连接外部伺服电机12。在本实施例中，设置有两组第一驱动器11与外部伺服电机12，每组第一驱动器11均包括依次相连的位置环24、速度环25、电流环26及放大单元27，位置环24用于接收NC运动控制单元2的控制信号。

在具体实施例中，第二驱动器13连接NC运动控制单元2，以使处理器1中的NC运动控制单元2通过主存控制第二驱动器13。其中，第二驱动器13为步进驱动器并用于连接外部步进电机14。在本实施例中，设置有两组第二驱动器13与步进伺服电机12，每组第二驱动器13均包括依次相连的位置环24、速度环25、电流环26及放大单元27，位置环24用于接收NC运动控制单元2的控制信号。

在此，NC运动控制单元2通过RS485总线对第一驱动器11和第二驱动器13进行参数设置和状态监控，以实现对外部伺服电机12、外部步进电机14的运动轨迹控制和速度控制。

请继续参照图1，该PLC集成控制系统还包括第一编码器28和第二编码器29，第一编码器28、第二编码器分29分别连接不同的驱动模块20。与第一驱动器11、第二驱动器13相对应的，第一编码器28、第二编码器29分别设有两个。其中，第一编码器28连接第一驱动器11，第二编码器29连接第二驱动器13。在此，第一编码器28、第二编码器29分别用于测量伺服电机12、步进电机14旋转或线性运动的位置，从而提供伺服电机12、步进电机14实际位置的反馈。

在此，NC运动控制单元2生成位置环24的控制命令，控制命令包括位置设定值（即电机的期望位置），并将控制命令写入主存；处理器1通过集成控制算法来计算电机的控制输出，例如模型预测控制（MPC）或直接转矩控制（DTC），这些控制算法通常会考虑多个控制层级，例如位置、速度和电流，并将其集成到一个统一的控制策略中；通过编码器连接电机提供实际位置的反馈，位置环24中位置传感器的数据也可以写入主存，以便控制算法可以访问电机的实际位置信息；通过集成控制算法获取主存中的数据信息，即位置设定值和实际位置的信息；控制算法通过位置设定值和实际位置信息，计算并生成电机的控制输出指令；控制输出指令被发送到电机，以实现工作所需的位置和速度；对此，电机的实际位置会不断被位置环24中的位置传感器测量，并写入主存，控制算法可以通过实际位置数据进行反馈校正，确保电机达到期望的位置。

在具体实施例中，通信端口22包括IO接口4、AD接口5和DA接口6，IO接口4、AD接口5及DA接口6分别连接电源模块23和逻辑控制单元3，以进行数据采集及逻辑关系的控制和转换。对于远程IO接口4，处理器1可以读取和写入数字输入及输出信号；对于AD接口5和DA接口6，处理器1可以采集模拟信号或发送模拟输出。

在具体实施例中，通信端口22还包括RS232接口7、RS485接口8和以太网接口9，RS232接口7、RS485接口8和以太网接口9分别与处理器1进行通信连接，并连接系统终端21。在此，NC运动控制单元2通过RS485接口8对第一驱动器11和第二驱动器13进行参数设置和和数据采集。

在具体实施例中，通信端口22还包括EtherCAT总线接口10，EtherCAT总线接口10一端连接NC运动控制单元2和逻辑控制单元3，EtherCAT总线接口10另一端分别连接EtherCAT总线驱动器30、EtherCAT总线步进器31、远程IO32、远程AD/DA模块33和EtherCAT总线变频器34等外部模块，NC运动控制单元2和逻辑控制单元3可通过EtherCAT总线接口10控制外部模块。

在此，EtherCAT总线接口10类似于脉冲、方向信号的控制方式，因而，EtherCAT总线驱动器30、EtherCAT总线步进器31、远程IO32、远程AD/DA模块33和EtherCAT总线变频器34等外部模块与第一驱动器11、第二驱动器13处于同级状态。其中，NC运动控制单元2、逻辑控制单元3分别通过主存控制EtherCAT总线驱动器30、EtherCAT总线步进器31、远程IO32、远程AD/DA模块33、EtherCAT总线变频器34、第一驱动器11和第二驱动器13。因此，逻辑控制单元3的编程需要考虑每个外部模块的通信协议和控制要求。

在具体实施例中，系统终端21包括人机界面18及PC编程软件19。其中，人机界面18、PC编程软件19分别通过RS232接口7、RS485接口8及以太网接口9与处理器1进行通信连接，人机界面18负责获取和显示逻辑状态中的共享数据区状态；PC编程软件19负责根据现场工艺需求编写逻辑控制单元3中的代码，PC编程软件19开发的控制程序可通过RS232接口7或RS485接口8与处理器1实现串口通信，或者通过以太网接口99与处理器1实现以太网通信，从而实现多种通信协议，例如Modbus、Ethernet/IP、CANopen等通信协议。

在具体实施例中，电源模块23分别连接通信端口22和驱动模块20。电源模块23包括第一电源15、第二电源16和第三电源17，第一电源15、第二电源16分别连接不同的放大单元27，其中，第一电源15连接第一驱动器11中的放大单元27，第二电源16连接第二驱动器13中的放大单元27，第三电源17连接通信端口22。在此，通过220V的输入电压为电源模块23进行供电；第一电源15为310V电源，并对第一驱动器11进行供电；第二电源16为48V~110V电源，并对第二驱动器13进行供电；第三电源17为24V电源，并对IO接口4进行供电。

本申请实施例中PLC集成控制系统的实施原理为：通过处理器1中的NC运动控制单元2生成位置环24的控制命令，控制命令包括位置设定值，并将控制命令写入主存；位置环24控制器读取主存中的控制命令来控制电机位置；速度环25中的控制器负责计算期望速度，速度环25受位置环24控制，可通过位置信号微分来实现；电流环26生成控制电机电流的命令，电流环26输出信号经放大单元27传递给外部电机，进而控制电机的运动。

用户操作时，只需要通过PC编程软件19开发的控制程序与RS232接口7、RS485接口8连接实现串口通讯，与以太网接口9连接实现以太网通讯，处理器1中的NC运动控制单元2通过主存直接控制第一驱动器11和第二驱动器13，无需通过另外的处理器1分别控制第一驱动器11和第二驱动器13，使该PLC集成控制系统更加简化，从而减少通讯延迟，增强该系统的实时性，提高了该系统的抗干扰能力。另外，可减少电子元件数量，降低生产成本和维护成本，从而提升该PLC集成控制系统的集成性能和稳定性，简化了编程及后端维护。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种PLC集成控制系统，其特征在于：包括处理器、放大单元、通信端口、系统终端和电源模块；

所述处理器包括逻辑控制单元、NC运动控制单元和驱动控制单元；所述逻辑控制单元连接所述通信端口，并用于进行数据采集及逻辑关系的控制和转换；所述驱动控制单元连接所述NC运动控制单元；

所述放大单元连接所述驱动控制单元，以使所述NC运动控制单元通过所述放大单元控制外部电机；

所述通信端口与所述处理器通信连接；

所述系统终端连接所述通信端口；

所述电源模块分别连接所述通信端口及所述放大单元。

2.根据权利要求1所述的一种PLC集成控制系统，其特征在于，所述驱动控制单元包括依次相连的位置环、速度环及电流环，且所述电流环连接所述放大单元。

3.根据权利要求1所述的一种PLC集成控制系统，其特征在于，所述NC运动控制单元通过主存与所述驱动控制单元进行数据交换，以实现对外部电机的运动轨迹控制和速度控制。

4.根据权利要求1所述的一种PLC集成控制系统，其特征在于，所述驱动控制单元和所述放大单元均为多个，每一所述驱动控制单元和对应的所述放大单元构成驱动模块，每一所述驱动模块用于驱动不同的外部电机。

5.根据权利要求4所述的一种PLC集成控制系统，其特征在于，包括第一编码器和第二编码器，所述第一编码器、所述第二编码器分别连接不同的所述驱动模块。

6.根据权利要求1-5任一项所述的一种PLC集成控制系统，其特征在于，所述通信端口包括RS232接口、RS485接口和以太网接口，所述处理器与所述RS232接口、所述RS485接口和所述以太网接口通信连接，所述系统终端连接所述RS232接口、所述RS485接口和所述以太网接口。

7.根据权利要求6所述的一种PLC集成控制系统，其特征在于，所述系统终端包括人机界面及PC编程软件，所述人机界面、所述PC编程软件分别通过所述RS232接口、所述RS485接口及所述以太网接口与所述处理器进行通信连接。

8.根据权利要求1-5任一项所述的一种PLC集成控制系统，其特征在于，所述通信端口还包括IO接口、AD接口和DA接口，所述IO接口、所述AD接口及所述DA接口分别连接所述逻辑控制单元，以进行数据采集及逻辑关系的控制和转换。

9.根据权利要求1-5任一项所述的一种PLC集成控制系统，其特征在于，所述通信端口还包括EtherCAT总线接口，所述EtherCAT总线接口分别连接所述NC运动控制单元、所述逻辑控制单元及外部模块以外扩支持EtherCAT总线。

10.根据权利要求4所述的一种PLC集成控制系统，其特征在于，所述电源模块包括第一电源、第二电源和第三电源，所述第一电源、所述第二电源分别连接不同的所述驱动模块，所述第三电源连接所述通信端口。