一种可编程逻辑控制器和可编程逻辑控制器网络系统

摘要

本发明提出一种可编程逻辑控制器和可编程逻辑控制器网络系统。所述可编程逻辑控制器包括身份信息存储单元和近场通信单元，其中：身份信息存储单元，用于存储该可编程逻辑控制器的身份信息；近场通信单元，用于发送该可编程逻辑控制器的身份信息，和/或接收其他可编程逻辑控制器的身份信息。通过近场无线传输技术实现可编程逻辑控制器系统的组网解决方案，无需连接器或电缆，提高了组网的可靠性。

说明书

技术领域

本发明涉及工业电子装置技术领域，特别是涉及一种可编程逻辑控制器和可编程逻辑控制器网络系 统。

背景技术

可编程逻辑控制器(PLC)是一种为工业环境应用设计的数字运算操作电子装置。它采用可以编制程 序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通 过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备通常都按照 易于与工业控制系统形成一个整体、易于扩展其功能的原则而设计。

PLC系统一般比较复杂，需要许多设备在系统中同时组网工作。因此，需要有针对PLC设备的组网 方案。目前在PLC应用领域中，通常通过以太网、RS485/232等通信接口来实现各个PLC设备之间的组 网，需要利用RJ45、DB9等连接器和/或通信电缆将各个设备连接。比如，在目前的组网方式中，子模块 和主模块之间通过连接器连接，而主模块之间通过通信电缆连接。然而，经过多次拔插之后，连接器和电 缆都容易产生接触不良，造成通信不稳定，这就降低了组网的可靠性。

另外，在现有技术的组网过程中，还需要用户在软件中自行针对各个PLC设备分配ID号、地址以及 确定主从关系等。这个过程非常繁琐，只有专业的工程师才能熟练操作，因此这也不利于PLC的广泛应用。

发明内容

本发明实施方式提出一种可编程逻辑控制器，提高组网的可靠性。

本发明实施方式提出一种可编程逻辑控制器网络系统，提高组网的可靠性。

本发明的技术方案具体如下：

一种可编程逻辑控制器，包括身份信息存储单元和近场通信单元，其中：身份信息存储单元，用于存 储该可编程逻辑控制器的身份信息；近场通信单元，用于发送该可编程逻辑控制器的身份信息，和/或接收 其他可编程逻辑控制器的身份信息。

所述可编程逻辑控制器的身份信息包括：可编程逻辑控制器的名称、可编程逻辑控制器的功能或可编 程逻辑控制器的点数。

所述可编程逻辑控制器进一步包括组网单元，该组网单元用于根据所述其他可编程逻辑控制器的身份 信息，建立与所述其他可编程逻辑控制器的网络连接。

所述可编程逻辑控制器进一步包括身份信息识别单元，该身份信息识别单元用于设置身份信息名单， 并根据所述身份信息名单对接收到的其他可编程逻辑控制器身份信息进行认证。

所述可编程逻辑控制器为主模块或子模块，所述子模块为扩展数字量模块或模拟量模块。

所述可编程逻辑控制器进一步包括无线通信单元，用于在组网完成后在可编程逻辑控制器间进行数据 交换。

一种可编程逻辑控制器网络系统，包括主模块和子模块，其中：子模块，用于通过近场通信方式发送 自身的身份信息；主模块，用于通过近场通信方式接收子模块的身份信息，并根据所述子模块的身份信息， 建立与所述子模块的网络连接。

子模块的身份信息包括：子模块的名称、子模块的功能或子模块的点数。

所述子模块包括身份信息存储单元和近场通信单元，其中：身份信息存储单元，用于存储该子模块的 身份信息；近场通信单元，用于发送该子模块的身份信息。

所述主模块包括身份信息存储单元、近场通信单元和组网单元，其中：身份信息存储单元，用于存储 该主模块的身份信息；近场通信单元，用于接收子模块的身份信息；组网单元，用于根据所述子模块的身 份信息，建立与所述子模块的网络连接。

所述主模块进一步包括身份信息识别单元：该身份信息识别单元用于设置身份信息名单，并根据所述 身份信息名单对接收到的子模块身份信息进行过滤。

所述主模块和子模块进一步包括无线通信单元，所述无线通信单元用于在组网完成后在可编程逻辑控 制器间进行数据交换。

从上述技术方案可以看出，本发明的一个实施方式提出一种可编程逻辑控制器，包括身份信息存储单 元和近场通信单元，其中：身份信息存储单元，用于存储该可编程逻辑控制器的身份信息；近场通信单元， 用于发送该可编程逻辑控制器的身份信息，和/或接收其他可编程逻辑控制器的身份信息。由此可见，本发 明的上述实施方式通过近场无线传输技术实现了可编程逻辑控制器系统的组网解决方案，无需连接器和/ 或电缆，因此提高了组网的可靠性。而且，本发明通过之间传递身份信息实现组网，可以让用户简单、直 观地实现设备之间交换信息和访问内容，相比于传统的组网方式，本发明不需要复杂的人工设定，只需将 设备相互靠近即可实现组网。

本发明的另外一个实施方式利用近场通信单元交换身份信息实现组网，组网完成后可编程逻辑控制器 间大量数据的交换则通过无线通信单元实现。利用吞吐量小的近场通信方式在可编程逻辑控制器之间进行 组网，实现了更加简单地触控式的短距离信息交换。这种组网方式简单，只需要可编程逻辑控制器相互靠 近一段时间就能完成组网。同时，在组网完成后，该方案利用吞吐量大、实时性强的无线通信方式进行数 据交换。该实施方式综合利用了近场通信和无线通信的优点，能够实现良好的技术效果。

附图说明

图1为本发明可编程逻辑控制器的结构图；

图2为本发明可编程逻辑控制器网络结构图。

具体实施方式

为了使本发明的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施方式，对本发明进行进一步详细 说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以阐述性说明本发明，并不用于限定本发明的保护范 围。

在本发明中，不需要连接器和/或电缆，而是通过近场无线传输技术实现可编程逻辑控制器系统的组网 解决方案。

图1为本发明可编程逻辑控制器的结构图。

如图1所示，该可编程逻辑控制器100包括身份信息存储单元101和近场通信(NFC)单元102，其 中：

身份信息存储单元101，用于存储该可编程逻辑控制器100的身份信息；

近场通信单元102，用于发送该可编程逻辑控制器100的身份信息，和/或接收其他可编程逻辑控制器 的身份信息。

身份信息存储单元101中存储有可编程逻辑控制器100的身份信息。身份信息用于标识可编程逻辑控 制器的身份。其它可编程逻辑控制器接收到身份信息后，可以识别出对应于该身份信息的可编程逻辑控制 器。身份信息对于整个可编程逻辑控制器系统的组网具有重要的意义，只有获知到系统中各个可编程逻辑 控制器的身份信息，才能正确组网以及实现正确配置。

优选地，可编程逻辑控制器的身份信息可以包括：可编程逻辑控制器的名称、可编程逻辑控制器的功 能和/或可编程逻辑控制器的点数等。比如，身份信息可以标识出该可编程逻辑控制器是主模块、扩展数字 量模块或者模拟量模块；身份信息标识还可以标识出该可编程逻辑控制器具备什么样的功能以及具有多少 点数等等。示范性地，身份信息存储单元101具体可以为可编程逻辑控制器100中的系统程序存储器或用 户程序存储器。

可编程逻辑控制器100具体可为主模块或子模块(包括扩展信号板)。当可编程逻辑控制器100实施 为主模块时，可以主动发起组网；当可编程逻辑控制器100实施为子模块时，可以接受主模块的组网。

当可编程逻辑控制器之间相互靠近时，近场通信单元102即可根据近场通信方式向一定范围内的其他 可编程逻辑控制器发送该可编程逻辑控制器的身份信息，和/或接收其他可编程逻辑控制器的身份信息。

在近场通信方式中，允许可编程逻辑控制器之间进行非接触式点对点数据传输(通常为10厘米内) 交换各自的身份信息。身份信息可以通过频谱中无线频率部分的电磁感应耦合方式传递。

近场通信单元102可以在主动或被动模式下交换身份信息。在被动模式下，启动近场通信的近场通信 单元102，也称为近场通信发起设备(主设备)，在整个通信过程中提供射频场(RF-field)，它可以选择 106kbps、212kbps或424kbps中的一种传输速度，将身份信息发送到其它近场通信单元102。此时，接收 身份信息的其它近场通信单元102称为近场通信目标设备(从设备)，不必产生射频场，而使用负载调制 (load modulation)技术，即可以相同的速度将自身的身份信息传回到主设备。

在一个实施方式中：

该可编程逻辑控制器100可以进一步包括组网单元104。

组网单元104，用于根据所述其他可编程逻辑控制器的身份信息，建立与所述其他可编程逻辑控制器 的网络连接。组网单元104获取到其他可编程逻辑控制器的身份信息之后，即可根据所有的身份信息开始 组网。组网单元103可以用软件实现，还可以用现场可编程门阵列(FPGA)、ASIC芯片、复杂可编程逻 辑芯片CPLD(Complex Programmable Logic Device)等硬件电路实现。如果可编程逻辑控制器100不需要承 担组网任务，则可编程逻辑控制器100也可以省去组网单元104。

在一个实施方式中：

该可编程逻辑控制器100可以进一步包括身份信息识别单元1043；

身份信息识别单元103，用于设置身份信息名单，并根据所述身份信息名单对接收到的其他可编程逻 辑控制器身份信息进行认证。可以在身份信息识别单元103中通过查询白名单的方式对接收到的身份信息 进行合法性鉴定，并滤去不在白名单中的非法身份信息。比如：可以在身份信息识别单元104中设置合法 身份信息白名单，如果判定接收到的其他可编程逻辑控制器身份信息位于该合法身份信息白名单中，则认 定身份信息合法，保存该身份信息。再比如可以在身份信息识别单元103中设置非法身份信息黑名单，如 果判定接收到的其他可编程逻辑控制器身份信息位于该非法身份信息黑名单中，则认定身份信息非法，丢 弃该身份信息。

无论是作为主模块或子模块的可编程逻辑控制器，都可以包括身份信息识别单元103。

当可编程逻辑控制器作为主模块时，可以通过身份信息识别单元103滤去非法身份信息，并由组网单 元104利用合法身份信息实现组网。

当可编程逻辑控制器作为子模块时，可以通过身份信息识别单元103滤去非法身份信息，并且通过自 身的近场通信单元102将所有合法身份信息传递给主模块，由接收到所述所有合法身份信息的主模块实现 组网。或者，当可编程逻辑控制器作为子模块时，可以通过身份信息识别单元103滤去非法身份信息，并 在自身保存所有合法身份信息，当将该子模块升级为主模块之后，即可通过调用自身所保存的所有合法身 份信息实现组网工作。

基于上述描述，图2为本发明可编程逻辑控制器网络结构图。

如图2所示，该系统包括主模块200和子模块300，其中：

子模块300，用于通过近场通信方式发送自身的身份信息；

主模块200，用于通过近场通信方式接收子模块300的身份信息，并根据所述子模块300的身份信息， 建立与所述子模块300的网络连接。

其中：

子模块300可以包括身份信息存储单元301和近场通信单元302，其中：

身份信息存储单元301，用于存储该子模块300的身份信息；

近场通信单元302，用于发送该子模块300的身份信息。

主模块200包括身份信息存储单元201、近场通信单元202和组网单元204，其中：

身份信息存储单元201，用于存储该主模块200的身份信息；

近场通信单元202，用于利用与近场通信单元302的近场通信连接，从近场通信单元302接收子模块 300的身份信息；

组网单元204，用于根据所述子模块300的身份信息，建立与所述子模块300的网络连接。

优选地，主模块200进一步包括身份信息识别单元203。

身份信息识别单元203，用于设置身份信息名单，并根据所述身份信息名单对接收到的子模块身份信 息进行认证。可以在身份信息识别单元203中通过查询白名单的方式对接收到的身份信息进行合法性鉴定， 并滤去不在白名单中的非法身份信息。比如可以在身份信息识别单元203中设置合法身份信息白名单，如 果判定接收到的其他可编程逻辑控制器身份信息位于该合法身份信息白名单中，则认定身份信息合法，保 存该身份信息。再比如可以在身份信息识别单元203中设置非法身份信息黑名单，如果判定接收到的其他 可编程逻辑控制器身份信息位于该非法身份信息黑名单中，则认定身份信息非法，丢弃该身份信息。

本发明的组网方案中，可以直接利用近场无线传输技术，而无需连接器和电缆即可实现组网。在创建 网络系统时，只需要将各个可编程逻辑控制器相互靠近，通过频谱中无线频率部分的电磁感应耦合方式传 递身份信息，各个可编程逻辑控制器即可相互识别并完成组网。本发明还可以再辅助以长距离的无线通讯 技术，实现可编程逻辑控制器间大量数据和状态的通信。如图2所示，主模块200和子模块300可以包括 无线通信单元205和无线通信单元305。这样，可以利用近场通信单元202、302交换身份信息，实现组网。 组网完成后可编程逻辑控制器间大量数据的交换则通过第一无线通信单元205、第二无线通信单元305实 现。第一无线通信单元205和第二无线通信单元305可为WIFI、ZIGBEE等无线通信设备。该方案利用吞 吐量小的近场通信方式在主模块200和子模块300之间进行组网，实现了更加简单地触控式的短距离设备 信息交换。这种组网方式简单，只需要可编程逻辑控制器相互靠近一段时间就能完成组网。同时，在组网 完成后，该方案利用吞吐量大、实时性强的无线通信方式进行数据交换。常规可编程逻辑控制器之间的距 离很难在近场通信的有效范围内，第一无线通信单元205、第二无线通信单元305可以确保主模块200和 子模块300之间能够稳定、快速的传递大量数据。另外，在图2中，第一无线通信单元205、第二无线通 信单元305的配对、组网也可以通过近场通信单元202、302实现。第一无线通信单元205、第二无线通信 单元305的配对、组网都需要交互和确认身份信息。现有技术需要可视设备和输入设备(例如键盘和显示 器)来交互身份信息和输入密码来进行身份认证。本发明可以通过利用近场通信单元202、302省去第一 无线通信单元205、第二无线通信单元305配对、组网时需要的可视设备和输入设备。

本发明可以让用户简单、直观地实现设备之间交换信息和访问内容。相比于传统的组网方式，本发明 无需执行复杂设定，只需将设备相互靠近即可实现组网。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作 的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。