含预置程序的积木式多单片机控制系统设计方法技术方案

本发明专利技术涉及一种含预置程序的积木式多单片机控制系统设计方法，设计者给控制系统常规的模块形式添加单片机、实用的软件及通讯接口，构成针对不同行业不同设备不同功能的积木，用户根据功能需要，选择积木，通过串行总线网络将各个积木搭接实现控制系统的完整功能。各个积木程序简单，修改容易，执行速度快，不容易出现bug；采用串行总线模式，可以更好的实现分布式控制，减小系统体积，减短接线，降低干扰；用户不再需要编程，只需要设置参数，调试工作量大大减轻。即降低了用户负担，避免了因用户编程不当出现的故障甚至事故。将电机驱动器当作一种积木，视作控制系统的一部分，使之无缝衔接，使机械设备的智能化更方便。

Design Method of Building Block Multi-MCU Control System with Preset Program

【技术实现步骤摘要】
含预置程序的积木式多单片机控制系统设计方法
本专利技术涉及一种工业控制系统，特别涉及一种含预置程序的积木式多单片机控制系统设计方法。
技术介绍
目前，机械设备的智能控制系统主要采用可编程序控制器(以下简称PLC)搭建或采用工控机总线控制器(以下简称PCbase)搭建。专利技术于1969年的PLC，以其可靠性和便利性得到迅速发展，在上世纪八、九十年代达到顶峰，至今仍然是机械设备智能控制系统的主流产品。上世纪80年代兴起的PCbase在与PLC的抗争中始终处于劣势，但本世纪以来再次得到发展机遇，维持了其在机械设备智能控制系统领域的一席之地。如图1为PLC的结构示意图，拥有1个安置在CPU模块中的主程序，它从I/O模块、特殊模块和通过串行总线连接的电机驱动器中读取系统数据，统一进行运算和处理，然后再将运算和处理的结果送回I/O模块、特殊模块和驱动器。PLC的特征为：1)单CPU模块，应用程序的主体集中于CPU模块中；2)采用并行总线、框架式结构；3)为用户提供便利的编程语言，由用户自己编写应用程序；4)控制系统与电机驱动系统相对独立，虽然近期已经有了较大的改善，但仍未完全解决两者之间的无缝衔接问题。PCbase的特征为：1)单计算机模块，应用程序的主体集中于计算机模块中；2)采用PC总线(并行总线)、框架式结构；3)充分利用PC机的软件资源，由用户自己编写应用程序；4)控制系统与电机驱动系统相对独立。PLC和PCbase自身特征引发的先天弊端为：1、采用单一程序，随着设备智能化控制要求的不断提高，程序越来越复杂，程序执行时间也越来越长。程序复杂造成对编程人员和调试人员的更高要求，需要更长的编程时间和调试时间，用户对设备功能的任意改动都需要修改主程序，不同程序员响应不同用户、不同应用、不同时段的不同需求对主程序的反复修改，使主程序不再经典而造成故障频发；程序执行延长使程序编制更加困难(经常需要区分中断任务、快速任务、主任务和辅助任务)，甚至造成某些需要快速响应的功能的不可达。2、采用并行总线和框架式结构，无法实现彻底的分布式系统，模块相对集中，占用的空间相对较大，需要较多较长的接线。3、由用户自己编写程序，需要用户有很强的技术实力，用户设计能力的不足，特别是安全设计理念的不足(在我国基层企业安全设计理念不足的现象普遍存在)可能引发设备故障频发甚至因设备故障而引发各种事故。4、机械设备的智能化对控制系统与电机驱动系统的配合要求日益提高，目前的解决方案主要是在电机驱动器中配置工艺卡，完善电机驱动器中的应用宏软件，甚至是允许用户如同编写PLC程序一样的自行编写电机驱动器应用程序，这些方法都不能完全满足用户对驱动器和控制器高度融合的需求，控制系统与电机驱动器之间的隔阂已经成为机械设备智能化进程的障碍。
技术实现思路
本专利技术是针对现在机械设备控制系统设计存在的问题，提出了一种含预置程序的积木式多单片机控制系统MSPPS(Multi-SinglechipPre-ProgramingSystem)设计方法，将各个功能下放至各个积木，各个积木设计通过行业标准或专家定标设计，使用时通过积木的选择堆积来实现所需控制系统功能，保证可靠性及统一性。本专利技术的技术方案为：含预置程序的积木式多单片机控制系统设计方法，包括如下步骤：1)设计者进行积木硬件设计：积木硬件包括I/O模块、工艺卡模块、存储器模块和电机驱动器模块四种类型；I/O模块包括单片机、1个或1个以上通讯端口、数个逻辑量或/和模拟量输入输出端口；工艺卡模块包括单片机、2个或2个以上通讯端口、数个逻辑量输入输出端口；存储器模块包括单片机、1个或1个以上通讯端口、内置存储器或存储器接口、数个逻辑量输入输出端口；电机驱动器模块包括2个或2个以上与其他积木硬件模块兼容的通讯端口，以及电机驱动软硬件，所述电机驱动软件为驱动电机所需软件；2)设计者给步骤1)中每个积木预置软件，形成可执行指定功能的积木，具体实现：各个积木软件的设计根据行业标准或专家定标，并根据功能需要定义特征码，各个积木根据行业和功能进行分类，各个积木之间通过特征码识别和传递信息，每一块积木的软件运行步骤为：本积木输入信息的采集、接收相关积木传递过来的特征码，对输入信息和特征码进行运算处理，将运算结果编译成本积木的特征码送出并对本积木的输出端口进行操作；3)用户根据所设计控制系统需要选择积木，将各积木通过数个串行通讯网络搭接起来，修改积木软件的参数或调整连接元件使各积木协调运行，所述连接元件为微型开关或插针，将选择的积木与对应的输入输出器件连接，构成控制系统；4)用户根据外围设备选取通讯转换单元与步骤3)控制系统对接，形成外网扩展，完成控制系统设计。本专利技术的有益效果在于：本专利技术含预置程序的积木式多单片机控制系统设计方法，将单一程序分解为许多程序，使程序编写简单化、执行高速化和修改便利化。当各积木之间传递的功能码确定后，需要修改的程序只局限于单积木；即使需要修改功能码，也仅仅牵涉单一积木组(由同1路串行总线搭接的若干积木)，不会影响到整个程序；采用串行总线的模式，可真正实现分布式控制，每块积木都可以放置在实际需要它的地方，几乎不占用空间，接线最短最少，还可以降低干扰；由行业应用专家会同程序员将程序融合在积木中按功能要求提前编写并完善调试，用户不再需要编写程序，只需要根据应用设置几个参数，极大的方便了技术实力较弱的用户，也降低了因用户编制程序不当而出现的故障及事故。由于预置软件的使用量远高于用户自己编制的软件，对于程序中可能出现的bug也能够尽早发现并通过在线或本地升级而消除这些bug；MSPPS将电机驱动器作为自己的一组积木，在规划初期就将两者合为一体来考虑。能够完美的实现控制系统与电机驱动器的无缝配合，有利于机械设备的智能化发展。附图说明图1为PLC控制系统典型结构示意图；图2为本专利技术含预置程序的积木式多单片机控制系统典型结构示意图；图3a为本专利技术方法组建的欧式起重机控制系统实施例一结构示意图；图3b为本专利技术方法组建的欧式起重机控制系统实施例二结构示意图；图3c为本专利技术方法组建的欧式起重机控制系统实施例三结构示意图；图4为本专利技术方法组建的造船龙门起重机控制系统结构示意图。具体实施方式MSPPS将PLC的I/O模块智能化后形成带有预置软件的智能I/O积木，使之能够对其读写的I/O数据和接收到的功能码进行预处理，直接在本地完成局部功能的实现，并将单纯的I/O数据转换成简单的功能码送至需要这些功能码的关联积木；MSPPS将PLC和PCbase的单一CPU(或计算机)模块(主程序模块)转换为许多个工艺卡积木(功能程序模块)，分别处理不同的子任务；MSPPS由资深程序员和行业专家配合，直接在智能积木中预置了针对特定行业特定应用的软件，不再需要用户来进行PLC或PCbase的程序编写。1、设计并制作积木硬件1)积木的硬件称之为“模块”。本专利技术共定义了4种模块类型：I/O模块、存储器模块、工艺卡模块和电机驱动器模块。2)I/O模块，用于数据采集和预处理，以及控制指令和信号的输出。包括有逻辑量I/O模块，模拟量I/O模块，计数器&定时器I/O模块，含信号放大器的模拟量输入模块等。所有模块都带有单片机，并包含1个或1个以上的串行本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含预置程序的积木式多单片机控制系统设计方法，其特征在于，包括如下步骤：1)设计者进行积木硬件设计：积木硬件包括I/O模块、工艺卡模块、存储器模块和电机驱动器模块四种类型；I/O模块包括单片机、1个或1个以上通讯端口、数个逻辑量或/和模拟量输入输出端口；工艺卡模块包括单片机、2个或2个以上通讯端口、数个逻辑量输入输出端口；存储器模块包括单片机、1个或1个以上通讯端口、内置存储器或存储器接口、数个逻辑量输入输出端口；电机驱动器模块包括2个或2个以上与其他积木硬件模块兼容的通讯端口，以及电机驱动软硬件，所述电机驱动软件为驱动电机所需软件；2)设计者给步骤1)中每个积木预置软件，形成可执行指定功能的积木，具体实现：各个积木软件的设计根据行业标准或专家定标，并根据功能需要定义特征码，各个积木根据行业和功能进行分类，各个积木之间通过特征码识别和传递信息，每一块积木的软件运行步骤为：本积木输入信息的采集、接收相关积木传递过来的特征码，对输入信息和特征码进行运算处理，将运算结果编译成本积木的特征码送出并对本积木的输出端口进行操作；3)用户根据所设计控制系统需要选择积木，将各积木通过数个串行通讯网络搭接起来，修改积木软件的参数或调整连接元件使各积木协调运行，所述连接元件为微型开关或插针，将选择的积木与对应的输入输出器件连接，构成控制系统；4)用户根据外围设备选取通讯转换单元与步骤3)控制系统对接，形成外网扩展，完成控制系统设计。...

【技术特征摘要】
1.一种含预置程序的积木式多单片机控制系统设计方法，其特征在于，包括如下步骤：1)设计者进行积木硬件设计：积木硬件包括I/O模块、工艺卡模块、存储器模块和电机驱动器模块四种类型；I/O模块包括单片机、1个或1个以上通讯端口、数个逻辑量或/和模拟量输入输出端口；工艺卡模块包括单片机、2个或2个以上通讯端口、数个逻辑量输入输出端口；存储器模块包括单片机、1个或1个以上通讯端口、内置存储器或存储器接口、数个逻辑量输入输出端口；电机驱动器模块包括2个或2个以上与其他积木硬件模块兼容的通讯端口，以及电机驱动软硬件，所述电机驱动软件为驱动电机所需软件；2)设计者给步骤1)中每个积木预置软件，形成可执行指定功能的积木，具体实...

【专利技术属性】
技术研发人员：王旭，夏书文，夏翔，
申请(专利权)人：王旭，
类型：发明
国别省市：上海,31