一种基于双FPGA架构的可编程控制器及工业控制系统技术方案

一种基于双FPGA架构的可编程控制器及工业控制系统，可编程控制器包括：主控制模块、第一可编程模块、第二可编程模块、物理接口收发模块及光耦隔离模块；主控制模块输出第一控制指令和第二控制指令；第一可编程模块按照工业以太网通信协议对第一控制指令进行封装和调度，得到工业以太网数据帧；物理接口收发模块将工业以太网数据帧转换为差分信号，并输出至每个从站；第二可编程模块将第二控制指令调制得到脉冲控制指令，并对外部脉冲信号进行脉冲计数得到脉冲计数结果；将将脉冲控制指令输出至从站；本实施例结合两个可编程模块和主控制模块实现并行多任务处理，以对于各个从站的运行状态进行实时的控制，提高了数据收发的稳定性和效率。

A programmable controller and industrial control system based on dual FPGA Architecture

【技术实现步骤摘要】
一种基于双FPGA架构的可编程控制器及工业控制系统
本申请属于通信控制
，尤其涉及一种基于双FPGA架构的可编程控制器及工业控制系统。
技术介绍
目前，可编程逻辑控制器(ProgrammableLogicController，PLC)技术进步和通信技术的发展，工业自动化控制由传统的点对点的脉冲控制模式逐渐转变为基于工业以太网的现场总线通信控制模式。现场总线控制系统将工业现场的控制、监测等设备通过串行信号的方式集成在一个通信网络中，具有速度快，响应及时，双向和串行多节点等优点。基于工业以太网的现场总线通信系统可以实现百兆以太网的高速、低抖动的控制，广泛应用于各种高速、高精度的运动控制系统当中，因此通过PLC通信方式对于提供工业生产效率和工业生产稳定性具有极其重要的实用价值。其中EtherCAT(EtherControlAutomationTechnology，以太网控制自动化技术)总线基于以太网的开发架构的现场总线系统，通过EtherCAT总线能够实现多设备的联动控制和通信；其中将PLC应用于EtherCAT总线通信方式中以实现数据处理和PLC相关业务控制功能；传统的PLC总线通信方式中，需要依靠EtherCAT主站来实现数据的收发，其数据收发的稳定性和效率较差，并且PLC的分时处理模式不具备很好的实时性，无法满足技术人员高精度的实时控制需求；并且EtherCAT主站既要处理PLC业务，又要从处理通信业务，降低了数据输入输出的效率，实用价值较低。
技术实现思路
有鉴于此，本申请实施例提供了一种基于双FPGA架构的可编程控制器及工业控制系统，旨在解决传统的技术方案中PLC总线通信过程中数据收发的效率和稳定性较低，PLC高速输入输出响应不及时，无法兼顾多任务并行处理需求的问题。本申请实施例的第一方面提供了一种基于双FPGA架构的可编程控制器，与至少两个从站连接，所述可编程控制器包括：主控制模块、第一可编程模块、物理接口收发模块、第二可编程模块以及光耦隔离模块；所述主控制模块与所述第一可编程模块及所述第二可编程模块连接，所述第一可编程模块与所述物理接口收发模块连接，所述物理接口收发模块与至少两个所述从站连接，所述第二可编程模块与所述光耦隔离模块连接，所述光耦隔离模块与至少两个所述从站连接；所述主控制模块用于输出第一控制指令和第二控制指令；所述第一可编程模块用于收发通信指令，按照工业以太网通信协议对所述第一控制指令进行封装和调度，以得到工业以太网数据帧；所述物理接口收发模块用于将所述工业以太网数据帧转换为差分信号，并将所述差分信号输出至每个所述从站，以控制所述从站的运行状态；所述第一可编程模块还用于通过所述物理接口收发模块对各个所述从站返回的数据帧进行解析后输出给主控制模块；所述第二可编程模块用于接收第二控制指令并输出脉冲控制指令，并将所述脉冲控制指令通过所述光耦隔离模块输出至各个所述从站，以控制所述从站的运行状态；所述第二可编程模块还用于接入外部脉冲信号，并对于所述外部脉冲信号进行计数得到脉冲计数结果，以进行定量比较和中断触发。在其中的一个实施例中，所述从站的运行状态包括：位置和速度。在其中的一个实施例中，所述第一可编程模块还用于生成同步时钟，并将所述同步时钟通过所述物理接口收发模块输出至各个从站，以使得第一可编程模块与所述从站进行时钟同步。在其中的一个实施例中，所述主控制模块还用于根据所述从站返回的数据帧生成以太网控制数据；所述可编程控制器还包括：通信模块，所述通信模块与所述主控制模块及网络服务器连接，所述通信模块用于将所述以太网控制数据输出至所述网络服务器，以及接收所述网络服务器输出的网络数据。在其中的一个实施例中，所述通信模块包括：RJ45接口、USB接口、RS232接口、RS485接口以及CAN接口中的至少任意一种。在其中的一个实施例中，所述通信模块包括RJ45接口；所述可编程控制器还包括以太网编码模块，所述以太网编码模块连接于所述主控制模块与所述RJ45接口之间，所述以太网编码模块用于对所述以太网数据进行编码，并输出至所述RJ45接口。在其中的一个实施例中，所述以太网编码模块包括PHY芯片，所述主控制模块包括MII接口，所述MII接口与所述PHY芯片连接，所述PHY芯片与所述RJ45接口连接。在其中的一个实施例中，所述第一可编程模块还用于在接收各个所述从站返回的数据帧并进行解析之后，并且在输出解析后的各个所述数据帧之前，生成第一中断指令并输出至所述主控制模块。在其中的一个实施例中，所述物理接口收发模块包括RJ45接口。本申请实施例的第二方面提供了一种工业控制系统，包括：主站，所述主站包括如上所述的可编程控制器；和至少两个从站，每个所述从站均与所述可编程控制器连接。上述基于双FPGA架构的可编程控制器通过第一可编程模块和第二可编程模块分别实现总线数据处理任务，提高了可编程控制器的数据传输效率和数据处理精确性；一方面，通过第一可编程模块实现EtherCAT协议，根据第一控制指令能够实现高效的任务处理和精确的协议转换；另一方面，通过第二可编程模块实现了实时的高速输入计数和高速输出控制功能，第二可编程模块对于外部输入的信号具有较高的响应精度和效率，提高了可编程控制器的数据处理效率和稳定性；因此本实施例利用了两个可编程模块+一个主控制模块的双架构方式，实现了可编程控制器的高精度、实时通信控制，这种双架构方式可兼顾实现多个实时性总线任务，实用价值较高。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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为本申请一实施例提供的基于双FPGA架构的可编程控制器的结构示意图；图2为本申请一实施例提供的基于双FPGA架构的可编程控制器的另一种结构示意图；图3为本申请一实施例提供的基于双FPGA架构的可编程控制器的另一种结构示意图；图4为本申请一实施例提供的工业控制系统的结构示意图。具体实施方式为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。请参阅图1，本申请实施例提供的基于双FPGA(FieldProgrammableGateArray，现场可编程门阵列)架构的可编程控制器10的结构示意图，可编程控制器10与至少两个从站(图1采用201、…20N，其中N为大于1的整数)连接，那么可编程控制器10与每个从站之间能够实现实时的通信功能，进而通过可编程控制器10能够同步操控多个从站的工作状态，并通过可编程控制器10能够高效地获取每个从站的实际本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于双FPGA架构的可编程控制器，与至少两个从站连接，其特征在于，所述可编程控制器包括：/n主控制模块、第一可编程模块、物理接口收发模块、第二可编程模块以及光耦隔离模块；/n所述主控制模块与所述第一可编程模块及所述第二可编程模块连接，所述第一可编程模块与所述物理接口收发模块连接，所述物理接口收发模块与至少两个所述从站连接，所述第二可编程模块与所述光耦隔离模块连接，所述光耦隔离模块与至少两个所述从站连接；/n所述主控制模块用于输出第一控制指令和第二控制指令；/n所述第一可编程模块用于收发通信指令，按照工业以太网通信协议对所述第一控制指令进行封装和调度，以得到工业以太网数据帧；/n所述物理接口收发模块用于将所述工业以太网数据帧转换为差分信号，并将所述差分信号输出至每个所述从站，以控制所述从站的运行状态；/n所述第一可编程模块还用于通过所述物理接口收发模块对各个所述从站返回的数据帧进行解析后输出给主控制模块；/n所述第二可编程模块用于接收第二控制指令并输出脉冲控制指令，并将所述脉冲控制指令通过所述光耦隔离模块输出至各个所述从站，以控制所述从站的运行状态；/n所述第二可编程模块还用于接入外部脉冲信号，并对于所述外部脉冲信号进行计数得到脉冲计数结果，以进行定量比较和中断触发。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于双FPGA架构的可编程控制器，与至少两个从站连接，其特征在于，所述可编程控制器包括：
主控制模块、第一可编程模块、物理接口收发模块、第二可编程模块以及光耦隔离模块；
所述主控制模块与所述第一可编程模块及所述第二可编程模块连接，所述第一可编程模块与所述物理接口收发模块连接，所述物理接口收发模块与至少两个所述从站连接，所述第二可编程模块与所述光耦隔离模块连接，所述光耦隔离模块与至少两个所述从站连接；
所述主控制模块用于输出第一控制指令和第二控制指令；
所述第一可编程模块用于收发通信指令，按照工业以太网通信协议对所述第一控制指令进行封装和调度，以得到工业以太网数据帧；
所述物理接口收发模块用于将所述工业以太网数据帧转换为差分信号，并将所述差分信号输出至每个所述从站，以控制所述从站的运行状态；
所述第一可编程模块还用于通过所述物理接口收发模块对各个所述从站返回的数据帧进行解析后输出给主控制模块；
所述第二可编程模块用于接收第二控制指令并输出脉冲控制指令，并将所述脉冲控制指令通过所述光耦隔离模块输出至各个所述从站，以控制所述从站的运行状态；
所述第二可编程模块还用于接入外部脉冲信号，并对于所述外部脉冲信号进行计数得到脉冲计数结果，以进行定量比较和中断触发。


2.根据权利要求1所述的可编程控制器，其特征在于，所述从站的运行状态包括：位置和速度。


3.根据权利要求1所述的可编程控制器，其特征在于，所述第一可编程模块还用于生成同步时钟，并将所述同步时钟通过所述物理接口收发模块输出至各个从站，以使得第一可编程模块与所述从站进行时钟同步。


4.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁德明，
申请(专利权)人：深圳市英威腾自动控制技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44