一种总线式IO采集与控制扩展方法、系统与计算机储存介质技术方案

本发明专利技术涉及总线式分布IO外部信号采集与控制功能扩展的技术领域，公开了一种总线式IO采集与控制扩展方法、系统与计算机储存介质，包括，用于模块内部供电、用于控制供电顺序和热插拔处理的芯片的电源模块，用于传输激励信号和传输被测信号的模拟量采集模块，用于接收主控制器模块的控制指令并传递至控制扩展装置的通信接口模块，用于输出控制指令的主控制器模块，通过解决了用分布式总线代替工业PLC控制的IO模块与多功能扩展模块的问题，其次通过嵌套式结构从站解决传统PLC接口的有限性的问题，最后该总线式IO采集与控制扩展系统可应用于各种分布式控制系统中。用于各种分布式控制系统中。用于各种分布式控制系统中。

【技术实现步骤摘要】
一种总线式IO采集与控制扩展方法、系统与计算机储存介质


[0001]本专利技术涉及总线式分布IO外部信号采集与控制功能扩展的
，公开了一种总线式IO采集与控制扩展方法、系统与计算机储存介质。

技术介绍

[0002]目前，总线式IO采集与控制扩展系统在工业自动化、物联网和智能家居等领域得到广泛应用，并呈现以下几个发展情况，随着数据传输需求的增加，总线式IO采集与控制扩展系统正在朝着更高速的通信方式演进。例如，从传统的串行通信协议向更快的以太网通信协议过渡，以满足对实时性和带宽的要求，为了适应不同的应用场景和设备类型，总线式IO采集与控制扩展系统提供了多种接口选项。例如，数字输入/输出（Digital I/O）、模拟输入/输出（Analog I/O）和专用接口（如PWM输出、步进电机控制等），以便满足不同设备的连接需求，随着物联网技术的快速发展，总线式IO采集与控制扩展系统越来越多地与网络和云平台集成。通过连接到互联网，用户可以进行远程监控和控制，并实现数据的云端存储和分析，在工业自动化领域，总线式IO采集与控制扩展系统对可靠性和稳定性的要求非常高。因此，厂商在设计和生产过程中注重产品的抗干扰性、抗震动性和温度适应性等方面的提升，以确保系统能够在恶劣环境下可靠运行，除此以外，市场上存在着多种不同的总线标准和通信协议，用于总线式IO采集与控制扩展系统的连接和通信。例如，常见的有Modbus、CAN（控制器局域网）、EtherCAT等。这些标准和协议在不同的应用领域或行业中具有各自的特点和优势，现代的总线式IO采集与控制扩展系统越来越注重开放性和可扩展性。通过提供软件接口和开发工具包，使用户可以根据自己的需求进行定制和扩展，实现更灵活、更可靠的控制系统，低功耗和节能技术：在某些应用场景下，尤其是物联网和移动设备领域，对总线式IO采集与控制扩展系统的功耗和能效要求越来越高。因此，厂商在设计和制造过程中积极采用低功耗技术和节能策略，以延长设备续航时间和降低能源消耗。
[0003]例如现有的申请公开号为CN105511387A的专利公开了一种PLC IO扩展模块及其扩展方法，公开了PLC IO扩展模块分为PLC本地IO扩展模块、PLC分布式远程IO扩展模块。PLC本地IO扩展模块包括PLC主机、若干IO模块。PLC分布式远程IO扩展模块包括PLC主机(作为主站)、若干接口模块(作为从站)、若干IO模块。PLC主机或接口模块通过自定义的并行扩展总线加载若干IO模块。IO模块的数量由自定义并行扩展总线的地址线位数决定：2地址线位数。PLC主机与若干接口模块之间通过现场总线或实时以太网通讯。本专利技术的扩展方式提高PLC主机处理IO模块的能力。本专利技术还公开了PLC分布式远程IO扩展模块的扩展方法。
[0004]但是上述专利中存在：PLC IO扩展模块通常比单独的IO设备价格更高。这是因为它们需要具备额外的功能和接口，以适应PLC系统的要求。对于规模较大且需要大量IO点的系统，成本可能会更加显著，其次PLC IO扩展模块与PLC主机进行连接，所以需要相应的物理空间来安装这些模块。对于空间有限的应用场景，这可能会带来一定的挑战，每个PLC IO扩展模块都有固定的数量和类型的IO点。如果需要增加更多的IO点或不同类型的IO信号，可能需要添加更多的IO扩展模块。这可能会导致系统复杂性的增加，并且对于未来的扩展
可能需要重新设计和调整，当PLC IO扩展模块出现故障时，很难确定是哪个具体模块引起了问题。这可能需要逐一排查各个模块，增加了故障诊断和维修的复杂性。
[0005]本专利技术的一种总线式IO采集与控制扩展系统采用嵌套式的总线IO扩展模块，其设计紧凑，可以直接安装在设备或控制柜内部，节省了物理空间。相比于传统的独立IO模块，它们不需要单独的安装和布线，因此在布局上更加灵活，其次嵌套式总线IO扩展模块基于Modbus 网络协议进行通信，这使得它们能够方便地与其他设备和系统进行数据交换和远程访问。通过网络通信，可以实现监控、远程操作和数据采集等功能，嵌套式总线IO扩展模块支持快速和简便的IO扩展。通过添加更多的模块或扩展单元，可以轻松增加更多的IO点和功能，以满足系统的需求。这种灵活性使得系统能够根据实际应用的需要进行动态调整和扩展，嵌套式总线IO扩展模块通常具有更丰富的功能和处理能力。它集成了先进的数据处理、调试和诊断功能，以提供更高级的操作和监测功能。这些功能可以大大提高系统的可靠性、安全性和效率。

技术实现思路

[0006]本部分的目的在于概述本专利技术的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和专利技术名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和专利技术名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本专利技术的范围。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术的主要目的在于提供一种总线式IO采集与控制扩展系统；
[0008]供电模块，包括与系统各个模块相连并用于给各模块供电的主电源单元、用于控制供电顺序控制和热插拔处理的电源芯片；
[0009]传感器组模块，包括用于接收被测信号的各类传感器，与模拟量采集模块相连；
[0010]模拟量采集模块，包括用于与模拟量输入设备相连的模拟量输入单元和用于与外部设备相连的模拟量输出单元；
[0011]总线功率自主诊断优化模块，建立功率模型，通过功率模型和问题诊断单元对总线功率进行实时诊断，并通过优化单元对过载进行自主优化。
[0012]主控制器模块，包括主控芯片和连接主控芯片的复位电路、信号输入接口电路、信号输出接口电路、时钟电路和程序烧入接口，主控芯片向外扩展系统总线分别与模拟量采集模块、通信接口模块、供电模块通过系统总线相连；
[0013]通信接口模块，包括用于从站与主站之间的通信，控制信息汇聚的节点与模拟量采集模块通过通信接口模块连接。
[0014]作为本专利技术一种总线式IO采集与控制扩展系统的一种优选方案，其中：
[0015]所述供电模块主要为模拟量采集模块供电，由于各模块所需启动电源电压不同，因此通过电源芯片精准对每一个模块进行分配供电，同时通过电源芯片控制各模块运行时的供电顺序和热插拔芯片进行热插拔处理；
[0016]所述热插拔芯片包括MOS管电路和电流检测电阻，其中电流检测电阻将流过MOS管的信号传递给电源控制线路，电源控制线路通过电源芯片控制MOS管的导通；
[0017]所述各模块包括系统中的所有需要供电模块。
[0018]作为本专利技术一种总线式IO采集与控制扩展系统的一种优选方案，其中：
[0019]所述传感器组模块包括依据系统功能可采集被测信号的传感器、用于对采集的被测信号进行整形滤波处理的信号处理单元和用于交直流互换的A/D转换单元。
[0020]作为本专利技术一种总线式IO采集与控制扩展系统的一种优选方案，其中：
[0021]所述模拟量采集模块包括模拟量输入单元和模拟量输出单元；
[0022]所述模拟量输入单元与通信接口模块相连本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种总线式IO采集与控制扩展系统，其特征在于：包括，供电模块，包括与系统各个模块相连并用于给各模块供电的主电源单元、用于控制供电顺序和热插拔处理的电源芯片；传感器组模块，包括用于接收被测信号的各类传感器，与模拟量采集模块相连；模拟量采集模块，包括用于与模拟量输入设备相连的模拟量输入单元和用于与外部设备相连的模拟量输出单元；主控制器模块，包括主控芯片和连接主控芯片的复位电路、信号输入接口电路、信号输出接口电路、时钟电路和程序烧入接口，主控芯片向外扩展系统总线分别与模拟量采集模块、通信接口模块、供电模块通过系统总线相连；通信接口模块，包括用于从站与主站之间的通信，控制信息汇聚的节点与模拟量采集模块通过通信接口模块连接；总线功率自主诊断优化模块，建立功率模型，通过功率模型和问题诊断单元对总线功率进行实时诊断，并通过优化单元对过载进行自主优化。2.根据权利要求1所述的一种总线式IO采集与控制扩展系统，其特征在于：所述供电模块为模拟量采集模块供电，由于各模块所需启动电源电压不同，因此通过电源芯片对每一个模块进行分配供电，同时通过电源芯片控制各模块运行时的供电顺序和热插拔芯片进行热插拔处理；所述热插拔芯片包括MOS管电路和电流检测电阻，其中电流检测电阻将流过MOS管的信号传递给电源控制线路，电源控制线路通过电源芯片控制MOS管的导通；所述各模块包括系统中的所有需要供电模块。3.根据权利要求1所述的一种总线式IO采集与控制扩展系统，其特征在于：所述传感器组模块包括依据系统功能采集被测信号的传感器、用于对采集的被测信号进行整形滤波处理的信号处理单元和用于交直流互换的A/D转换单元。4.根据权利要求1所述的一种总线式IO采集与控制扩展系统，其特征在于：所述模拟量采集模块包括模拟量输入单元和模拟量输出单元；所述模拟量输入单元与通信接口模块相连，模拟量输入单元用于接收传感器组模块采集的被测信号通过通信接口模块传递主控制器模块，主控制器模块通过处理接收到的被测信号采集发出控制指令；所述模拟量输出单元用于接收主控制器模块输出的控制指令，并且通过发出控制指令激励对外部设备进行控制。5.根据权利要求1所述的一种总线式IO采集与控制扩展系统，其特征在于：所述主控制器模块包括主控芯片、复位电路、信号输入接口电路、信号输出接口电路、时钟电路和程序烧入接口；所述复位电路用于控制主控制器模块进行复位清零；所述时钟电路用于发出脉冲信号和计数被测信号脉冲信号；所述信号输入接口电路与通信接口模块相连，用于接收由模拟量输入单元接收的被测信号；所述信号输出接口电路与通信接口模块相连，用于发出由主控制模块发出的控制指令，控制指令用于控制系统外部设备工作；
所述程序烧入接口用于将预先调试好的程序写入主控器模块中的主控芯片中。6.根据权利要求5所述的一种总线式IO采集与控制扩展系统，其特征在于：所述通信接口模块，通过与供电模块中的电源芯片相连，实现过流保护和失效保护，同时通信接口模块与主控制模块相连，用于总线IO的数据信号传输，通信接口模块与模拟量输入单元相连，用于传递数据信号；所述数据信号包括控制信号和被测信号；所述总线IO包括IO
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【专利技术属性】
技术研发人员：杨林，
申请(专利权)人：南京德克威尔自动化有限公司，
类型：发明
国别省市：