本发明提供一种基于无线扩展总线方式的可编程逻辑控制系统，包括：可编程逻辑控制器和多个扩展模块，其中，所述可编程逻辑控制器与多个扩展模块之间通过基于无线扩展总线的方式进行连接。为PLC创建了一种无线扩展总线，以简化PLC系统的安装，并且在PLC和扩展的放置方面更具灵活性（不需要非常紧密的安装）。
1.一种基于无线扩展总线方式的可编程逻辑控制系统，包括：可编程逻辑控制器和多个扩展模块，其中，所述可编程逻辑控制器与多个扩展模块之间通过基于无线扩展总线的方式进行连接，并且其中，所述可编程逻辑控制器包括微处理器，其用于：
以预定的无线通信协议，建立所述可编程逻辑控制器与多个扩展模块之间的连接；
在所述连接成功后，配置将由可编程逻辑控制器无线控制的多个扩展模块，并通过利用多个扩展模块的身份标识符来验证多个扩展模块；
在配置和识别多个控制模块之后，运行系统应用程序循环；
在运行系统应用程序循环之后，检查可编程逻辑控制器与多个扩展模块之间的连接和通信状态；和在确定可编程连接控制器与多个控制模块之间的连接成功之后，利用预定误差检测算法校验可编程逻辑控制器与多个扩展模块之间的通信数据，如果数据正确则再次运行所述系统应用程序循环。
第一无线收发器，用于经由第一天线以所述预定的无线通信协议发送与接收来自多个扩展模块的数据；和第一天线；
第二无线收发器，用于经由第二天线以所述预定的无线通信协议发送与接收来自可编程逻辑控制器的数据；和第二天线。
3.如权利要求2所述的可编程逻辑控制系统，其中，所述扩展微处理器包括身份模块，用于为扩展模块分配一个唯一身份标识符。
4.如权利要求3所述的可编程逻辑控制系统，其中，所述微处理器包括身份模块，用于为可编程逻辑控制器分配一个唯一身份标识符。
5.如权利要求4所述的可编程逻辑控制系统，其中，所述身份标识符包括身份号码、IP地址、MAC地址、产品序列号中的一个或多个。
6.如权利要求5所述的可编程逻辑控制系统，其中，当与多个扩展模块中的一个或多个的连接失败N次时，所述微处理器发出错误报警，N是大于等于3的自然数。
7.如权利要求6所述的可编程逻辑控制系统，其中，当数据的检验失败N次时，所述微处理器发出错误报警，并且校验失败的扩展微处理器也发出错误报警并停止运行，N是大于等于3的自然数。
8.如权利要求7所述的可编程逻辑控制系统，其中，所述预定的无线通信协议是可以基于蓝牙、Wifi、Zigbee进行的。
9.一种基于无线扩展总线方式的可编程逻辑控制系统的控制方法，所述可编程逻辑控制系统包括可编程逻辑控制器和多个扩展模块，所述方法包括：a)以预定的无线通信协议，建立所述可编程逻辑控制器与多个扩展模块之间的连接；
b)配置将由可编程逻辑控制器无线控制的多个扩展模块，并通过利用多个扩展模块的身份标识符来验证多个扩展模块；
d)检查可编程逻辑控制器与多个扩展模块之间的连接和通信状态；和e)利用预定误差检测算法校验可编程逻辑控制器与多个扩展模块之间的通信数据，如果数据正确则返回步骤c)。
10.如权利要求9所述的控制方法，所述步骤a)进一步包括：当与多个扩展模块中的一个或多个扩展模块之间的连接失败N次时，发出错误报警，N是大于等于3的自然数。
11.如权利要求10所述的控制方法，所述步骤d)进一步包括：当可编程逻辑控制器与多个扩展模块中的一个或多个扩展模块之间的连接失败时，所述可编程逻辑控制器发出错误报警，以及连接失败的一个或多个扩展模块发出错误报警并停止运行，N是大于等于3的自然数。
12.如权利要求11所述的控制方法，所述步骤e)进一步包括：如果数据不正确，则重传通信数据并利用预定检测算法进一步校验，如果数据正确则返回步骤c)。
13.如权利要求12所述的控制方法，所述步骤e)进一步包括：如果重传通信数据N次数据仍不正确，则所述可编程逻辑控制器发出错误报警，以及通信数据不正确的一个或多个扩展模块发出错误报警并停止运行，N是大于等于3的自然数。
14.如权利要求13所述的控制方法，其中，所述身份标识符包括身份号码、IP地址、MAC地址、产品序列号中的一个或多个。
15.如权利要求14所述的控制方法，其中，所述预定的无线通信协议是可以基于蓝牙、Wifi、Zigbee进行的。
16.一种基于无线扩展总线方式的可编程逻辑控制系统的控制装置，所述可编程逻辑控制系统包括可编程逻辑控制器和多个扩展模块，所述装置包括：连接模块，用于以预定的无线通信协议，建立所述可编程逻辑控制器与多个扩展模块之间的连接；
配置和识别模块，用于在所述连接模块连接成功后，配置将由可编程逻辑控制器无线控制的多个扩展模块，并通过利用多个扩展模块的身份标识符来验证多个扩展模块；
运行模块，用于在所述配置和识别模块配置和识别多个控制模块之后，运行系统应用程序循环；
检查模块，用于在所述运行模块运行系统应用程序循环之后，检查可编程逻辑控制器与多个扩展模块之间的连接和通信状态；和校验模块，用于在检查模块确定可编程连接控制器与多个控制模块之间的连接成功之后，利用预定误差检测算法校验可编程逻辑控制器与多个扩展模块之间的通信数据，如果数据正确则再次运行所述运行模块。
17.如权利要求16所述的控制装置，其中，所述连接模块进一步用于当与多个扩展模块中的一个或多个扩展模块之间的连接失败N次时，发出错误报警，N是大于等于3的自然数。
18.如权利要求17所述的控制装置，其中，所述检查模块进一步用于当可编程逻辑控制器与多个扩展模块中的一个或多个扩展模块之间的连接失败时，发出错误报警，并停止运行连接失败的一个或多个扩展模块，N是大于等于3的自然数。
19.如权利要求18所述的控制装置，其中，所述校验模块进一步用于在数据不正确时，重传通信数据并利用预定检测算法进一步校验，如果数据正确则再次运行所述运行模块。
20.如权利要求19所述的控制装置，其中，所述校验模块进一步用于如果重传通信数据N次数据仍不正确，则发出错误报警，并停止运行多个扩展模块中通信数据不正确的一个或多个扩展模块，N是大于等于3的自然数。
21.如权利要求20所述的控制装置，其中，所述身份标识符包括身份号码、IP地址、MAC地址、产品序列号中的一个或多个。
22.如权利要求21所述的控制装置，其中，所述预定的无线通信协议是可以基于蓝牙、Wifi、Zigbee进行的。
基于无线扩展总线方式的可编程逻辑控制系统及控制方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种PLC控制系统及其控制方法和控制装置，更具体地说，涉及一种基于无线扩展总线方式的PLC控制系统及其控制方法和控制装置。
背景技术
[0002] 在当前的PLC（Programmable logic Controller,可编程逻辑控制器）设计中，所有的扩展都必须通过扩展总线来有线连接；但是这种解决方案对于安装和修改而言具有非常严格的限制。
[0003] 首先，由于线缆长度的限制，所有的PLC CPU以及扩展模块必须以非常密集且所需的顺序来装配。但是，对于有些顾客而言，PLC的安装空间非常有限，或者控制设备被安装在分离的空间中。因此，对于某些顾客而言PCL系统的安装是非常复杂的。
[0004] 其次，如果顾客需要修改扩展结构，在安装之后很难移除和添加扩展。
[0005] 因此，本发明提出了一种基于无线技术来设计PLC扩展总线的方法，以打破安装限制，并给顾客提供改变系统结构的灵活性。
[0006] 图1示出了根据现有技术的PLC控制系统扩展连接结构框图。
[0007] 如图1所示，在现有的PLC中，所有扩展模块102-104通过有线扩展总线连接，这种设计必须非常密集地放置PLC CPU101和扩展102-104。在图1中，所有的PLC CPU101以及扩展模块102-104通过扩展总线有线连接，且必须以非常密集且所需的顺序来装配，不能安装在分离的空间。
[0008] 在现有的PLC系统中，扩展总线是基于线缆连接的，解决方案技术可以是基于UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用异步接收/发送装置）、SPI(Serial Peripheral Interface，串行外设接口)或USB等。扩展模块串联连接，扩展模块基于线缆连接而寻址。
发明内容
[0009] 本发明的另外方面和优点部分将在后面的描述中阐述，还有部分可从描述中明显地看出，或者可以在本发明的实践中得到。
[0010] 在现有的PLC设计中，所有类型的PLC扩展总线都是基于有线或线缆连接，由于有线和连接器的限制，PLC CPU和扩展的安装必须非常紧密，因此通过PLC CPU和扩展模块的放置，系统布线和安装的空间非常有限。
[0011] 本发明设计了一种基于无线方法的新的PLC扩展总线，以便当系统建立时为顾客提供易于安装、布线和配置的益处。
[0012] 本发明提供一种基于无线扩展总线方式的可编程逻辑控制系统，包括：可编程逻辑控制器和多个扩展模块，其中，所述可编程逻辑控制器与多个扩展模块之间通过基于无线扩展总线的方式进行连接。
[0013] 本发明还提供一种基于无线扩展总线方式的可编程逻辑控制系统的控制方法，所述可编程逻辑控制系统包括可编程逻辑控制器和多个扩展模块，所述方法包括：a)以预定的无线通信协议，建立所述可编程逻辑控制器与多个扩展模块之间的连接；b)配置将由可编程逻辑控制器无线控制的多个扩展模块，并通过利用多个扩展模块的身份标识符来验证多个扩展模块；c)运行系统应用程序循环；d)检查可编程逻辑控制器与多个扩展模块之间的连接和通信状态；和e)利用预定误差检测算法校验可编程逻辑控制器与多个扩展模块之间的通信数据，如果数据正确则返回步骤c)。
[0014] 本发明还提供一种基于无线扩展总线方式的可编程逻辑控制系统的控制装置，所述可编程逻辑控制系统包括可编程逻辑控制器和多个扩展模块，所述装置包括：连接模块，用于以预定的无线通信协议，建立所述可编程逻辑控制器与多个扩展模块之间的连接；配置和识别模块，用于在所述连接模块连接成功后，配置将由可编程逻辑控制器无线控制的多个扩展模块，并通过利用多个扩展模块的身份标识符来验证多个扩展模块；运行模块，用于在所述配置和识别模块配置和识别多个控制模块之后，运行系统应用程序循环；检查模块，用于在所述运行模块运行系统应用程序循环之后，检查可编程逻辑控制器与多个扩展模块之间的连接和通信状态；和校验模块，用于在检查模块确定可编程连接控制器与多个控制模块之间的连接成功之后，利用预定误差检测算法校验可编程逻辑控制器与多个扩展模块之间的通信数据，如果数据正确则再次运行所述运行模块。
[0015] 对于无线PLC控制系统的扩展总线解决方案，PLC基站和扩展模块能够取代相邻地安装而被分离地安装。PLC基站和PLC扩展之间的距离能够相当远且安装和配置都很灵活。
附图说明
[0016] 通过结合附图对本发明的优选实施例进行详细描述，本发明的上述和其他目的、特性和优点将会变得更加清楚，其中相同的标号指定相同结构的单元，并且在其中：
[0017] 图1示出了根据现有技术的PLC控制系统扩展连接结构框图。
[0018] 图2示出了根据本发明实施例的基于无线扩展总线方式的PLC控制系统的结构。
[0019] 图3示出了根据本发明实施例的PLC基站301与一个扩展模块302进行连接的详细电路框图。以及
[0020] 图4示出了图3中的PLC控制系统的工作流程图。
具体实施方式
[0021] 下面将参照示出本发明实施例的附图充分描述本发明。然而，本发明可以以许多不同的形式实现，而不应当认为限于这里所述的实施例。相反，提供这些实施例以便使本公开透彻且完整，并且将向本领域技术人员充分表达本发明的范围。
[0022] 除非另有定义，这里使用的所有术语（包括技术和科学术语）具有与本发明所属领域的普通技术人员共同理解的相同含义。还应当理解，诸如在通常字典里定义的那些术语应当被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义相一致的含义，而不应用理想化或极度形式化的意义来解释，除非这里明确地这样定义。
[0023] 这里参照支持根据本发明实施例的方法、装置（系统）和计算机程序产品的方框图和流程图描述本发明示例性实施例。应当理解，流程图和/或方框图的每个方框以及流程图和/或方框图的方框组合可以通过计算机程序指令实现。这些计算机程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器以产生机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理装置的处理器执行的指令创建实现流程图和/或方框图方框中指定功能/动作的手段。
[0024] 这些计算机程序指令也可以存储在计算机可读存储器中，可以引导计算机或其他可编程数据处理装置以特定方式运行，使得存储在计算机可读存储器中的指令产生包括实现方框图方框中指定功能/动作的指令手段的制造物品。
[0025] 计算机程序指令还可以加载到计算机或其他可编程数据处理装置上，导致在计算机或其他可编程装置上执行一系列操作步骤来产生计算机实现的处理，使得计算机或其他可编程装置上执行的指令提供实现方框图方框中指定功能/动作的步骤。每个方框可以表示代码模块、片断或部分，其包括一个或多个用来实现指定逻辑功能的可执行指令。还应当注意，在其他实现中，方框中标出的功能可能不按图中标出的顺序发生。例如，根据所涉及的功能，连续示出的两个方框可能实际上基本上并发地执行，或者方框有时可能以相反的顺序执行。
[0026] 对于本发明的解决方案，通过无线方案来代替扩展总线，以便扩展的通信能够基于无线协议。
[0027] 本说明中示例的内容被提供以助于全面理解参考附图公开的本发明的各种示例性实施例。因此，本领域的技术人员将会意识到，在不脱离要求保护的本发明的精神和范围的情况下，可以对这里描述的示例性实施例进行各种改变和修改。为了清楚和简洁，将省略对公知功能和结构的描述。
[0028] 根据本发明，采用了具有ID配置和误差检测算法的无线PLC扩展总线。
[0029] 图2示出了根据本发明实施例的基于无线扩展总线方式的PLC控制系统的结构。
[0030] 如图2所示，根据本发明方案，基于无线扩展总线的PLC控制系统包括PLC基站201以及多个扩展202-205。虽然图2中仅示出了4个扩展，但本领域技术人员应该理解，根据需要可以增加扩展的数量。
[0031] PLC基站201与多个扩展202-205采用无线扩展总线方式连接，PLC基站201与多个扩展202-205之间通过无线方式进行通信，它们之间不需要连接有线扩展总线。基于该系统配置，扩展模块能够放置在CPU无线信号范围内的任何位置。
[0032] 为了实现图2所示的方案，在PLC基站201和PLC扩展模块202-205中分别设计了用于无线通信的电路，无线方案可以是蓝牙、Wifi、Zigbee等。
[0033] 此外，将一种应用程序协议添加用于PLC基站201和扩展模块202-205之间无线通信的无线通信协议，以避免错误通信并确保通信的可靠。同时，误差检测算法被用来避免通信误差、校验和等。
[0034] 对于PLC 201和扩展模块202-205，嵌入一种可配置身份电路该配置以确保每个系统的通信。这种身份方案可以是一个开关或存储器中的可配置序列号。
[0035] 图3示出了根据本发明实施例的PLC基站301与一个扩展模块302进行连接的详细电路框图。
[0036] 虽然图3中仅以一个扩展模块302为例进行了说明，但本领域技术人员应该理解，PLC控制系统中可以包括多个扩展模块，且每个扩展模块具有图3所示扩展模块302的电路。
[0037] PLC基站301包括微处理器3011、无线收发器3012和天线3013。扩展模块302包括扩展微处理器3021、无线收发器3022和天线3023。
[0038] 根据本发明，通过将包含无线收发器3012和天线3013的接口电路以及包含无线收发器3022和天线3023的接口电路应用为一种PLC的无线扩展总线，实现无线PLC扩展的硬件功能，同时通过软件协议、ID识别的方式实现对无线扩展302的可靠控制。
[0039] 微处理器3011（或者，PLC系统中的CPU部分）负责运行PLC的应用程序以及配置不同的扩展模块和IO功能。无线收发器3012和无线收发器3012实现了微处理器的无线扩展通信的接口和数据链路层功能。
[0040] 天线3023和无线收发器3022实现了扩展模块302的无线扩展通信的接口和数据链路层功能，扩展微处理器3021（或者，扩展模块302的CPU）是PLC系统中主微处理器3011控制的从微处理器。
[0041] 如图3所示，无线收发器3012与无线收发器3022经由天线3013和3023进行通信。
[0042] 在所有扩展模块中设计ID配置逻辑，以在配置和通信期间确保每个扩展模块具有一个唯一身份。
[0043] 对于PLC基站301和扩展模块302配置功能和通信ID，对于扩展模块302给予唯一地址，并在PLC基站301和扩展模块302之间进行链路。如图3所示，微处理器3011和扩展微处理器3021包含了ID（身份）模块30111和30211。此处，根据实际需要，微处理器3011中的身份模块是可选的。
[0044] ID模块30111用于为PLC基站3011分配一个唯一身份标识符；以及ID模块30211用于为扩展模块302分配一个唯一身份标识符，以便区别不同的扩展模块，以达到对扩展模块各个功能的准确控制。该ID模块30111和30211的实现方法有很多，可以通过软件配置或者硬件配置方式。
[0045] 软件配置方式：比如通过给不同的扩展模块编程，配置ID号码，或者IP地址来建立通信后配置。
[0046] 硬件配置的方式：可以通过拨码开关(后期配置方法)、或者MAC地址识别的方式，或者产品序列号。
[0047] 微处理器3011通过利用身份标识符来验证扩展模块302。
[0048] 微处理器3011利用无线收发器3012通过天线3013与扩展模块302通信。
[0049] 为了避免PLC 301与扩展模块302之间的通信与其他无线通信之间的相互干扰，基于无线通信协议创建新的应用程序协议以便PLC 301利用一种新的无线通信机制与扩展模块302通信。校验和或其他误差检测方法集成在无线通信协议中。
[0050] 微处理器3011用于执行PLC控制系统的系统应用程序循环。由负责无线连接的CPU，即图3中的微处理器3011，通过无线收发器3012和天线3013来发送与接收数据以便控制与扩展模块302的通信，即，建立与扩展模块302的连接并配置扩展模块。微处理器3011在每个PLC的循环周期（即，完成一次系统应用程序循环的周期）检查PLC基站301与扩展模块302之间的无线通信连接状况以及通信状况。如果连接断掉，则及时报警，以保证PLC系统工作的可靠性。
[0051] 基于无线通信协议设计误差检测算法。误差检验算法可以通过现有的算法实现，比如网络通信的协议校验算法，也可以通过自定义的算法实现。
[0052] 误差检验由数据的接收方实现，因为根据本发明的无线扩展模块既有输入，也有输出，所以数据是双向传输的。因此，校验算法会由通信双方的模块同时完成。
[0053] 当用户利用根据本发明的基于无线扩展总线方式的PLC控制系统时，用户在下载到微处理器3011中的用户应用程序中配置所有需要由PLC CPU控制的扩展模块。在CPU模块3011中下载PLC应用程序，基于该应用程序，PLC CPU能够通过PLC无线通信控制所有扩展IO。
[0054] PLC的应用程序和配置信息是由PLC 301的编程口下载到微处理器3011中的，这样，作为主控PLC，微处理器3011就可以识别需要被其控制的无线扩展模块302的信息。同时在系统启动或运行过程中，扫描和监控网络中的无线PLC扩展模块的工作信息。
[0055] 用户建立根据本发明的PLC系统并布线。通电，PLC基站201运行用户应用程序并基于用户应用程序控制CPU和所有扩展模块202-203的所有移动。
[0056] 图4示出了图3中的PLC控制系统的工作流程图。虽然图4中以一个扩展模块为例进行了说明，但本领域技术人员应该理解图4的流程图也可适用于多个扩展模块的情况。
[0057] 如图4所示，在步骤401，PLC控制系统通电。
[0058] 在步骤4011和4021，PLC基站301和扩展模块302复位。
[0059] 在步骤4012，微处理器3011运行以装载系统；在步骤4022，扩展微处理器3021运行以装载固件。
[0060] 在步骤4013和4023，初始化PLC基站301和扩展模块302的固件。
[0061] 在PLC基站301一侧，在步骤4014，微处理器3011调用系统应用程序。此时，如果该系统应用程序不包含扩展模块，那么微处理器3011运行PLC自身的系统应用程序循环404。如果该系统应用程序包含扩展模块，则进入步骤4015。在步骤4015，进行与扩展模块的连接。如果连接不成功，则进入步骤4016等待并重试。如果进行N次连接之后仍然不成功，则进行到步骤402，PLC基站301给出错误报警。此处，N例如是大于等于3的自然数。
本领域技术人员应该理解，可以根据实际需求设置N。如果连接成功，则进行到步骤4017。
[0062] 在扩展模块一侧，在步骤4024，扩展模块等待PLC基站302连接。如果连接不成功，则返回步骤4024继续等待。如果连接成功，则进行到步骤4017。
[0063] 在步骤4017，微处理器3011进行连接设置和ID配置，以识别PLC控制系统中的扩展模块。
[0064] 在步骤4018，微处理器3011初始化扩展模块302的配置。
[0065] 在步骤4019，微处理器3011运行系统应用程序循环。PLC控制系统每完成一次循环操作所需的时间称为一个扫描周期。
[0066] 在步骤4020，在每个循环，微处理器3011检查连接状态和通信状态。如果连接不成功，则进入步骤402和403，扩展模块302停止运行，并且PLC基站301给出错误报警，而扩展模块302点亮错误LED（发光二极管）。
[0067] 如果连接成功，则在步骤4021，微处理器3011利用误差检测算法校验通信数据，如果数据正确，则返回到步骤4019，继续运行系统应用程序循环，并且继续在每个PLC的扫描周期检查连接状态和通信状态。
[0068] 如果数据不正确，则进入步骤4022，进行通信数据重传，并校验数据。如果经过N次重传校验，仍然数据错误，则进入步骤402和403，扩展模块302停止运行，并且PLC基站301给出错误报警，而扩展模块302点亮错误LED（发光二极管）。如果在N次重传校验过程中，数据正确，则返回到步骤4019。这里，N例如是大于等于3的自然数。本领域技术人员应该理解，可以根据实际需求设置N。
[0069] 图4给出了一个扩展模块与PLC基站之间的工作流程。对于多个扩展模块的情形，与上述流程类似。不同之处在于：如果存在多个扩展模块，而仅有部分扩展通信失败，则应该继续保持和其他扩展的通信，同时扩展和PLC基站301同时报警，且通信失败的扩展模块停止工作。
[0070] 此外，在图4中示出了PLC基站和扩展模块的两种不同报警方式，但本领域技术人员应该理解，它们可以采用相同的报警方式，也可以采用此处未列出的其他的报警方式。
[0071] 根据本发明的系统具有如下优点和应用范围。
[0072] 1．本发明是一种新的PLC的范围，具有更多的顾客，更多的市场分享，并且是产品的新的应用情形。
[0073] 2.本发明对于系统建立和布线而言更容易，且具有更好的顾客满意度。
[0074] 3.本发明使得系统建立的调试和修改变得更为容易，因为所有的扩展模块是分离地建立的，在CPU和每个扩展之间没有实体的有线连接。
[0075] 4.本发明还节省了系统电源，降低了PLC控制系统的功耗。
[0076] 虽然结合目前被认为是最实际和最优的实施例描述了本发明，但本领域技术人员应当理解本发明不限于所公开的实施例，相反，本发明旨在覆盖所附权利要求的精神和范畴之内包括的各种各样的修改和等价结构。
