一种PLC梯形图硬件处理器制造技术

本发明专利技术公开了一种PLC梯形图硬件处理器，用于对PLC梯形图进行硬解析，包括：指令译码单元、行指引控制器、列元件寄存器、多路选择器、元件输入状态控制器、元件结合状态控制器、行之间或关系寄存器、与逻辑运算单元、列输出中间状态控制器、或逻辑运算单元。采用本发明专利技术实现了对梯形图指令的解析。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于工业控制专用硬件处理器设计领域，涉及一种PLC梯形图硬件处理器。
技术介绍
PLC作为通用工业控制计算机，因其简单易懂、操作方便、可靠性高、通用灵活、体积小、使用寿命长等一系列优点，在工业领域应用广泛。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。目前PLC产品主要来自欧姆龙、施耐德、NEC等外国公司，国内还没有高水平的PLC 设备厂商。通过对国外先进的PLC产品进行分析，发现制约我国PLC产品发展的因素一方面是成本上缺乏竞争力，另一方面是缺乏核心技术，很难设计出高性能的PLC，形成系列化的产品型谱。PLC产品一般包括背板、CPU模块和扩展模块。CPU模块是PLC的核心模块，负责完成PLC的程序控制、数据处理、通信等任务。在CPU模块中，梯形图语言的编码、解析、执行是最核心的技术，其处理的性能和可靠性直接关系到整个PLC的性能与可靠性。根据梯形图语言的解析方式不同，一般分为软解析和硬解析两种。软解析就是利用C语言等高级语言模拟梯形图的工作过程，在通用处理器上完成梯形图的解析过程。硬解析是设计专用的梯形图解析硬件处理器。硬解析方式实现了与通用处理器的并行处理， 其处理速率一般比软解析方式高一个数量级以上。同时，硬解析方式容易实现冗余、现场保护等可靠性技术。因此，硬解析方式一般用在高端PLC产品，软解析方式一般用在低端PLC 产品。现阶段国内还没有查到采用硬解析方式实现梯形图解析的产品，本专利技术在技术上具有先进性。专利技术内容本专利技术的技术解决问题是克服现有技术的不足，提供了一种PLC梯形图硬件处理器。采用本专利技术实现了对梯形图指令的解析。本专利技术的技术解决方案是一种PLC梯形图硬件处理器，用于对PLC梯形图进行硬解析，包括指令译码单元、 行指引控制器、列元件寄存器、多路选择器、元件输入状态控制器、元件结合状态控制器、行之间或关系寄存器、与逻辑运算单元、列输出中间状态控制器、或逻辑运算单元；指令译码单元，对输入的梯形图页面数据中的指令位进行译码，当获得页开始标志时，产生页开始标志指令，并输出到多路选择器；当获得列开始标志时，产生列开始标志指令，并输出到行指引控制器；行之间或关系寄存器，按列接收输入的梯形图页面数据，并存储梯形图页面中每列数据间的或关系；列元件寄存器，接收输入的梯形图页面数据，并按列存储位于每列梯形图数据中元件的有无状态；多路选择器，判断接收到的页开始标志指令，若页开始标志指令有效，则多路选择器将梯形图页面数据第一列的数据输出到元件输入状态控制器；若页开始标志指令无效， 则多路选择器将来自于或逻辑运算单元的数据输出到元件输入状态控制器；行指引控制器，根据接收到的列开始标志指令，按行读取存储于列元件寄存器中每行元件的有无状态；并将读取的元件有无状态输出到元件结合状态控制器；元件输入状态控制器和元件结合状态控制器分别将接收到的数据输出到与逻辑运算单元进行与操作后，将获得的结果数据输出到列输出中间状态控制器；列输出中间状态控制器，将输入的数据进行存储，将存储完的一列数据输出到或逻辑运算单元；，或逻辑运算单元，对接收到的一列数据按照行之间或关系寄存器中对应列上的行之间或关系对结果数据进行或运算后，将获得的结果数据输出到多路选择器。本专利技术与现有技术相比具有如下优点1.提高了梯形图处理的绝对速度梯形图指令完全采用硬件方式进行解析、执行和处理，跟用软件方式相比，通过采用多路并行处理、流水线设计等硬件电路设计方法，硬件方式下梯形图处理速度比软件解析方式至少提高了一个数量级以上。2.提高了 PLC整个CPU模块处理速度PLC的CPU模块包括通用处理器和梯形图硬件处理器两个处理单元。通用处理器一般用来完成PLC的通信控制、软件调度、中断处理等功能，PLC梯形图处理器用来完成梯形图的解析、执行和处理。与软件梯形图解析方式下由通用CPU进行梯形图解析相比，梯形图硬件处理器通过与通用处理器并行处理，能够提高整个PLC系统的处理速率。3.提高了 PLC的可靠性和安全性软件解析方式下，梯形图解析软件和CPU模块的软件为一个整体，其运行的可靠性严重依赖于整个CPU模块软件的设计。当CPU模块软件运行出现时，PLC输出很可能会进入不确定状态，影响使用的安全性和可靠性。通过采用梯形图硬件处理器方式，能够实现梯形图处理与CPU的状态隔离，即使CPU软件运行异常，梯形图处理器也可以维持正确的状态。附图说明图1为LadderPU梯形图基本接点和线圈示意图；图2为LadderPU梯形图执行顺序示意图；图3为本专利技术结构图。具体实施例方式本专利技术通过对国际上常用的梯形图语言代码进行分析，完成LadderPU程序的编码设计；优化梯形图处理方式，完成了 LadderPU架构设计和梯形图程序解析路径设计；针对梯形图程序不同类型接点(常开接点、常闭接点)和线圈(常开线圈、常闭线圈、置位线圈、复位线圈、上升沿线圈、下降沿线圈)，完成处理电路设计；针对梯形图功能模块需要， 完成功能模块处理电路设计。另外，根据工业领域高可靠控制需求，开展了现场保护电路设计，保证在系统在出现灾难性故障后，可以快速恢复。1.梯形图指令编码根据梯形图基本组成和命令，本专利技术的梯形图编码指令如下表1所示。表中数据的高位(D13 D15)用来表示编码梯形图的指令类型，例如“000”为常开接点的指令编码， “001”为常闭接点的指令编码等。另外，利用D12 D15为“1111”时，表示页开始标志的指令码，即用来表示一页梯形图指令的开始。利用D13 D15为“101”时，表示列开始标志的指令码，即用来表示梯形图程序中一列指令的开始。LadderPU梯形图指令编码权利要求1. 一种PLC梯形图硬件处理器，用于对PLC梯形图进行硬解析，其特征在于包括指令译码单元、行指引控制器、列元件寄存器、多路选择器、元件输入状态控制器、元件结合状态控制器、行之间或关系寄存器、与逻辑运算单元、列输出中间状态控制器、或逻辑运算单元；指令译码单元，对输入的梯形图页面数据中的指令位进行译码，当获得页开始标志时， 产生页开始标志指令，并输出到多路选择器；当获得列开始标志时，产生列开始标志指令， 并输出到行指引控制器；行之间或关系寄存器，按列接收输入的梯形图页面数据，并存储梯形图页面中每列数据间的或关系；列元件寄存器，接收输入的梯形图页面数据，并按列存储位于每列梯形图数据中元件的有无状态；多路选择器，判断接收到的页开始标志指令，若页开始标志指令有效，则多路选择器将梯形图页面数据第一列的数据输出到元件输入状态控制器；若页开始标志指令无效，则多路选择器将来自于或逻辑运算单元的数据输出到元件输入状态控制器；行指引控制器，根据接收到的列开始标志指令，按行读取存储于列元件寄存器中每行元件的有无状态；并将读取的元件有无状态输出到元件结合状态控制器；元件输入状态控制器和元件结合状态控制器分别将接收到的数据输出到与逻辑运算单元进行与操作后，将获得的结果数据输出到列输出中间状态控制器；列输出中间状态控制器，将输入的数据进行存储，将存储完的一列数据输出到或逻辑运算单元；或逻辑运算单元，对接收到的一列本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种ＰＬＣ梯形图硬件处理器，用于对ＰＬＣ梯形图进行硬解析，其特征在于包括：指令译码单元、行指引控制器、列元件寄存器、多路选择器、元件输入状态控制器、元件结合状态控制器、行之间或关系寄存器、与逻辑运算单元、列输出中间状态控制器、或逻辑运算单元；指令译码单元，对输入的梯形图页面数据中的指令位进行译码，当获得页开始标志时，产生页开始标志指令，并输出到多路选择器；当获得列开始标志时，产生列开始标志指令，并输出到行指引控制器；行之间或关系寄存器，按列接收输入的梯形图页面数据，并存储梯形图页面中每列数据间的或关系；列元件寄存器，接收输入的梯形图页面数据，并按列存储位于每列梯形图数据中元件的有无状态；多路选择器，判断接收到的页开始标志指令，若页开始标志指令有效，则多路选择器将梯形图页面数据第一列的数据输出到元件输入状态控制器；若页开始标志指令无效，则多路选择器将来自于或逻辑运算单元的数据输出到元件输入状态控制器；行指引控制器，根据接收到的列开始标志指令，按行读取存储于列元件寄存器中每行元件的有无状态；并将读取的元件有无状态输出到元件结合状态控制器；元件输入状态控制器和元件结合状态控制器分别将接收到的数据输出到与逻辑运算单元进行与操作后，将获得的结果数据输出到列输出中间状态控制器；列输出中间状态控制器，将输入的数据进行存储，将存储完的一列数据输出到或逻辑运算单元；或逻辑运算单元，对接收到的一列数据按照行之间或关系寄存器中对应列上的行之间或关系对结果数据进行或运算后，将获得的结果数据输出到多路选择器。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘亮亮，蒋彭龙，赵雄波，魏守嵘，吴松龄，谢坡岸，
申请(专利权)人：北京航天自动控制研究所，
类型：发明
国别省市：11