CN104570824A - 事件输入模块 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种事件输入模块，其中，事件输入模块接收时间信息，并将所述时间信息分配给检测到的事件并判定事件发生信息，所述时间信息是以预定方法从外部时间提供设备获取的IRIG-B信号。

Description

事件输入模块

技术领域

本公开的示例性实施例总的来说涉及事件输入模块，并具体涉及配置为用于多个PLC(可编程逻辑控制器)之间时间同步的事件输入模块。

背景技术

近来，在电力传输和分配领域中，集成化、自动化和远程监控以减少人工干涉的技术已经得到发展，其能够替换具有通信功能及基于微处理器的传统智能电子设备。

变电站内部有许多电子设备要求进行时间同步以准确并有效地传输的信息，对于在变电站自动控制系统,有多种用于设备时间同步的方法可以采用，包括GPS(全球定位系统)、NTP(网络时间协议)、SNTP(简单网络时间协议)、IRIG(靶场仪器组)-B和IEEE(美国电气电子工程师学会)1588。在上述方法中的一个最通用方法是，使用GPS以外部标准时间来执行同步，然而，这种方法的缺陷在于必须安装GPS模块，并限制了扩展性从而增加了成本。

此外，如果当前时间和待同步的时间之间的差太大，则用于实现软件时间同步的诸如NTP和SNTP的方法无法执行时间同步，并且即使执行了同步，其精确性将不利地退化使得其难以应用来整合电力系统各个单元。

同时，广泛用于PLC中的基于直流输入模块的事件输入模块，是具有通过与外部事件相关的记录以预定解决方案来收集输入事件信息(时间和状态)的功能的数据记录设备。

事件输入模块主要在外部输入从ON改变为OFF时以及当外部输入从OFF改变为ON时检测事件，并且在内部存储器中存储对应的时间。时间信息以所发生的顺序进行存储，其在发电、电力传输、电力分配和处理设备的领域中起到重要作用。

图1示出根据现有技术的PLC系统同步的框图。

传统的PLC系统中的GPS(全球定位系统)接收器200从卫星100处接收数据并以NMEA-0183报文输出数据。以RS232格式输出的信号经过配置为在两个PLC系统400和500间将信号转换为用于时间同步的RS485信号的转换器300而转换为RS485信号。RS485信号为多路可用，将这样的信号通过安装在两个系统上的RS485通信模块420和520而发送至该两个系统的PLCCPU(中央处理单元)410和510模块。

当检测到从传感器输出单元(700)生成事件输入时，每个PLC CPU410和510保存发送自GPS接收器200的数据，并且每个系统的事件输入模块430和530在其存储器中存储对应时间。用户通过将应用终端600连接到PLC系统400和500的PLC CPU410和510来校验事件数据。

GPS接收器200可以通过多种形式的方式输出时间并需要用于与PLC系统400和500相连的串行类型的接口。

按照惯例，使用NMEA(美国国家海洋电子协会)-0183，而NMEA-0183定义了RS-232和RS-422的电力传输标准。

事件输入模块430和530的事件检测条件是当传感器输出单元700的信号由低变为高或由高变为低时。当检测到设定的事件条件时，事件输入模块430和530的LED(发光二极管)显示事件状态。两个PLC系统400和500要求如图1中配置的系统中的时间同步。

图2是对图1的时间延迟建模的框图。

参照图2，Δt1定义了从GPS接收器200到RS232-RS485转换器300的传输延迟。Δt2和Δt2'定义了从转换器300到通信模块420和520的传输延迟，Δt3和Δt3'定义了经通信模块420和520处理的数据的处理延迟。Δt4和Δt4'定义了从通信模块420和520到CPU模块410和510的传输延迟，Δt5和Δt5'定义了经CPU模块410和510处理的数据的处理延迟。Δt6和Δt6'定义了从CPU模块410和510到事件输入模块430和530的传输延迟，Δt7和Δt7'定义了经事件输入模块430和530处理的信号的处理延迟。此外，Δt8和Δt8'为从传感器输出单元700到事件输入模块430和530的传输延迟。

图1所示的系统400和500的总时间延迟用下面的等式1和2来表示：

等式1

$\underset{i=1}{\overset{8}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\Δti}$

等式2

$\underset{i=1}{\overset{8}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\Δti}\′$

用户期望两个系统400和500的延迟因素与两个系统400和500的时间同步的值相同。然而，两个系统的延迟因素无法同样地具有预定误差，这通常由用于时间同步的产品的标准所决定。

由于通过GPS接收器200得到的时间信息会不可避免地受到来自通信模块420和520的延迟因素以及CPU模块执行PLC程序的扫描周期的影响，因而常规配置的两个系统间产生时间同步误差的主要延迟因素是从Δt3(Δt3')至Δt5(Δt5')。这样的误差使得时间同步发展为重要应用，当通过事件输入模块检测到经传感器输出单元(700)产生的事件时，记录相互不同的时间。

发明内容

鉴于现有技术中存在的上述问题，本公开旨在提供一种事件输入模块，其被配置为待记录外部发生的事件时，在各个互相不同的PLC系统处提供精确的时间同步。

本公开的总体方案提供了一种事件输入模块，其为PLC(可编程逻辑控制器)的事件输入模块，包括：

第一接收器，其配置为接收来自外部传感器单元的信号；

第二接收器，其配置为接收来自外部时间提供设备的时间信息，所述时间信息为IRIG(靶场仪器组)-B信号；

控制器，其配置为通过将从所述第二接收器接收的所述时间信息分配给通过从所述第一接收器接收的信号而检测到的事件来判定事件发生信息；

存储器，其配置为存储事件发生信息。

作为优选，但非必要地，所述第一接收器包括:第一电阻器，其配置为限制输入电流；以及第二电阻器，其配置为维持OFF保证电压。

作为优选，但非必要地，所述IRIG-B信号是RS-485方法下的IRIG-B信号。

作为优选，但非必要地，所述控制器通过定时器端口接收所述IRIG-B信号。

作为优选，但非必要地，所述控制器通过检测从所述定时器端口输入的所述IRIG-B的脉冲宽度来解译从所述第一接收器发送的信号中的信息。

作为优选，但非必要地，所述的事件输入模块，进一步包括接口单元，其配置为将从所述控制器接收到的信号与所述PLC的CPU模块进行交换。

作为优选，但非必要地，所述接口单元包括能由所述CPU模块和所述控制器存取的存储器。

根据本公开的时间输入模块具有的有益效果如下：能够通过从PLC外部接收时间以提供互相不同的PLC系统的精确的时间同步来消除时间延迟因素以及降低系统的配置成本，并简化系统配置。

附图说明

图1是示出根据现有技术的PLC系统同步的框图；

图2是对图1的时间延迟建模的框图；

图3是示出根据本公开实施例的事件输入模块的配置的示意图；

图4是示出两个PLC间时间同步的示意图；

图5是对图4的时间延迟建模的示意图。

具体实施方式

下文将参照图示一些示例性实施例的附图来更具体地描述多种示例性实施例。本发明的概念可以被包括于多种不同的形式，但并不被示出的示例性实施例所限制。更确切地，所描述的方案旨在涵盖所有落在本公开的范围和新颖概念的替代例、改进例和变型例。

在下文中，将参照附图详细描述根据本发明的示例性实施例。

图3示出根据本公开实施例的事件输入模块40的配置的示意图，其中事件输入模块40可以接收从外部传感器单元30输入的信号并向CPU模块50发送信号。

参照图3，事件输入模块40可以包括事件接收器41、IRIG(靶场仪器组)-B信号接收器42、存储器43、控制器44和接口单元45。

事件接收器41通过接收自外部传感器单元30输出的信号来检测事件，事件接收器41可以包括：电阻器R1，其配置为限制输入电流；保持电阻器R2，其配置为保持OFF保证电压(guarantee voltage)；以及光耦合器41A。事件接收器41通过接收来自外部传感器单元30的24V电压信号来工作。外部传感器单元30是NPN或PNP传感器，其配置为感测事件的发生，由于其为本领域技术人员所熟知的技术，其详细结构的描述将被省去。

IRIG-B信号接收器42以RS-485方法接收来自时间提供设备20的IRIG-B信号，其中选择RS-485方法是因为能够特征性地进行从一个时间同步设备到多个事件输入模块的时间传输。IRIG-B时间同步协议是IRIG标准之一，同样也是一种广泛采用的时间同步方法。因此，IRIG-B时间同步协议是被本领域技术人员所熟知的并且由此将省去对其的详细说明。时间提供设备20可以是例如GPS接收器的设备。

存储器43存储事件发生时间，并且存储器43可以配置为非易失性存储器，从而即使当电源关闭时也可以保存已发生事件的时间。

控制器44负责控制事件输入模块40并从定时器端口(TMR)接收来自IRIG-B信号接收器42的信号。IRIG-B信号每秒生成100个脉冲，并以秒信息、分信息、时信息、日信息和年信息的顺序发送。同时，一个脉冲的周期为10ms，并且控制器44可以通过接收控制器44的定时器端口的信号来判定决定每个信号的周期和维持高状态的持续时间。

接口单元45负责事件输入模块40和CPU模块50间的连接，并使用预定的方法使得两个系统间进行数据交换。

现在将描述根据本公开的事件输入模块40。

从外部传感器单元30接收的24V电压信号可以经事件接收器41的限流电阻器R1形成回路电流。当外部传感器单元30处电压无法达到OFF保证电平时，事件接收器41的OFF保持电阻器R2阻止光耦合器41A工作。也就是，R2可以维持OFF保证电压。

而后，向控制器44的输入端口发送输入信号，从而控制器44可以检测事件的发生。同时，将以IRIG-B格式从外部时间提供设备20输入的时间信息通过IRIG-B信号接收器42传输至控制器44。

同时，可以由控制器44的定时器端口(TMR)接收时间信息，通过检测IRIG-B信号的脉冲宽度来解析发送的信息。第二单元接收信息，而后，事件输入模块40准备提供所有时间的时间信息，因此即使是毫秒值也可以通过使用控制器44的定时器设定来判定。

另外，通过外部传感器单元30生成的事件通过事件接收器41传送至控制器44，控制器44将准备好的时间信息分配给相关事件，并将数据传送至存储器43，存储器43将事件数据作为事件发生信息来保存。

接口单元45与CPU模块50交换数据。例如，接口单元45可以配置为具有诸如包括CPU模块50和可由控制器44存取的存储器的ASIC(专用集成电路)的电路。

图4是示出两个PLC间时间同步的示意图，其原理被应用于根据现有技术的图1的系统，并且图5为对图4的时间延迟建模的示意图。

由图4可知，根据本公开去掉了图1中的每个PLC系统中的通信模块，从而简化了系统配置。

此外，如图5所示，可以直观地区分出，去掉了从Δt2至Δt6的时间延迟因素，从而能够进行精确的时间同步。

也就是，图4中的PLC 1和2的时间延迟因素可以分别表示为下面的等式3和4。

等式3

Δt＝Δt1+Δt7+Δt8

等式4

Δt′＝Δt1′+Δt7′+Δt8′

实际上，Δt1(Δt1')和Δt8(Δt8')为在信号传输路径上产生的可忽略的时间延迟，从而使得两个系统间重要的时间延迟可以简化为Δt7和Δt7'。

此外，因为两个事件输入模块40和60是使用相同硬件和固件的系统，所以可以认为时间译码所要求的时间误差同样可以忽略。

还可以由图5注意到，事件输入模块40和60和CPU模块50和70之间的时间延迟因素并未图示，这意味着用于同步所需的时间已经由事件输入模块40和60确定了，并恰当地表明了根据传统系统的CPU模块的时间延迟如何影响本公开，借由此本公开可以向电力系统提供改进的时间同步，电力系统包括发电、电力传输和电力分配，并适用于处理设备的自动控制系统。

由上述显而易见，本公开提供了事件输入模块，其配置为使用IRIG接口来解决传统PLC系统中的时间延迟因素的问题，本公开还可以提供一种实现精确时间同步的方法。此外，可以简化用于不同PLC系统间相互时间同步的系统配置，由此可以获得成本和空间上的有益效果。

大多数时间延迟因素在数据处理过程中发生，而不是来自传输路径，并且本公开可以通过去掉占时间延迟因素主要部分的CPU模块的时间延迟因素，进而从根本上解决可能受到PLC用户程序影响的延迟因素。

虽然已参照多个有限的示例性实施例描述了根据本公开的事件输入模块，应注意到的是，在落于本公开原理的精神和范围内，本领域的技术人员可以创造大量其他的改进例和实施例。因此，应理解上述实施例并不被上述描述和图示的任何细节所限制，除非另外特别说明，否则应根据所附的权利要求中定义的范围宽泛地理解。

Claims (7)

1.一种事件输入模块，其为可编程逻辑控制器PLC的事件输入模块，包括：

第一接收器，其配置为接收来自外部传感器单元的信号；

第二接收器，其配置为接收来自外部时间提供设备的时间信息，所述时间信息为IRIG-B信号,即靶场仪器组B信号；

控制器，其配置为通过将从所述第二接收器接收的所述时间信息分配给通过从所述第一接收器接收的信号而检测到的事件来判定事件发生信息；

存储器，其配置为存储事件发生信息。

2.根据权利要求1所述的事件输入模块，其中，所述第一接收器包括:第一电阻器，其配置为限制输入电流；以及第二电阻器，其配置为维持OFF保证电压。

3.根据权利要求1所述的事件输入模块，其中，所述IRIG-B信号是RS-485方法下的IRIG-B信号。

4.根据权利要求1所述的事件输入模块，其中，所述控制器通过定时器端口接收所述IRIG-B信号。

5.根据权利要求4所述的事件输入模块，其中，所述控制器通过检测从所述定时器端口输入的所述IRIG-B的脉冲宽度来解译从所述第一接收器发送的信号中的信息。

6.根据权利要求1所述的事件输入模块，进一步包括接口单元，其配置为将从所述控制器接收到的信号与所述PLC的CPU模块进行交换。

7.根据权利要求6所述的事件输入模块，其中，所述接口单元包括能由所述CPU模块和所述控制器存取的存储器。