一种基于模块化架构的IO装置的制作方法

本技术公开了一种基于模块化架构的io装置，属于工业自动化控制。

背景技术：

1、在工业自动化控制系统中，io模块（输入/输出模块）是连接现场设备（如传感器、执行器）与控制器（如plc主站）的关键桥梁。传统的io模块通常采用一体化板载设计，即通信电路、电源电路、主控电路以及io驱动电路全部集成焊接在同一块pcb板上，并安装于封闭的外壳内。

2、然而现有技术中的工业io装置通常存在以下问题：

3、第一，硬件维护成本高且灵活性差。传统的io模块多采用一体化焊接结构，输入/输出电路与底板无法分离。一旦部分接口损坏，用户需更换整个模块，导致未损坏部件浪费。同时，若现场需变更输入/输出功能，只能重新采购全新模块，无法灵活配置。

4、第二，通信与控制的数据交互效率低。现有的模块中，主控单元通常与通信单元直接进行实时数据握手。在高频通信场景下，频繁的数据交互容易占用主控单元的大量资源，导致io信号采集或输出控制出现延迟，影响系统的实时稳定性。

5、因此，亟需一种新的技术方案来解决上述问题。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种基于模块化架构的io装置，包括：通用底板（100）和通过连接件可拆卸地安装于所述通用底板（100）上的功能板（200）；所述功能板（200）包括主控单元、信号输入/输出单元以及存储单元；所述装置还包括通信控制单元，配置为作为从站与外部主站进行通信；其中，所述主控单元分别与所述信号输入/输出单元及所述存储单元连接，所述通信控制单元分别与所述外部主站及所述存储单元连接；所述存储单元被配置为数据映射缓冲区，用于在所述主控单元与所述通信控制单元之间进行数据交互的中间存储。

2、所述通用底板（100）设有标准化的排针接口；所述功能板（200）根据功能需求配置为输入功能板、输出功能板或模拟量功能板中的任意一种；所述功能板（200）通过所述排针接口直接插拔连接至所述通用底板（100），且所述功能板（200）与所述通用底板（100）之间无焊点连接。

3、所述装置的数据处理逻辑配置为：当所述功能板（200）为输入模块时，所述主控单元采集所述信号输入/输出单元的数据并映射写入所述存储单元，所述通信控制单元响应于所述外部主站的请求，从所述存储单元读取数据并发送至所述外部主站；当所述功能板（200）为输出模块时，所述通信控制单元接收所述外部主站的指令并写入所述存储单元，所述主控单元从所述存储单元调取指令并控制所述信号输入/输出单元执行输出动作。

4、还包括隔离电路模块；所述隔离电路模块设置于所述主控单元与所述信号输入/输出单元的信号传输路径上；所述隔离电路模块包括光耦隔离单元和数字隔离单元，用于实现信号的电气隔离及传输控制。

5、还包括电源转换模块；所述电源转换模块包括dc-dc降压单元、共模电感、滤波电容及过流保护元件；所述dc-dc降压单元配置为将外部输入的直流高压转换为系统所需的直流低压，并分为多组电源进行供电。

6、所述信号输入/输出单元包括若干个信号处理芯片；当配置为输出功能时，采用多个输出芯片，每个输出芯片配置为控制多路npn型信号输出；当配置为输入功能时，配置为支持pnp型和npn型信号输入。

7、所述状态指示模块包括设置于板载的指示灯组件以及延伸至装置外壳的外部指示组件；所述状态指示模块与所述主控单元连接，用于显示对应io点位的信号有效状态。

8、本实用新型的有益效果在于：

9、1.本申请采用了通用底板与功能板通过连接件可拆卸连接的模块化架构；当io电路因外部原因损坏时，用户仅需更换功能板，而无需更换底板及拆卸底板上的接线，从而大幅降低了维修成本和维护时间。

10、2.通过设置存储单元作为数据映射缓冲区，主控单元专注于io数据的采集或驱动，通信控制单元专注于响应外部主站的请求，两者均通过读写存储单元完成数据交换，无需进行实时的握手同步。该种架构避免了在高频通信场景下，因频繁的中断请求占用主控单元资源而导致的io控制延迟或抖动，从而有效保障了装置在高速数据吞吐下的实时性与稳定性。

1.一种基于模块化架构的io装置，其特征在于，包括：通用底板（100）和通过连接件可拆卸地安装于所述通用底板（100）上的功能板（200）；所述功能板（200）包括主控单元、信号输入/输出单元以及存储单元；所述装置还包括通信控制单元，配置为作为从站与外部主站进行通信；其中，所述主控单元分别与所述信号输入/输出单元及所述存储单元连接，所述通信控制单元分别与所述外部主站及所述存储单元连接；所述存储单元被配置为数据映射缓冲区，用于在所述主控单元与所述通信控制单元之间进行数据交互的中间存储。

2.根据权利要求1所述的基于模块化架构的io装置，其特征在于，所述通用底板（100）设有标准化的排针接口；所述功能板（200）根据功能需求配置为输入功能板、输出功能板或模拟量功能板中的任意一种；所述功能板（200）通过所述排针接口直接插拔连接至所述通用底板（100），且所述功能板（200）与所述通用底板（100）之间无焊点连接。

3.根据权利要求1所述的基于模块化架构的io装置，其特征在于，所述装置的数据处理逻辑配置为：当所述功能板（200）为输入模块时，所述主控单元采集所述信号输入/输出单元的数据并映射写入所述存储单元，所述通信控制单元响应于所述外部主站的请求，从所述存储单元读取数据并发送至所述外部主站；当所述功能板（200）为输出模块时，所述通信控制单元接收所述外部主站的指令并写入所述存储单元，所述主控单元从所述存储单元调取指令并控制所述信号输入/输出单元执行输出动作。

4.根据权利要求1所述的基于模块化架构的io装置，其特征在于，还包括隔离电路模块；所述隔离电路模块设置于所述主控单元与所述信号输入/输出单元的信号传输路径上；所述隔离电路模块包括光耦隔离单元和数字隔离单元，用于实现信号的电气隔离及传输控制。

5.根据权利要求1所述的基于模块化架构的io装置，其特征在于，还包括电源转换模块；所述电源转换模块包括dc-dc降压单元、共模电感、滤波电容及过流保护元件；所述dc-dc降压单元配置为将外部输入的直流高压转换为系统所需的直流低压，并分为多组电源进行供电。

6.根据权利要求1所述的基于模块化架构的io装置，其特征在于，所述信号输入/输出单元包括若干个信号处理芯片；当配置为输出功能时，采用多个输出芯片，每个输出芯片配置为控制多路npn型信号输出；当配置为输入功能时，配置为支持pnp型和npn型信号输入。

7.根据权利要求1所述的基于模块化架构的io装置，其特征在于，还包括状态指示模块；所述状态指示模块包括设置于板载的指示灯组件以及延伸至装置外壳的外部指示组件；所述状态指示模块与所述主控单元连接，用于显示对应io点位的信号有效状态。