基于PLC的控制系統信號轉換箱的設計

摘 要： 以歐姆龍公司CP1H?XA40DT?D型PLC為核心開發的控制系統信號轉換箱，電路簡單、體積小、可靠性高、系統響應速度快，與傳統繼電器控制系統信號轉換箱比較，基于PLC 的控制系統信號轉換箱解決了高速觸發測量系統的關鍵問題。又具備應用CX?Programmer編程軟件可編程輸出的優勢，在未來工業控制領域將發揮重要作用。

關鍵詞： 控制系統信號轉換箱； PLC； 采集觸發； CX?Programmer編程軟件

中圖分類號： TN06?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2013）07?0160?03

0 引 言

工業控制領域采用的控制系統需要通過控制系統信號轉換箱與測量系統和LED顯示連接，目前所用的控制系統信號轉換箱均采用繼電器設計，其缺點是體積較大、繼電器動作速度較慢；隨著控制系統和測量系統應用領域對系統性能要求的不斷提高，傳統控制系統信號轉換箱的響應速度及可靠性的問題亟待解決。PLC以其簡便的程序編寫、強大的數據處理、友好的人機界面使其成為控制、開發控制系統信號轉換箱的最佳利器。應用靈活強大的PLC硬件及CX?Programmer軟件代替傳統繼電器，利用編程軟件直接分配PLC硬件接口實現控制系統信號轉換箱的設計。

1 控制系統信號轉換箱簡介

工業控制領域采用的控制系統配備的數字信號輸出端口經過調理電路可以為外設提供高電平24 V，低電平0 V的電平輸出信號作為控制系統信號轉換箱的輸入信號，控制系統信號轉換箱獲取信號后，經過信號處理發出通斷信號，用于觸發測量系統采集數據和驅動試驗現場LED顯示。控制系統信號轉換箱與控制系統及輸出連接

控制系統信號轉換箱與控制系統及輸出連接示

2 控制系統信號轉換箱設計

2.1 控制系統信號轉換箱硬件設計

采用歐姆龍（OMRON）公司CP1H?XA40DT?D型PLC用于控制系統信號轉換箱的硬件部分。此型號PLC具備24點輸入容量，16點輸出的負載能力。其輸入接線方式如圖2所示，輸出接線方式所示。與輸入輸出端子相連接的配線材料選用AWG22?18型0.32 mm2線纜。使用時配備4NIC?Q120型直流穩壓電源作為PLC工作電源。

2.2 控制系統信號轉換箱軟件設計

2.2.1 CX?Programmer編程軟件簡介

軟件開發環境為CX?Programmer編程軟件，此款軟件是歐姆龍公司為PLC配備的編程軟件，應用它可以實現梯形圖或語句表的編程、編譯檢查程序、程序和數據的上載和下載、設置PLC的設定區、對PLC的運行狀態或內存數據進行監控和測試、打印程序清單、文檔管理等功能。

CP1H?XA40DT?D型PLC輸入接線方式

CP1H?XA40DT?D型PLC輸出接線方式

打開CX?Programmer編程軟件，在工程窗口中，以分層樹狀結構顯示與工程相關的PLC包含全局符號表、設置、內存、程序等內容，而每個程序又包含本地符號表和程序段。工程窗口可以實現快速編輯符號、設定PLC、以及切換各個程序段的顯示。實際操作按以下步驟進行：

（1）啟動CX?Programmer編程軟件；

（2）新建工程窗口；

（3）編寫梯形圖程序；

（4）程序的檢查和編譯。

2.2.2 編寫梯形圖

應用USB接口與上位機通信。選取PLC的輸入端口地址0.00～0.07作為LED顯示驅動信號。選取輸入端口地址1.00作為測量系統采集觸發信號。選取輸出端口100.00～100.07作為LED顯示輸出地址， PLC輸入地址分配一覽表見表1。

選取輸出端口101.00作為測量設備采集觸發信號輸出地址。PLC輸出地址分配一覽表見表2。

根據表1，表2分配地址，應用CX?Programmer編程軟件進行編程，梯形圖具有直觀易懂的優點，特別適合于開關量的邏輯控制，故本課題采用梯形圖進行編程，其梯形圖編程如圖4所示。以采集觸發d8位為例，當第8位對應地址1.00輸入為1時對應軟繼電器閉合，采集觸發端軟繼電器導通，對應物理100.00位輸出端閉合。完成一次觸發。

PLC輸入地址分配一覽表

[名稱＼數據類型＼地址/值＼機架位置＼使用＼注釋＼輸入d0＼BOOL＼0.00＼槽：00＼輸入＼Digital Output0＼輸入d1＼BOOL＼0.01＼槽：01＼輸入＼Digital Output1＼輸入d2＼BOOL＼0.02＼槽：02＼輸入＼Digital Output2＼輸入d3＼BOOL＼0.03＼槽：03＼輸入＼Digital Output3＼輸入d4＼BOOL＼0.04＼槽：04＼輸入＼Digital Output4＼輸入d5＼BOOL＼0.05＼槽：05＼輸入＼Digital Output5＼輸入d6＼BOOL＼0.06＼槽：06＼輸入＼Digital Output6＼輸入d7＼BOOL＼0.07＼槽：07＼輸入＼Digital Output7＼輸入d8＼BOOL＼1.00＼槽：00＼輸入＼Digital Output8＼]

PLC輸出地址分配一覽表

[名稱＼數據類型＼地址/值＼機架位置＼使用＼注釋＼開關信號d0＼BOOL＼100.00＼槽：00＼輸出＼LED顯示d0＼開關信號d1＼BOOL＼100.01＼槽：01＼輸出＼LED顯示d1＼開關信號d2＼BOOL＼100.02＼槽：02＼輸出＼LED顯示d2＼開關信號d3＼BOOL＼100.03＼槽：03＼輸出＼LED顯示d3＼開關信號d4＼BOOL＼100.04＼槽：04＼輸出＼LED顯示d4＼開關信號d5＼BOOL＼100.05＼槽：05＼輸出＼LED顯示d5＼開關信號d6＼BOOL＼100.06＼槽：06＼輸出＼LED顯示d6＼開關信號d7＼BOOL＼100.07＼槽：07＼輸出＼LED顯示d7＼開關信號d8＼BOOL＼101.00＼槽：00＼輸出＼采集觸發d8＼]

3 現場調試

將控制系統信號轉換箱接入現場。編譯PLC程序沒有錯誤，將編寫的程序下載到PLC中，全面檢查整個PLC控制系統，包括電源、接地線、設備連接線、I/O連線等。并在接口箱的外圍采取屏蔽措施，將PLC的工作方式置為“RUN”。反復調試，得到采集觸發信號正常，得到的LED顯示數據正常。

將控制系統信號輸出速度設置為每秒10次，運行控制系統，得到的采集觸發信號仍能正常觸發采集系統，得到的LED顯示信號仍能正常顯示。說明此信號轉換箱實現了傳統繼電器觸發沒有解決的高頻觸發問題。而在實際測量應用中每秒10次的觸發速度可以滿足全部試驗測量要求。

梯形圖編程示意圖

為測試此控制系統信號轉換箱的可靠性，當系統調試完成后，對系統進行了長時間的可靠性測試。系統連續運行一個月，得到的采集觸發信號仍能正常觸發采集系統及LED顯示信號仍能正常顯示。其中在調試過程中，對試驗溫度進行了充分考慮，以防止系統過熱導致損壞。考慮到外界溫度較高時不利于系統散熱，在此控制系統轉換箱的外殼增加了大功率風扇。

此信號轉換箱在大量試驗中得到應用，其工作穩定，可靠性高。其響應速度在高速觸發測量時完全符合試驗設計對測量系統響應速度的要求，大大提高測量系統信號觸發的速度，實現了傳統繼電器信號轉換箱無法實現的高速觸發測量。同時LED顯示的刷新速度也得到了提高，顯示效果更佳。

4 結 語

PLC采用現代大規模集成電路技術，采用嚴格的生產工藝制造，內部電路采取了先進的抗干擾技術，具有很高的可靠性。此外，PLC采用簡明的梯形圖編程語言，系統開發周期短，現場調試容易，可在線修改程序。歐姆龍（OMRON）公司CP1H?XA40DT?D型PLC功耗僅數瓦。由于體積小，基于PLC的控制系統信號轉換箱相比傳統繼電器控制系統信號轉換箱將節省更多空間，其速度為納秒級，可實現高頻測量。所以，采用PLC實現的控制系統信號轉換箱，能適應各種惡劣的運行環境，抗干擾能力強，可靠性高，性能遠高于現有以繼電器為核心的控制系統信號轉換箱。在自動控制領域將有廣泛的應用前景。

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