PLC自動控制系統中智能模塊設計探討

摘 要：PLC是在繼電邏輯控制系統之后發展起來的一種工業自動化控制系統。文章從設備更新以及工藝改造角度出發，分析PLC自動控制系統之中的智能模塊設計，探討智能模塊會有更大的發展空間。

關鍵詞：PLC；自動控制；智能模塊

引言

近年來，我國工業出現較快的發展，其生產效率、生產精度以及穩定性都獲得較大的提升。在工業自動化控制系統之中，可編程邏輯控制器PLC具有較強的抗干擾能力，編程較為簡單，性價比較高，可靠性較好等特征，因此在工業生產領域廣受青睞。

1 PLC智能模塊設計的概念

隨著電子技術、通信技術及計算機技術的飛速發展，PLC在硬件上向著小型化、模塊標準化方向發展；功能上則具備智能化、網絡化、高性能的特點；軟件上采用國際標準IEC61131-3，提升了PLC專用操作系統的水平；在應用上則是從傳統的離散制造業向連續的流程工業擴展。PLC在各方面性能上都有大幅度提高，從而突破了傳統概念，由只能執行簡單邏輯控制發展到具有數萬I/O規模、運算和控制功能以及通信、聯網能力的綜合控制系統，已成為工業自動控制的核心設備之一。

2 PLC智能模塊的發展現狀及趨勢

在對PLC技術研究逐漸深入的背景之下，越來越多的復雜自動控制系統都將PLC作為首選技術方案。同早期PLC設備比較而言，當前PLC廠商為了適應時代發展要求，開發出諸多的配套功能模塊，而其智能化的處理能力也獲得一定程度的提升，對于當前種種生產工藝流程而言，則就會選用當前最為廣泛的PLC自動控制系統智能模塊，比如說智能化輸入輸出模塊，其可以實現采集外部模擬量以及對內部數字量的控制；而在一些品牌PLC的智能模塊之中，已經將A/D和D/A的功能嵌入了，以滿足市場智能化的需求。

但是，當某設備更新或某工藝改造時，由于當前工業控制系統的復雜程度有一定程度的提升，原來配套的控制模塊也就存在一定的問題，比如說與當前的模塊發展情況不相適應，以及原來配套的模塊不生產或制造價偏高等，因此需要對自動控制PLC智能模塊的發展進一步探討與研究。

3 基于PLC自動控制系統的智能模塊設計

PLC智能模塊設計，首先要具有通用性和適應性，比如可以使用軟件編程來對種種功能各異的邏輯功能進行定義；其次要滿足數據處理需求，可以實現數據信息聯網共享，實現通信的傳輸以及對數據進行控制，比如說將數據信息在上位監控界面之中將其功能顯示出等；最后要體現智能模塊的兼容性強以及抑制容易的特征。下面從智能模塊的硬件設計、軟件設計、通訊設計、控制系統冗余設計的角度分別進行探討。

3.1 智能模塊硬件設計

智能模塊通過硬件設計使用外置晶振模式，對波特率進行高效穩定的把握；通過硬件設計直接做好總線連接工作；通過硬件設計對矩陣式鍵盤進行操作；不斷滿足在速度、功耗以及抗干擾性能上設計要求。

智能編程模塊是為自定義邏輯編程而專門開發出來的一種集成電路，使用與之相配套的輸入軟件、而開發軟件以及仿真軟件可以實現對內部邏輯進行電路設計、仿真以及優化。在設計過程中，主要是通過對智能輸入以及輸出口模塊人機交互界面而進行設計，對主程序、功能菜單程序、顯示程序以及模塊通信以及控制而進行設計需要以較為簡單以及便捷的操控設計作為主要原則，不斷滿足通信以及控制模塊之中對于功能性的要求。

3.2 智能模塊軟件設計

智能模塊的程序編寫指的是在對總線地址譯碼、讀寫時序、數碼管的掃描等等操作。一般使用AHDL模塊而實現既定目標，其工作流程為：對總線地址的譯碼，得到模塊的讀寫時序；直接數字以及單雙緩沖并存的輸入方式，送PLC內部進行PID的運算；通過信號掃描模式，進而將數據顯示；依據掃描結果判斷是否中斷，輸出到總線上。

3.3 智能模塊的通信設計

PLC與智能化模塊的串行通信，指的是數字信號以及模擬量的傳輸通信，通訊數據則主要是以每幀10個字符作為單位進行傳輸，同時使用STX作為起始的標志，STX作為結束的主要標志，中間則是以命令碼以及校驗碼為標準。通訊模式一般使用的是9600bp串口波特率以及與之相同的傳輸數位。在這個過程之中，數據的讀寫工作，全都是通過單片機而實現的；也就是說把單片機作為編制通信程序的主機，這樣就可以實現PLC與智能化模塊數據通信的要求。

3.4 智能控制模塊的冗余設計

智能控制模塊可采用兩套處理器和熱備模塊同時工作。但兩套的工作方式不同，一套處理器（主）處于正常的直接運轉工作狀態，主要負責整個的系統輸入與輸出。同時，另一套處理器（從）也通電工作，也接受輸入信號，也參與數據的處理和運算，但與主處理器不同的是它不輸出信號，兩套之間采用硬件互聯方式進行處理器故障切換。

智能控制模塊在使用雙處理器時，一般還需使用一套或兩套熱備模塊，或者叫雙機單元。熱備模塊主要負責主/從處理器的同步，檢測處理器的運行狀態和進行主/從處理器之間的數據高速傳送，一旦發現主處理器故障失效，馬上將系統控制權切換至從處理器，實現了自動切換工作。從處理器變成主處理器對程序進行同步掃描，切換時從斷點處自動開始掃描，保持系統正常工作。

智能模塊的冗余則可以使用硬件冗余，同時也可以實現軟件冗余。通常來說，硬件冗余同軟件冗余相比較而言投入的成本比較大，冗余實現以及系統維護比較簡單，系統性能較為可靠，系統其切速度比較快，適合生產工藝比較高，適用速度比較快的裝置以及生產線；軟件冗余投入的成本同硬件冗余相比較而言比較小，同時期不需要特殊的冗余模式以及軟件支撐。

4 結束語

文章主要探討了智能模塊的硬件設計、軟件設計、通訊設計、控制系統冗余設計。通過智能模塊性能設計以及其在PLC自動控制系統中實現，適應工業進步發展需求，獲得理想的應用效果，有著重要的價值。隨著模塊性能的不斷提高，PLC由最初的邏輯控制器向高級智能控制器發展，在今后的工業發展之中會有更大的發展空間。

參考文獻

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作者簡介：孫祥明（1979-），男，山東莒縣，中海石油深海開發有限公司，電氣工程師，碩士，研究方向：電氣自動化控制應用。