PLC智能模塊設(shè)計(jì)研究

陳宏龍

摘 要：PLC是在繼電器邏輯控制之后出現(xiàn)的新型計(jì)算機(jī)工業(yè)自動控制裝置，PLC智能控制系統(tǒng)有著強(qiáng)大的抗干擾能力，在工業(yè)自動化設(shè)備的配置中被廣泛的應(yīng)用，隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展和技術(shù)不斷成熟，PLC生產(chǎn)廠商已經(jīng)開發(fā)出了各種各樣的配套功能模塊。智能化處理能力不斷增加，但是隨著新舊工藝的不斷更新?lián)Q代，原廠模塊出現(xiàn)了功能性的瓶頸問題，但是定制模塊成本投入非常高，所以要對PLC自動控制系統(tǒng)智能模塊展開更高的研究。

關(guān)鍵詞：PLC 故障檢測 自動控制 模塊設(shè)計(jì) 智能系統(tǒng)

中圖分類號：TP39 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）11（a）-0005-02

現(xiàn)階段有的PLC自動控制系統(tǒng)內(nèi)已經(jīng)內(nèi)嵌了某些品牌的輸入和輸出的模塊具有了A/D或者D/A功能。但是隨著工業(yè)工藝的不斷提高，對PLC自動模塊應(yīng)用不斷提高，原廠模塊有著一定的適應(yīng)性的缺陷，如果在原廠進(jìn)行定制價格太高，所以國內(nèi)對PLC自動控制系統(tǒng)智能模塊有了新的研究領(lǐng)域。

1 PLC自動控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1.1 PLC自動控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

PLC自動控制系統(tǒng)的是通過對PLC對工業(yè)生產(chǎn)過程中的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行收集整理和控制的智能化系統(tǒng)。在這個過程中需要進(jìn)行PID計(jì)算，在原廠可以進(jìn)行配套的PID控制程序和過程的模塊。但是因?yàn)閮r格的原因很多PLC還是應(yīng)用自己的編程方式，對于比較復(fù)雜工業(yè)要求來說有著更強(qiáng)的操控性。

PLC自動控制系統(tǒng)的工作流程分為，通過測量感應(yīng)元件對收集信號進(jìn)行輸入，然后經(jīng)過A/D模塊轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)可以識別的數(shù)字信號，與原始的參數(shù)進(jìn)行比照，進(jìn)入PLD運(yùn)算單元，得到偏差結(jié)果，最后在經(jīng)過D/A模塊轉(zhuǎn)化成執(zhí)行元件，進(jìn)而轉(zhuǎn)換成執(zhí)行動作。

1.2 制動控制系統(tǒng)智能化的實(shí)現(xiàn)

設(shè)計(jì)者在日常的工作中要對來料進(jìn)行存儲和輸送，對PLC自動控制智能化實(shí)現(xiàn)過程進(jìn)行分析。

在儲位的信號采集，當(dāng)寄存器M21閉合檢測儲位并選擇輸入通道讀取儲位信號，A/D模塊轉(zhuǎn)換開始，將儲存器讀取到信號進(jìn)入輔助繼電器，最后在儲存器內(nèi)等待PID選取。在PID運(yùn)算中對初始數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)置，然后獨(dú)立設(shè)置PID寄存器，當(dāng)運(yùn)算發(fā)生偏移時，采用寄存器內(nèi)的開關(guān)裝置對PID進(jìn)行中斷和跳出指令。另外也對電動閥出料控制手段進(jìn)行設(shè)置，通過PID控制和D/A模塊轉(zhuǎn)換，就可以對測出的結(jié)果進(jìn)行輸出，通過原路返回到儲存器中，對觸發(fā)的D/A進(jìn)行轉(zhuǎn)化。

2 PLC自動控制系統(tǒng)的上位監(jiān)控

上位監(jiān)控系統(tǒng)是基于PLC自動控制系統(tǒng)的組態(tài)軟件，主要作用是進(jìn)行上下位的通信進(jìn)行一定的銜接，并且可以監(jiān)控和記錄PLC運(yùn)行情況的管理方法。作用原理就是用動態(tài)軟件對智能模塊和和各種參數(shù)進(jìn)行現(xiàn)場信號采集，當(dāng)系統(tǒng)各項(xiàng)參數(shù)超出合理數(shù)值時，動態(tài)軟件就會通過界面和各種終端提示工作人員，并且可以對各種歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和存儲。

上位監(jiān)控界面也需要設(shè)計(jì)，一方面是界面畫面的開發(fā)，利用動態(tài)軟件對各種選洗圖表進(jìn)行繪制，根據(jù)設(shè)備的位置和類型進(jìn)行通過縮小比例的形式進(jìn)行界面的展示設(shè)計(jì)。另一方面要對變量和參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，變量采集主要用于生產(chǎn)監(jiān)控和預(yù)警的設(shè)置，自動控制系統(tǒng)可以隨時展示在生產(chǎn)中的各個設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，并對突發(fā)故障和超出參數(shù)范圍內(nèi)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)警。

3 PLC自動控制系統(tǒng)的智能模塊設(shè)計(jì)

為滿足PLC應(yīng)用與各類控制系統(tǒng)的應(yīng)用，如果專門設(shè)計(jì)套嵌的輸入口制作成本會非常高，如果采用固定的無法拓展的模塊只能適應(yīng)于升級比較慢的老舊工藝，無法適應(yīng)新技術(shù)的更新，所以對智能模塊的設(shè)計(jì)要采用二次設(shè)計(jì)。

3.1 IN和OUT接口模塊設(shè)計(jì)

智能輸出和輸入接口模塊設(shè)計(jì)主要是通過編程的方式自定義各類接口的邏輯功能，實(shí)現(xiàn)與PLC的數(shù)據(jù)聯(lián)通，IN與OUT接口各類數(shù)據(jù)在上位監(jiān)控窗口進(jìn)行顯示。在這個模塊中核心控制器主要用CPLD設(shè)計(jì)的單片機(jī)作為主機(jī)來完成數(shù)據(jù)的通信。其中PLC可以作為輔助機(jī)備份通信，所有的模塊的數(shù)據(jù)聯(lián)通通過CPLD完成與PLC完成。這樣設(shè)計(jì)就可以體現(xiàn)兼容性強(qiáng)的特點(diǎn)。

3.2 硬件模塊設(shè)計(jì)

單片機(jī)模塊是智能控制系統(tǒng)中主要支撐部分，該文中選擇的單片機(jī)是可以兼容8051代碼的單片機(jī)，因?yàn)檫@種單片機(jī)在市場中銷量好，耗能、運(yùn)行速度、抗干擾性都比較好。這種類型的單片機(jī)采用外部晶振模式并內(nèi)置有雙30pF電容對波特率有良好的掌控。供電電源采用3.3v可以與總線直接鏈接。在ALE引腳、p2都可以與CPLD相鏈接，方便矩陣鍵盤的操控。

3.3 CPLD模塊設(shè)計(jì)

CPLD是集配套軟件開發(fā)、仿真軟件內(nèi)部邏輯編寫、電路優(yōu)化的制作過程，在自定義邏輯編程中可以利用專用軟件實(shí)現(xiàn)上述過程，在電源選取上也是采用3.3v，可以滿足管腳數(shù)大于144個或者是I/O接口116個高性能的要求。D/AC可以滿足市場常見的數(shù)字的輸入方式，輸出方式采用0到5V的模擬量，所以可以滿足直接數(shù)字或者是單雙緩存甚至是模擬信號等都可以兼容。A/DC模塊主要作用是將數(shù)字量信號通過單片機(jī)發(fā)送到PLC進(jìn)行計(jì)算。A/DC設(shè)計(jì)具備8路采集通道和8位分辨率，以符合自動化控制系統(tǒng)。

3.4 軟件模塊設(shè)計(jì)

CPLD在對總線進(jìn)行地址譯碼、讀寫時序和鍵盤自動掃描進(jìn)行操作，一般用AHDL進(jìn)行編寫，編寫的過程大致分為三個部分，分別是對總線地址進(jìn)行譯碼，通過對A/DC與D/AC進(jìn)行模塊轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)讀寫順序的流程。第二步采集器采集數(shù)據(jù)發(fā)送給單片機(jī)，對數(shù)碼管中的信號進(jìn)行掃描，并將結(jié)果在顯示屏中現(xiàn)實(shí)。第三步鍵盤自動掃描200Hz信號，綜合判斷單片機(jī)中的按鍵動作，并在返回給總線。單片機(jī)程序的編寫包括有主程序、功能菜單界面、顯示程序、通信控制程序等。這個過程是實(shí)現(xiàn)人機(jī)互動的過程，所以要以簡單實(shí)用為設(shè)計(jì)原則，滿足通信和控制模塊的人為操作功能。

4 PLC自動控制系統(tǒng)故障排除設(shè)計(jì)

4.1 輸入故障檢測設(shè)計(jì)

控制按鈕由于經(jīng)常性的按壓，長久后造成開關(guān)失靈、信號燈損壞。主要故障出現(xiàn)在輸入信號連接線的松脫，檢測方法是對按鈕進(jìn)行測試，可以將測試按鈕放到測試位置，操作被測的按鈕，根據(jù)指示燈的顯示判斷按鈕是否有故障。

4.2 行程定時器判斷設(shè)計(jì)

設(shè)備在被操作時經(jīng)常會有各種命令的執(zhí)行和輸入，如果命令完成會有完成返回信號輸出。命令輸入后如果長時間沒有接收到完成信號輸出，就可能會有系統(tǒng)故障發(fā)生，所以在設(shè)計(jì)的時候要介入行程定時器故障判斷設(shè)計(jì)。其工作原理就是根據(jù)實(shí)際運(yùn)行時間和預(yù)期的參數(shù)值進(jìn)行比對來判斷故障，一般設(shè)計(jì)是預(yù)期參數(shù)值要略大于預(yù)期運(yùn)行時間，如果在收到完成信號前定時器發(fā)出故障信號，則說明系統(tǒng)發(fā)生故障。

5 結(jié)語

PLC智能模塊設(shè)計(jì)已經(jīng)在微處理為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)中占有一席之地，它漸漸的同網(wǎng)絡(luò)通信與自動控制相結(jié)合，其功能已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了當(dāng)初設(shè)計(jì)的的系統(tǒng)功能，PLC的廣泛應(yīng)用在自動化方面得到了最為有效的應(yīng)用。只有在自動控制系統(tǒng)中的智能模塊中不斷提高，不斷從邏輯控制箱高級智能控制發(fā)展才可能使工業(yè)發(fā)展有足夠大的發(fā)展空間。

參考文獻(xiàn)

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