軟PLC技術下的工程機械智能控制器研究

林如陽

摘 要：以往PLC控制和計算機控制，一直以來都是工業控制中最主要的兩種控制方式。以往PLC控制系統，監測工程機械狀態的過程比較復雜，且時間比較長，使得工程機械工作效率較低，難以滿足現代化工程機械智能化控制的要求。而軟PLC這種新型的職能控制器，由于其獨特的優勢，可滿足現代化工程機械智能控制的要求，而被得到廣泛的應用。

關鍵詞：軟PLC；工程機械；控制算法

中圖分類號：TP290 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）29-0016-02

1 工程機械職能控制器軟件設計

1.1 軟件系統

軟件系統的開發，基于IEC61131-3標準，支持PLC編程語言共有5種，系統開發應用CIL技術，通過CIL轉換器，將PLC編程語言變為CIL語言，最后經過CIL轉化成為可執行代碼。運行系統是整個系統的關鍵所在，軟PLC技術通過運行系統，實現PLC系統具備以往PLC所具備的控制能力，一方面執行指令與分析，另一方面實現內存資源管理、數據資源管理等。

1.2 控制器軟件架構

控制器軟件架構分為三層，底層的CAN總線接口驅動、輸入輸出接口驅動，其目的是為了實現查詢狀態以及數據信息的收取和發送；實時多任務操作系統，主要管理CPU運行狀況，實現時間管理、操作管理、內存管理；PLC內核則實施PLC程序。

1.3 底層I/O驅動

根據不同的功能，分為AI/DI接口、DI接口、PI/DI接口、PWM/DO/DI接口、DO/DI接口，根據各自的功能，分別設計驅動程序，設置相應的接口參數。DI接口實現外部接口的輸入開關量；PI/DI接口實現外部傳感器輸入的脈沖量的頻率；AI/DI接口功能則為監測控制內部溫度與外部輸入的電源電壓，合理控制其范疇；DO/DI接口則實現低位開關量輸出；PWM/DO/DI接口，PWM即是指脈寬調制輸出，通過PWM信號的占空，變化電磁閥比例的開合程度。

2 軟PLC設計

全部輸入點的狀態，將其存儲在相應的地址里，把CANOPEN數據信息存儲在相關的地址里；而后開始執行程序；按照全部輸出口的地址的值執行輸出，把CANOPEN地址值傳輸到CAN總線上。

2.1 Control設計

①JoyFilter模塊。手柄模擬量輸入處理函數。手柄輸入是一個模擬的手柄，如若電壓為6 V，那么中位的電壓則為3 V，從中位變化到最大電壓，電壓變化為3～6 V，從中位變化到最小電壓，則為3-0 V。事實上，理想狀態下的參考電壓不一定為6 V，中位變化到最大電壓變化也不一定是3 V。本模塊主要與控制器所提供的PWM函數配合應用，把手柄輸入中位最大值設定為0～33 756，中位值到最小值設定為0～33 756。

②Motion模塊。該模塊的存在，主要目的是為了控制比例閥，輸出2路PWM，信號范疇控制在—33 756～33 756之間，如果信號控制在0～33 756，PWM Up輸出則為0～33 756，如果信號控制在0到-33 756時，則PWM down輸出則為0到-33 756。通過參數控制設定，確定最小、最大輸出電流范疇。

2.2 Hardware設計

Hardware現階段信號有六種，即：DO、PI、DI、PWM、Current Input、Voltage Input。在這之前，加入測試所需要的設備，打開設備庫，將自己所需要的設備進行安裝，安裝完成之后，點擊PLC時則可以看到自己所安裝的設備，新建項目，之后確定項目保存的位置。通道類型設置之下，有三種可以選擇，即Digital Input、Current Input、Voltage Input，將管腳編號通道功能設置為Digital Input，測試DI，選擇Digital Input通道類型，余下通道相似，尋找相應開關，配置為Digital Input。配置完成DI通道之后，安裝PLC程序，終端打印每個不同通道的配置狀況，查詢、核對通道配置狀況是否正確，如若發現通道配置不正確，則重新操作，直到正確配置為止。

3 系統性能測試探討

3.1 硬 件

本次工程機械智能控制器研究中，其硬件型號為LPC2939芯片，工作頻率較為穩定，頻率為130 MHz，內部存儲器字節為867 K，隨機存儲器外擴3 M字節作為系統運行存儲，FLASH存儲器外擴1 M作為程序存儲。研制控制器開發板之后，經過檢測之后，較為可靠。工程機械智能控制器硬件設計完成后，可滿足大部分工程機械使用要求，而又充分利用了控制器的內部資源，大部分控制器的接口，都是三種功能重復應用的，這樣可為不同客戶、不同種類的工程機械需求，合理配置，應用控制器才更加方便。

A/D、I/O以及PWM輸入輸出接口，連接CAN總線通信接口，可滿足現階段工程機械開關量、模擬量、數字量采集需求。CAN總線采集信息以及傳輸結構，可滿足CAN總線信息采集需求以及2路發動機信息采集需求。結構全部為封閉結構，具有防震動、防水、防塵等優勢，可滿足工程機械防護要求。

3.2 軟 件

系統設計采用模塊化的方式，具有較強的重構能力，可實現不同機械工程的控制需求；應用實時多任務嵌入式操作系統，可實現實時性控制器系統的要求；與IEC61131-3標準的PLC開發環境相一致；工程機械控制器實現了網絡化控制，穩定了CANOPEN通信協議；現場控制的智能化，滿足了現場危急情況下，及時保護、操作判斷等功能的實現。

3.3 軟PLC測試探討

①DI測試。

執行PLC程序，發現初始值為TRUE，則表明DI值為1，點擊DI對應的管腳，則值變為FALSE，表明DI值為0，說明DI測試成功，余下管腳按照此種測試方式即可。

②DO測試。

開發板上DI/DO信號中的DO信號，以及PWM/DO/DI之中的DO信號。DI/DO信號中的DO信號測試，對引腳電阻大小測試結果輸出為0或者是1即可。PWM/DO/DI之中的DO信號測試，如果DO值為1，則表明引腳電壓為高電平，如果輸出的值是0，則表明引腳電壓為0。

③PWM信號測試。

為40 Hz頻率時，設定PWM輸出占空比，及定義參數為PWM0=500，當PWM占空比為30%時，波形輸出則為凹型；當PWM占空比為70%時，波形輸出則為凸型。

④JoyFilter模塊測試。

因為scale的作用，使得JoyFilter模塊AI輸入為-33756-33756，為雙向輸入值，基于此，所產生的JoyFilter模塊曲線實際上成為了JoyFilterac，曲線光滑度不夠，因為AI模擬輸入的影響，但是并不干擾模塊的正常輸出。

⑤Motion模塊測試。

當參數取值在0.2、0.05、0.02三種不同的情況之下時，控制信號相應的目標電流，從0變化為800 mA。經過分析得出，當一段時期后，控制器實際輸出電流可達到800 mA目標電流，且足夠穩定，三種參數取值不同的情況下，系統穩定所采用的時間，各不一樣，取參數值0.02時，系統所花費的調節時間最長，大概需要5s；當參數取值為0.2時，系統所花費的調整實踐最短，大約為1s；而參數取值為0.05時，調整實踐介于0.2與0.02之間，大概需要1.5～2 s左右，此種情況下，并未發生超調現象。

4 軟PLC技術實現方案

軟PLC技術，根據平臺劃分，主要方案有三種，即硬件PLC系統平臺、EPC系統平臺/IPC系統平臺、嵌入式系統平臺。

4.1 硬件PLC系統平臺

如圖1所示，主要應用硬件PLC系統平臺，來作為載體，將軟PLC系統，載入到硬件PLC系統當中，以軟PLC系統來實現程序下載以及程序開發。

4.2 EPC系統平臺/IPC系統平臺

如圖2所示，主要通過EPC、IPC系統，當作載體，軟PLC系統均在EPC、IPC系統實施運行操作，以此來實現程序下載以及程序編輯。EPC、IPC控制器軟件系統的核心模塊一般為Windows、Linux等操作系統。

4.3 嵌入式系統平臺

主要將嵌入式系統當作載體，將軟PLC系統納入到嵌入式系統當中，通過軟PLC系統，來實現程序下載、開發工作，嵌入式系統一般使用嵌入式操作系統，比如Embedede Linux，來作為控制器軟件系統的核心。

5 結 語

綜上，軟PLC控制技術，解決了以往傳統PLC技術的不足，其開放式體系構造，具備更好的網絡通信能力以及更強的信息處理能力，工業控制領域應用之后，進一步提升了企業的生產效率以及自動化能力。

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