基于PLC和單片機的多模式綜合試驗系統設計

李菁川

（武漢職業技術學院，武漢 430074）

隨著科技不斷進步，工業模塊幾乎都用上了智能控制系統，所以了解和掌握智能化裝置是必要的。單片機和PLC在智能化裝置中起關建作用，而它們的試驗通常互相獨立，兩項技術難以聯系在一起，但單片機與PLC的實際應用緊密相連，全面掌握單片機和PLC的控制技術是關鍵一步。本試驗是一種多元化試驗，是可以提高學生綜合實踐能力的開放式試驗，該試驗有利于激發學生的想象力，使學生在了解單片機和PLC各自的特點時，還能將兩項技術相結合。

1 多模式綜合試驗系統設計

基于PLC和單片機的多模式綜合試驗系統的設計，該試驗主要分為三部分內容。第一是控制層，這是整個系統中的一個控制器，通過一系列復雜的計算機編程對系統整體進行有效的控制，這個控制系統之所以能夠對整個試驗系統進行有效控制，主要是因為它內部含有多個重要板塊，這些板塊由控制器、單片機以及光電編碼器等元件組成，這些原件對整個系統中的每個環境進行作用，保證每個環節都能夠順利地進行工作[1]。控制層在工作時，PLC對整個系統的運轉速度進行有效調節，基于PLC，人們可以把這種調節分為多段速調速以及閉環PID無級調速兩種調速方法。除此之外就是利用單片機進行調速，這些單片機通過以上兩種方法進行工作。在實際工作中，要采用一些工業軟件進行相關的輔助工作，目前行業內普遍采用的是MCGS軟件，這一款軟件可以通過計算機編程對整個監控系統進行檢測和調節，控制整個系統有效工作，它還能夠對整個系統中的數據進行實時監控，利用智能分析對所有數據進行有效的分析，實現數字化操作，減少實際工作中的人力投入，保證數據的準確性以及有效性，保證整個系統能夠順利進行工作。整個系統的整體效果如圖1所示。

2 用單片機對系統進行多速段變頻調速

在實際工作中為了對系統進行有效的控制，人們通常采用一種多速段變頻調速的方法，這種調速方法主要應用單片機。整個系統通過變頻器對系統的運轉、停止、正轉以及反轉等主要運行狀態進行調節，這種調節通過變頻器的連接以及接點的控制進行，改變和調節電流的輸入以及輸出，從而改變運轉過程中的速度頻率，不同的速度頻率對系統狀態會產生直接影響。

當使用單片機對系統的運行狀態進行調節時，最關鍵的就是改變繼電器的狀態。正常工作過程中，繼電器的狀態與單片機的狀態有直接聯系，它們通過電流運動進行關聯，在改變繼電器電流時，相應的變頻器狀態以及功能也會發生變化。通過這一規律，人們就可以利用單片機對系統進行多速段變頻調速。

圖1 系統整體框架

3 利用PLC對整個系統進行閉環PID變頻調速

利用PLC對操作系統進行閉環PID變頻調速是目前普遍使用的方法，PLC在該控制系統中起著重要的作用，對整個系統進行調節和控制。其有三個主體控制器、執行器以及控制對象，控制器是PLC，執行器是系統中的變頻器，最后的系統電機是控制對象。在工作過程中，PLC能夠及時收集到電機運轉的相關情況并對其作出反應，由控制器將信號傳遞到變頻器中，通過這些信號，PLC對變頻器進行有效的調節，改變變頻器的參數和頻率，再由變頻器作用于系統電機，從而實現對整個系統的有效控制。這種控制的模式是封閉的，因此被稱為閉環調速。

變頻器中有一個重要的元件就是光電編碼器，這個編碼器與整個系統中的各個輸入口都會產生聯系，對這些輸入口的數據進行整理和分析，計算出系統運轉過程中所形成的脈沖，這些脈沖對電機運轉的頻率會產生直接的影響。正是利用這個原理，對這些脈沖進行改變，人們可以調節電機的運行速度以及頻率，從而對整個系統的運行進行控制[2]。

4 利用MCGS工業軟件對系統進行監控和管理

現階段對系統的監控和管理主要是依據相關的軟件來實現的，這種監控軟件有很多，但是應用廣泛的還是MCGS控制軟件以及VR編程系統。MCGS控制軟件能夠對系統進行及時監控，采集系統運行中每個環節的數據并對這些數據進行分析和研究，找出其中的變化規律，與傳統人工收集和處理信息相比較，這種方法具有準確、安全和高效等優點。MCGS操作軟件能夠得到普遍的應用還有一個主要原因，這款軟件在工作時能夠及時針對運行過程中收集到的數據生成一個計算機系統，這個系統能夠對整個運行過程進行及時有效的監控，并通過計算機對其進行反應，使結果更加直觀明了。

4.1 對系統上位監控層進行設計完善

在MCGS軟件工作過程中，控制系統與運行系統之間的信息交流主要是通過三個環節來實現的，上位監控層在工作過程中要與系統中的變量關系進行聯系，通過窗口設計對變量關系進行反應，最后利用各種通道將這種關系應用在PLC中。

4.2 設計工程窗口

在系統運行過程中，各種數據是會發生不斷變化的，這些變化與運行過程中的每個環節都有一定聯系，通過對這些數據進行分析和研究，人們可以及時了解到各個環節的運作狀況。在收集和分析信息之前應該對工程窗口進行合理的設計，根據信息采集的要求對其進行設計連接，保證工程窗口的科學性和完整性。

4.3 對用戶的窗口進行相關性連接

在系統運作過程中不能忽視用戶端的連接，人們應該把用戶窗口中的圖源和數據連接起來，保證用戶能夠得到更好的體驗。

4.4 對設備的窗口進行相關性連接

系統設備的窗口有很多種，這些不同的窗口有著不同的作用以及屬性。在通常情況下，人們將這些設備分為父設備以及子設備，對這兩種設備的基本屬性和功能作用進行分析，將信息做統一化處理保證兩者能夠連接起來[3]。這種連接方式實現了信息和數據的交流和互通，數據庫內的信息能夠及時得到更新。具體的系統窗口示意圖如圖2所示。

4.5 對系統進行遠程監控

MCGS系統除了能進行信息收集以及信息分析之外，還能夠利用互聯網信息系統將信息處理過程中的計算機連接起來，形成一個計算機網絡系統。計算機網絡系統中所有數據都是共享的，可以實現多人在線對數據進行編輯和處理。最后通過各個窗口的控制對數據進行整合分析，大大減少工作時間，提高整個工作的效率和有效性。此外，為了保證數據的安全，這套系統還能對人員進行權限的設置，保證數據不會輕易泄露。

圖2 PLC控制的變頻調速系統窗口

5 結語

基于PLC和單片機的多模式綜合試驗系統的設計是一項復雜的工作，本文著重對PLC以及單片機在綜合試驗系統中的應用進行分析，研究了其綜合控制系統。這樣不僅可以讓人理解相關知識，而且對于深化相關研究也有一定意義。