嵌入式PLC的設(shè)計及相關(guān)問題研究

高大平

摘 要：PLC具有編程簡單、穩(wěn)定、適應(yīng)性良好等優(yōu)點，并憑借上述優(yōu)點得到了大面積應(yīng)用。近些年，隨著技術(shù)的改進與更迭，PLC的不足愈發(fā)凸顯，在這一條件下，借助PC機充當硬件支撐平臺以及軟PLC技術(shù)隨之出現(xiàn)，其與PLC相比在數(shù)據(jù)處理、網(wǎng)絡(luò)通訊等方面具有一定優(yōu)越性，體系結(jié)構(gòu)開放，然而，可靠性不是很理想，亟待設(shè)計一種現(xiàn)代化PLC，不僅具有優(yōu)良的可靠性，而且具有齊全的功能。

關(guān)鍵詞：嵌入式PLC 設(shè)計 相關(guān)問題 研究

中圖分類號：TP27 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）12（c）-0001-02

現(xiàn)階段，在自動化控制層面，PLC遙遙領(lǐng)先，與此同時，也面臨諸多挑戰(zhàn)，應(yīng)用范圍的拓展，也加快了PLC缺點的暴露。PLC本是封閉式架構(gòu)，一般具備制造商要求的常規(guī)性能，形成于專有技術(shù)之上，但缺少便捷性和靈活性。筆者將依照現(xiàn)有理論成果，具體探討嵌入式PLC相關(guān)問題，希望可促進工業(yè)應(yīng)用，提升應(yīng)用效果。

1 嵌入式PLC的基本組成與主要特點

傳統(tǒng)PLC具有可靠性優(yōu)良、所占空間小等優(yōu)點，然而，存在資源不足、擴展能力薄弱等不足，建立在PC機之上的軟PLC有效填補了這一不足，卻仍舊存在可靠性不良、所占空間大、缺少靈活性等缺點，新一代PLC整合了PLC的優(yōu)良性能，可滿足用戶的不同需要。嵌入式PLC具體指代在某一控制裝置達成梯形圖編程語言闡述、貫徹，讓該裝置除具有專用功能外，還具備PLC的相關(guān)功能。以嵌入式技術(shù)為基礎(chǔ)的PLC融合了嵌入式系統(tǒng)所占空間小、靈活等優(yōu)點，并填補了傳統(tǒng)PLC的空白，利用PLC梯形圖語言充當內(nèi)核，提升運算能力，添設(shè)網(wǎng)絡(luò)互連功能，并融入PC優(yōu)點，運算高效、可有效處理各種控制算法，促進了對象控制的有效解決，主要具有下述特性。

1.1 高級控制

高級控制除要求擁有突出的浮點處理器外，還會占據(jù)較大空間的內(nèi)存，而嵌入式PLC恰恰可滿足上述要求。

1.2 安全性

PLC利用以太網(wǎng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包并非加密，通常不能用來防范和規(guī)避黑客入侵，但嵌入式PLC卻能夠加密，具有良好的安全性。

1.3 動態(tài)分析

嵌入式PLC能夠動態(tài)采集來自檢測對象的所有數(shù)字信號，同時，動態(tài)分析數(shù)據(jù)，進而明確故障狀態(tài)。

1.4 生產(chǎn)率提升

該平臺能夠進行快速開發(fā)，同時，因具備開放性與靈活性，促進了控制對象和業(yè)務(wù)系統(tǒng)的有效連接，完善了流程，改進了生產(chǎn)質(zhì)量。

1.5 通信接口具有開放性

嵌入式系統(tǒng)以及外界接口設(shè)備主要面向具體應(yīng)用，通常具有特殊性，且因應(yīng)用領(lǐng)域而異，各自之間存在較大差距。嵌入式PLC為適應(yīng)分布處理結(jié)構(gòu)，滿足網(wǎng)絡(luò)需求，提供了規(guī)范的通信接口，還應(yīng)配備相應(yīng)軟件。

2 嵌入式PLC的相關(guān)設(shè)計

2.1 硬件設(shè)計

為滿足多樣化的控制需求，要求嵌入式PLC應(yīng)保證硬件配置具有靈活性，可結(jié)合自身需求合理選擇模塊，構(gòu)建獨特、專屬自身的嵌入式PLC，一般應(yīng)針對結(jié)構(gòu)實施模塊化設(shè)計。然而，嵌入式PLC實際上隸屬工業(yè)控制領(lǐng)域，應(yīng)全面考慮自身可靠性，并針對外界影響、錯誤操作進行有效處理，通常作用于I/O端口以及整體結(jié)構(gòu)層面的設(shè)計。

參照這一需求分析，選擇負責數(shù)據(jù)運算、加工的主控模塊充當主機，主機借助不同的總線完成與其余模塊的聯(lián)系；現(xiàn)場數(shù)據(jù)加工收集與貫徹落實都借助輸入輸出模塊完成，I/O端口以及CPU實施光電隔離，以此來消除干擾，防護、保障CPU。PLC主機CPU選取性能優(yōu)良的微控制器，且內(nèi)部整合充足資源，改進PLC結(jié)構(gòu)，外設(shè)系統(tǒng)外圍設(shè)備，具體構(gòu)成詳見圖1。

剖析硬件結(jié)構(gòu)圖發(fā)現(xiàn)，主控制器LPC2292為核心部分，借助模擬量接口與RS232接口等來加工現(xiàn)場數(shù)據(jù)，還能夠讓CAN總線溝通工業(yè)控制儀表，借助嵌入式Web完成數(shù)據(jù)的動態(tài)采集；經(jīng)由網(wǎng)頁傳輸?shù)目刂泼?，達到遠程監(jiān)控，密切監(jiān)控工業(yè)現(xiàn)場。

擴展I/O模塊與現(xiàn)場設(shè)備操作相對應(yīng)，由此可知，擴展模塊設(shè)計關(guān)乎嵌入式PLC的根本性能。擴展I/O模塊應(yīng)具備SPI總線接口，以此來聯(lián)系嵌入式主機；具備數(shù)據(jù)處理加工能力，可自主執(zhí)行相關(guān)命令；規(guī)范的接口設(shè)計，增加系統(tǒng)穩(wěn)定性。該設(shè)計方案不僅符合硬件靈活配置標準，而且增加了硬件工作的安全性，即便因外界原因引發(fā)模塊損壞，也不會干擾嵌入式主機，具有防護功效。

2.2 軟件系統(tǒng)設(shè)備

嵌入式PLC軟件主要由開發(fā)系統(tǒng)與運行系統(tǒng)組成。開發(fā)系統(tǒng)主要服務(wù)于用戶，負責程序編輯與相關(guān)轉(zhuǎn)換工作。轉(zhuǎn)化程序的本質(zhì)為解釋系統(tǒng)，利用指令表一一規(guī)范編譯，生成特定的用戶指令，為促進后期改造升級、操作維護工作的開展，用C語言取代梯形圖；而運行系統(tǒng)負責一系列管理工作與編譯落實用戶程序，完整保存各種數(shù)據(jù)，實現(xiàn)順暢通訊。運行系統(tǒng)形成于動態(tài)操作系統(tǒng)平臺之上，引入PLC虛擬機，以此來落實用戶程序，同時，管控硬件資源，用戶程序與PLC的硬件操作不存在一一對應(yīng)的關(guān)系，主要利用虛擬機管控PLC的所有資源。在該模式下，用戶獨立編寫的程序絕非對應(yīng)特定一種PLC型號，若硬件資源出現(xiàn)變化，僅僅調(diào)整虛擬機配置，無需反復(fù)多次編寫PLC程序。

3 嵌入式PLC的實際應(yīng)用

該文圍繞電機調(diào)速系統(tǒng)，具體探討嵌入式PLC的實際應(yīng)用。在該實驗中，利用三相異步電動機充當控制對象，借助嵌入式PLC以及PC機等組建功能齊全、多樣靈活的控制系統(tǒng)，達到多段速調(diào)速，實現(xiàn)無極調(diào)速。同時，依托易控組態(tài)軟件研發(fā)上位機監(jiān)測系統(tǒng)，在實現(xiàn)遠程監(jiān)控的基礎(chǔ)上，進行調(diào)試控制。為達到多段速調(diào)速，借助PLC的輸出端合理調(diào)整多功能輸入端，進而獲取多級速度頻率，有效管控多級調(diào)速，達到各種操作的調(diào)速控制。

易控組態(tài)軟件包含不同類型的圖形元素，畫面清晰，可完整展現(xiàn)控制對象，增加了控制過程的人性化。監(jiān)控界面設(shè)計一般涉及配置易與通信這兩項內(nèi)容。在此基礎(chǔ)之上，編寫合理的程序。隨后，開展系統(tǒng)調(diào)試操作。該電機調(diào)速系統(tǒng)涉及多項調(diào)試內(nèi)容，因覆蓋面較為寬廣，在具體的調(diào)試過程應(yīng)依據(jù)功能模塊逐一調(diào)試。以下位機系統(tǒng)為例，其調(diào)試操作一般為：調(diào)試控制部分，達到多段速控制。因位于初步調(diào)試環(huán)節(jié)，PLC輸出端與執(zhí)行機構(gòu)不相連，在實際調(diào)試環(huán)節(jié)，僅僅檢測輸出端口便可；對已經(jīng)完成轉(zhuǎn)換操作的用戶程序?qū)嵤┚幾g操作，完成這一操作后，形成對應(yīng)文件，并利用NFS手段來下載程序，同時執(zhí)行；按壓電機正傳鍵，通過萬用表進行檢測，直至輸入端達到高電平，再按壓變頻器啟動鍵，明確輸出端對應(yīng)的電平狀態(tài)，依照程序設(shè)定開展相應(yīng)操作，最終確定驗證程序運行穩(wěn)定。

該文依托電機調(diào)速系統(tǒng)，探討了嵌入式PLC的實際應(yīng)用，提出了適宜的調(diào)試程序，成功研制上位機監(jiān)控界面，同時，借助瀏覽器探尋嵌入式PLC內(nèi)部的WEB服務(wù)器，最終構(gòu)建出可進行遠程動態(tài)監(jiān)控與現(xiàn)場有效控制的綜合性電機控制系統(tǒng)。

4 結(jié)語

嵌入式PLC借助嵌入式技術(shù)充當平臺，提高過程控制環(huán)節(jié)的運算能力，引入嵌入板的特點，不僅具有語言優(yōu)勢，而且具有開放性，促進了對象控制的有效解決。在未來，應(yīng)加大對嵌入式PLC的研究，結(jié)合實際應(yīng)用，合理設(shè)計，不斷改進，切實提升嵌入式PLC的性能。

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