基于嵌入式PLC芯片組的多路模擬量PLC的開發(fā)

1、基于嵌入式PLC芯片組的多路模擬量PLC的開發(fā)湖北武漢華中科技大學(xué)控制系（430074） 摘要：本文介紹了一種新的PLC開發(fā)過程嵌入式PLC的開發(fā)。嵌入式PLC以用戶的應(yīng)用為中心，軟硬件可由用戶根據(jù)工藝需要來裁剪，很好地滿足了用戶的個(gè)性化需求。 關(guān)鍵詞：嵌入式PLC芯片組 系統(tǒng)軟件 內(nèi)核Abstract:This article introduces a new development of PLCDevelopment of Embedded PLC. It take the application of the customer as the center, the soft and ha

2、rdware can be cut according to the craft by customer.It satisfied the need of customer.Keywords:Embedded PLCOSKernel如今工業(yè)控制產(chǎn)品已發(fā)展到一個(gè)追求個(gè)性化、差異化的階段。傳統(tǒng)的PLC產(chǎn)品已經(jīng)無法滿足更加細(xì)分化的市場(chǎng)需求，為了滿足這種需求，出現(xiàn)了嵌入式PLC產(chǎn)品。一、嵌入式PLC 嵌入式PLC是將PLC系統(tǒng)軟件構(gòu)建于控制器內(nèi)，根據(jù)用戶控制需要定制硬件，以PLC的應(yīng)用方式解決對(duì)象控制問題的PLC。它由兩部分組成：嵌入式PLC系統(tǒng)軟件和芯片組1 嵌入式PLC系統(tǒng)軟件嵌入式PLC系統(tǒng)軟件

3、將PLC語言(梯形圖語言)、CAN總線嵌入到單片機(jī)中,使單片機(jī)的產(chǎn)品開發(fā)從使用匯編語言變?yōu)槭褂肞LC梯形圖語言,并具有CAN總線的互連特性。該系統(tǒng)軟件具有以下特點(diǎn):1.以梯形圖語言為內(nèi)核,添加了中斷管理系統(tǒng),能實(shí)現(xiàn)PLC無法實(shí)現(xiàn)的硬實(shí)時(shí)操作;2.強(qiáng)化運(yùn)算能力,增加了CANBUS函數(shù)庫、浮點(diǎn)數(shù)庫、專家自整定PID、嵌入式WEB等,豐富了PLC的功能;3.提供開放式擴(kuò)展結(jié)構(gòu),支持第三方開發(fā)擴(kuò)展單元的接線;4.增加了網(wǎng)絡(luò)互連功能,在遠(yuǎn)程端加載專用瀏覽器后,即可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。系統(tǒng)軟件包括三個(gè)部分。嵌入式PLC內(nèi)核：它完成實(shí)時(shí)任務(wù)調(diào)度、梯形圖語言解釋、執(zhí)行、通訊等基本功能，并提供二次開發(fā)驅(qū)動(dòng)接口；二次開

4、發(fā)驅(qū)動(dòng)程序通過系統(tǒng)軟件提供的外掛任務(wù)，使用內(nèi)核開發(fā)各種面向具體對(duì)象個(gè)性化、差異化的驅(qū)動(dòng)程序；終端應(yīng)用程序指面向工藝流程控制的梯形圖語言程序 2、 嵌入式PLC芯片組EASY CORE 1.00 是一個(gè)加載了嵌入式PLC系統(tǒng)軟件的核心芯片組，作為一款加載了系統(tǒng)軟件的硬件平臺(tái)，可以用來設(shè)計(jì)通用和專用PLC。（1）芯片組基本性能：供電：+5V 200mA，RAM掉電保護(hù)5年。CPU： C8051F040。嵌入擴(kuò)展能力32 I/O：可復(fù)用成SPI、I2C接口及外中斷、外計(jì)數(shù)、AD等。4 AD：12位精度，100 KPS。2 DA：12位精度，100 KPS。通信接口CANBUS：系統(tǒng)軟件管理，使用工具

5、軟件CANSet構(gòu)建CANBUS總線網(wǎng)絡(luò)。UART0：系統(tǒng)軟件管理，用于梯形圖編程、監(jiān)控，支持人機(jī)界面及用戶驅(qū)動(dòng)程序下載。UART1：系統(tǒng)軟件管理，用于下載CANBUS網(wǎng)絡(luò)參數(shù)、構(gòu)建RS485網(wǎng)絡(luò)及支持第三方設(shè)備互連。（2）芯片組原理框圖：二、 應(yīng)用開發(fā)基于加載了系統(tǒng)軟件的核心芯片組，我們可以根據(jù)工藝需要來開發(fā)自己的嵌入式PLC產(chǎn)品。下面就介紹基于嵌入式PLC芯片組開發(fā)的16路輸入的模擬量PLC產(chǎn)品（可輸入標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)或熱電偶信號(hào)）。1、 硬件設(shè)計(jì)硬件整體結(jié)構(gòu)圖如下：AI0是芯片組內(nèi)的一個(gè)AD轉(zhuǎn)換通道，P1.0P1.4作為模擬開關(guān)的通道控制線來進(jìn)行16個(gè)模擬信號(hào)通道間的切換。（1）信號(hào)采集電路 用

6、AD公司的高精密放大器OP07構(gòu)成模擬信號(hào)放大電路，OP07具有低輸入偏移電壓（10uV）、低漂移電壓（0.2uV/）和寬范圍的供電電壓（±3V±18V）, 可以很好地滿足該產(chǎn)品的要求。在這里OP07由±5V供電，R18、R79作為調(diào)零電阻，輸出電壓由下式給出：VoutVin（1R98/R56）。（2）信號(hào)選擇電路選擇16通道的模擬開關(guān)CD4067構(gòu)成信號(hào)選擇電路，A、B、C、D、INH接到芯片組的P1.0P1.4引腳，做為模擬開關(guān)的通道選擇控制信號(hào)。OUT引腳接到芯片組的AIN0，即第一個(gè)AD轉(zhuǎn)換通道。2 軟件開發(fā)嵌入式PLC是基于Cygnal公司的C8051f

7、040芯片開發(fā)的，所以二次程序的開發(fā)使用51匯編語言。開發(fā)選擇的編譯器是KEIL C51，因?yàn)樗梢陨晌覀兯枰?HEX文件。內(nèi)核留出了七個(gè)用戶嵌入程序接口，我們只需要充分理解各個(gè)接口的功能就可了進(jìn)行二次開發(fā)了，需要熟悉如下內(nèi)容：a、內(nèi)核功能b、內(nèi)核結(jié)構(gòu)c、內(nèi)核任務(wù)管理d、內(nèi)核存儲(chǔ)空間分配?！?】由于系統(tǒng)軟件中已經(jīng)加入了232通信、485通信和CAN通信的功能，所以16路模擬量PLC的二次驅(qū)動(dòng)軟件的開發(fā)主要集中在模擬量的AD轉(zhuǎn)換和PLC資源區(qū)中AD值的實(shí)時(shí)刷新上。（1）程序規(guī)劃T4中斷：完成AD轉(zhuǎn)換和16個(gè)通道的切換程序USER_SCAN：PLC資源區(qū)中AD值的刷新。AD轉(zhuǎn)換過程如下：每一

8、通道連續(xù)采樣16次，采樣完后得到累加和，然后啟動(dòng)下一通道的AD轉(zhuǎn)換。PLC資源區(qū)中AD值的刷新過程如下：在梯形圖掃描周期結(jié)束時(shí)進(jìn)行，把各路AD值的累加和求平均值后放入PLC的資源區(qū)的對(duì)應(yīng)位置處。（2）程序代碼INIT_AD:;AD初始化MOVSFRPAGE,#ADC0_PAGEMOVREF0CN,#07H;內(nèi)部參考電壓/輸出到VERF;啟動(dòng)內(nèi)部溫度傳感器MOVAMX0CF,#00H;單極性輸入MOVADC0CF,#0B8H;D7-D3=SYSCLK/采樣時(shí)鐘-1;采樣轉(zhuǎn)換時(shí)鐘=1US;D2-D0=GAIN;000GAIN=1MOVADC0CN,#90H;啟動(dòng)AD采樣MOVAD_CHANNEL,

9、#00H;AD通道號(hào)，初值為0MOVAD_COUNT,#00H;16次采樣次數(shù)計(jì)數(shù)。初值為0RETSAMPLE_AD:;AD采樣開始MOVSFRPAGE,#ADC0_PAGE;AD控制寄存器頁MOVA,AD_CHANNEL;采樣值的累加和是一個(gè)字基地址;為#XAI,偏移地址為AD_CHANNELRLAMOVDPTR,#XAI;XAI存放16次采樣值的累加和ADDA,DPL;低字節(jié)相加MOVDPL,AMOVXA,DPTRMOVB,AMOVA,ADC0LCLRCADDCA,BMOVXDPTR,AINCDPTR;高字節(jié)相加MOVXA,DPTRMOVB,AMOVA,ADC0HANLA,#0FHADDC

10、A,BMOVXDPTR,A;#XAI中存放格式為低字節(jié)、高字節(jié)MOVSFRPAGE,#ADC0_PAGE;AD控制寄存器頁MOVADC0CN,#090H;啟動(dòng)下次AD采樣INCAD_COUNTMOVA,AD_COUNTCLRCSUBBA,#16JNCFILL_XAI_XAD;當(dāng)16次采樣完成后,把XAI中16;個(gè)采樣和（2字節(jié)）存放到XADRET3 驅(qū)動(dòng)程序的嵌入在KEIL C51中編譯上述程序。使用下載工具軟件“DOWNHEX”，把生成的.HEX文件通過串口下載到芯片組的固定地址處，使得內(nèi)核可以調(diào)用它，從而完成二次驅(qū)動(dòng)程序的開發(fā)。到此，16路模擬量PLC的開發(fā)工作基本完成。三、功能介紹基于嵌

11、入式PLC開發(fā)的多路模擬量網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)具有以下功能：1、采集工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的多路熱電偶信號(hào)，2、支持三菱、臺(tái)達(dá)等多家人機(jī)界面， 3、支持梯形圖編程（86條指令）， 4、支持CANbus互連（多機(jī)并聯(lián)運(yùn)行或擴(kuò)展單元連接）等。這里簡(jiǎn)要介紹下該網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的梯形圖功能應(yīng)用。嵌入式PLC的系統(tǒng)軟件中內(nèi)置了溫度轉(zhuǎn)換函數(shù)，其功能是把熱電偶毫伏信號(hào)對(duì)應(yīng)的AD值轉(zhuǎn)化成溫度值。適用于任意分度熱電偶輸入信號(hào)，應(yīng)用于不同的控溫場(chǎng)合，配合PID調(diào)節(jié)，使受控溫度精度可達(dá)±1。下面的梯形圖程序就是把一路熱電偶信號(hào)轉(zhuǎn)換成溫度值，該信號(hào)AD值放在D5000，轉(zhuǎn)換后的溫度值存放在D5160中。四、 結(jié)束語筆者利用嵌入式PLC芯片組開發(fā)的的PLC產(chǎn)品的實(shí)例證明，本著軟硬件可裁剪的原則，開發(fā)出的產(chǎn)品可