基于PLC的控制系統(tǒng)信號(hào)轉(zhuǎn)換箱的設(shè)計(jì)

摘 要： 以歐姆龍公司CP1H?XA40DT?D型PLC為核心開(kāi)發(fā)的控制系統(tǒng)信號(hào)轉(zhuǎn)換箱，電路簡(jiǎn)單、體積小、可靠性高、系統(tǒng)響應(yīng)速度快，與傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)信號(hào)轉(zhuǎn)換箱比較，基于PLC 的控制系統(tǒng)信號(hào)轉(zhuǎn)換箱解決了高速觸發(fā)測(cè)量系統(tǒng)的關(guān)鍵問(wèn)題。又具備應(yīng)用CX?Programmer編程軟件可編程輸出的優(yōu)勢(shì)，在未來(lái)工業(yè)控制領(lǐng)域?qū)l(fā)揮重要作用。

關(guān)鍵詞： 控制系統(tǒng)信號(hào)轉(zhuǎn)換箱； PLC； 采集觸發(fā)； CX?Programmer編程軟件

中圖分類號(hào)： TN06?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2013）07?0160?03

0 引 言

工業(yè)控制領(lǐng)域采用的控制系統(tǒng)需要通過(guò)控制系統(tǒng)信號(hào)轉(zhuǎn)換箱與測(cè)量系統(tǒng)和LED顯示連接，目前所用的控制系統(tǒng)信號(hào)轉(zhuǎn)換箱均采用繼電器設(shè)計(jì)，其缺點(diǎn)是體積較大、繼電器動(dòng)作速度較慢；隨著控制系統(tǒng)和測(cè)量系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域?qū)ο到y(tǒng)性能要求的不斷提高，傳統(tǒng)控制系統(tǒng)信號(hào)轉(zhuǎn)換箱的響應(yīng)速度及可靠性的問(wèn)題亟待解決。PLC以其簡(jiǎn)便的程序編寫、強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理、友好的人機(jī)界面使其成為控制、開(kāi)發(fā)控制系統(tǒng)信號(hào)轉(zhuǎn)換箱的最佳利器。應(yīng)用靈活強(qiáng)大的PLC硬件及CX?Programmer軟件代替?zhèn)鹘y(tǒng)繼電器，利用編程軟件直接分配PLC硬件接口實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)信號(hào)轉(zhuǎn)換箱的設(shè)計(jì)。

1 控制系統(tǒng)信號(hào)轉(zhuǎn)換箱簡(jiǎn)介

工業(yè)控制領(lǐng)域采用的控制系統(tǒng)配備的數(shù)字信號(hào)輸出端口經(jīng)過(guò)調(diào)理電路可以為外設(shè)提供高電平24 V，低電平0 V的電平輸出信號(hào)作為控制系統(tǒng)信號(hào)轉(zhuǎn)換箱的輸入信號(hào)，控制系統(tǒng)信號(hào)轉(zhuǎn)換箱獲取信號(hào)后，經(jīng)過(guò)信號(hào)處理發(fā)出通斷信號(hào)，用于觸發(fā)測(cè)量系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)和驅(qū)動(dòng)試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)LED顯示。控制系統(tǒng)信號(hào)轉(zhuǎn)換箱與控制系統(tǒng)及輸出連接

控制系統(tǒng)信號(hào)轉(zhuǎn)換箱與控制系統(tǒng)及輸出連接示

2 控制系統(tǒng)信號(hào)轉(zhuǎn)換箱設(shè)計(jì)

2.1 控制系統(tǒng)信號(hào)轉(zhuǎn)換箱硬件設(shè)計(jì)

采用歐姆龍（OMRON）公司CP1H?XA40DT?D型PLC用于控制系統(tǒng)信號(hào)轉(zhuǎn)換箱的硬件部分。此型號(hào)PLC具備24點(diǎn)輸入容量，16點(diǎn)輸出的負(fù)載能力。其輸入接線方式如圖2所示，輸出接線方式所示。與輸入輸出端子相連接的配線材料選用AWG22?18型0.32 mm2線纜。使用時(shí)配備4NIC?Q120型直流穩(wěn)壓電源作為PLC工作電源。

2.2 控制系統(tǒng)信號(hào)轉(zhuǎn)換箱軟件設(shè)計(jì)

2.2.1 CX?Programmer編程軟件簡(jiǎn)介

軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境為CX?Programmer編程軟件，此款軟件是歐姆龍公司為PLC配備的編程軟件，應(yīng)用它可以實(shí)現(xiàn)梯形圖或語(yǔ)句表的編程、編譯檢查程序、程序和數(shù)據(jù)的上載和下載、設(shè)置PLC的設(shè)定區(qū)、對(duì)PLC的運(yùn)行狀態(tài)或內(nèi)存數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控和測(cè)試、打印程序清單、文檔管理等功能。

CP1H?XA40DT?D型PLC輸入接線方式

CP1H?XA40DT?D型PLC輸出接線方式

打開(kāi)CX?Programmer編程軟件，在工程窗口中，以分層樹(shù)狀結(jié)構(gòu)顯示與工程相關(guān)的PLC包含全局符號(hào)表、設(shè)置、內(nèi)存、程序等內(nèi)容，而每個(gè)程序又包含本地符號(hào)表和程序段。工程窗口可以實(shí)現(xiàn)快速編輯符號(hào)、設(shè)定PLC、以及切換各個(gè)程序段的顯示。實(shí)際操作按以下步驟進(jìn)行：

（1）啟動(dòng)CX?Programmer編程軟件；

（2）新建工程窗口；

（3）編寫梯形圖程序；

（4）程序的檢查和編譯。

2.2.2 編寫梯形圖

應(yīng)用USB接口與上位機(jī)通信。選取PLC的輸入端口地址0.00～0.07作為L(zhǎng)ED顯示驅(qū)動(dòng)信號(hào)。選取輸入端口地址1.00作為測(cè)量系統(tǒng)采集觸發(fā)信號(hào)。選取輸出端口100.00～100.07作為L(zhǎng)ED顯示輸出地址， PLC輸入地址分配一覽表見(jiàn)表1。

選取輸出端口101.00作為測(cè)量設(shè)備采集觸發(fā)信號(hào)輸出地址。PLC輸出地址分配一覽表見(jiàn)表2。

根據(jù)表1，表2分配地址，應(yīng)用CX?Programmer編程軟件進(jìn)行編程，梯形圖具有直觀易懂的優(yōu)點(diǎn)，特別適合于開(kāi)關(guān)量的邏輯控制，故本課題采用梯形圖進(jìn)行編程，其梯形圖編程如圖4所示。以采集觸發(fā)d8位為例，當(dāng)?shù)?位對(duì)應(yīng)地址1.00輸入為1時(shí)對(duì)應(yīng)軟繼電器閉合，采集觸發(fā)端軟繼電器導(dǎo)通，對(duì)應(yīng)物理100.00位輸出端閉合。完成一次觸發(fā)。

PLC輸入地址分配一覽表

[名稱＼數(shù)據(jù)類型＼地址/值＼機(jī)架位置＼使用＼注釋＼輸入d0＼BOOL＼0.00＼槽：00＼輸入＼Digital Output0＼輸入d1＼BOOL＼0.01＼槽：01＼輸入＼Digital Output1＼輸入d2＼BOOL＼0.02＼槽：02＼輸入＼Digital Output2＼輸入d3＼BOOL＼0.03＼槽：03＼輸入＼Digital Output3＼輸入d4＼BOOL＼0.04＼槽：04＼輸入＼Digital Output4＼輸入d5＼BOOL＼0.05＼槽：05＼輸入＼Digital Output5＼輸入d6＼BOOL＼0.06＼槽：06＼輸入＼Digital Output6＼輸入d7＼BOOL＼0.07＼槽：07＼輸入＼Digital Output7＼輸入d8＼BOOL＼1.00＼槽：00＼輸入＼Digital Output8＼]

PLC輸出地址分配一覽表

[名稱＼數(shù)據(jù)類型＼地址/值＼機(jī)架位置＼使用＼注釋＼開(kāi)關(guān)信號(hào)d0＼BOOL＼100.00＼槽：00＼輸出＼LED顯示d0＼開(kāi)關(guān)信號(hào)d1＼BOOL＼100.01＼槽：01＼輸出＼LED顯示d1＼開(kāi)關(guān)信號(hào)d2＼BOOL＼100.02＼槽：02＼輸出＼LED顯示d2＼開(kāi)關(guān)信號(hào)d3＼BOOL＼100.03＼槽：03＼輸出＼LED顯示d3＼開(kāi)關(guān)信號(hào)d4＼BOOL＼100.04＼槽：04＼輸出＼LED顯示d4＼開(kāi)關(guān)信號(hào)d5＼BOOL＼100.05＼槽：05＼輸出＼LED顯示d5＼開(kāi)關(guān)信號(hào)d6＼BOOL＼100.06＼槽：06＼輸出＼LED顯示d6＼開(kāi)關(guān)信號(hào)d7＼BOOL＼100.07＼槽：07＼輸出＼LED顯示d7＼開(kāi)關(guān)信號(hào)d8＼BOOL＼101.00＼槽：00＼輸出＼采集觸發(fā)d8＼]

3 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試

將控制系統(tǒng)信號(hào)轉(zhuǎn)換箱接入現(xiàn)場(chǎng)。編譯PLC程序沒(méi)有錯(cuò)誤，將編寫的程序下載到PLC中，全面檢查整個(gè)PLC控制系統(tǒng)，包括電源、接地線、設(shè)備連接線、I/O連線等。并在接口箱的外圍采取屏蔽措施，將PLC的工作方式置為“RUN”。反復(fù)調(diào)試，得到采集觸發(fā)信號(hào)正常，得到的LED顯示數(shù)據(jù)正常。

將控制系統(tǒng)信號(hào)輸出速度設(shè)置為每秒10次，運(yùn)行控制系統(tǒng)，得到的采集觸發(fā)信號(hào)仍能正常觸發(fā)采集系統(tǒng)，得到的LED顯示信號(hào)仍能正常顯示。說(shuō)明此信號(hào)轉(zhuǎn)換箱實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)繼電器觸發(fā)沒(méi)有解決的高頻觸發(fā)問(wèn)題。而在實(shí)際測(cè)量應(yīng)用中每秒10次的觸發(fā)速度可以滿足全部試驗(yàn)測(cè)量要求。

梯形圖編程示意圖

為測(cè)試此控制系統(tǒng)信號(hào)轉(zhuǎn)換箱的可靠性，當(dāng)系統(tǒng)調(diào)試完成后，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了長(zhǎng)時(shí)間的可靠性測(cè)試。系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行一個(gè)月，得到的采集觸發(fā)信號(hào)仍能正常觸發(fā)采集系統(tǒng)及LED顯示信號(hào)仍能正常顯示。其中在調(diào)試過(guò)程中，對(duì)試驗(yàn)溫度進(jìn)行了充分考慮，以防止系統(tǒng)過(guò)熱導(dǎo)致?lián)p壞。考慮到外界溫度較高時(shí)不利于系統(tǒng)散熱，在此控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)換箱的外殼增加了大功率風(fēng)扇。

此信號(hào)轉(zhuǎn)換箱在大量試驗(yàn)中得到應(yīng)用，其工作穩(wěn)定，可靠性高。其響應(yīng)速度在高速觸發(fā)測(cè)量時(shí)完全符合試驗(yàn)設(shè)計(jì)對(duì)測(cè)量系統(tǒng)響應(yīng)速度的要求，大大提高測(cè)量系統(tǒng)信號(hào)觸發(fā)的速度，實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)繼電器信號(hào)轉(zhuǎn)換箱無(wú)法實(shí)現(xiàn)的高速觸發(fā)測(cè)量。同時(shí)LED顯示的刷新速度也得到了提高，顯示效果更佳。

4 結(jié) 語(yǔ)

PLC采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。此外，PLC采用簡(jiǎn)明的梯形圖編程語(yǔ)言，系統(tǒng)開(kāi)發(fā)周期短，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試容易，可在線修改程序。歐姆龍（OMRON）公司CP1H?XA40DT?D型PLC功耗僅數(shù)瓦。由于體積小，基于PLC的控制系統(tǒng)信號(hào)轉(zhuǎn)換箱相比傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)信號(hào)轉(zhuǎn)換箱將節(jié)省更多空間，其速度為納秒級(jí)，可實(shí)現(xiàn)高頻測(cè)量。所以，采用PLC實(shí)現(xiàn)的控制系統(tǒng)信號(hào)轉(zhuǎn)換箱，能適應(yīng)各種惡劣的運(yùn)行環(huán)境，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高，性能遠(yuǎn)高于現(xiàn)有以繼電器為核心的控制系統(tǒng)信號(hào)轉(zhuǎn)換箱。在自動(dòng)控制領(lǐng)域?qū)⒂袕V泛的應(yīng)用前景。

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