淺談PLC平臺視角下的工控系統(tǒng)設計

摘 要：現代工控系統(tǒng)設計越來越突顯出工業(yè)計算機以PLC為中心的特點，PLC技術的支持是現代工控系統(tǒng)的設計和實現過程中不可或缺的重要因素，尤其是PLC的性能在很大程度生決定了最終產品的性能。本文主要介紹了PLC平臺視角下的工控系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)以及CAN總線通訊模塊及系統(tǒng)程序的設計等CAN總線的現場監(jiān)控系統(tǒng)基礎上的軟件設計。

關鍵詞：PLC；工控系統(tǒng)；設計

中圖分類號：TP399-C1 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 22-0000-01

現代工控系統(tǒng)通常包含很多子系統(tǒng)，其中包括電子、機械、自動控制、計算機軟件和硬件等許多其他技術領域，具有非常典型的多學科交叉性。隨著現代技術的發(fā)展和計算機軟硬件技術的不斷進步，現代工控系統(tǒng)設計越來越凸顯出工業(yè)計算機以PLC為中心的特點，PLC技術的支持是現代工控系統(tǒng)的設計和實現過程中不可或缺的重要因素，尤其是PLC的性能在很大程度生決定了最終產品的性能。現代工控系統(tǒng)設計是基于PLC完成的，具有功能日益強大、結構日趨復雜的特點。工控系統(tǒng)設計師面臨的最大難題就是如何使用更加適合的設計方法，在縮短時間的同時保證系統(tǒng)的功能和可靠性。

一、硬件系統(tǒng)

數字運算操作電子系統(tǒng)的可編程邏輯控制器又稱為PLC，它往往用于對機械的生產過程進行控制。在實際應用中，往往在閥門控制中采用PLC控制系統(tǒng)，以便將智能、高效、節(jié)能等設計理念與閥門控制技術相融合，該系包括計算機、CAN總線適配卡、數字和模擬信號采集模塊以及開關信號控制模塊等，此外還包括不同類型的傳感器設備。具體的硬件系統(tǒng)結構圖如下圖1所示：

（一）單元系統(tǒng)模塊

CAN通訊模塊的主要作用是有效連接外部的主控制器、明顯改善內部的整體建設效果。利用接口管理邏輯功能，對微型的控制器的接收、發(fā)送過程進行相應處理。CAN通訊模塊的主要功能還包括處理數據總線訪問寄存器。發(fā)送緩沖器將完整的報文進行有效儲存，如果出現初始化狀態(tài)，其就會對緩沖器的報文傳輸至CAN總線。

（二）信號模塊

模擬信號采集模塊的作用就是采集利用輸入到監(jiān)控系統(tǒng)的模擬信號。系統(tǒng)的模擬信號主要來自于現場的傳感器，通過不同的傳感器的傳遞，落實模擬信號的采集工作，利用模擬信號模塊的全面接收與應用功能，將四路的模擬信號進行轉換，使同步采集成為可能。對于芯片上的數據傳輸與轉換來說，主要就是將其中的指令進行收發(fā)，在全面的傳輸過程中，彌補相應的不足將模擬部件、功能部件、數字外設功能進行結合提升，才能真正將數據的傳輸與解讀工作完成。

數字信號采集模塊的功率足夠確保為驅動控制器、單機片、總線收發(fā)器提供電能，采集系統(tǒng)中的狀態(tài)信號，然后把信號傳輸給單機片，單機片將信號處理完畢之后，再將其傳送至總線控制器，就能夠實現數據于計算機與模塊之間的相應通訊。

二、CAN總線的現場監(jiān)控系統(tǒng)基礎上的軟件設計

（一）CAN總線通訊模塊的程序設計

1.通訊模塊的初始化設計

CAN總線初始化、報文的發(fā)送與報文的接收是CAN總線通訊模塊的設計的三個組成部分。在系統(tǒng)中，CAN控制器為SJA1000，則CAN總線的初始化即對SJA1000的初始化，其中寄存器值的主要設置涉及到ACR-驗收代碼寄存器、AMR-驗收屏蔽寄存器、OCR-輸出寄存器以及BTRO、BTRI-總線時序寄存器等多個，而系統(tǒng)驗收濾波的設置則是由驗收代碼寄存器與驗收屏蔽寄存器共同實現的。驗收濾波器會對報文進行測試，如果其可以通過測試并且接收緩沖器有空間，那么描述符與數據就按照順序分別存入REFIFO（接收FIFO）。報文被正確地接收完成后，接收狀態(tài)位置1（滿），接收中斷使能位置高（使能），接收中斷置1（產生中斷）。

2.報文的接收設計

進行CAN通訊模塊的報文接收設計之前，首先檢測SJA1000，對其狀態(tài)寄存器的數值進行檢測，并對接收緩沖器中狀態(tài)BS為總線狀態(tài)位進行檢測，如果其值為1，則關閉總線，反之開通；ES為出錯狀態(tài)位，其值為1時，證明總線出錯；TS為發(fā)送狀態(tài)位，RS為接收狀態(tài)位，當其值為1，證明SJA1000正在發(fā)送、接收報文；TCS為發(fā)送完成狀態(tài)位，其值為1時證明最后一次的發(fā)送請求處理成功；TBS為發(fā)送緩沖區(qū)狀態(tài)位，值為1時證明其為釋放狀態(tài)，CPU可以向發(fā)送緩沖器寫報文，如果其值為0，證明報文處于發(fā)送或待發(fā)送狀態(tài)，則CPU不可訪問發(fā)送緩沖器；DOS為數據溢出狀態(tài)位，其值為1，證明由于RXFIFO中的存儲空間不足導致報文丟失；RBS為接收緩沖器狀態(tài)位，滿時其值顯示1。

3.CAN報文的發(fā)送設計

SJA1000狀態(tài)寄存器的內容直接影響到CAN報文的發(fā)送。可以利用SJA1000狀態(tài)寄存器的值來對總線是否開通進行判斷。同時，系統(tǒng)在正常狀態(tài)下，CAN報文發(fā)送程序中已經將錯誤判斷設置好，當確定了狀態(tài)寄存器的值以后，再對總線狀態(tài)做出判斷，一旦判斷總線出錯，則置位標志位且返回主程序。

（二）系統(tǒng)程序設計

CAN智能節(jié)點和系統(tǒng)控制的設計共同構成了程序控制系統(tǒng)的軟件部分，他們之間互相通信的實現依賴CAN總線。其中智能節(jié)點控制的主要功能就是傳輸各類烽據，接收計算機所傳送的請求數據命令和控制執(zhí)行命令，數據的內容主要有模擬信號、數字信號以及開關控制信號。而系統(tǒng)控制的主要功能就是接受到CAN節(jié)點所采集到的數據中進行保存和處理，再按照程序的指令進行調整，以工控要求。

三、結束語

當然，工控系統(tǒng)的開發(fā)、設計、調試、是一件復雜而細致的工作，經驗必需在實踐中不斷積累。很多設計理念和控制方法是具有可重用性的。

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