PLC智能模塊設計研究

陳宏龍

摘 要：PLC是在繼電器邏輯控制之后出現的新型計算機工業自動控制裝置，PLC智能控制系統有著強大的抗干擾能力，在工業自動化設備的配置中被廣泛的應用，隨著計算機的發展和技術不斷成熟，PLC生產廠商已經開發出了各種各樣的配套功能模塊。智能化處理能力不斷增加，但是隨著新舊工藝的不斷更新換代，原廠模塊出現了功能性的瓶頸問題，但是定制模塊成本投入非常高，所以要對PLC自動控制系統智能模塊展開更高的研究。

關鍵詞：PLC 故障檢測 自動控制 模塊設計 智能系統

中圖分類號：TP39 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）11（a）-0005-02

現階段有的PLC自動控制系統內已經內嵌了某些品牌的輸入和輸出的模塊具有了A/D或者D/A功能。但是隨著工業工藝的不斷提高，對PLC自動模塊應用不斷提高，原廠模塊有著一定的適應性的缺陷，如果在原廠進行定制價格太高，所以國內對PLC自動控制系統智能模塊有了新的研究領域。

1 PLC自動控制系統的設計

1.1 PLC自動控制系統的結構

PLC自動控制系統的是通過對PLC對工業生產過程中的各項指標進行收集整理和控制的智能化系統。在這個過程中需要進行PID計算，在原廠可以進行配套的PID控制程序和過程的模塊。但是因為價格的原因很多PLC還是應用自己的編程方式，對于比較復雜工業要求來說有著更強的操控性。

PLC自動控制系統的工作流程分為，通過測量感應元件對收集信號進行輸入，然后經過A/D模塊轉化為系統可以識別的數字信號，與原始的參數進行比照，進入PLD運算單元，得到偏差結果，最后在經過D/A模塊轉化成執行元件，進而轉換成執行動作。

1.2 制動控制系統智能化的實現

設計者在日常的工作中要對來料進行存儲和輸送，對PLC自動控制智能化實現過程進行分析。

在儲位的信號采集，當寄存器M21閉合檢測儲位并選擇輸入通道讀取儲位信號，A/D模塊轉換開始，將儲存器讀取到信號進入輔助繼電器，最后在儲存器內等待PID選取。在PID運算中對初始數據進行設置，然后獨立設置PID寄存器，當運算發生偏移時，采用寄存器內的開關裝置對PID進行中斷和跳出指令。另外也對電動閥出料控制手段進行設置，通過PID控制和D/A模塊轉換，就可以對測出的結果進行輸出，通過原路返回到儲存器中，對觸發的D/A進行轉化。

2 PLC自動控制系統的上位監控

上位監控系統是基于PLC自動控制系統的組態軟件，主要作用是進行上下位的通信進行一定的銜接，并且可以監控和記錄PLC運行情況的管理方法。作用原理就是用動態軟件對智能模塊和和各種參數進行現場信號采集，當系統各項參數超出合理數值時，動態軟件就會通過界面和各種終端提示工作人員，并且可以對各種歷史數據進行分析和存儲。

上位監控界面也需要設計，一方面是界面畫面的開發，利用動態軟件對各種選洗圖表進行繪制，根據設備的位置和類型進行通過縮小比例的形式進行界面的展示設計。另一方面要對變量和參數進行設置，變量采集主要用于生產監控和預警的設置，自動控制系統可以隨時展示在生產中的各個設備的運行狀態，并對突發故障和超出參數范圍內的各項數據進行預警。

3 PLC自動控制系統的智能模塊設計

為滿足PLC應用與各類控制系統的應用，如果專門設計套嵌的輸入口制作成本會非常高，如果采用固定的無法拓展的模塊只能適應于升級比較慢的老舊工藝，無法適應新技術的更新，所以對智能模塊的設計要采用二次設計。

3.1 IN和OUT接口模塊設計

智能輸出和輸入接口模塊設計主要是通過編程的方式自定義各類接口的邏輯功能，實現與PLC的數據聯通，IN與OUT接口各類數據在上位監控窗口進行顯示。在這個模塊中核心控制器主要用CPLD設計的單片機作為主機來完成數據的通信。其中PLC可以作為輔助機備份通信，所有的模塊的數據聯通通過CPLD完成與PLC完成。這樣設計就可以體現兼容性強的特點。

3.2 硬件模塊設計

單片機模塊是智能控制系統中主要支撐部分，該文中選擇的單片機是可以兼容8051代碼的單片機，因為這種單片機在市場中銷量好，耗能、運行速度、抗干擾性都比較好。這種類型的單片機采用外部晶振模式并內置有雙30pF電容對波特率有良好的掌控。供電電源采用3.3v可以與總線直接鏈接。在ALE引腳、p2都可以與CPLD相鏈接，方便矩陣鍵盤的操控。

3.3 CPLD模塊設計

CPLD是集配套軟件開發、仿真軟件內部邏輯編寫、電路優化的制作過程，在自定義邏輯編程中可以利用專用軟件實現上述過程，在電源選取上也是采用3.3v，可以滿足管腳數大于144個或者是I/O接口116個高性能的要求。D/AC可以滿足市場常見的數字的輸入方式，輸出方式采用0到5V的模擬量，所以可以滿足直接數字或者是單雙緩存甚至是模擬信號等都可以兼容。A/DC模塊主要作用是將數字量信號通過單片機發送到PLC進行計算。A/DC設計具備8路采集通道和8位分辨率，以符合自動化控制系統。

3.4 軟件模塊設計

CPLD在對總線進行地址譯碼、讀寫時序和鍵盤自動掃描進行操作，一般用AHDL進行編寫，編寫的過程大致分為三個部分，分別是對總線地址進行譯碼，通過對A/DC與D/AC進行模塊轉換實現讀寫順序的流程。第二步采集器采集數據發送給單片機，對數碼管中的信號進行掃描，并將結果在顯示屏中現實。第三步鍵盤自動掃描200Hz信號，綜合判斷單片機中的按鍵動作，并在返回給總線。單片機程序的編寫包括有主程序、功能菜單界面、顯示程序、通信控制程序等。這個過程是實現人機互動的過程，所以要以簡單實用為設計原則，滿足通信和控制模塊的人為操作功能。

4 PLC自動控制系統故障排除設計

4.1 輸入故障檢測設計

控制按鈕由于經常性的按壓，長久后造成開關失靈、信號燈損壞。主要故障出現在輸入信號連接線的松脫，檢測方法是對按鈕進行測試，可以將測試按鈕放到測試位置，操作被測的按鈕，根據指示燈的顯示判斷按鈕是否有故障。

4.2 行程定時器判斷設計

設備在被操作時經常會有各種命令的執行和輸入，如果命令完成會有完成返回信號輸出。命令輸入后如果長時間沒有接收到完成信號輸出，就可能會有系統故障發生，所以在設計的時候要介入行程定時器故障判斷設計。其工作原理就是根據實際運行時間和預期的參數值進行比對來判斷故障，一般設計是預期參數值要略大于預期運行時間，如果在收到完成信號前定時器發出故障信號，則說明系統發生故障。

5 結語

PLC智能模塊設計已經在微處理為基礎的設計中占有一席之地，它漸漸的同網絡通信與自動控制相結合，其功能已經遠遠超出了當初設計的的系統功能，PLC的廣泛應用在自動化方面得到了最為有效的應用。只有在自動控制系統中的智能模塊中不斷提高，不斷從邏輯控制箱高級智能控制發展才可能使工業發展有足夠大的發展空間。

參考文獻

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