嵌入式PLC的設計及相關問題研究

高大平

摘 要：PLC具有編程簡單、穩定、適應性良好等優點，并憑借上述優點得到了大面積應用。近些年，隨著技術的改進與更迭，PLC的不足愈發凸顯，在這一條件下，借助PC機充當硬件支撐平臺以及軟PLC技術隨之出現，其與PLC相比在數據處理、網絡通訊等方面具有一定優越性，體系結構開放，然而，可靠性不是很理想，亟待設計一種現代化PLC，不僅具有優良的可靠性，而且具有齊全的功能。

關鍵詞：嵌入式PLC 設計 相關問題 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

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

1 嵌入式PLC的基本組成與主要特點

傳統PLC具有可靠性優良、所占空間小等優點，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的相關功能。以嵌入式技術為基礎的PLC融合了嵌入式系統所占空間小、靈活等優點，并填補了傳統PLC的空白，利用PLC梯形圖語言充當內核，提升運算能力，添設網絡互連功能，并融入PC優點，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，還會占據較大空間的內存，而嵌入式PLC恰恰可滿足上述要求。

1.2 安全性

PLC利用以太網傳輸的數據包并非加密，通常不能用來防范和規避黑客入侵，但嵌入式PLC卻能夠加密，具有良好的安全性。

1.3 動態分析

嵌入式PLC能夠動態采集來自檢測對象的所有數字信號，同時，動態分析數據，進而明確故障狀態。

1.4 生產率提升

該平臺能夠進行快速開發，同時，因具備開放性與靈活性，促進了控制對象和業務系統的有效連接，完善了流程，改進了生產質量。

1.5 通信接口具有開放性

嵌入式系統以及外界接口設備主要面向具體應用，通常具有特殊性，且因應用領域而異，各自之間存在較大差距。嵌入式PLC為適應分布處理結構，滿足網絡需求，提供了規范的通信接口，還應配備相應軟件。

2 嵌入式PLC的相關設計

2.1 硬件設計

為滿足多樣化的控制需求，要求嵌入式PLC應保證硬件配置具有靈活性，可結合自身需求合理選擇模塊，構建獨特、專屬自身的嵌入式PLC，一般應針對結構實施模塊化設計。然而，嵌入式PLC實際上隸屬工業控制領域，應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端口以及整體結構層面的設計。

參照這一需求分析，選擇負責數據運算、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系；現場數據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選取性能優良的微控制器，且內部整合充足資源，改進PLC結構，外設系統外圍設備，具體構成詳見圖1。

剖析硬件結構圖發現，主控制器LPC2292為核心部分，借助模擬量接口與RS232接口等來加工現場數據，還能夠讓CAN總線溝通工業控制儀表，借助嵌入式Web完成數據的動態采集；經由網頁傳輸的控制命令，達到遠程監控，密切監控工業現場。

擴展I/O模塊與現場設備操作相對應，由此可知，擴展模塊設計關乎嵌入式PLC的根本性能。擴展I/O模塊應具備SPI總線接口，以此來聯系嵌入式主機；具備數據處理加工能力，可自主執行相關命令；規范的接口設計，增加系統穩定性。該設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 軟件系統設備

嵌入式PLC軟件主要由開發系統與運行系統組成。開發系統主要服務于用戶，負責程序編輯與相關轉換工作。轉化程序的本質為解釋系統，利用指令表一一規范編譯，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，完整保存各種數據，實現順暢通訊。運行系統形成于動態操作系統平臺之上，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的關系，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特定一種PLC型號，若硬件資源出現變化，僅僅調整虛擬機配置，無需反復多次編寫PLC程序。

3 嵌入式PLC的實際應用

該文圍繞電機調速系統，具體探討嵌入式PLC的實際應用。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，達到多段速調速，實現無極調速。同時，依托易控組態軟件研發上位機監測系統，在實現遠程監控的基礎上，進行調試控制。為達到多段速調速，借助PLC的輸出端合理調整多功能輸入端，進而獲取多級速度頻率，有效管控多級調速，達到各種操作的調速控制。

易控組態軟件包含不同類型的圖形元素，畫面清晰，可完整展現控制對象，增加了控制過程的人性化。監控界面設計一般涉及配置易與通信這兩項內容。在此基礎之上，編寫合理的程序。隨后，開展系統調試操作。該電機調速系統涉及多項調試內容，因覆蓋面較為寬廣，在具體的調試過程應依據功能模塊逐一調試。以下位機系統為例，其調試操作一般為：調試控制部分，達到多段速控制。因位于初步調試環節，PLC輸出端與執行機構不相連，在實際調試環節，僅僅檢測輸出端口便可；對已經完成轉換操作的用戶程序實施編譯操作，完成這一操作后，形成對應文件，并利用NFS手段來下載程序，同時執行；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，明確輸出端對應的電平狀態，依照程序設定開展相應操作，最終確定驗證程序運行穩定。

該文依托電機調速系統，探討了嵌入式PLC的實際應用，提出了適宜的調試程序，成功研制上位機監控界面，同時，借助瀏覽器探尋嵌入式PLC內部的WEB服務器，最終構建出可進行遠程動態監控與現場有效控制的綜合性電機控制系統。

4 結語

嵌入式PLC借助嵌入式技術充當平臺，提高過程控制環節的運算能力，引入嵌入板的特點，不僅具有語言優勢，而且具有開放性，促進了對象控制的有效解決。在未來，應加大對嵌入式PLC的研究，結合實際應用，合理設計，不斷改進，切實提升嵌入式PLC的性能。

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