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PLC擴(kuò)展控制器的設(shè)計(jì)及其應(yīng)用
PLC擴(kuò)展控制器的設(shè)計(jì)及其應(yīng)用
可編程控制器（PLC）在眾多程控系統(tǒng)中已得到了廣泛的應(yīng)用。它以其高可靠性,、邏輯控制的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方便靈活的控制等優(yōu)點(diǎn),，成為許多工程技術(shù)人員必須掌握的主要二次設(shè)備之一。
在實(shí)際應(yīng)用中,，程控系統(tǒng)往往采用模擬屏上的設(shè)備燈來(lái)實(shí)時(shí)反映各設(shè)備狀態(tài),，而模擬屏上各設(shè)備燈的亮、滅,、閃等狀態(tài)通常由PLC輸出點(diǎn)直接控制,，雖然PLC處理點(diǎn)燈問(wèn)題也比較方便。但在設(shè)備燈很多（尤其是在百只以上）的情況下,，如果仍由PLC直接控制點(diǎn)燈,，一方面需占很多PLC輸出點(diǎn)，即需很多輸出模板和較多的投資,。另一方面也占用了主機(jī)很多處理時(shí)間,。當(dāng)主機(jī)負(fù)荷較高，則會(huì)影響實(shí)時(shí)性,。如果能設(shè)計(jì)出一種PLC擴(kuò)展控制器,，通過(guò)串行通信接受主機(jī)指令，點(diǎn)燈,、熄燈,、閃爍等工作由它自行完成，則一方面可以節(jié)省較多費(fèi)用,，另一方面可以簡(jiǎn)化PLC的編程,，提高控制的實(shí)時(shí)性。
筆者在設(shè)計(jì)半山電廠全廠輸煤程控系統(tǒng)的模擬屏的點(diǎn)燈處理時(shí)就遇到了如下情況,。該系統(tǒng)采用AB公司的大型可編程控制器PLC－5,，由于模擬屏上需控制的設(shè)備燈的數(shù)量多達(dá)300多只，采用PLC直接控制點(diǎn)燈,，則需要16點(diǎn),、24 V的開(kāi)關(guān)量輸出模板10多塊,，由于需顯示皮帶的流動(dòng)效果，PLC需不停地對(duì)燈進(jìn)行控制,，影響程控的實(shí)時(shí)性,。基于這種情況,，筆者設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了以ATMEL89C2051單片機(jī)為核心的PLC擴(kuò)展控制器實(shí)現(xiàn)點(diǎn)燈,，它通過(guò)與PLC的CPU模塊進(jìn)行通訊來(lái)實(shí)現(xiàn)，以代替10多塊PLC輸出點(diǎn),。
二,、擴(kuò)展控制器設(shè)計(jì)
1、整體結(jié)構(gòu)
AB公司的PLC－5的CPU模板帶一個(gè)RS－232串行通信口,，PLC自身編程及與上位機(jī)的通訊通過(guò)DH＋網(wǎng)實(shí)現(xiàn),，該串行口也可以由用戶自己控制使用，因此,，它可以用于實(shí)現(xiàn)與擴(kuò)展控制器的通訊功能。
半山電廠輸煤程控系統(tǒng)采用的模擬屏上共有21條皮帶,，長(zhǎng)短不一,，都要考慮流動(dòng)效果。采用分散控制方式,，每條皮帶設(shè)計(jì)1個(gè)擴(kuò)展控制器,，共21個(gè)擴(kuò)展控制器，每擴(kuò)展控制器可以控制6個(gè)輸出點(diǎn),，21個(gè)擴(kuò)展控制器采用主從式樹(shù)型連接,、異步串行通信。其組成結(jié)構(gòu)如圖1所示（點(diǎn)燈部分以9號(hào)皮帶為例）,。
2,、擴(kuò)展控制器設(shè)計(jì)原理
（1）硬件設(shè)計(jì)
ATMEL公司生產(chǎn)的MCS－51兼容系列單片機(jī)89C2051單片機(jī)，內(nèi)含2 KBFlash Memory,，外圍電路簡(jiǎn)單,，在微型控制器中設(shè)計(jì)相當(dāng)方便。設(shè)置開(kāi)關(guān)可設(shè)置控制器編號(hào),，控制器基本結(jié)構(gòu)如圖2所示,。
由圖2可見(jiàn)，該控制器線路簡(jiǎn)潔,，并不存在單片機(jī)系統(tǒng)中常見(jiàn)的外部數(shù)據(jù)RAM,，外部程序ROM等外圍芯片，只需加一片232通信轉(zhuǎn)換芯片即可,。整體尺寸為50 mm×50 mm,，只有手掌般大小,。輸出功率部分用8050三極管，開(kāi)路集電極輸出,，輸出電流可達(dá)1 A以上,，系統(tǒng)最長(zhǎng)皮帶可有23只燈，每只燈額定電流只有20 mA,，負(fù)載總電流不到0．5A,。
（2）擴(kuò)展控制器軟件設(shè)計(jì)
有了以上的設(shè)計(jì)思路，2051的編程就變得比較容易了,?；緦?shí)現(xiàn)方法是PLC將各條皮帶的狀態(tài)實(shí)時(shí)地分級(jí)傳送至各皮帶的的擴(kuò)展控制器，各控制器識(shí)別自身的編號(hào)后取對(duì)應(yīng)的燈信號(hào)信息實(shí)時(shí)刷新模擬屏點(diǎn)上狀態(tài)燈,。皮帶燈滾動(dòng)頻率,、滾動(dòng)方式（明流動(dòng)或暗流動(dòng)）都由PLC程序直接控制（用戶可在PLC的人機(jī)界面上修改）。
該程序設(shè)置兩個(gè)中斷源,，其一是串行口接收中斷,，接收點(diǎn)燈信息，其二是50 ms的內(nèi)部時(shí)間中斷,，用來(lái)控制燈閃爍或燈流動(dòng),。主程序流程框圖如圖3所示。
三,、系統(tǒng)投用情況
該系統(tǒng)自1998年11月在半山電廠安裝運(yùn)行,，至今情況良好。由于擴(kuò)展控制器與PLC之間的通信采用了光電隔離,，使得整個(gè)點(diǎn)燈回路與PLC安全隔離,，從硬件上保證了系統(tǒng)的安全性、可靠性,。
使用了擴(kuò)展控制器后,，一方面節(jié)省了成本，另方面簡(jiǎn)化了PLC的編程,，降低了PLC的CPU負(fù)荷,，使PLC系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性得到了很大的改善，提高了系統(tǒng)的可靠性,。