基于嵌入式PLC芯片組的多路模擬量PLC開發(fā)探討

基于嵌入式PLC芯片組的多路模擬量PLC開發(fā)探討

如今工業(yè)控制產(chǎn)品已發(fā)展到一個追求個性化、差異化的階段。傳統(tǒng)的PＬC產(chǎn)品已經(jīng)無法滿足更加細分化的市場需求,為了滿足這種需求，出現(xiàn)了嵌入式PＬC產(chǎn)品。

一、嵌入式PLＣ

嵌入式PＬC是將PLC系統(tǒng)軟件構(gòu)建于控制器內(nèi),根據(jù)用戶控制需要定制硬件,以ＰLC的應(yīng)用方式解決對象控制問題的PLC。它由兩部分組成:嵌入式PLＣ系統(tǒng)軟件和芯片組

1、嵌入式PLC系統(tǒng)軟件

嵌入式PLＣ系統(tǒng)軟件將PＬC語言(梯形圖語言)、ＣAN總線嵌入到單片機中，使單片機的產(chǎn)品開發(fā)從使用匯編語言變?yōu)槭褂肞LC梯形圖語言,并具有CAN總線的互連特性。

該系統(tǒng)軟件具有以下特點：1.以梯形圖語言為內(nèi)核,添加了中斷管理系統(tǒng),能實現(xiàn)ＰLC無法實現(xiàn)的硬實時操作;２．強化運算能力,增加了CANBＵＳ函數(shù)庫、浮點數(shù)庫、專家自整定PID、嵌入式WEB等，豐富了ＰLC的功能；3.提供開放式擴展結(jié)構(gòu),支持第三方開發(fā)擴展單元的接線；4．增加了網(wǎng)絡(luò)互連功能，在遠程端加載專用瀏覽器后,即可實現(xiàn)遠程監(jiān)控。

系統(tǒng)軟件包括三個部分。

?

①嵌入式ＰLC內(nèi)核:它完成實時任務(wù)調(diào)度、梯形圖語言解釋、執(zhí)行、通訊等基本功能,并提供二次開發(fā)驅(qū)動接口；

②二次開發(fā)驅(qū)動程序通過系統(tǒng)軟件提供的外掛任務(wù),使用內(nèi)核開發(fā)各種面向具體對象個性化、差異化的驅(qū)動程序；?

③終端應(yīng)用程序指面向工藝流程控制的梯形圖語言程序

2、嵌入式PＬC芯片組

ＥASYCＯRＥ1.00是一個加載了嵌入式PＬC系統(tǒng)軟件的核心芯片組,作為一款加載了系統(tǒng)軟件的硬件平臺,可以用來設(shè)計通用和專用PLＣ。

1）芯片組基本性能:

①供電：＋５V200mA，RＡM掉電保護5年。

②CPＵ：C8０５1F04０。

③嵌入擴展能力

·３2ＩO：可復(fù)用成SPI、I2Ｃ接口及外中斷、外計數(shù)、ＡD等。?

·4AＤ：1２位精度，100ＫPS。?

·2DA:12位精度,10０KPＳ。

④通信接口

·CANBUＳ:系統(tǒng)軟件管理，使用工具軟件ＣANSet構(gòu)建CANBＵS總線網(wǎng)絡(luò)。?

·UＡＲＴ0：系統(tǒng)軟件管理，用于梯形圖編程、監(jiān)控,支持人機界面及用戶驅(qū)動程序下載。

·ＵAＲＴ1:系統(tǒng)軟件管理,用于下載CANＢUS網(wǎng)絡(luò)參數(shù)、構(gòu)建RS４８5網(wǎng)絡(luò)及支持第三方設(shè)備互連。

２）芯片組原理框圖

圖1芯片組原理框圖

二、應(yīng)用開發(fā)

基于加載了系統(tǒng)軟件的核心芯片組，我們可以根據(jù)工藝需要來開發(fā)自己的嵌入式ＰLC產(chǎn)品。下面就介紹基于嵌入式PLC芯片組開發(fā)的１６路輸入的模擬量PLC產(chǎn)品（可輸入標(biāo)準(zhǔn)信號或熱電偶信號）。

1、硬件設(shè)計

硬件整體結(jié)構(gòu)圖如下：

圖2硬件整體結(jié)構(gòu)圖

ＡI0是芯片組內(nèi)的一個ＡD轉(zhuǎn)換通道，P1.0—Ｐ1.4作為模擬開關(guān)的通道控制線來進行16個模擬信號通道間的切換。

（１）信號采集電路

用AＤ公司的高精密放大器OP０7構(gòu)成模擬信號放大電路，OP07具有低輸入偏移電壓(１0uＶ）、低漂移電壓（０.２uV℃)和寬范圍的供電電壓(±3V－±18V)，可以很好地滿足該產(chǎn)品的要求。在這里ＯP０7由±5V供電，R１8、R７9作為調(diào)零電阻,輸出電壓由下式給出:Vout=Ｖin(１＋R98R56）。?圖3模擬信號放大電路

(2）信號選擇電路

選擇1６通道的模擬開關(guān)CD40６7構(gòu)成信號選擇電路,A、B、C、D、IＮH接到芯片組的P1.0－P1.４引腳,做為模擬開關(guān)的通道選擇控制信號。OＵＴ引腳接到芯片組的AＩＮ0，即第一個AD轉(zhuǎn)換通道。

圖４信號選擇電路圖2、軟件開發(fā)

嵌入式PLＣ是基于Ｃygnal公司的C8０5１f０４0芯片開發(fā)的，所以二次程序的開發(fā)使用5１匯編語言。開發(fā)選擇的編譯器是KEＩLＣ５1,因為它可以生成我們所需要的．HEX文件。

內(nèi)核留出了七個用戶嵌入程序接口，我們只需要充分理解各個接口的功能就可了進行二次開發(fā)了,需要熟悉如下內(nèi)容：a、內(nèi)核功能b、內(nèi)核結(jié)構(gòu)c、內(nèi)核任務(wù)管理d、內(nèi)核存儲空間分配。由于系統(tǒng)軟件中已經(jīng)加入了23２通信、４85通信和ＣAＮ通信的功能,所以16路模擬量PＬC的二次驅(qū)動軟件的開發(fā)主要集中在模擬量的ＡＤ轉(zhuǎn)換和PLＣ資源區(qū)中ＡＤ值的實時刷新上。

(1）程序規(guī)劃

T4中斷：完成AD轉(zhuǎn)換和16個通道的切換程序

USEＲ_ＳCＡN：PLC資源區(qū)中AD值的刷新。

ＡD轉(zhuǎn)換過程如下：每一通道連續(xù)采樣1６次，采樣完后得到累加和,然后啟動下一通道的AD轉(zhuǎn)換。

PＬC資源區(qū)中AD值的刷新過程如下:在梯形圖掃描周期結(jié)束時進行,把各路ＡD值的累加和求平均值后放入ＰLＣ的資源區(qū)的對應(yīng)位置處。

(2)程序代碼

INIT＿AD;ＡD初始化?

ＭOV

ＳFRＰAGＥ,

#ADＣ０_PAGＥ

MOＶ

RＥＦ０ＣN,

#0７H;內(nèi)部參考電壓輸出到VＥＲF；啟動內(nèi)部溫度傳感器

MＯV

AMX０CF,

＃00Ｈ;單極性輸入

MOV

AＤC0CF,

#0B8Ｈ；Ｄ７-－D３＝ＳYSＣLK／采樣時鐘-1

；采樣轉(zhuǎn)換時鐘=1UＳ

;D2--D0=ＧAＩN

;０0０GAIＮ=１

MOV

AＤC０CN,

#９0Ｈ;啟動AＤ采樣?

MOV

AD_CHＡNNＥＬ，＃00H；ＡD通道號，初值為0?

MOV

AＤ_COUＮT，

#00H；1６次采樣次數(shù)計數(shù)。初值為０?

ＲEＴ

SＡMPＬE_AD

;AD采樣開始

MOV

ＳFRPAGＥ，#AＤC0_PAGE;ＡD控制寄存器頁

?

MOＶ

A,

ＡＤ_CHAＮNEL

；采樣值的累加和是一個字基地址為#XAＩ，偏移地址為AＤ_CHANNEL

RL

Ａ

MＯV

DPTR,

#XＡI

;XAI存放16次采樣值的累加和?

ADD

Ａ,

DPL

；低字節(jié)相加

MOV

ＤＰＬ，

A

MＯVXA,

＠ＤPTR?

MOV

B,

Ａ

MＯＶ

A,

ＡDC0Ｌ?

CLR

C?

ADＤCA,

B?

ＭOVX@DＰＴＲ,

A

ＩNC

ＤＰTR

;高字節(jié)相加

MOVXA，

@ＤＰTR?

MOV

B,

A

ＭOV

A，

ＡＤＣ0H

ＡNL

A,

#０FH?

ADDCA,

B

ＭOVＸ@DPTＲ,

A

;＃XAI中存放格式為低字節(jié)、高字節(jié)?

MOV

SＦＲPAGE,#ADC0_ＰAGE；AＤ控制寄存器頁

MOV

ADＣ0CＮ,#０9０H

;啟動下次AD采樣?

INC

ＡD＿CＯUNＴ

MOV

Ａ，

AＤ＿ＣOＵNT

ＣLR

C

SUBBＡ,

#1６

?

JNC

ＦILＬ_ＸＡI_XAD

;當(dāng)16次采樣完成后,把XＡＩ中１６個采樣和(2字節(jié))存放到XADRET

3、驅(qū)動程序的嵌入

在KEＩLC５1中編譯上述程序。使用下載工具軟件“ＤOWＮHEX”，把生成的.HEX文件通過串口下載到芯片組的固定地址處,使得內(nèi)核可以調(diào)用它,從而完成二次驅(qū)動程序的開發(fā)。到此,16路模擬量PLC的開發(fā)工作基本完成。

三、功能介紹

基于嵌入式PＬC開發(fā)的多路模擬量網(wǎng)絡(luò)節(jié)點具有以下功能：

1.采集工業(yè)現(xiàn)場的多路熱電偶信號；?

2.支持三菱、臺達等多家人機界面；

3.支持梯形圖編程（8６條指令);?

4．支持CANbｕs互連(多機并聯(lián)運行或擴展單元連接）等。

這里簡要介紹下該網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的梯形圖功能應(yīng)用。嵌入式PLC的系統(tǒng)軟件中內(nèi)置了溫度轉(zhuǎn)換函數(shù),其功能是把熱電偶毫伏信號對應(yīng)的AＤ值轉(zhuǎn)化成溫度值。適用于任意分度熱電偶輸入信號，應(yīng)用于不同的控溫場合,配合ＰID調(diào)節(jié)，使受控溫度精度可達±1℃。

下面的梯形圖程序就是把一路熱電偶信號轉(zhuǎn)換成溫度值,該信號AD值放在D5０0