PLC智能模块设计研究

陈宏龙

摘 要：PLC是在继电器逻辑控制之后出现的新型计算机工业自动控制装置，PLC智能控制系统有着强大的抗干扰能力，在工业自动化设备的配置中被广泛的应用，随着计算机的发展和技术不断成熟，PLC生产厂商已经开发出了各种各样的配套功能模块。智能化处理能力不断增加，但是随着新旧工艺的不断更新换代，原厂模块出现了功能性的瓶颈问题，但是定制模块成本投入非常高，所以要对PLC自动控制系统智能模块展开更高的研究。

关键词：PLC 故障检测 自动控制 模块设计 智能系统

中图分类号：TP39 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）11（a）-0005-02

现阶段有的PLC自动控制系统内已经内嵌了某些品牌的输入和输出的模块具有了A/D或者D/A功能。但是随着工业工艺的不断提高，对PLC自动模块应用不断提高，原厂模块有着一定的适应性的缺陷，如果在原厂进行定制价格太高，所以国内对PLC自动控制系统智能模块有了新的研究领域。

1 PLC自动控制系统的设计

1.1 PLC自动控制系统的结构

PLC自动控制系统的是通过对PLC对工业生产过程中的各项指标进行收集整理和控制的智能化系统。在这个过程中需要进行PID计算，在原厂可以进行配套的PID控制程序和过程的模块。但是因为价格的原因很多PLC还是应用自己的编程方式，对于比较复杂工业要求来说有着更强的操控性。

PLC自动控制系统的工作流程分为，通过测量感应元件对收集信号进行输入，然后经过A/D模块转化为系统可以识别的数字信号，与原始的参数进行比照，进入PLD运算单元，得到偏差结果，最后在经过D/A模块转化成执行元件，进而转换成执行动作。

1.2 制动控制系统智能化的实现

设计者在日常的工作中要对来料进行存储和输送，对PLC自动控制智能化实现过程进行分析。

在储位的信号采集，当寄存器M21闭合检测储位并选择输入通道读取储位信号，A/D模块转换开始，将储存器读取到信号进入辅助继电器，最后在储存器内等待PID选取。在PID运算中对初始数据进行设置，然后独立设置PID寄存器，当运算发生偏移时，采用寄存器内的开关装置对PID进行中断和跳出指令。另外也对电动阀出料控制手段进行设置，通过PID控制和D/A模块转换，就可以对测出的结果进行输出，通过原路返回到储存器中，对触发的D/A进行转化。

2 PLC自动控制系统的上位监控

上位监控系统是基于PLC自动控制系统的组态软件，主要作用是进行上下位的通信进行一定的衔接，并且可以监控和记录PLC运行情况的管理方法。作用原理就是用动态软件对智能模块和和各种参数进行现场信号采集，当系统各项参数超出合理数值时，动态软件就会通过界面和各种终端提示工作人员，并且可以对各种历史数据进行分析和存储。

上位监控界面也需要设计，一方面是界面画面的开发，利用动态软件对各种选洗图表进行绘制，根据设备的位置和类型进行通过缩小比例的形式进行界面的展示设计。另一方面要对变量和参数进行设置，变量采集主要用于生产监控和预警的设置，自动控制系统可以随时展示在生产中的各个设备的运行状态，并对突发故障和超出参数范围内的各项数据进行预警。

3 PLC自动控制系统的智能模块设计

为满足PLC应用与各类控制系统的应用，如果专门设计套嵌的输入口制作成本会非常高，如果采用固定的无法拓展的模块只能适应于升级比较慢的老旧工艺，无法适应新技术的更新，所以对智能模块的设计要采用二次设计。

3.1 IN和OUT接口模块设计

智能输出和输入接口模块设计主要是通过编程的方式自定义各类接口的逻辑功能，实现与PLC的数据联通，IN与OUT接口各类数据在上位监控窗口进行显示。在这个模块中核心控制器主要用CPLD设计的单片机作为主机来完成数据的通信。其中PLC可以作为辅助机备份通信，所有的模块的数据联通通过CPLD完成与PLC完成。这样设计就可以体现兼容性强的特点。

3.2 硬件模块设计

单片机模块是智能控制系统中主要支撑部分，该文中选择的单片机是可以兼容8051代码的单片机，因为这种单片机在市场中销量好，耗能、运行速度、抗干扰性都比较好。这种类型的单片机采用外部晶振模式并内置有双30pF电容对波特率有良好的掌控。供电电源采用3.3v可以与总线直接链接。在ALE引脚、p2都可以与CPLD相链接，方便矩阵键盘的操控。

3.3 CPLD模块设计

CPLD是集配套软件开发、仿真软件内部逻辑编写、电路优化的制作过程，在自定义逻辑编程中可以利用专用软件实现上述过程，在电源选取上也是采用3.3v，可以满足管脚数大于144个或者是I/O接口116个高性能的要求。D/AC可以满足市场常见的数字的输入方式，输出方式采用0到5V的模拟量，所以可以满足直接数字或者是单双缓存甚至是模拟信号等都可以兼容。A/DC模块主要作用是将数字量信号通过单片机发送到PLC进行计算。A/DC设计具备8路采集通道和8位分辨率，以符合自动化控制系统。

3.4 软件模块设计

CPLD在对总线进行地址译码、读写时序和键盘自动扫描进行操作，一般用AHDL进行编写，编写的过程大致分为三个部分，分别是对总线地址进行译码，通过对A/DC与D/AC进行模块转换实现读写顺序的流程。第二步采集器采集数据发送给单片机，对数码管中的信号进行扫描，并将结果在显示屏中现实。第三步键盘自动扫描200Hz信号，综合判断单片机中的按键动作，并在返回给总线。单片机程序的编写包括有主程序、功能菜单界面、显示程序、通信控制程序等。这个过程是实现人机互动的过程，所以要以简单实用为设计原则，满足通信和控制模块的人为操作功能。

4 PLC自动控制系统故障排除设计

4.1 输入故障检测设计

控制按钮由于经常性的按压，长久后造成开关失灵、信号灯损坏。主要故障出现在输入信号连接线的松脱，检测方法是对按钮进行测试，可以将测试按钮放到测试位置，操作被测的按钮，根据指示灯的显示判断按钮是否有故障。

4.2 行程定时器判断设计

设备在被操作时经常会有各种命令的执行和输入，如果命令完成会有完成返回信号输出。命令输入后如果长时间没有接收到完成信号输出，就可能会有系统故障发生，所以在设计的时候要介入行程定时器故障判断设计。其工作原理就是根据实际运行时间和预期的参数值进行比对来判断故障，一般设计是预期参数值要略大于预期运行时间，如果在收到完成信号前定时器发出故障信号，则说明系统发生故障。

5 结语

PLC智能模块设计已经在微处理为基础的设计中占有一席之地，它渐渐的同网络通信与自动控制相结合，其功能已经远远超出了当初设计的的系统功能，PLC的广泛应用在自动化方面得到了最为有效的应用。只有在自动控制系统中的智能模块中不断提高，不断从逻辑控制箱高级智能控制发展才可能使工业发展有足够大的发展空间。

参考文献

[1] 董立占.邮包分拣装置PLC自动控制[J].时代农机，2015（5）：31-32.

[2] 孙祥明，辛全国.PLC自动控制系统中智能模块设计探讨[J].科技创新，2015年（5）：42.

[3] 于丽佳.关于PLC的嵌入式风机智能控制系统研究[J].科技创新与应用，2013（32）：27.