PLC自检测及外围设备测试系统

管琦

摘要：为提高PLC在其控制系统上的开发效率，本文对PLC系统的功能及单片机与上位机的PLC自检和外围测试系统进行分析，并实现模拟、数字输入输出信号及数据在测试系统软件中的传递的模拟，为系统的开发提供参考。为达到良好的调试效果，需要到工业现场联机，但是过程中成本较高，同时会影响生产进度，本文开发一套模拟环境中PLC自检测及外围设备测试系统，提供模拟工业的生产现场环境对系统的功能进行分析。

关键词：PLC测试系统 单片机系统 Modbus总线

中图分类号：TP274 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）07-0014-01

PLC在工业现场中的自动化控制上应用十分广泛，因其具有可靠性高，接口模块丰富以及抗干扰能力很强的优点而被开发，PLC控制系统需要反复调试软硬件系统以确保其在实际操作程序中实现预定的功能。

1 系统的功能

在文中的PLC自检测及外围设备测试系统是由软件和硬件两部分所构成的，硬件部分是外围设备使用单片机进行电路模拟，软件部分是上位机测试系统。以下本位对两者的功能进行阐述。

1.1 硬件之功能

硬件部分提供当前系统的接口电路以及PLC硬件接口。将模拟输入信号与数字输入信号提供给PLC。对PLC发出的模拟输出信号及数字输出信号进行接收，另一个硬件的功能是数据传递，对上位机软件的测试系统与PLC的数据进行传递。

1.2 软件之功能

自检测系统也包含两个部分，一个是测试系统本身的软件即目标机，另外一个是上位机测试系统软件。目标机是对上位机测试系统的数据信息与测试系统的数据进行接收同时发送给测试系统和PLC系统。软件上位机的作用是反映PLC工作状态，并且以图表的形式表达反映出来，通过对其接收的测试数据了解PLC程序工作状态表现层度是否符合当前环境标准，起到调试的目的，这样可以节省时间，节省人力和财力，方便PLC教学培训。

2 系统的硬件设计

2.1 系统结构

大部分都用单MCU扩展接口对单片机大量接口进行对接，缺点是对数量巨大的MCU难以管理，对软件和硬件的设计造成困难，应用多MCU 模块化进行接口的扩展，对单个MCU在设计时留出接口的数量空间，这样对接口芯片就不再需要扩展，软件编程更加简单，同样在开关量和模拟量上也设计出定量的接口，等到具体调试时就可以针对需要的数量选择接口，本文系统的单片机是STC12C5410AD模块的MCU，现场总线采用Modbus总线协议，也是目前常用的协议。这样保持通信质量的同时成本也不高，设计简单[1]。

2.2 模块电路设计

PLC的工作电压为24V，单片机与之接口连接使需要电平转换，开关量电平转换可以用TLP521-4型号的光电耦合器实现操作。共有2个模块一致的硬件结构，都由数量为16的DI与DO组合而成，AI和AO都是4个，因为IO口的单片机数量受限，所以用2个74LS595对16个DI实现级联，2个74LS165对16个DO级联，4路10位A/D在单片机内部形成集成电路与4个AI转换，同样4路PWM也是在单片机内部集成电路与4个AO调转，使用PMN的D/A时要用到滤波电路，文中的滤波电路是2级源电路，可将PWM信号通过MCU输出变成模拟电压信号，实际应用时匹配PLC接口信号需要电压信号转换成电流信号，所以需要调理电流在AI于AO的接口衔接时进行[2]。

3 单片机系统

3.1 单片机系统软件功能

单片机系统能够解包上位机的Modbus命令，接收命令后将PLC的开关量与模拟量的接口操作。最后发送到上位机Modbus帧格经过组织后对其进行应答。整个程序要经过相应的步骤，第一步是系统初始化，第二步是对上位机的命令帧进行接收，Modbus总线对上位机的命令帧实现发送，第三步是解包处理接收的命令帧，处理地址码与功能码，第四步和第五步分别为读写操作开关量、模拟量的接口，最后，上位机将数据返回应答机，根据命令组织应答帧发送给上位机。

3.2 单片机系统主程序流程

第一步是初始化系统，串口初始化、I/O口初始化及初始化中断系统。结束初始化后，进入循环程序，在过程中会发生程序跑飞，这时就要防止跑飞的定时器，俗称看门DOG，A/D转换经过的输入模拟量，转换速度完全取决于转换器A/D的速度，所以要设置缓冲区控制数据的模拟量输入在单片机的内部，读入的数据先在缓冲区滞留，对其进行数字滤波过滤，循环后判断接收标准中来自Modbus的命令是否在正确的位置，如果位置正确就代表数据帧是完整的，从而完成相应动作[3]。

3.3 单片机通信子程序

串口通信的子程序，在系统里将上位机是为主要节点，从节点是单片机模块，从节点接收主节点发送的请求后中断数据的发送并及时响应主节点，在3.5个字符间隔后，串口及时中断数据接收并进入子程序服务，鉴别种类，接收1个字节后接收中断，代表是地址码，与自身地址通过比对后如果继续接收就代表本站地址，设置相应的计数器和标志位，等到接收一帧完毕时，断开开口串，然后返回上一程序，如果接收的不是本站地址终止接收，返回程序。

4 结语

本文的PLC自检及外围设备测试系统的构成是单片机系统、上位机软件和Modbus总线的相互合作实现的。在调试中可以看出PLC的操作问题与操作失误，并及时作出反馈后进行调整，开系统的稳定与运行效果都良好，提高其PLC在控制系统上的开发效率，另一方面，在设计中，对接口实现了优化，具有一定的参考价值。

参考文献

[1]白晗东.PLC自检测及外围设备测试系统[D].西华大学，2010.

[2]车畅，胡丹，白晗东.PLC输入输出接口测试系统设计[J].中国测试，2011，03：53-56.

[3]车畅，胡丹，韦兴平.PLC自检测及外围设备测试系统[J].西华大学学报（自然科学版），2011，04：45-49+57.