嵌入式PLC的设计及相关问题研究

高大平

摘 要：PLC具有编程简单、稳定、适应性良好等优点，并凭借上述优点得到了大面积应用。近些年，随着技术的改进与更迭，PLC的不足愈发凸显，在这一条件下，借助PC机充当硬件支撑平台以及软PLC技术随之出现，其与PLC相比在数据处理、网络通讯等方面具有一定优越性，体系结构开放，然而，可靠性不是很理想，亟待设计一种现代化PLC，不仅具有优良的可靠性，而且具有齐全的功能。

关键词：嵌入式PLC 设计 相关问题 研究

中图分类号：TP27 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）12（c）-0001-02

现阶段，在自动化控制层面，PLC遥遥领先，与此同时，也面临诸多挑战，应用范围的拓展，也加快了PLC缺点的暴露。PLC本是封闭式架构，一般具备制造商要求的常规性能，形成于专有技术之上，但缺少便捷性和灵活性。笔者将依照现有理论成果，具体探讨嵌入式PLC相关问题，希望可促进工业应用，提升应用效果。

1 嵌入式PLC的基本组成与主要特点

传统PLC具有可靠性优良、所占空间小等优点，然而，存在资源不足、扩展能力薄弱等不足，建立在PC机之上的软PLC有效填补了这一不足，却仍旧存在可靠性不良、所占空间大、缺少灵活性等缺点，新一代PLC整合了PLC的优良性能，可满足用户的不同需要。嵌入式PLC具体指代在某一控制装置达成梯形图编程语言阐述、贯彻，让该装置除具有专用功能外，还具备PLC的相关功能。以嵌入式技术为基础的PLC融合了嵌入式系统所占空间小、灵活等优点，并填补了传统PLC的空白，利用PLC梯形图语言充当内核，提升运算能力，添设网络互连功能，并融入PC优点，运算高效、可有效处理各种控制算法，促进了对象控制的有效解决，主要具有下述特性。

1.1 高级控制

高级控制除要求拥有突出的浮点处理器外，还会占据较大空间的内存，而嵌入式PLC恰恰可满足上述要求。

1.2 安全性

PLC利用以太网传输的数据包并非加密，通常不能用来防范和规避黑客入侵，但嵌入式PLC却能够加密，具有良好的安全性。

1.3 动态分析

嵌入式PLC能够动态采集来自检测对象的所有数字信号，同时，动态分析数据，进而明确故障状态。

1.4 生产率提升

该平台能够进行快速开发，同时，因具备开放性与灵活性，促进了控制对象和业务系统的有效连接，完善了流程，改进了生产质量。

1.5 通信接口具有开放性

嵌入式系统以及外界接口设备主要面向具体应用，通常具有特殊性，且因应用领域而异，各自之间存在较大差距。嵌入式PLC为适应分布处理结构，满足网络需求，提供了规范的通信接口，还应配备相应软件。

2 嵌入式PLC的相关设计

2.1 硬件设计

为满足多样化的控制需求，要求嵌入式PLC应保证硬件配置具有灵活性，可结合自身需求合理选择模块，构建独特、专属自身的嵌入式PLC，一般应针对结构实施模块化设计。然而，嵌入式PLC实际上隶属工业控制领域，应全面考虑自身可靠性，并针对外界影响、错误操作进行有效处理，通常作用于I/O端口以及整体结构层面的设计。

参照这一需求分析，选择负责数据运算、加工的主控模块充当主机，主机借助不同的总线完成与其余模块的联系；现场数据加工收集与贯彻落实都借助输入输出模块完成，I/O端口以及CPU实施光电隔离，以此来消除干扰，防护、保障CPU。PLC主机CPU选取性能优良的微控制器，且内部整合充足资源，改进PLC结构，外设系统外围设备，具体构成详见图1。

剖析硬件结构图发现，主控制器LPC2292为核心部分，借助模拟量接口与RS232接口等来加工现场数据，还能够让CAN总线沟通工业控制仪表，借助嵌入式Web完成数据的动态采集；经由网页传输的控制命令，达到远程监控，密切监控工业现场。

扩展I/O模块与现场设备操作相对应，由此可知，扩展模块设计关乎嵌入式PLC的根本性能。扩展I/O模块应具备SPI总线接口，以此来联系嵌入式主机；具备数据处理加工能力，可自主执行相关命令；规范的接口设计，增加系统稳定性。该设计方案不仅符合硬件灵活配置标准，而且增加了硬件工作的安全性，即便因外界原因引发模块损坏，也不会干扰嵌入式主机，具有防护功效。

2.2 软件系统设备

嵌入式PLC软件主要由开发系统与运行系统组成。开发系统主要服务于用户，负责程序编辑与相关转换工作。转化程序的本质为解释系统，利用指令表一一规范编译，生成特定的用户指令，为促进后期改造升级、操作维护工作的开展，用C语言取代梯形图；而运行系统负责一系列管理工作与编译落实用户程序，完整保存各种数据，实现顺畅通讯。运行系统形成于动态操作系统平台之上，引入PLC虚拟机，以此来落实用户程序，同时，管控硬件资源，用户程序与PLC的硬件操作不存在一一对应的关系，主要利用虚拟机管控PLC的所有资源。在该模式下，用户独立编写的程序绝非对应特定一种PLC型号，若硬件资源出现变化，仅仅调整虚拟机配置，无需反复多次编写PLC程序。

3 嵌入式PLC的实际应用

该文围绕电机调速系统，具体探讨嵌入式PLC的实际应用。在该实验中，利用三相异步电动机充当控制对象，借助嵌入式PLC以及PC机等组建功能齐全、多样灵活的控制系统，达到多段速调速，实现无极调速。同时，依托易控组态软件研发上位机监测系统，在实现远程监控的基础上，进行调试控制。为达到多段速调速，借助PLC的输出端合理调整多功能输入端，进而获取多级速度频率，有效管控多级调速，达到各种操作的调速控制。

易控组态软件包含不同类型的图形元素，画面清晰，可完整展现控制对象，增加了控制过程的人性化。监控界面设计一般涉及配置易与通信这两项内容。在此基础之上，编写合理的程序。随后，开展系统调试操作。该电机调速系统涉及多项调试内容，因覆盖面较为宽广，在具体的调试过程应依据功能模块逐一调试。以下位机系统为例，其调试操作一般为：调试控制部分，达到多段速控制。因位于初步调试环节，PLC输出端与执行机构不相连，在实际调试环节，仅仅检测输出端口便可；对已经完成转换操作的用户程序实施编译操作，完成这一操作后，形成对应文件，并利用NFS手段来下载程序，同时执行；按压电机正传键，通过万用表进行检测，直至输入端达到高电平，再按压变频器启动键，明确输出端对应的电平状态，依照程序设定开展相应操作，最终确定验证程序运行稳定。

该文依托电机调速系统，探讨了嵌入式PLC的实际应用，提出了适宜的调试程序，成功研制上位机监控界面，同时，借助浏览器探寻嵌入式PLC内部的WEB服务器，最终构建出可进行远程动态监控与现场有效控制的综合性电机控制系统。

4 结语

嵌入式PLC借助嵌入式技术充当平台，提高过程控制环节的运算能力，引入嵌入板的特点，不仅具有语言优势，而且具有开放性，促进了对象控制的有效解决。在未来，应加大对嵌入式PLC的研究，结合实际应用，合理设计，不断改进，切实提升嵌入式PLC的性能。

参考文献

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