基于PLC和单片机的多模式综合试验系统设计

李菁川

（武汉职业技术学院，武汉 430074）

随着科技不断进步，工业模块几乎都用上了智能控制系统，所以了解和掌握智能化装置是必要的。单片机和PLC在智能化装置中起关建作用，而它们的试验通常互相独立，两项技术难以联系在一起，但单片机与PLC的实际应用紧密相连，全面掌握单片机和PLC的控制技术是关键一步。本试验是一种多元化试验，是可以提高学生综合实践能力的开放式试验，该试验有利于激发学生的想象力，使学生在了解单片机和PLC各自的特点时，还能将两项技术相结合。

1 多模式综合试验系统设计

基于PLC和单片机的多模式综合试验系统的设计，该试验主要分为三部分内容。第一是控制层，这是整个系统中的一个控制器，通过一系列复杂的计算机编程对系统整体进行有效的控制，这个控制系统之所以能够对整个试验系统进行有效控制，主要是因为它内部含有多个重要板块，这些板块由控制器、单片机以及光电编码器等元件组成，这些原件对整个系统中的每个环境进行作用，保证每个环节都能够顺利地进行工作[1]。控制层在工作时，PLC对整个系统的运转速度进行有效调节，基于PLC，人们可以把这种调节分为多段速调速以及闭环PID无级调速两种调速方法。除此之外就是利用单片机进行调速，这些单片机通过以上两种方法进行工作。在实际工作中，要采用一些工业软件进行相关的辅助工作，目前行业内普遍采用的是MCGS软件，这一款软件可以通过计算机编程对整个监控系统进行检测和调节，控制整个系统有效工作，它还能够对整个系统中的数据进行实时监控，利用智能分析对所有数据进行有效的分析，实现数字化操作，减少实际工作中的人力投入，保证数据的准确性以及有效性，保证整个系统能够顺利进行工作。整个系统的整体效果如图1所示。

2 用单片机对系统进行多速段变频调速

在实际工作中为了对系统进行有效的控制，人们通常采用一种多速段变频调速的方法，这种调速方法主要应用单片机。整个系统通过变频器对系统的运转、停止、正转以及反转等主要运行状态进行调节，这种调节通过变频器的连接以及接点的控制进行，改变和调节电流的输入以及输出，从而改变运转过程中的速度频率，不同的速度频率对系统状态会产生直接影响。

当使用单片机对系统的运行状态进行调节时，最关键的就是改变继电器的状态。正常工作过程中，继电器的状态与单片机的状态有直接联系，它们通过电流运动进行关联，在改变继电器电流时，相应的变频器状态以及功能也会发生变化。通过这一规律，人们就可以利用单片机对系统进行多速段变频调速。

图1 系统整体框架

3 利用PLC对整个系统进行闭环PID变频调速

利用PLC对操作系统进行闭环PID变频调速是目前普遍使用的方法，PLC在该控制系统中起着重要的作用，对整个系统进行调节和控制。其有三个主体控制器、执行器以及控制对象，控制器是PLC，执行器是系统中的变频器，最后的系统电机是控制对象。在工作过程中，PLC能够及时收集到电机运转的相关情况并对其作出反应，由控制器将信号传递到变频器中，通过这些信号，PLC对变频器进行有效的调节，改变变频器的参数和频率，再由变频器作用于系统电机，从而实现对整个系统的有效控制。这种控制的模式是封闭的，因此被称为闭环调速。

变频器中有一个重要的元件就是光电编码器，这个编码器与整个系统中的各个输入口都会产生联系，对这些输入口的数据进行整理和分析，计算出系统运转过程中所形成的脉冲，这些脉冲对电机运转的频率会产生直接的影响。正是利用这个原理，对这些脉冲进行改变，人们可以调节电机的运行速度以及频率，从而对整个系统的运行进行控制[2]。

4 利用MCGS工业软件对系统进行监控和管理

现阶段对系统的监控和管理主要是依据相关的软件来实现的，这种监控软件有很多，但是应用广泛的还是MCGS控制软件以及VR编程系统。MCGS控制软件能够对系统进行及时监控，采集系统运行中每个环节的数据并对这些数据进行分析和研究，找出其中的变化规律，与传统人工收集和处理信息相比较，这种方法具有准确、安全和高效等优点。MCGS操作软件能够得到普遍的应用还有一个主要原因，这款软件在工作时能够及时针对运行过程中收集到的数据生成一个计算机系统，这个系统能够对整个运行过程进行及时有效的监控，并通过计算机对其进行反应，使结果更加直观明了。

4.1 对系统上位监控层进行设计完善

在MCGS软件工作过程中，控制系统与运行系统之间的信息交流主要是通过三个环节来实现的，上位监控层在工作过程中要与系统中的变量关系进行联系，通过窗口设计对变量关系进行反应，最后利用各种通道将这种关系应用在PLC中。

4.2 设计工程窗口

在系统运行过程中，各种数据是会发生不断变化的，这些变化与运行过程中的每个环节都有一定联系，通过对这些数据进行分析和研究，人们可以及时了解到各个环节的运作状况。在收集和分析信息之前应该对工程窗口进行合理的设计，根据信息采集的要求对其进行设计连接，保证工程窗口的科学性和完整性。

4.3 对用户的窗口进行相关性连接

在系统运作过程中不能忽视用户端的连接，人们应该把用户窗口中的图源和数据连接起来，保证用户能够得到更好的体验。

4.4 对设备的窗口进行相关性连接

系统设备的窗口有很多种，这些不同的窗口有着不同的作用以及属性。在通常情况下，人们将这些设备分为父设备以及子设备，对这两种设备的基本属性和功能作用进行分析，将信息做统一化处理保证两者能够连接起来[3]。这种连接方式实现了信息和数据的交流和互通，数据库内的信息能够及时得到更新。具体的系统窗口示意图如图2所示。

4.5 对系统进行远程监控

MCGS系统除了能进行信息收集以及信息分析之外，还能够利用互联网信息系统将信息处理过程中的计算机连接起来，形成一个计算机网络系统。计算机网络系统中所有数据都是共享的，可以实现多人在线对数据进行编辑和处理。最后通过各个窗口的控制对数据进行整合分析，大大减少工作时间，提高整个工作的效率和有效性。此外，为了保证数据的安全，这套系统还能对人员进行权限的设置，保证数据不会轻易泄露。

图2 PLC控制的变频调速系统窗口

5 结语

基于PLC和单片机的多模式综合试验系统的设计是一项复杂的工作，本文着重对PLC以及单片机在综合试验系统中的应用进行分析，研究了其综合控制系统。这样不仅可以让人理解相关知识，而且对于深化相关研究也有一定意义。