嵌入式PLC芯片组的多路模拟量PLC开发探讨.docVIP

基于嵌入式PLC芯片组的多路模拟量PLC开发探讨 如今工业控制产品已发展到一个追求个性化、差异化的阶段。传统的PLC产品已经无法满足更加细分化的市场需求，为了满足这种需求，出现了嵌入式PLC产品。 ??? 一、嵌入式PLC ??? 嵌入式PLC是将PLC系统软件构建于控制器内，根据用户控制需要定制硬件，以PLC的应用方式解决对象控制问题的PLC。它由两部分组成：嵌入式PLC系统软件和芯片组 ??? 1、嵌入式PLC系统软件 ??? 嵌入式PLC系统软件将PLC语言(梯形图语言)、CAN总线嵌入到单片机中,使单片机的产品开发从使用汇编语言变为使用PLC梯形图语言,并具有CAN总线的互连特性。 ??? 该系统软件具有以下特点：1.以梯形图语言为内核,添加了中断管理系统,能实现PLC无法实现的硬实时操作；2.强化运算能力,增加了CANBUS函数库、浮点数库、专家自整定PID、嵌入式WEB等,丰富了PLC的功能；3.提供开放式扩展结构,支持第三方开发扩展单元的接线；4.增加了网络互连功能,在远程端加载专用浏览器后,即可实现远程监控。 ??? 系统软件包括三个部分。??? ??? 嵌入式PLC内核：它完成实时任务调度、梯形图语言解释、执行、通讯等基本功能，并提供二次开发驱动接口；??? 二次开发驱动程序　通过系统软件提供的外挂任务，使用内核开发各种面向具体对象个性化、差异化的驱动程序；??? 终端应用程序　指面向工艺流程控制的梯形图语言程序 ??? 2、嵌入式PLC芯片组 ??? EASY CORE 1.00 是一个加载了嵌入式PLC系统软件的核心芯片组，作为一款加载了系统软件的硬件平台，可以用来设计通用和专用PLC。 ??? 1）芯片组基本性能： ??? 供电：+5V 200mA，RAM掉电保护5年。??? CPU： C8051F040。??? 嵌入扩展能力 ??? ·32 IO：可复用成SPI、I2C接口及外中断、外计数、AD等。??? ·4 AD： 12位精度，100 KPS。??? ·2 DA： 12位精度，100 KPS。 ??? 通信接口 ??? ·CANBUS：系统软件管理，使用工具软件CANSet构建CANBUS总线网络。??? ·UART0：系统软件管理，用于梯形图编程、监控，支持人机界面及用户驱动程序下载。??? ·UART1：系统软件管理，用于下载CANBUS网络参数、构建RS485网络及支持第三方设备互连。 ??? 2）芯片组原理框图 图1 芯片组原理框图 ??? 二、应用开发 ??? 基于加载了系统软件的核心芯片组，我们可以根据工艺需要来开发自己的嵌入式PLC产品。下面就介绍基于嵌入式PLC芯片组开发的16路输入的模拟量PLC产品（可输入标准信号或热电偶信号）。 ??? 1、硬件设计 ??? 硬件整体结构图如下： 图2 硬件整体结构图 ??? AI0是芯片组内的一个AD转换通道，P1.0—P1.4作为模拟开关的通道控制线来进行16个模拟信号通道间的切换。 ??? （1）信号采集电路 ??? 用AD公司的高精密放大器OP07构成模拟信号放大电路，OP07具有低输入偏移电压（10uV）、低漂移电压（0.2uV）和宽范围的供电电压（±3V－±18V）, 可以很好地满足该产品的要求。在这里OP07由±5V供电，R18、R79作为调零电阻，输出电压由下式给出：Vout＝Vin（1＋R98R56）。 图3 模拟信号放大电路 ??? （2）信号选择电路 ??? 选择16通道的模拟开关CD4067构成信号选择电路，A、B、C、D、INH接到芯片组的P1.0－P1.4引脚，做为模拟开关的通道选择控制信号。OUT引脚接到芯片组的AIN0，即第一个AD转换通道。 图4 信号选择电路图 2、软件开发 ??? 嵌入式PLC是基于Cygnal公司的C8051f040芯片开发的，所以二次程序的开发使用51汇编语言。开发选择的编译器是KEIL C51，因为它可以生成我们所需要的.HEX文件。 ??? 内核留出了七个用户嵌入程序接口，我们只需要充分理解各个接口的功能就可了进行二次开发了，需要熟悉如下内容：a、内核功能b、内核结构c、内核任务管理d、内核存储空间分配。由于系统软件中已经加入了232通信、485通信和CAN通信的功能，所以16路模拟量PLC的二次驱动软件的开发主要集中在模拟量的AD转换和PLC资源区中AD值的实时刷新上。 ??? （1）程序规划 ??? T4中断：完成AD转换和16个通道的切换程序 ??? USER_SCAN：PLC资源区中AD值的刷新。 ??? AD转换过程如下：每一通道连续采样16次，采样完后得到累加和，然后启动下一通道的AD转换。 ??? PLC资源区中AD值的