電氣測控系統(tǒng)的改進-軟PLC-技術方案

電氣測控系統(tǒng)的改進——軟PLC-技術方案在一些電子部件產品測試時，早先許多生產廠家都使用繼電接觸掌握系統(tǒng)。該系統(tǒng)由分立元件組成，由于線路簡潔，元件掌握精度不高，加上抗干擾力量級差掌握工程網版權全部，所以運行不夠穩(wěn)定，誤動作頻繁，使產品的測試和分析不精確?????。

隨著現代工藝的高精度要求，為了適應市場需求，采納可編程掌握器對原繼電電氣掌握系統(tǒng)進行改造，但由于各PLC廠家硬件模塊和軟件結構絕大多數都是專用的、互不兼容的，系統(tǒng)各模塊間的交互方式、通信機制也各不相同，這使得掌握系統(tǒng)相對獨立、彼此封閉。隨著技術的進步和市場競爭的加劇，這種專用體系結構的掌握系統(tǒng)越來越暴露了其固有的缺陷。由于基于PC平臺的軟件PLC無需特地的編程器，可充分利用PC機的軟硬件資源，直接采納梯形圖或語言編程，具有良好的人機界面等優(yōu)點，因此漸漸取代了硬件PLC，成為討論的熱點。

1電氣測試系統(tǒng)原理介紹

該壽命測試系統(tǒng)能夠利用定時器掌握電子部件產品的動作頻率，利用計時器來掌握動作的次數，基本原理如圖1所示。

圖1電氣測試基本原理

PLC使用OMRONCQM1H-CPU11PLC加上擴展模塊，其I/O點數可達26個，可滿意多路測試，利用掌握動

作Relay的定時器和負載反饋Relay的定時器時間差進行推斷產品或負載的不良狀態(tài)，并對系統(tǒng)進行停機愛護，試驗完成后利用產品或負載在機械和電氣方面的特性對其產品進行評價。

其中，遮斷愛護、動作Relay和負載反饋Relay都是用PLC內部高精度定時器進行掌握的，其原理都是用低電壓掌握高電壓，實現凹凸壓分別掌握工程網版權全部，保證了測試系統(tǒng)的安全性，這里的遮斷愛護用的是FujiElectricCo.Ltd。JapanSC-13AA型接觸器，耐壓可達600V，單觸點額定電流是32A，動作Relay和負載反饋Relay（也可以用光電耦合或電流互感器）都是用的OMRON的MY系列繼電器。

實際用DL750scoper測量發(fā)覺這兩種精度都不是很高，誤差往往有8-10ms。

實際中對產品評價需要許多數據，需要測試許多產品，這樣需要多獨立回路，接線走線困難，而且會產生寄生電路，所以，從PLC產品的兼容性及測試成本考慮，采納目前先進的嵌入式軟PLC技術，可大大縮短試驗周期并降低成本。

2軟PLC技術

傳統(tǒng)的PLC經過十幾年的進展，技術已經特別成熟，以高速度、高穩(wěn)定性、高性能在工業(yè)掌握領域得到了廣泛應用，與此同時，隨著現代計算機技術和電子技術的進展，在工程方面漸漸表現出其缺點：傳統(tǒng)的PLC廠商壟斷市場，其產品戶不兼容，缺少明確全都的標準，難以構建開放的硬件體系結構；各廠商產品的編程方法差別很大，技術專有性較強，工作人員培訓時間長，造成PLC的性價比增長很緩慢。

20世紀90年月中期，計算機和微電子技術的迅猛進展以及PLC的國際標準IEC61131的制定，產生了軟PLC技術，全部"軟PLC技術"，就是用PC作為硬件支撐平臺，利用軟件實現標準硬件PLC的基本功能，也就是將PLC的掌握功能封裝在軟件內，運行于PC的環(huán)境中，以PC為基礎的掌握系統(tǒng)，同時供應了PLC的相同功能，卻具備了PC的各種優(yōu)點。

軟PLC技術一般由開發(fā)系統(tǒng)和運行系統(tǒng)兩個部分組成。開發(fā)系統(tǒng)運行在PC平臺上，而運行系統(tǒng)則運行在嵌入式硬件平臺上，一般而言，嵌入式硬件平臺上都要運行某種嵌入式操作系統(tǒng)，比如μC/OS-II、μClinux等。

現代開發(fā)系統(tǒng)的特點一般都是集成化開發(fā)環(huán)境，界面友好，易于使用。軟PLC嵌入式系統(tǒng)是基于IEC61131國際標準的，所以必定要支持其中的幾種語言，系統(tǒng)運行在嵌入式硬件平臺上，負責解釋執(zhí)行由開發(fā)系統(tǒng)編譯、鏈接后產生的目標文件，運行系統(tǒng)一般由運行內核、通信接口和系統(tǒng)管理三大部分組成，其設計和實現精度很高，它的執(zhí)行效率將直接影響到系統(tǒng)在現場掌握中的反應速度。

3嵌入式平臺的虛擬運行系統(tǒng)

運行系統(tǒng)的結構組成如圖2所示。系統(tǒng)管理器的主要任務是處理不同任務、協(xié)調程序執(zhí)行及從I/O映象讀寫變量。I/O接口可與本地I/O系統(tǒng)和遠程I/O系統(tǒng)通信。通信接口使運行系統(tǒng)可以與開發(fā)系統(tǒng)或其他設備進行通信。內核解釋器是運行系統(tǒng)的部分，負責解釋執(zhí)行由開發(fā)系統(tǒng)編譯完成的PLC應用程序的目標代碼。

圖2運行系統(tǒng)的結構組成

運行系統(tǒng)可在多種支持平臺上運行，它通過將數據區(qū)和代碼區(qū)分別，實現程序的動態(tài)更新和代碼的高效率動態(tài)。

（1）在μClinux平臺上實現軟PLC虛擬機實現步驟

將梯形圖的指令翻譯成宏匯編并建立一個宏庫；

把用戶編寫的梯形圖程序編譯成中間代碼形式的PLM文件；

將PLM文件轉變?yōu)閰R編程序；

用匯編器匯編變勝利的匯編程序，將解釋執(zhí)行內部指令（PLM文件）轉換為程序，匯編成機器碼執(zhí)行，實現PLC指令機器碼執(zhí)行方案，大大地提高了執(zhí)行速度掌握工程網版權全部，同時大大節(jié)省了內存空間；

將PLC指令對應的機器碼移植到嵌入式操作系統(tǒng)中執(zhí)行。

（2）運行系統(tǒng)的兩大模塊

運行系統(tǒng)主要由兩大模塊組成：1）梯形圖到機器碼程序的轉換；2）執(zhí)行機器碼文件。每個模塊的功能如下：

1）梯形圖到機器碼程序的轉換。首先把用戶編寫的梯形圖程序編譯成中間代碼形式的PLM文件，然后將PLM文件轉變?yōu)閰R編程序，用匯編器匯編轉變勝利的匯編程序CONTROLENGINEERINGChina版權全部，產生氣器碼從而生成可執(zhí)行的PLE文件。

2）執(zhí)行機器碼文件。將PLE文件嵌入配置好的執(zhí)行環(huán)境中并執(zhí)行，通過工控機的面版指示燈監(jiān)測程序的正確性。

（3）虛擬機總體設計

依據虛擬機的原理和執(zhí)行機制，對虛擬機的機器碼執(zhí)行方案進行了總體設計，如圖3所示。PLC文件是梯形圖程序的保存文件，通過對PLC文件進行詞法分析、語法分析和語義分析編譯產生PLM文件，然后調用宏匯編庫，并進行一系列的轉換生成機器碼，產生PLE文件；創(chuàng)建機器運行環(huán)境來執(zhí)行機器碼，宏匯編庫中是每個梯形圖指令對應的宏匯編段。

圖3虛擬運行總體設計框圖

（4）交叉開發(fā)調試算法討論

非嵌入式通常采納本機開發(fā)、本機調試、本機運行的開發(fā)方式；而嵌入式開發(fā)需要交叉開發(fā)，絕大多數采納宿主機開發(fā)、宿主機和目標機之間交叉調試、目標機運行的方式開發(fā)。

交叉開發(fā)調試算法：

在宿主機平臺上編寫程序代碼；

固化監(jiān)控器至目標機上；

連接宿主機和目標機；

編譯鏈接應用程序，生成可執(zhí)行代碼；

將可執(zhí)行代碼到目標機；

使用交叉調試器進行調試；

假如程序調試沒有發(fā)覺特別，轉至11）；

調試程序時發(fā)生錯誤，利用交叉調試器定位錯誤；

修改錯誤代碼；

重復4）-10）；

將目標機程序固化在目標機上。

4嵌入式軟PLC改造后的掌握系統(tǒng)

以測試繼電器TV5試驗為例。其要求如下：每次測試5個繼電器，每個繼電器的動作頻率是5s開，5s關。依據要求，試驗的結果是每個繼電器用6個TV負載，即每個TV負載是5s開，55s管。輸入點有：開關，檢出，復位M個，停止次數設定量N次，動作頻率設定L個，常開/觸點轉換。其中，M=測試產品個數，N、L個數由實際需要確定。其算法如下：

設定一個循環(huán)周期，使累積誤差；

在循環(huán)周期內設計動作時間和動作頻率，以及動作次數；

設計相關聯(lián)動、互鎖、緊急停車和復位等功能；

執(zhí)行動作與反饋依據產品相關標準進行比較，判定結果和設定中斷程序。

采納模塊化程序設計編程，各模塊均由主程序調用，且為了程序不出誤動作，還要考慮電流諧波和沖擊對高電源的要求。用了算法優(yōu)化設計，5個繼電器每隔2s一個動作，5個剛好10s。其中一個動作頻率程序如下：

與之對應的動作如下：

該程序檢出推斷程序如下：

圖4TV負荷電壓電流波形

由圖4可知：啟動時突入電流值約為55A，突入時間約為54ms，定常為8A。

圖5電機電壓和電流波形

由圖5可知：電流滯后電壓約為0.9ms，其功率因素為0.96。

試驗結果與測試要求基本全都。假如不采納優(yōu)化算法程序設計，則對電源要求很高，所以該掌握系統(tǒng)可以應用實現，無形中降低了成本。

5改進后優(yōu)點和維護

很明顯，經過以上改進后有以下優(yōu)勢：

使用PLC后通用性大大提高，改進了以前單一PLC，并縮短了工作人員的培訓周期；

用嵌入式軟PLC代替?zhèn)鹘y(tǒng)的硬PLC，外部線路簡化；

模塊化可實現各種簡單的掌握系統(tǒng)，便利地增加和轉變掌握功能；

PLC可進行故障自動檢測和報警顯示，提高運行安全性，且便于檢修；

便于群掌握，提高運行效率；

更改掌握方案時無需改動外部線路。

測試及維護需留意的事項：

為了提高系統(tǒng)效率并降低開銷，盡量少用I/O;

要有緊急停車和適當聯(lián)鎖按鈕環(huán)節(jié)；

輸入和輸出不能用同一電纜線；

直流電感性負載并聯(lián)浪涌二極管，以延長觸點的使用壽命；溝通感性負載并聯(lián)電容汲取器以降低噪聲