PLC擴展控制器的設(shè)計及其應(yīng)用

可編程控制器（PLC）在眾多程控系統(tǒng)中已得到了廣泛的應(yīng)用。它以其高可靠性、邏輯控制的設(shè)計實現(xiàn)方便靈活的控制等優(yōu)點，成為許多工程技術(shù)人員必須掌握的主要二次設(shè)備之一。

在實際應(yīng)用中，程控系統(tǒng)往往采用模擬屏上的設(shè)備燈來實時反映各設(shè)備狀態(tài)，而模擬屏上各設(shè)備燈的亮、滅、閃等狀態(tài)通常由PLC輸出點直接控制，雖然PLC處理點燈問題也比較方便。但在設(shè)備燈很多（尤其是在百只以上）的情況下，如果仍由PLC直接控制點燈，一方面需占很多PLC輸出點，即需很多輸出模板和較多的投資。另一方面也占用了主機很多處理時間。當主機負荷較高，則會影響實時性。如果能設(shè)計出一種PLC擴展控制器，通過串行通信接受主機指令，點燈、熄燈、閃爍等工作由它自行完成，則一方面可以節(jié)省較多費用，另一方面可以簡化PLC的編程，提高控制的實時性。

筆者在設(shè)計半山電廠全廠輸煤程控系統(tǒng)的模擬屏的點燈處理時就遇到了如下情況。該系統(tǒng)采用AB公司的大型可編程控制器PLC－5，由于模擬屏上需控制的設(shè)備燈的數(shù)量多達300多只，采用PLC直接控制點燈，則需要16點、24 V的開關(guān)量輸出模板10多塊，由于需顯示皮帶的流動效果，PLC需不停地對燈進行控制，影響程控的實時性?；谶@種情況，筆者設(shè)計開發(fā)了以ATMEL89C2051單片機為核心的PLC擴展控制器實現(xiàn)點燈，它通過與PLC的CPU模塊進行通訊來實現(xiàn)，以代替10多塊PLC輸出點。

二、擴展控制器設(shè)計

1、整體結(jié)構(gòu)

AB公司的PLC－5的CPU模板帶一個RS－232串行通信口，PLC自身編程及與上位機的通訊通過DH＋網(wǎng)實現(xiàn)，該串行口也可以由用戶自己控制使用，因此，它可以用于實現(xiàn)與擴展控制器的通訊功能。
半山電廠輸煤程控系統(tǒng)采用的模擬屏上共有21條皮帶，長短不一，都要考慮流動效果。采用分散控制方式，每條皮帶設(shè)計1個擴展控制器，共21個擴展控制器，每擴展控制器可以控制6個輸出點，21個擴展控制器采用主從式樹型連接、異步串行通信。其組成結(jié)構(gòu)如圖1所示（點燈部分以9號皮帶為例）。

2、擴展控制器設(shè)計原理

（1）硬件設(shè)計

ATMEL公司生產(chǎn)的MCS－51兼容系列單片機89C2051單片機，內(nèi)含2 KBFlash Memory，外圍電路簡單，在微型控制器中設(shè)計相當方便。設(shè)置開關(guān)可設(shè)置控制器編號，控制器基本結(jié)構(gòu)如圖2所示。

由圖2可見，該控制器線路簡潔，并不存在單片機系統(tǒng)中常見的外部數(shù)據(jù)RAM，外部程序ROM等外圍芯片，只需加一片232通信轉(zhuǎn)換芯片即可。整體尺寸為50 mm×50 mm，只有手掌般大小。輸出功率部分用8050三極管，開路集電極輸出，輸出電流可達1 A以上，系統(tǒng)最長皮帶可有23只燈，每只燈額定電流只有20 mA，負載總電流不到0．5A。

（2）擴展控制器軟件設(shè)計

有了以上的設(shè)計思路，2051的編程就變得比較容易了。基本實現(xiàn)方法是PLC將各條皮帶的狀態(tài)實時地分級傳送至各皮帶的的擴展控制器，各控制器識別自身的編號后取對應(yīng)的燈信號信息實時刷新模擬屏點上狀態(tài)燈。皮帶燈滾動頻率、滾動方式（明流動或暗流動）都由PLC程序直接控制（用戶可在PLC的人機界面上修改）。
該程序設(shè)置兩個中斷源，其一是串行口接收中斷，接收點燈信息，其二是50 ms的內(nèi)部時間中斷，用來控制燈閃爍或燈流動。主程序流程框圖如圖3所示。

三、系統(tǒng)投用情況

該系統(tǒng)自1998年11月在半山電廠安裝運行，至今情況良好。由于擴展控制器與PLC之間的通信采用了光電隔離，使得整個點燈回路與PLC安全隔離，從硬件上保證了系統(tǒng)的安全性、可靠性。

使用了擴展控制器后，一方面節(jié)省了成本，另方面簡化了PLC的編程，降低了PLC的CPU負荷，使PLC系統(tǒng)的實時性得到了很大的改善，提高了系統(tǒng)的可靠性。