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数字/二进制传感器和开关对信号监测和系统控制至关重要，广泛用于工业控制、工业自动化、电机控制和过程自动化。所有传感器的输出都需要被中央处理单元检测和监测。为实现这一目的，通常利用可编程逻辑控制器(PLC)数字输入模块中的两个高功率电阻分压器检测传感器输出电压。为隔离每路传感器通道，需要使用独立的光耦。根据复杂度的不同，一个系统常常要使用多个光耦

传统工业传感器监测系统原理图，其中电阻分压器和光耦用于监测和检测传感器输出至系统PLC的信号。

在这种传统架构中，电阻分压器消耗的功率较大，形成电路板(PCB)“热点”，要求设计支持高温工作以及增加散热器。热点甚至会降低系统可靠性。此外，对于高通道数量的模块，多光耦设计增加系统成本和功耗，浪费宝贵的电路板空间。显而易见，紧凑而简单的隔离数字输入接口将有利于工业生产。

简化PLC的数字输入

集成能够满足这一要求。说出来容易做出来难!首先，增加通道输入，扩展系统容量，但仍使接口保持简单。现在，转而考虑数字串行化，并寻求省去隔离用光耦的途径。使用可配置的限流以降低功耗(见图4)。改善检错功能，使同一简单接口上的数据传输非常可靠。集成以上这些特性，使数字输入功能更加完善而可靠，产生的热量更少、功耗更低，节省空间，并且成本大幅降低，这就是目标。

隔离数字输入接口设计的实现

以上设计目标的解决方案就是Corona隔离子系统参考设计，该设计使用了数字输入转换器/串行器和数字隔离器。Corona设计提供PLC数字输入模块的前端接口电路，支持高压输入(高36V)，电源和数据隔离——全部集成在90mm×20mm小尺寸封装中。该设计集成八通道数字输入电平转换器/串行器、六通道数据隔离器和用于隔离电源设计(如果现场无电源)的H桥变压器驱动器。我们进一步讨论该设计的硬件和软件。

该设计中，工业数字输入串行器(U1)将传感器和开关的24V数字输出进行电平转换、信号调理以及串行化, 转变为满足微控制器要求的CMOS兼容信号。该器件提供PLC数字输入模块的前端接口电路，与传统的分立电阻分压方案相比，输入限流可有效减小对现场电源的消耗。图4所示为两种方法中单路输入通道的电流-电压关系。可选择的片上低通滤波器灵活地对传感器输出进行去抖和滤波。片上8至1串行化省去了隔离所需的光耦。每8位数据通过SPI端口发送一次多位CRC校验，确保高噪声工业环境下的可靠通信。为实现更大灵活性，片上集成的5V电压稳压器可为外部光耦、数字隔离器或其它外部5V电路供电。

U3(MAX14850)以Pmod兼容的尺寸规格实现了6通道数据隔离。Pmod规范允许3.3V和5V模块，以及各种引脚分配。在Pmod侧，供电电压可为3.3V或5V;U1侧的电压为5V。支持的数据隔离为600VRMS。

大多数情况下，U1(MAX31911)由24V现场电源供电;如果无现场电源可供使用，U1可由控制器侧供电。后一种情况中，Corona电路板上的H桥变压器驱动器(U2，MAX13256)和变压器为MAX31911提供使用级的隔离电源。

软件说明

Corona设计经过Nexys3和ZedBoard 平台验证。目前提供这两种平台的项目文件、器件驱动器以及示例代码。由于板载Pmod兼容连接器非常简单，所以Corona设计很容易用于任何微控制器或FPGA开发电路板。

总结

本文介绍Corona (MAXREFDES12#)子系统参考设计如何为工业控制和自动化应用提供结构紧凑而简单的隔离数字输入接口。Corona设计提供八路数字输入通道。通过单一的SPI接口简单级联多片八通道数字输入IC——无需额外片选线，很容易以8的倍数增加通道数量。只需单个SPI接口即可将传感器数据传输至PLC，无需隔离附加通道，大幅减少了输入模块中所需的隔离器数量。该设计大幅降低了成本，占用的空间较小，单位PCB面积上的通道密度较高。该设计提供基于Nexys3或ZedBoard平台的示例软件。

     常用的两种编程语言，一是梯形图，二是助记符语言表。采用梯形图编程，因为它直观易懂，但需要一台个人计算机及相应的编程软件；采用助记符形式便于实验，因为它只需要一台简易编程器，而不必用昂贵的图形编程器或计算机来编程。 虽然一些的PLC还具有与计算机兼容的C语言、BASIC语言、专用的语言（如西门子公司的GRAPH5、三菱公司的MELSAP），还有用布尔逻辑语言、通用计算机兼容的汇编语言等。不管怎么样，各厂家的编程语言都只能适用于本厂的产品。 l 编程指令：指令是PLC被告知要做什么，以及怎样去做的代码或符号。从本质上讲，指令只是一些二进制代码，这点PLC与普通的计算机是完全相同的。同时PLC也有编译系统，它可以把一些文字符号或图形符号编译成机器码，所以用户看到的PLC指令一般不是机器码而是文字代码，或图形符号。常用的助记符语句用英文文字（可用多国文字）的缩写及数字代表各相应指令。常用的图形符号即梯形图，它类似于电气原理图是符号，易为电气工作人员所接受。 l 指令系统：一个PLC所具有的指令的全体称为该PLC的指令系统。它包含着指令的多少，各指令都能干什么事，代表着PLC的功能和性能。一般讲，功能强、性能好的PLC，其指令系统必然丰富，所能干的事也就多。我们在编程之前必须弄清PLC的指令系统 l 程序：PLC指令的有序集合，PLC运行它，可进行相应的工作，当然，这里的程序是指PLC的用户程序。用户程序一般由用户设计，PLC的厂家或代销商不提供。用语句表达的程序不大直观，可读性差，特别是较复杂的程序，更难读，所以多数程序用梯形图表达。 l 梯形图：梯形图是通过连线把PLC指令的梯形图符号连接在一起的连通图，用以表达所使用的PLC指令及其前后顺序，它与电气原理图很相似。它的连线有两种：一为母线，另一为内部横竖线。内部横竖线把一个个梯形图符号指令连成一个指令组，这个指令组一般总是从装载（LD）指令开始，必要时再继以若干个输入指令（含LD指令），以建立逻辑条件。后为输出类指令，实现输出控制，或为数据控制、流程控制、通讯处理、监控工作等指令，以进行相应的工作。母线是用来连接指令组的。 它有两组，组用以实现启动、停止控制。第二组仅一个END指令，用以 结束程序。 l 梯形图与助记符的对应关系：助记符指令与梯形图指令有严格的对应关系，而梯形图的连线又可把指令的顺序予以体现。一般讲，其顺序为：先输入，后输出（含其他处理）；先上，后下；先左，后右。有了梯形图就可将其翻译成助记符程序。上图的助记符程序为： 地址 指令 变量 0000 LD X000 0001  or  X010 0002 AND NOT X001 0003 OUT Y000 0004 END 反之根据助记符，也可画出与其对应的梯形图。 l 梯形图与电气原理图的关系：如果仅考虑逻辑控制，梯形图与电气原理图也可建立起一定的对应关系。如梯形图的输出（OUT）指令，对应于继电器的线圈，而输入指令（如LD，AND，OR）对应于接点，互锁指令（IL、ILC）可看成总开关，等等。这样，原有的继电控制逻辑，经转换即可变成梯形图，再进一步转换，即可变成语句表程序。 有了这个对应关系，用PLC程序代表继电逻辑是很容易的。这也是PLC技术对传统继电控制技术的继承。

  1．电机故障诊断。
（1）了解PLC的分类、发展现状和应用前景。
（2）分析电机各种故障产生的原因、现象以及发生故障时采取的措施。
（3）根据电机故障后果严重性将各种故障分为两个等级。（4）根据电机的故障等级，设计出基于PLC的电机故障诊断系统，包括硬件部分和软件部分。
2．电机故障诊断系统控制要求如下。
（1）PLC要实现的功能主要是是控制和保护。 ①控制：由断路器控制电机开/关机，并可紧急停机。 ②保护：编写故障诊断程序，即以软件方法实现机组故障的诊断与报警。
（2）系统结构框图如下： 
（3）系统故障分为两个等级:一级故障为。当发生此类故障，断路器跳闸，使电机停止运行，PLC禁止其他控制输出，并声光报警（指示灯和电铃）。只有按报警复位按钮后声光报警停止。二级故障为低级。当发生此类故障时，断路器不动作，电机继续运行，只相应声光报警。（故障等级的分类由同学们查阅相关资料自行决定，这是判断论文原创性的重要依据）
（4）准备开机时，按下开机按钮后，首先检测断路器状态，如果断路器初始状态为闭合，电机无法启动，并且声光报警。如果断路器初始状态为断开，断路器合闸，电机开始启动（电机启动时间约为3S左右）。在启动过程中，若发生一级故障，PLC进行相应的保护动作。启动完成后，“电机开/关指示灯”亮，电机正常运行。运行过程中，PLC依次循环检测电机是否发生相间短路、断相、低电压、单相接地、过负荷、过电流等故障，若有发生，PLC进行相应保护动作。关机时，PLC接到关机命令后，断路器跳闸，“电机开/关机指示灯”灭。故障声光报警后，按“报警复位按钮”复位。

目前，家庭用户的宽带接入主要有ADSL、LAN、HFC、PLC四种方式可以实现，而由于拥有网络的限制，任何一家宽带接入服务商为用户提供的接入方式只能是其中的一种或两种。从实践来看，这几种方案在网络接入方式、用户负担成本、可以提供的服务内容等方面不尽相同，所适用的范围也大不一样。用户在选择宽带接入服务商时，首先考虑的是哪一种接入方式更适合自己的需求，然后再确定服务商。因此，接入市场之争，首先就是接入方式之争。下面就比较一下这几种方案的特点、应用场合和利弊。
    （一）ADSL接入方式
    ADSL（AsymmetricalDigitalSubscriberLine，非对称数字用户环路）是一种能够通过普通电话线提供宽带数据业务的技术，成为继Modem、ISDN之后的又一种全新的、更快捷、更高效的接入方式。ADSL这种方案的大特点是不用改造信号传输线路，完全可以利用普通铜质电话线作为传输介质，只要配上专用的Modem即可实现数据高速传输，其有效的传输距离在3～5公里范围以内，而且距离愈远，速度愈慢。
    ADSL支持上行速率640kbps到1Mbps、下行速率1Mbps到8Mbps。这种带宽能否满足用户的需求呢？目前家庭宽带用户占用带宽大的需求是在线观看视频，网上一般流媒体都是以128kbps、256kbps或500kbps的速率播放，而目前北京通信提供的ADSL下行传输速率为512kbps，理论上可以满足各种在线播放需求，基本适合家庭用户的需求。
    （二）LAN接入方式
    LAN接入方式采用光纤接入，整个城市网络由核心层、汇聚层、边缘汇聚层、接入层组成。社区端到末端用户接入部分就是通常所说的后一公里。LAN方式是采用光缆＋双绞线的方式对社区进行综合布线，双绞线总长度一般不超过100米，线路距离短，因而线路质量得到了更好的保障。采用LAN方式的宽带服务一般是吉比特光纤进小区，百兆光纤到楼，10/100M到户的模式，这比拨号上网速度快180多倍，在传输速率上也基本可以满足用户的各种需求。
    由于采用光纤接入，在抗干扰方面，LAN方式较普通电话线上传输数据的ADSL方式优异。同时LAN接入的上下行速率是相同的，所以不会产生由于上行速率的限制导致干扰的情况。LAN采用以太网技术的接入方式，因而在地域上受到一定限制，只有已经铺设了LAN的小区才能够使用这种接入方式。
    （三）HFC接入方式
    HFC接入方式是基于有线电视网络提供的，由于其天然的行业垄断性，目前这种宽带接入方式仅能由广电相关企业提供。HFC有线电视网的网络结构在光纤部分多数采用星形网，在电缆部分则采用树形分配网。这种网络结构对于有线电视网来说是相当优越的，但对于宽带高速综合业务网，就不是很合理，主要原因是有线电视网和综合信息网对可靠性要求不同，综合信息网要求网络具有很高的可靠性。有线电视网出了故障，造成的后果只是部分用户在某段时间看不好电视节目；而综合信息网一旦出了故障不能及时修复，可能会给用户造成不可弥补的损失。
    HFC是在单向的基础上进行双向的改造来进行传输。由于它共享一条信道，它的带宽在用户量增加的时候，会不断减少，相互的干扰过大。没有一个网络在CABLE上的用户超过5000个。目前有线电视网在带宽共享方式、网络安全、网络管理等方面依然存在缺陷。HFC方式和ADSL方式的共同特点是利用已经有的网络基础设施，它们共同的缺点是带宽进一步扩展能力有限。
    （四）PLC接入方式
    电力线通信技术，英文简称PLC，是指利用电力线传输数据和话音信号的一种通信方式。该技术是把载有信息的高频加载于电流，然后用电线传输，接受信息的调制解调器再把高频从电流中分离出来，并传送到计算机或电话上，以实现信息传递。该技术在不需要重新布线的基础上，在现有电线上实现数据、语音和视频等多业务的承载，也就是实现四网合一。终端用户只要插上电源插头，就可以实现因特网接入。
    PLC利用1.6M到30M频带范围传输信号。在发送时，利用GMSK或OFDM调制技术将用户数据进行调制，然后在电力线上进行传输；在接收端，先经过滤波器将调制信号滤出，再经过解调，就可得到原通信信号。目前可达到的通信速率依具体设备不同在4.5M～45M之间。PLC设备分为局端和调制解调器，局端负责与内部PLC调制解调器的通信和与外部网络的连接。在通信时，来自用户的数据进入调制解调器调制后，通过用户的配电线路传输到局端设备，局端将信号解调出来，再转到外部的Internet。