西门子南充PLC模块总代理商

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。

①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；

②二次开发驱动程序　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；

③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：

①供电：+5V 200mA，RAM掉电保护5年。

②CPU： C8051F040。

③嵌入扩展能力

·32 I/O：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。

④ 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： 

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：

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＋R98/R56）。 

（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，即个AD转换通道。 

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。【1】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值的刷新过程如下：在梯形图扫描周期结束时进行，把各路AD值的累加和求平均值后放入PLC的资源区的对应位置处。

（2）程序代码

INIT_AD: ;AD初始化

MOV SFRPAGE, #ADC0_PAGE

MOV REF0CN, #07H ;内部参考电压/输出到VERF

;启动内部温度传感器

MOV AMX0CF, #00H ;单极性输入

MOV ADC0CF, #0B8H ;D7——D3=SYSCLK/采样时钟-1

;采样转换时钟=1US

;D2——D0=GAIN

;000 GAIN=1

MOV ADC0CN, #90H ;启动AD采样

MOV AD_CHANNEL, #00H ;AD通道号，初值为0

MOV AD_COUNT, #00H ;16次采样次数计数。初值为0 

RET 

SAMPLE_AD: ;AD采样开始

MOV SFRPAGE, #ADC0_PAGE ;AD控制寄存器页 

MOV A, AD_CHANNEL ;采样值的累加和是一个字基地址 ;为#XAI,偏移地址为AD_CHANNEL

RL A 

MOV DPTR, #XAI ;XAI存放16次采样值的累加和

ADD A, DPL ;低字节相加

MOV DPL, A

MOVX A, @DPTR

MOV B, A

MOV A, ADC0L

CLR C

ADDC A, B

MOVX @DPTR, A 

INC DPTR ;高字节相加

MOVX A, @DPTR

MOV B, A

MOV A, ADC0H

ANL A, #0FH

ADDC A, B

MOVX @DPTR, A ;#XAI中存放格式为低字节、高字节 

MOV SFRPAGE, #ADC0_PAGE ;AD控制寄存器页

MOV ADC0CN, #090H ;启动下次AD采样  

INC AD_COUNT

MOV A, AD_COUNT

CLR C

SUBB A, #16 

JNC FILL_XAI_XAD ;当16次采样完成后,把XAI中16 ;个采样和（2字节）存放到XAD

RET

3、驱动程序的嵌入

在KEIL C51中编译上述程序。使用下载工具软件“DOWNHEX”，把生成的.HEX文件通过串口下载到芯片组的固定地址处，使得内核可以调用它，从而完成二次驱动程序的开发。到此，16路模拟量PLC的开发工作基本完成。

三、功能介绍

基于嵌入式PLC开发的多路模拟量网络节点具有以下功能：1、采集工业现场的多路热电偶信号，2、支持三菱、台达等多家人机界面， 3、支持梯形图编程（86条指令）， 4、支持CANbus互连（多机并联运行或扩展单元连接）等。这里简要介绍下该网络节点的梯形图功能应用。

嵌入式PLC的系统软件中内置了温度转换函数，其功能是把热电偶毫伏信号对应的AD值转化成温度值。适用于任意分度热电偶输入信号，应用于不同的控温场合，配合PID调节，使受控温度精度可达±1℃。

下面的梯形图程序就是把一路热电偶信号转换成温度值，该信号AD值放在D5000，转换后的温度值存放在D5160中。 

四、结束语

笔者利用嵌入式PLC芯片组开发的的PLC产品的实例证明，本着软硬件可裁剪的原则，开发出的产品可以很好的满足用户的个性化需求，节约了硬件成本、缩短了研发周期，并且得到了许多强大的功能，相信它的出现必将使得PLC生产厂家生产出越来越多的贴近终端市场的PLC。 

1   简介

轧钢厂中小型车间是莱钢引进的具有20世纪90年代世界先进水平的中小型型材生产线，年设计产量45万吨。成套生产设备由意大利DANIELI公司提供，三电设备由ABB公司提供，设备生产能力强，工艺技术新，控制水平高。全线共有18架轧机，包括剪子和冷床、摆剪区域设备，共有110KW以上直流电机26台套，去年该条生产线全年产量达到96万吨。

随着车间产能的提升和轧制节奏的加快，作为车间动力系统核心的直流电机成为决定轧线提速和工艺稳定顺行的重要因素。轧机电流的变化状态直接关系到直流电机工作性能和轧线工艺的稳定顺行。同时为了适应轧线提速的要求，钢坯在出炉和轧制过程中的温度控制也提出了更高的要求。轧制过程温度的变化，直接决定着轧机负荷的变化。

ABB传动调试工具DDCTOOL中虽然可以调出每台直流电机的电流显示值，但是由于软件版本的限制，DDCTOOL只能单独查看一台电机的电流值，不能同时看到若干台电流的变化情况，而且不同轧机电流显示的切换，需要多步操作才能完成，给设备维护人员对设备监控带来很大不便。

自动化部操作站虽然能够同时显示多台轧机电流值，但是由于受到CPU扫描周期的限定，它不能实时存储电流值，也没有历史曲线的功能，对于设备发生故障以后的原因分析和判断不能起到有效的参考价值。

2   方案的确定

为了对轧线主电机的运行状况进行有效跟踪和监视，同时为了适应工艺设备的改造，便于分析工艺调整参数的科学性，采用先进手段对主机电流值进行采集和存储，提高了设备故障分析的针对性，为技术人员提供数据支持，我们根据现有设备状况，结合ABB传动设备的结构，决定对轧线轧机主电机设备的电流数值进行实时采集和存储。

首先我们计划选用电流互感器通过高速数据采集卡将数据信号传送到工控机处理，再通过系统软件换算成与实际相对应的电流值显示出来。此方案工程量大，需要敷设电缆的数量较多，而且信号采集过程中容易受到干扰而造成失真。同时系统中所用的电流互感器价格昂贵，而且不易更换与维护。

经过讨论分析，后我们计划采用当前流行的PLC进行电流数据的采集和存储，实现轧机电流实时监视。该项目采用西门子S7－300为主控制器，以Wincc6.0为组态软件，在原ABB传动柜基础上实时采集各台轧机电机的电流。系统结构图如图2所示：

系统直接从DCV传动柜A10板的（X4：5，6）端子采集0－10V电压信号，通过以太网实现PLC与上位机的通讯，实现了数据快速传送和实时更新。