黔西南州西门子PLC总代理商

　一．引言
　　随着人们对牛奶质量要求的提高，国内自动化奶场数量也不断增加，为了保证奶源的质量，大部分牛奶加工厂对挤奶环节提出了更高的要求，这就迫切需要采用配置清毒功能的自动挤奶机替代人工挤奶，因此，国内的挤奶机市场需求与日俱增。但是，目前国内使用的挤奶机大部分是进口瑞士、以色列、日本、美国等国家的产品，这就为国内挤奶机设备生产厂家提供了广阔的市场空间。
　　自动挤奶机中，对脉冲发生器的控制是影响牛奶质量和数量的关键因素，德维森科技（深圳）有限公司的V80系列小型 PLC因其特有的功能和的性价比在该设备行业发挥了出色的作用。
　　二．系统构成
　　挤奶机主要由三部分构成：真空泵、脉动发生器以及挤乳机组，其核心的控制部分是脉动发生器，通过脉动发生器的脉冲控制真空泵，在乳杯中交替地形成真空和负气压。首先进入吸乳阶段，牛乳被真空泵从乳头中吸出，通过输奶管输送到储奶灌；然后进入按摩阶段，压力作用下使牛乳从乳房的腺泡流入乳池。于是，又一次吸乳开始重复上一次动作。从奶牛生理特性的考虑，脉动频率为每分钟为50-60次，并且脉宽比例不能大于50%
　　三．工艺流程
　　由于挤奶机要求产生50～60Hz的脉冲，真空泵需要直流电压供电，所以选用了海维深科技有限公司的V80系列的M40DT-AC型号的小型PLC，它具有24点DC输入，16点晶体管输出。每一路晶体管大可带24V，0.75A的负载，电源具有宽电压使用范围（85－265V）。V80系列PLC质量可靠、性能稳定，并已通过了欧洲标准的CE认证，比较适合于在偏远的农牧场工作。
　　脉动发生器主要由一个V80M40DT-AC外接一个文本屏构成。文本屏实现脉动发生器的参数设置，主要是脉动频率以及脉宽比例的设置。16点晶体管输出，分为8组，每2个输出点为一组，每一个输出点可接2－3个真空泵。这样一个M40DT的PLC可供16－24头奶牛同时挤奶。同时，提供16点晶体管输出的扩展模块，每台V80M40DT-AC可以带大7个扩展模块，从而使PLC控制的点数大大的增加，可满足多种规模挤奶场的需求。
　　V80 PLC具有2个通讯接口，一个RS232接口，一个RS485接口。2个通讯接口都支持标准的MODBUS协议，可以方便的与各类文本屏，触摸屏等人机交互设备连接。
　　同时V80 PLC具有大量的特殊功能继电器，可实现许多特定的功能。具体应用如下：
　　09925——第一次运行标志继电器，仅在PLC第一次运行周期时为ON，可用于对系统参数进行设置，例如，清除一些开关状态，初始设定一个脉冲频率和脉冲比例等。
　　09923——输入输出保持继电器，设置该继电器，PLC掉电时将会保留当前的输入输出状态，下次上电会重新加载输入输出的状态，复位该继电器，PLC第一次运行时清除以前的输入输出状态。
　　09924——寄存器保持继电器，设置该继电器，PLC掉电时将会保留当前的寄存器的数值，下次上电将重新加载所有的寄存器，复位该继电器，PLC第一次运行时清除以前的寄存器的数值。   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，即第一个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