浅析PLC综合实验系统的实现

【摘 要】近年来，由于我国电力部门PLC试验和PLC检测受到很多因素的影响和限制，使得我国电力行业发展比较缓慢。现如今，研究出一种PLC综合实验系统，这将很容易解决上述问题。PLC综合实验系统主要由计算机上的模拟软件与I/O接口电路两部分组合而成。本文通过PLC综合实验系统的结构与工作原理展开了讨论，进而又对系统设计和硬件实现的各种技术方法进行了阐述。只有对PLC综合实验系统充分了解和认识，才可以提高PLC实验效率，取得良好的实验效果。

【关键词】PLC；综合实验系统；设计；调理；仿真

1 前言

事实上，PLC是数学运算操作系统，数据采集既有数字量又有模拟量两种形式、自动诊断故障、DCS生产监控等功能。PLC综合实验系统具有较强的抗干扰能力与适应能力，不仅可以应用到工业环境中，而且也为工业系统的自动化、智能化创造了有利的条件。根据我国电力部门检测技术的要求，目前工作效率的提高是供电部门首要解决的问题。经过大量实践表明，只有开发出具有完善功能、使用便捷的PLC综合实验系统才可以真正提高PLC的检测效率，取得良好的实验效果。

2 系统设计和硬件实现

在设计PLC实验装置的过程中，必须要全面考虑到各种硬件使用的普遍性、经济性、通用性等，使设计的系统既能减少成本又可以缩短开发的周期。

2.1 系统方案

PLC综合实验系统主要由PC机模拟软件与I/O接口电路两部分组合而成。PLC综合实验系统的工作原理分以下几个步骤进行：第一，运用Lab view技术来建立PLC综合实验系统的仿真模型；第二，PC机和PLC硬件连接要通过I/O接口电路才能够实现，在连接完成后，要处理开关量和模拟量信号，从而实现输入信号和输出信号在规定时间读取；第三，使用USB总线把已经处理好的数据传输给建立PLC综合实验系统的仿真模型，使仿真模型进行相应的动作，在运行过程中，PLC综合实验系统根据输入信号的变化就会在PC机上呈现出新的数据。工作人员根据界面的程序对控制系统的运行情况进行监控，以此方法完成PLC综合实验系统的调试。

2.2 硬件和相关模块的设计

PLC硬件主要包含两部分：单片机模块与信号调理模块。信号调理模块又分为三部分：开关调理电路、D/A转换器和稳压电源，其功能是将PLC信号电气特点和单片机电气特点互相匹配。目前，根据实验需求，对USB结构进行了深入研究，并且已经建立了系统硬件框架。各个硬件电路具有各自不同的功能和作用。其中，单片机和周围电路是实现PLC接收信号的读写和USB通信。而D/A转换器主要接收单片机传输的各种信号，从而输出四路模拟量，通过信号转换将信号传输给PLC模拟板块。通常情况下，稳压电源主要有5v和3.3v。

2.3 信号调理

通常情况下，将PLC模拟量电压控制在-5v~+5v之间，同时把放大器的输出端和PLC的模拟输入端相连接。如果输入电压在0~5v范围内变化，那么输出电压也就在-5v~5v范围内不断变化。在调理信号过程中，将PLC模拟输出模块和编程端口共同和地相接，然而PC机和编程端口相连必须借助PPI电缆，同时将电路板和PC机和大地相接。为了确保输出信号的准确性与稳定性，需要在放大器输入和输出两端加入约0.1uF的电容。在PPI电缆内部造成PLC模拟量输出和电路板产生一定的电势差，所以，不可以带电直接插拔电源。消除PLC模拟量输出和电路板产生的电势差可以在二者之间加入反相器，再通过加法电路减少电压的偏移。同时在电缆放大器和单片机两端口加入稳压管，避免因工作人员的疏忽从而超出点偏激管脚的电压范围，起到保护单片机的作用。

3 固件设计

3.1 单片机程序设计

单片机的固件程序由四部门组成：主循环程序、标准请求、USB中断服务、描述配制程序。其中USB设备的识别与运行检测需要借助标准设备请求与描述配制程序共同完成，中断服务可以接收中断服务信号，执行输出信号。各个模块具有不同的作用和功能。主循环模块通常用于系统的初始化，而且会调用子函数程序实现信号转换，完成数据读写操作；数字量输入和输出模块是读取单片机输入信号电平状态，刷新电平引脚电平，进而使PLC的开关量对信号进行读写操作。

3.2 USB通信

事实上，USB总线传输数据的过程非常复杂，主机是控制USB数据传输信号的执行者。USB2.0规范将传输过程分成多个数据传输模块，而且每个数据传输模块又可以分为多个部件组成：令牌包、数据包和握手包。主机发出令牌包，说明数据传输模块的性质与通信对象，数据包IN表明是由主机发回握手包；数据包的OUT表明是从主机发动到设备，进而从设备再发回握手包。在实际生活中，不同的USB传输的数据会有不同的要求，例如：传输大小、传输速度等要求。由于各自的要求不同，将USB传输数据分为四大类：控制传输、批量传输、中断传输、同步传输。这四种类型中的控制传输必须从端点0配置，但是，其它类型的传输并没有特殊的要求。

3.3 PLC检测仿真

运用Lab view技术来建立PLC综合实验系统的仿真模型，结合PLC在实际生产中的运行状况在PC机作出相应的动作，同时对运行状况进行监控，展现出动态效果。对PLC进行控制检测过程中，必须将I/O电路板和PLC两个端口相连接，并结合电力部门的检测要求，设置检测条件，进而可以按照实际需求，对设计程序加以适当调整。

4 PLC综合实验系统的实现

经过大量实验证明，根据上述的设计思想，新型的PLC综合实验系统就能满足实际的需要。运用虚拟仿真技术和USB技术研制出PLC综合实验系统，从而创造出良好的PLC实验和检测环境，使PLC系统检测的可靠性提高了，而且对检测的设备不会受实验仪器的限制，对检测来说，将会更加方便。运用Lab view技术来建立PLC综合实验系统的仿真模型，可以更好的解决当前PLC检测过程中被控对象缺少的问题，因此，具有非常广阔的发展前景。

5 结束语

总体说来，近年来，由于我国电力部门PLC试验和PLC检测受到很多因素的影响和限制，使得我国电力行业发展比较缓慢。因此，有关专家经过深入探讨，研究出了一种PLC综合实验系统。经过实践表明，PLC综合实验系统具有较强的抗干扰能力与适应能力，不仅可以应用到工业环境中，而且也为工业系统的自动化、智能化创造了有利的条件。根据我国电力部门检测技术的要求，PLC综合实验系统发挥出良好的效果，因此，具有非常广阔的发展前景。

参考文献：

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