嵌入式PLC芯片組的多路模擬量應用開發(fā)

本文介紹了一種新的PLC開發(fā)過程——嵌入式PLC的開發(fā)。嵌入式PLC以用戶的應用為中心，軟硬件可由用戶根據(jù)工藝需要來裁剪，很好地滿足了用戶的個性化需求。

關鍵詞：嵌入式PLC芯片組系統(tǒng)軟件內核

如今工業(yè)控制產(chǎn)品已發(fā)展到一個追求個性化、差異化的階段。傳統(tǒng)的PLC產(chǎn)品已經(jīng)無法滿足更加細分化的市場需求，為了滿足這種需求，出現(xiàn)了嵌入式PLC產(chǎn)品。

一、嵌入式PLC

嵌入式PLC是將PLC系統(tǒng)軟件構建于控制器內，根據(jù)用戶控制需要定制硬件，以PLC的應用方式解決對象控制問題的PLC。它由兩部分組成：嵌入式PLC系統(tǒng)軟件和芯片組

1、嵌入式PLC系統(tǒng)軟件

嵌入式PLC系統(tǒng)軟件將PLC語言（梯形圖語言）、CAN總線嵌入到單片機中,使單片機的產(chǎn)品開發(fā)從使用匯編語言變?yōu)槭褂肞LC梯形圖語言,并具有CAN總線的互連特性。該系統(tǒng)軟件具有以下特點:1.以梯形圖語言為內核,添加了中斷管理系統(tǒng),能實現(xiàn)PLC無法實現(xiàn)的硬實時操作;2.強化運算能力,增加了CANBUS函數(shù)庫、浮點數(shù)庫、專家自整定PID、嵌入式WEB等,豐富了PLC的功能;3.提供開放式擴展結構,支持第三方開發(fā)擴展單元的接線;4.增加了網(wǎng)絡互連功能,在遠程端加載專用瀏覽器后,即可實現(xiàn)遠程監(jiān)控。
系統(tǒng)軟件包括三個部分。
①嵌入式PLC內核：　它完成實時任務調度、梯形圖語言解釋、執(zhí)行、通訊等基本功能，并提供二次開發(fā)驅動接口；
②二次開發(fā)驅動程序　通過系統(tǒng)軟件提供的外掛任務，使用內核開發(fā)各種面向具體對象個性化、差異化的驅動程序；
③終端應用程序　指面向工藝流程控制的梯形圖語言程序

2、嵌入式PLC芯片組

EASYCORE1.00是一個加載了嵌入式PLC系統(tǒng)軟件的核心芯片組，作為一款加載了系統(tǒng)軟件的硬件平臺，可以用來設計通用和專用PLC。
1）芯片組基本性能：
①供電：+5V200mA，RAM掉電保護5年。
②CPU：C8051F040。
③嵌入擴展能力
●32I/O：可復用成SPI、I2C接口及外中斷、外計數(shù)、AD等。
●4AD：12位精度，100KPS。
●2DA：12位精度，100KPS。
④通信接口
●CANBUS：系統(tǒng)軟件管理，使用工具軟件CANSet構建CANBUS總線網(wǎng)絡。
●UART0：系統(tǒng)軟件管理，用于梯形圖編程、監(jiān)控，支持人機界面及用戶驅動程序下載。
●UART1：系統(tǒng)軟件管理，用于下載CANBUS網(wǎng)絡參數(shù)、構建RS485網(wǎng)絡及支持第三方設備互連。
2）芯片組原理框圖：

二、應用開發(fā)

基于加載了系統(tǒng)軟件的核心芯片組，我們可以根據(jù)工藝需要來開發(fā)自己的嵌入式PLC產(chǎn)品。下面就介紹基于嵌入式PLC芯片組開發(fā)的16路輸入的模擬量PLC產(chǎn)品（可輸入標準信號或熱電偶信號）。

1、硬件設計

硬件整體結構圖如下：

AI0是芯片組內的一個AD轉換通道，P1.0—P1.4作為模擬開關的通道控制線來進行16個模擬信號通道間的切換。

（1）信號采集電路
用AD公司的高精密放大器OP07構成模擬信號放大電路，OP07具有低輸入偏移電壓（10uV）、低漂移電壓（0.2uV/℃）和寬范圍的供電電壓（±3V－±18V）,可以很好地滿足該產(chǎn)品的要求。在這里OP07由±5V供電，R18、R79作為調零電阻，輸出電壓由下式給出：Vout＝Vin（1＋R98/R56）。

（2）信號選擇電路
選擇16通道的模擬開關CD4067構成信號選擇電路，A、B、C、D、INH接到芯片組的P1.0－P1.4引腳，做為模擬開關的通道選擇控制信號。OUT引腳接到芯片組的AIN0，即第一個AD轉換通道。