基于A(yíng)R嘞CAN總線(xiàn)的嵌入式PLC設計
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開(kāi)關(guān)量輸出電路是嵌入式PLC與外部連接的輸出通道，PLC通過(guò)它向外部現場(chǎng)執行部件輸出相應的控制信號。開(kāi)關(guān)量輸出通常有晶體管輸出和繼電器輸出兩種形式。本設計中，開(kāi)關(guān)量輸出電路采用了13路繼電器輸出，器件選用松樂(lè )SRD-24VDC-SL-C，繼電器輸出電路可用于直流負載，也可用于交流負載，它特別適合于對動(dòng)作時(shí)間和工作頻率要求不高的場(chǎng)合。其電路圖如圖3所示。D1為穩壓二極管1N4148，因為直流繼電器的線(xiàn)圈在斷開(kāi)時(shí)會(huì )產(chǎn)生反向電動(dòng)勢，這時(shí)需要在繼電器兩極并接一個(gè)1N4148來(lái)進(jìn)行快速放電。本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/149655.htm
2．2 模擬量輸入模塊
模擬量輸入電路的主要功能是把現場(chǎng)測量到的模擬量信號轉變成PLC可以處理的數字量信號。A／D轉換器是模擬量輸入電路的主要器件，STM32微控制器內部含有8路10位A／D轉換器，配合信號調理電路以及相應的控制電路，可以完成模擬量的采樣和轉換。轉換后的數字量由CPU讀入PLC系統的輸入映像緩沖區，從而完成對模擬量的采集。
本設計中，模擬量輸入電路有8路4～20mA電流輸入。4～20mA直流信號制是國際電工委員會(huì )(IEC)制定的過(guò)程控制系統用模擬信號標準。在工業(yè)現場(chǎng)，如果采集的信號經(jīng)調理后是電壓信號并且進(jìn)行長(cháng)線(xiàn)傳輸，會(huì )產(chǎn)生以下問(wèn)題：第一，由于傳輸的信號是電壓信號，傳輸線(xiàn)會(huì )很容易受到噪聲的干擾；第二，傳輸線(xiàn)的分布電阻會(huì )產(chǎn)生電壓降。為了解決上述問(wèn)題和避開(kāi)相關(guān)噪聲的影響，工業(yè)現場(chǎng)大量采用電流來(lái)傳輸信號。
2．3 CAN總線(xiàn)接口電路
CAN總線(xiàn)是一種支持分布式實(shí)時(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò )，采用對通信數據進(jìn)行編碼的方式，使得CAN總線(xiàn)上的節點(diǎn)數量理論上幾乎不受限制。然而實(shí)際上，CAN總線(xiàn)上的節點(diǎn)數量不宜超過(guò)100個(gè)。每一個(gè)嵌入式PLC通過(guò)CAN總線(xiàn)實(shí)現與上位機的通信，傳輸距離可達10km，通信速率高、可靠性高、抗干擾能力強。由于STM32F103X內部已集成CAN總線(xiàn)控制器，因此只需要外接CAN收發(fā)器即可，使得電路更加簡(jiǎn)潔而且成本更低，同時(shí)可靠性得以提高。CAN收發(fā)器采用TI公司的SN65HVD230供電電壓為3．3V的CAN總線(xiàn)收發(fā)器，該收發(fā)器采用差分收發(fā)方式，最高速率可達1Mb／s，具有高抗電磁干擾、CAN總線(xiàn)保護、斜率控制等特點(diǎn)，電氣連接簡(jiǎn)單，使用方便，完全滿(mǎn)足工業(yè)級產(chǎn)品的技術(shù)要求。通信接口電路如圖4所示。
3 系統軟件設計
由于嵌入式PLC在工業(yè)控制方面的實(shí)時(shí)性和穩定性要求，選用μC／OS-II操作系統來(lái)管理任務(wù)調度。μC／OS-II是一個(gè)專(zhuān)為嵌入式應用設計，基于優(yōu)先級調度的搶占式實(shí)時(shí)操作系統內核，它包含了任務(wù)調度、任務(wù)管理、時(shí)間管理、任務(wù)間通信與同步等功能。各任務(wù)之間通過(guò)信號量、郵箱和消息隊列實(shí)現相互間的數據交換和同步。
本系統軟件部分由下位機控制程序和上位機監控程序兩部分組成。前者主要負責讀取開(kāi)關(guān)量和模擬量的輸入數據，控制開(kāi)關(guān)量輸出，并且負責通過(guò)CAN總線(xiàn)將數據上傳給上位機，以及接收來(lái)自上位機的命令；后者則通過(guò)人機交互界面來(lái)監控嵌入式PLC的狀態(tài)。系統需要先完成μC／OS-II操作系統的移植，然后利用μC／OS-II操作系統提供的API函數以及ARM微控制器集成開(kāi)發(fā)工具Keil開(kāi)發(fā)嵌入式PLC系統的控制程序。
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