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PLC實(shí)現(xiàn)兩線連接型數(shù)顯儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)

作者: 時(shí)間:2011-06-27 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

引言

本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/161907.htm

目前的有時(shí)需借助于專用的人機(jī)界面(HMI)、工業(yè)PC來顯示過程變量或設(shè)置參數(shù)。HMI和IPC不僅增加了的成本,而且無法適應(yīng)高溫、高濕熱、多粉塵的工作環(huán)境。如果使用系統(tǒng)的I/O直接驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管進(jìn)行顯示,則需要占用大量的PLC系統(tǒng)I/O資源。本文采用單片機(jī)和程序控制技術(shù),通過特定的傳輸時(shí)序,只需使用PLC系統(tǒng)的2個(gè)I/O點(diǎn)即可其參示。

  1 硬件

  以STC89C51為核心的PLC系統(tǒng)兩線的硬件組成如圖1所示。整個(gè)硬件系統(tǒng)主要由STC89C51單片機(jī)、輸入接口、程序下載接口、數(shù)碼管顯示驅(qū)動(dòng)電路、按鍵輸入(可選)和報(bào)警輸出(可選)等部分組成。STC89C51和標(biāo)準(zhǔn)80C51保持硬件結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)兼容,提高了時(shí)鐘速率,擴(kuò)充了在系統(tǒng)編程(ISP)、在應(yīng)用編程(IAP)、電源欠壓檢測(cè)與復(fù)位、看門狗復(fù)位等功能,其I/O口經(jīng)過了特殊的,使其在工業(yè)控制環(huán)境中具有極高的可靠性[2]。

  
圖1 PLC系統(tǒng)兩線的硬件組成

  1.1 PLC系統(tǒng)輸入接口

  PLC系統(tǒng)通過兩個(gè)輸出點(diǎn)將顯示數(shù)據(jù)按照一定的時(shí)序傳給數(shù)顯。PLC系統(tǒng)一般有繼電器出、可控硅輸出、晶體管輸出和24V直流電壓輸出等多種形式可供選擇,一般使用其晶體管輸出或24V輸出形式經(jīng)過相應(yīng)的轉(zhuǎn)換電路數(shù)顯儀表。為了適應(yīng)兩種輸出形式,采用光電耦合器統(tǒng)一將PLC系統(tǒng)的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為TTL電平信號(hào)。如果PLC系統(tǒng)的輸出形式為24VDC,例如西門子的S7系列PLC,則PLC輸出與光電耦合器輸入側(cè)的連接如圖2所示。如果PLC系統(tǒng)的輸出為晶體管集電極開路或漏極開路輸出,如三菱的FX系列PLC,則PLC輸出與光電耦合器輸入側(cè)的連接如圖3所示。無論采用何種連接方式,轉(zhuǎn)換后進(jìn)入STC89C51單片機(jī)的信號(hào)邏輯都與PLC系統(tǒng)的輸出邏輯保持一致。使用光電耦合器信號(hào)轉(zhuǎn)換,有利于提高系統(tǒng)的抗干擾能力,因?yàn)楦蓴_信號(hào)即使具有較高的電壓幅值,但其能量相對(duì)較小,形成的微弱電流一般不足以使光電耦合器導(dǎo)通[3]。轉(zhuǎn)換后的兩路信號(hào)分別作為數(shù)據(jù)線和時(shí)鐘線,連接到單片機(jī)的兩個(gè)外中斷輸入引腳,便于使用中斷方式傳輸顯示數(shù)據(jù)。

  
圖2 電壓輸出型PLC接口

  
圖3 晶體管輸出型PLC接口

  1.2 程序下載接口

  借助于ISP編程功能,可以通過RS-232C接口將程序代碼從計(jì)算機(jī)下載到單片機(jī)內(nèi)部的Flash中。程序下載接口一般為標(biāo)準(zhǔn)的RS-232接口,使用一片MAX232轉(zhuǎn)換芯片即可實(shí)現(xiàn)。

  1.3 數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)電路

  為了確保數(shù)碼管的顯示亮度,使用兩片74HC245實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)。其中一片74HC245用于驅(qū)動(dòng)4位共陰極數(shù)碼管的段碼,其輸入和單片機(jī)的P0口連接,輸出則經(jīng)限流電阻限流后與4位數(shù)碼管的8個(gè)段碼引腳連接。另一片74HC245驅(qū)動(dòng)4位數(shù)碼管的位碼,其輸入和單片機(jī)的P1.0~P1.3連接,輸出則分別和4位數(shù)碼管的公共端連接。

  2 傳輸時(shí)序

  1臺(tái)數(shù)顯儀表和PLC實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸時(shí)需占用PLC的2個(gè)輸出點(diǎn),分別用作數(shù)據(jù)線和時(shí)鐘線。由于顯示數(shù)據(jù)的傳輸是串行的,因此必須設(shè)計(jì)相應(yīng)的傳輸時(shí)序。構(gòu)建雙方的傳輸時(shí)序時(shí)必須充分考慮PLC系統(tǒng)的工作原理、輸出特性及其差異以及傳輸過程的可靠性等問題。綜合考慮這些因素后所設(shè)計(jì)的傳輸時(shí)序如圖4所示。傳輸1次顯示數(shù)據(jù)總共需要21個(gè)時(shí)鐘周期,其中3個(gè)時(shí)鐘用于同步信號(hào),16個(gè)時(shí)鐘用于傳輸顯示數(shù)據(jù)的4位BCD碼或特定的提示字符,2個(gè)時(shí)鐘用于傳輸2位表示小數(shù)點(diǎn)顯示位置的信息。顯示數(shù)據(jù)和小數(shù)點(diǎn)位置信息的低位在前,高位在后。例如,圖4表示傳輸?shù)娘@示數(shù)據(jù)為8951,小數(shù)點(diǎn)位置信息為10,表示小數(shù)點(diǎn)在十位之后,因此最終顯示數(shù)據(jù)為895.1。

  
圖4 數(shù)顯儀表和PLC系統(tǒng)之間的傳輸時(shí)序

  由于PLC系統(tǒng)基于掃描原理周而復(fù)始地刷新輸入信號(hào)、執(zhí)行用戶程序和輸出運(yùn)行結(jié)果[4],在一個(gè)掃描周期內(nèi)讓PLC系統(tǒng)的輸出信號(hào)發(fā)生跳變難于實(shí)現(xiàn),因此圖4的一個(gè)時(shí)鐘周期需要占用PLC系統(tǒng)的兩個(gè)掃描周期。每次傳輸過程增設(shè)3個(gè)同步脈沖是為了提高傳輸過程的可靠性,確保PLC系統(tǒng)及其傳輸線路無論出現(xiàn)何種故障,都可以在故障恢復(fù)后的一個(gè)傳輸周期內(nèi)正確地傳輸顯示數(shù)據(jù)。


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