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国产化可编程控制装置开发研究 　　摘 要：可编程序控制器（PLC）是电气控制领域的一项关键技术。我国的PLC技术起步晚，目前大多数引进国外产品。而在我国，很多工业控制现场（比如中、小型水电站）综合自动化系统只需简单的顺序控制，这就造成了引进装置的功能、费用浪费。基于此目的研制出投资少，功能简单的可编程控制装置，应用于小水电站等工业控制中具有现实意义。 　　关键词：可编程控制装置 小水电站 自动化 　　 　　前言 　　可编程控制器(PLC)是以计算机为基础的专用控制装置。相比国外而言，我国的PLC技术比较薄弱。我国的PLC装置生产厂家不能形成一定的规模，但在工业应用方面很灵活，大部分采用国外的PLC产品。尤其是我国的大中型水电站，一般强调采用国外PLC技术，因其具有完善可靠的自动控制功能，以及能够自动起、停甚至事故自动停机等功能。小水电站与大中型水电站的条件有所区别，小水电站的工业现场相对较简单，对PLC的功能要求相对较简单。从而，引进国外的PLC装置提高了成本，同时造成了功能上的浪费。所以，开发一项我国自主研制的应用于小型水电站等不复杂工业现场的PLC装置将十分有意义。 　　一、可编程控制器的设计研究 　　本装置的开发主要针对中小型水电站控制系统，完成对现场测量信号（转速、温度、电量、非电量（模拟量和开关量））的处理和对现场设备的控制（即开关量输出信号）。采用模块化设计、总线结构、方便功能扩展。采用先进的处理芯片进行数据处理，使装置不仅能进行逻辑运算、计数、控制、定时等功能、而且能提高数据处理速度、抗干扰能力等。通过串口RS232、RS485完成与上位机的实时监控。板间通讯通过CPU的控制信号进行。 　　（一）装置功能模块设计 　　小水电可编程控制器装置采用模块化结构，由CPU（主控板）模块，电源模块，I/O（开入/开出）模块，A/D模块，各模块均通过背板上的系统总线相互连接起来构成一个系统。CPU、电源模块为装置的核心组成，CPU为开入、开出、A/D模块共设计了8个扩展位置，在这8个位置上可任意配置开入、开出和AD插件。装置使用19寸4U标准机箱。机箱后部采用16PIN凤凰端子17条和RS485、CAN、GPS接线端口。每块开关量输入输出板都具有30路开入或者开出。每块板卡都具有标准的硬件方式，便于用户的安装和使用。 　　整个装置的信号流图如图2-1： 　　图1-1：装置信号流图 　　1.主控板模块设计简介 　　PLC主控板是装置的基本插件之一，固定在装置的第五个插槽中，是装置软硬件的核心。主控板负责协调所有软、硬件关系和各项控制任务，如完成I/O信号处理、控制计算、与网络通信控制处理功能。主控板的性能将直接影响系统功能的可用性、实时性、可维护性和可靠性。 　　（1）主控板的运行方式有三种方式：运行方式、编程方式、监视方式。 　　1）运行方式 监控程序首先命令运行信号灯亮，然后进入开机处理程序。先输入采样信号，进入语句执行准备程序。取语句、分析语句和执行语句，直到结束指令为止。同时，进行两个运行中的判断。一是判断标志寄存器中的信息，是否允许输出。如允许，调用输出刷新新程序。如不允许，调用关闭输出程序，运行处理结束。二是判断是否要关机。如要关机，监控转入停机处理。如不停机，又进入运行管理。在停机处理中，关闭运行指示信号灯，保存内存内容，关闭输出，启用判别工作方式程序，以便响应用户对工作方式的选择。 　　2）编程方式 监控程序先进行编程准备，进行编程初始化，进行键盘操作准备工作。调用键盘操作入口程序；调用显示程序；调用键盘扫描程序；调用按键译码、分类、处理程序，进行在线编程。编程结束，返回到开机处理程序。 　　3）监视方式 在硬件系统中设置了时间监视器（WDT），又称看门狗、来辅助自诊断。在每次扫描前，WDT均复位。如果CPU出现故障，或用户程序执行时间超过，即超过WDT对扫描周期时间的设定值，PLC就不能进行复位操作，则说明了系统硬件或用户程序发生了故障，使扫描周期超时，WDT自动发出故障报警信号，PLC停止运行。WDT监视时间设定值一般为扫描周期时间的2～3倍，约为100～200ms，用户可根据实际运行时间予以设定。 　　（2）主控板结构 　　主控板由中央处理器、存储器、标准电源、通信接口等组成。中央处理器是PLC主机模块的心脏和大脑，本装置的中央处理器采用Motorola公司生产的高性价比、低功耗的16位定点DSP56800系列中的DSP56F807，该芯片是具有极高的处理数据的能力，能更快更准确的执行算术运算和逻辑运算。同时主控板上有译码器、时序发生器和操作控制器等元器件，负责译制二进制代码并调用，发出控制信号、协调各个部分的正常工作。主控模块的设计要考虑用户程序存储器的容量，存储