江吳芳 陸志強

（廣州市輕工高級技工學校，廣東 廣州 510220）

1 系統(tǒng)開發(fā)背景

近年來隨著自動化技術的發(fā)展，PLC控制的自動化設備的應用范圍越來越廣，其技術性能不斷提高和完善，特別在集成化、智能化等方面，越來越突出。一臺大型的自動化設備，需要控制的可編程控制器的數(shù)量也隨著提升，在設備調試過程中，經(jīng)常需要轉換編程端口，操作繁瑣且對設備造成一定程度的損壞。以我校自動化生產(chǎn)設備為例，由于實訓過程中經(jīng)常拔插，可編程序控制器的接口、編程電纜的接口損壞嚴重，該設計正好解決此問題，可以快速更換通訊接口，操作簡單，且不損壞設備，同時還能實現(xiàn)不同型號、品牌的PLC通訊端口的轉換。

2 系統(tǒng)總體設計方案

設計要求：設計PLC接口轉換器的硬件電路圖，并使用相應的軟件實現(xiàn)硬件和軟件的仿真、調試。實現(xiàn)功能如下：

（1）能夠同時實現(xiàn)與5臺可編程序控制器的通訊傳輸；

（2）同步顯示5個通信通道的工作指示；

（3）設計繼電器的電流放大電路，驅動相電壓位5V、相電流位為0.4A的繼電器工作；

（4）系統(tǒng)應具有啟動停止功能。

根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，可以劃分為控制模塊、驅動模塊、鍵盤模塊、顯示模塊、通訊接口模塊及電源電路五大部分，如圖1為PLC接口轉換器系統(tǒng)圖。

圖1 PLC接口轉換器系統(tǒng)圖

3 系統(tǒng)分析與設計

3.1 硬件設計

本項目以AT89C51單片機芯片為核心控制系統(tǒng)，不斷對鍵盤信號進行掃描，產(chǎn)生中斷信號，控制系統(tǒng)對中斷信號進行響應，并禁止輸出響應信號，驅動繼電器，連通鍵盤對應的通訊通道同步發(fā)出指示信號，顯示該通道現(xiàn)在處于工作狀態(tài)。與此同時，單片機控制系統(tǒng)禁止響應中斷，在通訊傳輸完成之前，其他通道的信號選擇不予響應。

1）主控部分：本系統(tǒng)的控制功能并不復雜，Atmel公司的AT89C51系列單片機芯片能夠滿足，且價格便宜，體積小，功耗低，編程靈活，硬件電路相對簡單，易實現(xiàn)，因此用它作為中央控制器。

2）驅動模塊：由于通過繼電器來控制通訊信號線的接通與斷開，單片機的驅動電流比較小，無法驅動繼電器控制電路。如果通過功率放大電路來實現(xiàn)，電路制作較復雜，參數(shù)選擇困難，甚至需要多級放大，運行狀態(tài)存在不穩(wěn)定現(xiàn)象。于是驅動模塊采用ULN2003芯片驅動，當輸入端為低電平時ULN輸出端為高電平，繼電器得電吸合，且芯片自身功耗小，驅動能力強，可靠性穩(wěn)定性高，體積小，電路簡單，使用更加方便。

3）鍵盤模塊：鍵盤按鈕包括檔位按鈕和停止按鈕，由于在傳輸過程中不允許更換通道，采用74LS08與門芯片，對不同檔位之前的信號起到互鎖的作用。一旦選定通道，必須按下停止按鈕，才能夠重新選擇通道。

4）顯示模塊：LED指示燈與繼電器線圈并聯(lián)，同步指示繼電器的工作狀態(tài)，方便操作系統(tǒng)時，能夠清晰指示工作通道。

5）通訊模塊：由于本系統(tǒng)沒有更改通訊傳輸?shù)臉藴?，只是對于通信信號線進行控制，通過繼電器控制信號的接通與斷開，該通訊模塊主要是RS232通訊接口，預備擴展的通訊接口有RS485、USB等通訊接口。

3.2 軟件設計

軟件實現(xiàn)鍵位掃描、消除抖動、按鍵互鎖、外部中斷響應、信號指示燈顯示等功能，程序流程圖如圖2所示。

圖2 程序流程圖

3.3 電路調試

基于理論知識層面設計出PLC接口轉換器系統(tǒng)的硬件電路和軟件程序，從本質上是理論的分析，需要進一步驗證其可行性和穩(wěn)定性。根據(jù)系統(tǒng)的設計方案，在實際電路制作之前，先進行電路的仿真驗證，測試系統(tǒng)的可行性，檢驗系統(tǒng)是否需要改進或者存在什么不足之處，以便更好的實現(xiàn)功能。

圖3 硬件電路圖

1）系統(tǒng)仿真調試

對于單片機硬件電路和軟件編程的仿真調試，Proteus提供了2種方法：一種是總體執(zhí)行效果，一種是對軟件的分步調試以監(jiān)控具體的執(zhí)行情況。

系統(tǒng)仿真調試過程如下：（1）打開proteus仿真軟件，調用元器，繪制硬件電路圖，具體電路如圖3所示；（2）將編寫好的程序加載到電路圖中，并編譯仿真調試。打開調試軟件，采用單步調試和斷點調試的方法，監(jiān)控電路運行效果，功能是否與系統(tǒng)設計要求一致，調試過程如圖4所示。

圖4 軟件調試

2）硬件電路調試

系統(tǒng)通過軟件仿真成功，進入實物制作與調試階段。調試步驟如下：

（1）上電前電路檢查，包括電源的連接、對芯片的焊接方向、引腳是否短路和斷路進行檢查，在確認焊接沒有任何問題的情況下才能通電。

（2）上電檢查：在確認電路沒有焊接錯誤的情況下，進行上電檢查，判斷電路是否存在異常，如芯片發(fā)熱。

（3）電路通電無異常情況下，檢查各部分電路的工作電壓是否正常，同時檢查單片機的晶振電路，確定晶振是否起振，以保證電路能夠正常工作。

（4）按住復位鍵，確保單片機保持在復位狀態(tài)，測量各引腳的電平狀況，可判斷單片機是否正常工作。

（5）單片機正常工作情況下，燒錄程序，進行實際電路調試。

4 結束語

本系統(tǒng)設計采用單片機AT89C51為核心控制器，通過鍵盤電路實現(xiàn)對不同通訊傳輸信號線的選擇，能夠實現(xiàn)在拔插傳輸線的情況下計算機可與多臺可編程控制器進行傳輸。本系統(tǒng)還預留端口，用于其他通訊接口的擴展，如USB、RS485等通訊接口。將該轉換器在自動化生產(chǎn)設備上試運行，狀況良好。市面上的通訊電纜線是簡單的將數(shù)據(jù)線和電源線并接在一起，只能適用于軟件能夠識別不同序列號的CPU，才能實現(xiàn)對不同可編程序控制器的數(shù)據(jù)鏈接。但由于某些品牌的可編程序控制器的編程軟件沒有這個識別功能，故目前市面上的轉接器只能針對某一品牌使用，不具有通用性。由于采用標準的通訊接口，本系統(tǒng)是通過對信號線進行控制，不涉及編程軟件問題，因此本轉接器能夠適用不同品牌的可編程序控制器的數(shù)據(jù)鏈接。

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