喻學濤

摘 要： 為了提高電子網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備的可靠性，進行電子網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備自動控制系統(tǒng)設(shè)計。采用可編程邏輯芯片PLC作為主控芯片，控制系統(tǒng)主要包括功率放大器、信號采集模塊、通信模塊、主控模塊以及輸出接口電路模塊，對輸入電子網(wǎng)絡(luò)通信信號進行放大濾波處理，采用PLC進行邏輯控制，采用LabWindows/CV構(gòu)建I/O接口，實現(xiàn)控制指令的實時輸出，減小通信線路上的干擾。測試結(jié)果表明，采用該系統(tǒng)進行電子網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備自動控制，控制穩(wěn)定性較好，魯棒性較高。

關(guān)鍵詞： PLC； 電子網(wǎng)絡(luò)通信； 自動控制； 系統(tǒng)設(shè)計

中圖分類號： TN915.05?34； TP273 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2017）22?0107?03

Abstract： In order to improve the reliability of electronic network communication equipment， a automatic control system of electronic network communication equipment is designed， in which the programmable logic chip PLC is adopted as the main control chip. The control system mainly includes power amplifier， signal acquisition module， communication module， master control module and output interface circuit module to achieve the amplification filtering processing of electronic network communication signal. PLC is used for the logic control， and LabWindows/CV is employed for construction of I/O interface to realize the real?time output of control instruction and reduce the interference in the communication line. The test results show that the automatic control system for electronic network communication equipment has high control stability and high robustness.

Keywords： PLC； electronic network communication； equipment； automatic control； system design

0 引 言

在大數(shù)據(jù)信息傳輸和網(wǎng)絡(luò)通信信息系統(tǒng)設(shè)計中，電子網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備作為控制網(wǎng)絡(luò)通信的中央控制器，成為網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的中樞，電子網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備的自動控制系統(tǒng)是通過對通信信號的局部總線控制，在VL總線與處理機/存儲器連接，通過控制執(zhí)行器發(fā)送電子網(wǎng)絡(luò)通信執(zhí)行指令，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和微機總線控制[1]。通過設(shè)計電子網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備自動控制系統(tǒng)，提高網(wǎng)絡(luò)通信的穩(wěn)定性。當前，電子網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備自動控制系統(tǒng)采用的是Intel公司提出PCI總線控制的概念，實現(xiàn)對電子網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備中包括聲卡、網(wǎng)卡和顯卡的有效控制，但是該控制系統(tǒng)不能支持多組外圍設(shè)備，受制于處理器的速度和一級總線的匹配性能的影響，導致控制系統(tǒng)的可靠性不好，降低電子網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸能力。對此，本文進行控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計，提出基于PLC的電子網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備自動控制系統(tǒng)設(shè)計方案，首先進行系統(tǒng)總體設(shè)計描述，對電子網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備自動控制系統(tǒng)的各個功能模塊進行詳細分析，進行系統(tǒng)的硬件設(shè)計，實現(xiàn)集成電路設(shè)計。最后進行系統(tǒng)調(diào)試和分析，展示了本文設(shè)計的自動控制系統(tǒng)在提高電子網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備控制性能、輸入/輸出性能方面的優(yōu)越性。

1 總體結(jié)構(gòu)模型

基于PLC的電子網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備自動控制系統(tǒng)主要由功率放大器、信號采集模塊、通信模塊、主控模塊以及輸出接口電路模塊組成。控制系統(tǒng)采用模糊PID控制方法，首先對模糊PID控制算法進行交叉編譯設(shè)計[2]，在定義了基本控制方案的基礎(chǔ)上，進行通信控制系統(tǒng)參數(shù)配置，采用ISA/EISA/Micro Channel擴充總線作為被控系統(tǒng)的局部總線。根據(jù)系統(tǒng)功能和技術(shù)要求，進行系統(tǒng)總體設(shè)計構(gòu)架，得到本文設(shè)計基于PLC的電子網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備自動控制系統(tǒng)的接口組成如圖1所示。

根據(jù)圖1所示總體結(jié)構(gòu)構(gòu)造模型，進行系統(tǒng)模塊化設(shè)計。首先采用PLC進行邏輯總線控制，建立基于DSP信號處理器[3]，進行電子網(wǎng)絡(luò)通信信號采集及處理，構(gòu)建上位機通信模塊，通過DSP控制A/D轉(zhuǎn)換頻率，進行信號采集及功率放大處理[4]，得本文設(shè)計自動控制系統(tǒng)功能模塊結(jié)構(gòu)。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1 自動控制系統(tǒng)技術(shù)指標

電子網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備自動控制系統(tǒng)設(shè)計的技術(shù)指標描述如下：

（1） 控制信息采集的多通道數(shù)據(jù)記錄動態(tài)范圍為-40～40 dB，指令周期為DMA0，可以通過外部數(shù)據(jù)總線進行存儲器擴展，擴展總量為100 dB，128K×16 b片內(nèi)RAM輸出控制信息的幅度為[±10]V；

（2） 電子網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備自動控制系統(tǒng)的實時時鐘RTC設(shè)定為11，DMA控制器采用8通道同步、異步輸入；

（3） 采用多傳感器進行電子網(wǎng)絡(luò)通信信號的采樣，通信信道控制的采樣率大于等于1 200 kHz；endprint

（4） A/D模塊中VME總線傳輸?shù)腁/D分辨率為10位（至少）；

（5） 采用三端穩(wěn)壓LT1587將5 V的電壓轉(zhuǎn)變?yōu)?.3 V電源進行系統(tǒng)供電，PLC的靜態(tài)電流低于2 [μA，]配置PPI寄存器和DMA0寄存器；

（6） MXI總線控制的D/A轉(zhuǎn)換速率大于等于200 kHz。

根據(jù)上述設(shè)計的技術(shù)指標，進行系統(tǒng)的硬件模塊化設(shè)計。

2.2 硬件模塊化設(shè)計

對電子網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備的控制系統(tǒng)硬件模塊化設(shè)計主要包括功率放大器、信號采集模塊、通信模塊、主控模塊以及輸出接口電路模塊，分別設(shè)計描述如下：

（1） 功率放大器模塊。功率放大器是實現(xiàn)對采集的電子網(wǎng)絡(luò)通信信號的功率增益放大和倍頻控制功能[5]。首先分析電子網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備自動控制系統(tǒng)功耗組成，自動控制系統(tǒng)功耗主要由靜態(tài)功耗[Pspc]和動態(tài)功耗[Pdpc]組成，即：

采用L1指令存儲器進行電子網(wǎng)絡(luò)通信信號采集后信號存儲，由于動態(tài)功耗與[ITC]，[CT]和[fp]相關(guān)。通過并口方式進行功率放大設(shè)計，采用SPI接口方式，進行信號增益控制，信號帶寬35 MHz，輸出信號幅值滿足設(shè)計技術(shù)指標。

（2） 信號采集模塊。信號采集模塊是實現(xiàn)對自動控制系統(tǒng)的通信信號采集和處理功能，使用的信號采集器L1的指令存儲包括64 KB的SRAM，自動控制系統(tǒng)的訪問速度與L1存儲器進行同步或異步中斷采樣。

（3） 通信模塊。通信模塊是實現(xiàn)自動控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸通信功能，控制系統(tǒng)包括通信模塊2個32 KB SRAM的Bank。系統(tǒng)的集成控制模塊包括了12通道DMA收發(fā)轉(zhuǎn)換電路、模擬信號預處理機、2個雙通道全雙工同步串行通道、功率放大器等功能[6]。通信模塊接口配置如圖2所示。

（4） 主控模塊。主控模塊是整個自動控制系統(tǒng)的核心，采用PLC進行邏輯控制，通過并行外設(shè)接口實現(xiàn)交流驅(qū)動放大。采用PXI總線內(nèi)部系統(tǒng)進行時鐘控制，通過A/D采樣電路對采集的電子網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備的參量信息進行自整定性控制，如RISC式微處理器指令集，采用PXI總線技術(shù)進行外部觸發(fā)控制，用5409A作為PCI主控模塊時鐘中斷控制芯片，選用PCI9054作為PCI地址/數(shù)E2PROM接口，實現(xiàn)電子網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備的自動控制[7]。主控模塊的硬件電路設(shè)計如圖3所示。

（5） 輸出接口模塊。輸出接口電路是實現(xiàn)電子網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備自動控制系統(tǒng)的輸出控制和增益放大調(diào)制功能，對輸入電子網(wǎng)絡(luò)通信信號采用PLC進行邏輯控制，采用LabWindows/CV構(gòu)建I/O接口，實現(xiàn)輸出接口配置，接口配置的狀態(tài)字結(jié)構(gòu)模型見表1。

3 實驗測試分析

實驗測試建立在Visual DSP++ 4.5平臺基礎(chǔ)上，構(gòu)建集成開發(fā)環(huán)境，使用調(diào)試器進行自動控制系統(tǒng)控制性能調(diào)試。在專家連接器VCSE中查看電子通信信號輸出性能，當VCC不足3.2 V時，OUT被撤銷。可以通過外部數(shù)據(jù)總線進行存儲器擴展，擴展芯片采用是DIP?8和SO?8兩種封裝方式，在PLC可編程邏輯控制下完成系統(tǒng)集成設(shè)計，在完成系統(tǒng)封裝和聯(lián)調(diào)編譯基礎(chǔ)上，測試控制系統(tǒng)收斂性曲線如圖4所示。分析得出，采用本文方法進行控制系統(tǒng)設(shè)計，對電子通信設(shè)備控制收斂性較好，提高了設(shè)備穩(wěn)定性。

4 結(jié) 語

本文進行了電子網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備的自動控制系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計研究。采用可編程邏輯芯片PLC作為主控芯片，主要對控制系統(tǒng)功率放大器、信號采集模塊、通信模塊、主控模塊以及輸出接口電路模塊進行詳細設(shè)計，設(shè)計系統(tǒng)滿足設(shè)計指標，控制穩(wěn)定性較好，魯棒性較高，具有較好的應用價值。

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