李菁川

（武漢職業(yè)技術(shù)學(xué)院，武漢 430074）

隨著科技不斷進(jìn)步，工業(yè)模塊幾乎都用上了智能控制系統(tǒng)，所以了解和掌握智能化裝置是必要的。單片機(jī)和PLC在智能化裝置中起關(guān)建作用，而它們的試驗(yàn)通常互相獨(dú)立，兩項(xiàng)技術(shù)難以聯(lián)系在一起，但單片機(jī)與PLC的實(shí)際應(yīng)用緊密相連，全面掌握單片機(jī)和PLC的控制技術(shù)是關(guān)鍵一步。本試驗(yàn)是一種多元化試驗(yàn)，是可以提高學(xué)生綜合實(shí)踐能力的開放式試驗(yàn)，該試驗(yàn)有利于激發(fā)學(xué)生的想象力，使學(xué)生在了解單片機(jī)和PLC各自的特點(diǎn)時(shí)，還能將兩項(xiàng)技術(shù)相結(jié)合。

1 多模式綜合試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于PLC和單片機(jī)的多模式綜合試驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，該試驗(yàn)主要分為三部分內(nèi)容。第一是控制層，這是整個(gè)系統(tǒng)中的一個(gè)控制器，通過一系列復(fù)雜的計(jì)算機(jī)編程對(duì)系統(tǒng)整體進(jìn)行有效的控制，這個(gè)控制系統(tǒng)之所以能夠?qū)φ麄€(gè)試驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行有效控制，主要是因?yàn)樗鼉?nèi)部含有多個(gè)重要板塊，這些板塊由控制器、單片機(jī)以及光電編碼器等元件組成，這些原件對(duì)整個(gè)系統(tǒng)中的每個(gè)環(huán)境進(jìn)行作用，保證每個(gè)環(huán)節(jié)都能夠順利地進(jìn)行工作[1]?？刂茖釉诠ぷ鲿r(shí)，PLC對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度進(jìn)行有效調(diào)節(jié)，基于PLC，人們可以把這種調(diào)節(jié)分為多段速調(diào)速以及閉環(huán)PID無級(jí)調(diào)速兩種調(diào)速方法。除此之外就是利用單片機(jī)進(jìn)行調(diào)速，這些單片機(jī)通過以上兩種方法進(jìn)行工作。在實(shí)際工作中，要采用一些工業(yè)軟件進(jìn)行相關(guān)的輔助工作，目前行業(yè)內(nèi)普遍采用的是MCGS軟件，這一款軟件可以通過計(jì)算機(jī)編程對(duì)整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)和調(diào)節(jié)，控制整個(gè)系統(tǒng)有效工作，它還能夠?qū)φ麄€(gè)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，利用智能分析對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的分析，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化操作，減少實(shí)際工作中的人力投入，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性以及有效性，保證整個(gè)系統(tǒng)能夠順利進(jìn)行工作。整個(gè)系統(tǒng)的整體效果如圖1所示。

2 用單片機(jī)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行多速段變頻調(diào)速

在實(shí)際工作中為了對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行有效的控制，人們通常采用一種多速段變頻調(diào)速的方法，這種調(diào)速方法主要應(yīng)用單片機(jī)。整個(gè)系統(tǒng)通過變頻器對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)、停止、正轉(zhuǎn)以及反轉(zhuǎn)等主要運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行調(diào)節(jié)，這種調(diào)節(jié)通過變頻器的連接以及接點(diǎn)的控制進(jìn)行，改變和調(diào)節(jié)電流的輸入以及輸出，從而改變運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的速度頻率，不同的速度頻率對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)會(huì)產(chǎn)生直接影響。

當(dāng)使用單片機(jī)對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，最關(guān)鍵的就是改變繼電器的狀態(tài)。正常工作過程中，繼電器的狀態(tài)與單片機(jī)的狀態(tài)有直接聯(lián)系，它們通過電流運(yùn)動(dòng)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，在改變繼電器電流時(shí)，相應(yīng)的變頻器狀態(tài)以及功能也會(huì)發(fā)生變化。通過這一規(guī)律，人們就可以利用單片機(jī)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行多速段變頻調(diào)速。

圖1 系統(tǒng)整體框架

3 利用PLC對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行閉環(huán)PID變頻調(diào)速

利用PLC對(duì)操作系統(tǒng)進(jìn)行閉環(huán)PID變頻調(diào)速是目前普遍使用的方法，PLC在該控制系統(tǒng)中起著重要的作用，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制。其有三個(gè)主體控制器、執(zhí)行器以及控制對(duì)象，控制器是PLC，執(zhí)行器是系統(tǒng)中的變頻器，最后的系統(tǒng)電機(jī)是控制對(duì)象。在工作過程中，PLC能夠及時(shí)收集到電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的相關(guān)情況并對(duì)其作出反應(yīng)，由控制器將信號(hào)傳遞到變頻器中，通過這些信號(hào)，PLC對(duì)變頻器進(jìn)行有效的調(diào)節(jié)，改變變頻器的參數(shù)和頻率，再由變頻器作用于系統(tǒng)電機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的有效控制。這種控制的模式是封閉的，因此被稱為閉環(huán)調(diào)速。

變頻器中有一個(gè)重要的元件就是光電編碼器，這個(gè)編碼器與整個(gè)系統(tǒng)中的各個(gè)輸入口都會(huì)產(chǎn)生聯(lián)系，對(duì)這些輸入口的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和分析，計(jì)算出系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中所形成的脈沖，這些脈沖對(duì)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的頻率會(huì)產(chǎn)生直接的影響。正是利用這個(gè)原理，對(duì)這些脈沖進(jìn)行改變，人們可以調(diào)節(jié)電機(jī)的運(yùn)行速度以及頻率，從而對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行控制[2]。

4 利用MCGS工業(yè)軟件對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控和管理

現(xiàn)階段對(duì)系統(tǒng)的監(jiān)控和管理主要是依據(jù)相關(guān)的軟件來實(shí)現(xiàn)的，這種監(jiān)控軟件有很多，但是應(yīng)用廣泛的還是MCGS控制軟件以及VR編程系統(tǒng)。MCGS控制軟件能夠?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)行及時(shí)監(jiān)控，采集系統(tǒng)運(yùn)行中每個(gè)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)并對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和研究，找出其中的變化規(guī)律，與傳統(tǒng)人工收集和處理信息相比較，這種方法具有準(zhǔn)確、安全和高效等優(yōu)點(diǎn)。MCGS操作軟件能夠得到普遍的應(yīng)用還有一個(gè)主要原因，這款軟件在工作時(shí)能夠及時(shí)針對(duì)運(yùn)行過程中收集到的數(shù)據(jù)生成一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)能夠?qū)φ麄€(gè)運(yùn)行過程進(jìn)行及時(shí)有效的監(jiān)控，并通過計(jì)算機(jī)對(duì)其進(jìn)行反應(yīng)，使結(jié)果更加直觀明了。

4.1 對(duì)系統(tǒng)上位監(jiān)控層進(jìn)行設(shè)計(jì)完善

在MCGS軟件工作過程中，控制系統(tǒng)與運(yùn)行系統(tǒng)之間的信息交流主要是通過三個(gè)環(huán)節(jié)來實(shí)現(xiàn)的，上位監(jiān)控層在工作過程中要與系統(tǒng)中的變量關(guān)系進(jìn)行聯(lián)系，通過窗口設(shè)計(jì)對(duì)變量關(guān)系進(jìn)行反應(yīng)，最后利用各種通道將這種關(guān)系應(yīng)用在PLC中。

4.2 設(shè)計(jì)工程窗口

在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，各種數(shù)據(jù)是會(huì)發(fā)生不斷變化的，這些變化與運(yùn)行過程中的每個(gè)環(huán)節(jié)都有一定聯(lián)系，通過對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和研究，人們可以及時(shí)了解到各個(gè)環(huán)節(jié)的運(yùn)作狀況。在收集和分析信息之前應(yīng)該對(duì)工程窗口進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，根據(jù)信息采集的要求對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)連接，保證工程窗口的科學(xué)性和完整性。

4.3 對(duì)用戶的窗口進(jìn)行相關(guān)性連接

在系統(tǒng)運(yùn)作過程中不能忽視用戶端的連接，人們應(yīng)該把用戶窗口中的圖源和數(shù)據(jù)連接起來，保證用戶能夠得到更好的體驗(yàn)。

4.4 對(duì)設(shè)備的窗口進(jìn)行相關(guān)性連接

系統(tǒng)設(shè)備的窗口有很多種，這些不同的窗口有著不同的作用以及屬性。在通常情況下，人們將這些設(shè)備分為父設(shè)備以及子設(shè)備，對(duì)這兩種設(shè)備的基本屬性和功能作用進(jìn)行分析，將信息做統(tǒng)一化處理保證兩者能夠連接起來[3]。這種連接方式實(shí)現(xiàn)了信息和數(shù)據(jù)的交流和互通，數(shù)據(jù)庫內(nèi)的信息能夠及時(shí)得到更新。具體的系統(tǒng)窗口示意圖如圖2所示。

4.5 對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控

MCGS系統(tǒng)除了能進(jìn)行信息收集以及信息分析之外，還能夠利用互聯(lián)網(wǎng)信息系統(tǒng)將信息處理過程中的計(jì)算機(jī)連接起來，形成一個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中所有數(shù)據(jù)都是共享的，可以實(shí)現(xiàn)多人在線對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯和處理。最后通過各個(gè)窗口的控制對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合分析，大大減少工作時(shí)間，提高整個(gè)工作的效率和有效性。此外，為了保證數(shù)據(jù)的安全，這套系統(tǒng)還能對(duì)人員進(jìn)行權(quán)限的設(shè)置，保證數(shù)據(jù)不會(huì)輕易泄露。

圖2 PLC控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)窗口

5 結(jié)語

基于PLC和單片機(jī)的多模式綜合試驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜的工作，本文著重對(duì)PLC以及單片機(jī)在綜合試驗(yàn)系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行分析，研究了其綜合控制系統(tǒng)。這樣不僅可以讓人理解相關(guān)知識(shí)，而且對(duì)于深化相關(guān)研究也有一定意義。