一種基于arm嵌入式技術(shù)的plc協(xié)同控制裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種工控ARM芯片軟核PLC裝置，尤其涉及一種基于嵌入式技術(shù)的協(xié)同PLC實現(xiàn)工業(yè)自動化控制的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]由于傳統(tǒng)硬件PLC技術(shù)對外封閉，各個生產(chǎn)廠商的PLC硬件平臺各不相同，支持的PLC語言也不相同，而且相互之間通信的協(xié)議和總線也完全不同。因此，隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，人們已經(jīng)逐漸認(rèn)識到硬件PLC的通用性、兼容性和拓展性不好正在制約著PLC的快速發(fā)展。同時，隨著卷煙工業(yè)新一輪的技改，大量新型煙草制絲設(shè)備從德國HAUN1、意大利Garbu1等國外煙機設(shè)備公司引進(jìn)，設(shè)備廠家對于關(guān)鍵設(shè)備的PLC程序采取了技術(shù)封鎖甚至加密等手段。因此，對于煙機功能改進(jìn)，需要尋求一種新的解決方案來突破傳統(tǒng)PLC內(nèi)部程序封鎖以及外部通用性、兼容性差等問題。
[0003]以ARM為代表的32位高性能微處理器促使了嵌入式系統(tǒng)的高速發(fā)展，使系統(tǒng)開發(fā)更加方便、靈活。同時，I2C總線的發(fā)展使得總線速度已達(dá)3.4Mbps，擴(kuò)展了通訊距離，具有出色的熱插拔功能，并擁有一整套完善的產(chǎn)品，包括大量的集線器、中繼器、多路復(fù)用器和開關(guān)等器件，將I2C技術(shù)從芯片間二線通訊的簡單應(yīng)用發(fā)展到功能強大而且全面的控制網(wǎng)絡(luò)。嵌入式Linux具有內(nèi)核可裁剪、功能可定制、效率高、穩(wěn)定性好、可靠性高、移植性好、源代碼開放等優(yōu)點，還內(nèi)含了完整的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧，很適合在嵌入式領(lǐng)域應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種基于ARM嵌入式技術(shù)的PLC協(xié)同控制裝置?；贏RM嵌入式技術(shù)的PLC協(xié)同控制裝置就是在不改變原有PLC程序、硬件接線前提下，通過現(xiàn)場總線訪問PLC內(nèi)部資源，并將自身控制邏輯運算結(jié)果再次通過現(xiàn)場總線傳回PLC，最終實現(xiàn)雙核協(xié)同控制。將基于嵌入式技術(shù)的ARM作為虛擬PLC來協(xié)助傳統(tǒng)硬件PLC完成自動化控制，解決傳統(tǒng)PLC單一控制的缺點，通過Linux平臺定制各種功能與傳統(tǒng)PLC實時通訊達(dá)到雙核協(xié)同時控制同一設(shè)備的目的。
[0005]為了實現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明采用了以下的技術(shù)方案:
一種基于ARM嵌入式技術(shù)的PLC協(xié)同控制裝置，包括硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩部分；所述的硬件系統(tǒng)包括CPU模塊、電源模塊、數(shù)字輸入模塊、數(shù)字輸出模塊、模擬量I/O模塊和底板連接模塊，CPU模塊、電源模塊、數(shù)字輸入模塊、數(shù)字輸出模塊和模擬量I/O模塊分別與底板連接模塊相連接；所述的CPU模塊選用AT91RM9200微處理器作為控制芯片，AT91RM9200微處理器連接設(shè)有復(fù)位電路、SDRAM芯片、Flash芯片、RS232通信接口 A、RS232通信接口 B、以太網(wǎng)接口和I2C總線接口，并設(shè)置復(fù)位電路用于保證系統(tǒng)運行的穩(wěn)定；擴(kuò)展16MB容量的SDRAM芯片、8MB容量的Flash芯片；RS232通信接口 A作為整個裝置的監(jiān)視接口，同時作為調(diào)試接口 ；RS232通信接口 B是整個協(xié)同控制器的核心總線；以太網(wǎng)接口實現(xiàn)與上位機的通訊；I2C總線接口與基于協(xié)議的外設(shè)器件進(jìn)行通訊；所述的數(shù)字輸入模塊和數(shù)字輸出模塊實現(xiàn)裝置與外部I/o接口的聯(lián)系；所述的模擬量I/O電路選用PCF8591芯片，模擬量I/O電路先將現(xiàn)場的模擬量轉(zhuǎn)變成A/D轉(zhuǎn)換后適用的電壓信號后進(jìn)行轉(zhuǎn)換，電壓輸入信號通過濾波電路和電壓鉗制電路，再進(jìn)行電平增益轉(zhuǎn)換輸入到A/D接口，如果是電流輸入，首先進(jìn)行I/V轉(zhuǎn)換再進(jìn)行處理；
所述的軟件系統(tǒng)包括嵌入式Linux實時操作系統(tǒng)、Bootloader引導(dǎo)程序、系統(tǒng)服務(wù)程序、用戶應(yīng)用程序；所述的嵌入式Linux實時操作系統(tǒng)選擇Linux-2.4.19內(nèi)核版本作為嵌入式操作系統(tǒng)，所述的Bootloader將U-Boot作為引導(dǎo)裝載程序，初始化硬件設(shè)備并建立內(nèi)存空間的映射圖；所述的Linux操作系統(tǒng)包括Linux內(nèi)核和根文件系統(tǒng)兩部分，Linux內(nèi)核根據(jù)本裝置的實際硬件情況，將Linux系統(tǒng)以及各種設(shè)備驅(qū)動進(jìn)行移植，根文件系統(tǒng)用于存放各種工具、應(yīng)用程序、必需的鏈接庫；所述的系統(tǒng)服務(wù)程序向用戶提供服務(wù)的應(yīng)用程序，為用戶的應(yīng)用程序提供必要的服務(wù)；用戶應(yīng)用程序在本裝置中是指實現(xiàn)虛擬PLC功能的程序代碼，將PLC的梯形圖程序編譯生成的可執(zhí)行文件。
[0006]作為優(yōu)選，所述的數(shù)字輸入輸出電路使用光電耦合器，通過上拉電阻和光電耦合器實現(xiàn)信號輸入，通過下拉電阻和光電親合器實現(xiàn)信號輸出。
[0007]作為優(yōu)選，所述的PCF8591芯片的模擬量輸出信號經(jīng)過內(nèi)部保持器保持，保持器的輸出信號經(jīng)過濾波電路、增益轉(zhuǎn)化電路和功率放大電路送到執(zhí)行機構(gòu)，輸出O?1V的電壓，控制執(zhí)行機構(gòu)按要求的控制規(guī)律動作。
[0008]本發(fā)明由于選用ARM為核心并利用嵌入式技術(shù)進(jìn)行構(gòu)建，具有很強的可修改性和可移植性；由于添加了 Linux實時操作系統(tǒng)保證了系統(tǒng)運行的實時性，并且能夠根據(jù)特定的需要編寫自定義功能函數(shù)，自由添加所需要的特定功能，同時方便的增加或減少1/0端口的數(shù)量，使系統(tǒng)更具可拓展和維護(hù)性；又由于ARM具有較高的密度，能夠集成很大的系統(tǒng)，因此又增加了系統(tǒng)的可靠性。
【附圖說明】
[0009]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010]圖2為本發(fā)明協(xié)同PLC控制示意圖。
[0011]圖3為本發(fā)明硬件組成示意圖。
[0012]圖4為本發(fā)明ARM系統(tǒng)組成示意圖。
[0013]圖5為本發(fā)明數(shù)字輸入輸出電路示意圖。
[0014]圖6為本發(fā)明模擬1/0電路示意圖。
[0015]圖7為本發(fā)明軟件系統(tǒng)運行流程示意圖。
[0016]圖8為本發(fā)明軟件系統(tǒng)組成示意圖。
[0017]圖9為本發(fā)明軟件系統(tǒng)運行方式示意圖。
【具體實施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】做一個詳細(xì)的說明。
[0019]如圖1所不，本發(fā)明系統(tǒng)包括硬件系統(tǒng)I和軟件系統(tǒng)2兩部分；所述的硬件系統(tǒng)I包括CPU模塊3、電源模塊4、數(shù)字輸入模塊5、數(shù)字輸出模塊6和模擬量1/0模塊7 ;所述的軟件系統(tǒng)2包括嵌入式Linux實時操作系統(tǒng)8、Bootloader引導(dǎo)程序9、系統(tǒng)服務(wù)程序10、用戶應(yīng)用程序11。
[0020]如圖2所示，所述的基于ARM嵌入式技術(shù)的PLC協(xié)同控制裝置就是在不改變原有PLC程序、硬件接線前提下，通過現(xiàn)場總線訪問PLC內(nèi)部資源，并將自身控制邏輯運算結(jié)果再次通過現(xiàn)場總線傳回PLC，最終實現(xiàn)雙核協(xié)同控制。
[0021]如圖3所示，所述的裝置通過底板12連接模塊將各個模塊連接起來。電源模塊4為各模塊提供各種等級工作電壓；CPU模塊3是整個PLC協(xié)同控制器系統(tǒng)的核心，與其他I/O模塊構(gòu)成虛擬PLC系統(tǒng)，通過在CPU模塊內(nèi)移植嵌入式系統(tǒng)，來執(zhí)行應(yīng)用程序，并采集輸入模塊的信號，經(jīng)過處理來控制其他I/o模塊的輸出，達(dá)到實現(xiàn)功能定制的目的。
[0022]如圖4所示，所述的CPU選用AT91RM9200微處理器13作為控制芯片，復(fù)位電路14用于保證系統(tǒng)運行的穩(wěn)定；擴(kuò)展16MB容量的SDRAM芯片15用來執(zhí)行內(nèi)部的嵌入式操作系統(tǒng)，以提高整個系統(tǒng)的運行速度；擴(kuò)展8MB容量的Flash芯片16作為嵌入式操作系統(tǒng)及應(yīng)用程序的存儲；RS232通信I接口 17作為整個裝置的監(jiān)視接口，通過上位機提供的接口軟件來監(jiān)控系統(tǒng)的啟動信息，同時作為調(diào)試接口，可以通過命令實現(xiàn)對裝置系統(tǒng)變量的設(shè)置等功能；RS232通信2接口 18是整個協(xié)同控制器的核心總線，一方面與設(shè)備原有PLC通過RS485進(jìn)行通訊，傳輸內(nèi)部狀態(tài)和控制命令，另一方面將控制信息通過總線傳遞到自身I/O模塊的從器件，輸入模塊的狀態(tài)通過總線傳遞到CPU模塊3，經(jīng)過程序處理后，再控制各個輸出模塊的狀態(tài)變化；以太網(wǎng)接口 19實現(xiàn)與上位機的通訊，快速下載嵌入式系統(tǒng)和應(yīng)用程序，監(jiān)視系統(tǒng)運行狀態(tài)變化，實現(xiàn)上位機與虛擬PLC系統(tǒng)之間的信息交互；I2C總線接口 20與基于該協(xié)議的外設(shè)器件進(jìn)行通訊。
[0023]如圖5所示，所述的數(shù)字輸入模塊6和數(shù)字輸出模塊7要實現(xiàn)裝置與外部I/O接口的聯(lián)系。為了抑制噪聲信號和防止靈敏電路因外部電壓突變而引起損壞，數(shù)字輸入輸出電路6需要使用光電耦合器。通過上拉電阻21和光電耦合器22實現(xiàn)信號輸入，通過下拉電阻23和光電親合器24實現(xiàn)信號輸出。
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