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在流程工业的常用电气设备中一般包括智能仪表、变频器、PLC，比较新型的设备中都使用了触摸终端作为人机交互界面。既有温度、压力、liuliang等参数的过程控制环节，又有位置、速度、加速度等变量的运动控制环节及顺序控制环节，需要综合运用多方面的知识.为了让学生更好地巩固已学的知识，掌握本领域实用的新技术，作者以曾参与设计开发的一些工业设备为基础，进行修改和优化设计，使之可作为学生的课程设计或毕业设计的实物模型和学习平台.
1 模型设计思想和硬件的配置
模型设计的主要原则是贴近工程实际，包含尽可能多的知识点，能够有效地应用在学习时间有限的毕业设计或课程设计等实践环节上.系统以滴丸机控制系统作为模型，硬件部分见表1.
本模型所涉及的内容包括：
a.触摸终端与PLC控制系统.涉及人机界面的应用与开发，PLC控制系统的编程与应用，触摸终端与PLC的通信等.
b.智能仪表与PLC控制系统.涉及智能仪表的应用与控制技术，触摸终端通过PLC对智能仪表参数的显示、设定与控制等通信技术，多台智能仪表与PLC的通信技术、过程参数的PID控制等.
c.变频器与PLC控制系统涉及变频技术的应用、触摸终端通过PLC对变频器的参数的显示、设定与控制等技术，多台变频器与PLC的通信技术.
d.模拟量的采集与控制系统.涉及模拟量采集模块的应用技术，触摸终端通过PLC采集模块实现参数的显示及控制.
e.电气原理图的设计.涉及AutoCAD软件应用、电气原理图的设计.
f.报警控制系统.涉及报警系统的采集、分析与报警及控制，充分发挥人机与PLC系统的优势.
在具体实施过程中，可根据时间和人员安排，将系统分为若干个子系统，分头实施，后进行系统整合和总体调试.
2 模型各子系统的设计与实现
2.1 人机界面子系统的设计
触摸终端是近年发展起来的新型人机交互界面器件，是可编程的具有触模式输入功能的显示屏。触摸终端又称可编程终端或人机界面(HMI)。人机界面的主要功能是取代传统的控制面板和显示仪表，可控制PLC、单片机、变频器、智能仪表.本次人机界面是基于HITECH系列触摸终端的ADP软件平台进行开发的.ADP软件表现真实的离线模拟功能，用鼠标单键即可在PC上模拟操作,可大幅缩短画面设计验证的反复修改及除错时间.利用其在线模拟功能，可以不需触摸终端，直接使用PC和PLC连线模拟.可配合PLC编程软件操作，让设计者轻松完成调试工作.
在人机界面的设计上，应根据生产工艺流程及系统的控制要求,综合考虑触摸终端的操作特点，编制出各个画面.通常人机界面一般设计有开机画面、主控画面、参数设定画面、报警画面、帮助画面等.
2.1.1 开机画面及主控画面的设计
开机画面作为首页，界面做得美观友好可 以给人较好的印象。主控画面主要应实现对控制系统的操作，包括自动控制与手动控制.本次主控画面的设计，利用组态软件，制作一台滴丸机立体效果图，并在相应的位置插入ON/OFF控制按钮，并利用数值显示控件，显示相关的参数.加上换画面按钮及时间显示等组成，并在适当的空白处做上报警指示灯及报警控制按钮.还利用走马灯形式来显示故障原因，
2.1.2 参数设定画面的设计
参数设定画面主要是设定仪表和变频器的参数，该画面分别有显示值与设定值两部分，方便对系统参数的观察比较与设置.通过数值的输入可以根据需要设置、修改某些参数，满足设备的工作需要.参数设定画面的设计是利用人机ADP软件工具栏里的数值显示和数值输入，在需要的位置设置大小合适的窗口.并设置好变量的读取或写入相应的资料寄存器位置以及相应的格式.
2.1.3 报警显示与帮助画面的设计
报警显示画面是人机界面与PLC的应用中的一个优势，它能直接、及时地反映设备的故障原因，让维修人员轻易地排除故障.还可以通过帮助画面，指导维修人员如何判断故障点、
障的原因，如何排除故障等等.报警画面的设计应该了解该设备可能出现故障的地方，以及需要报警提示的地方.图3为报警状态流程图，根据流程图的要求设计报警系统的程序.利用指示灯或走马灯的形式,显示相应的故障信息，并利用蜂鸣器来做报警提示，这样就可以在时间内发现故障点，及时地排除故障[1].
2.2 PLC应用系统的设计
PLC经过几十年的迅速发展，己不仅能进行开关量控制，还能进行模拟量控制、位置控制.特别是PLC的通信网络技术的发展，PLC由单机控制向多机控制、由集中控制向多层次分布式控制系统发展，形成了满足各种需要的PLC应用系统.PLC应用系统的设计主要有以下几个方面：
图1 报警状态流程图
2.2.1 智能仪表的应用及通信子系统的设计与实现
智能仪表采用ÜGU（宇光）AI人工智能工业调节器，利用智能仪表、温度传感器、加热器或制冷机组组成闭环温度控制系统.PLC与AI仪表通过RS-485异步串行数据通信，通信方式为半双工型（即收、发分时进行）.AI仪表采用16进制数据格式来表示各种指令代码及数据.软件通信指令有两条，一条为读指令，一条为写指令.读/写指令分别如下：
读： 地址代号 + 52H（82）+ 要读参数的代号 + 0 + 0 + CRC校验码;其CRC校验码为：要读参数的代号 * 256+ 82 + ADDR;
写： 地址代号 + 43H（67）+ 要写参数的代号 + 写入数低字节 + 写入数高字节 + CRC校验码;其CRC校验码则为：要写的参数代号*256+67+要写的参数值+ADDR [注1].
基于以上通信协议，如要实现对仪表的写入与读出，设定其通信处理模式；根据RS-485通讯协议，将格式为
基于嵌入式PLC芯片组的多路模拟量PLC的开发
如今工业控制产品已发展到一个追求个性化、差异化的阶段。传统的PLC产品已经无法满足更加细分化的市场需求，为了满足这种需求，出现了嵌入式PLC产品。
一、嵌入式PLC
嵌入式PLC是将PLC系统软件构建于控制器内，根据用户控制需要定制硬件，以PLC的应用方式解决对象控制问题的PLC。它由两部分组成：嵌入式PLC系统软件和芯片组
1、嵌入式PLC系统软件
嵌入式PLC系统软件将PLC语言(梯形图语言)、CAN总线嵌入到单片机中,使单片机的产品开发从使用汇编语言变为使用PLC梯形图语言,并具有CAN总线的互连特性。
该系统软件具有以下特点:1.以梯形图语言为内核,添加了中断管理系统,能实现PLC无法实现的硬实时操作;2.强化运算能力,增加了CANBUS函数库、浮点数库、专家自整定PID、嵌入式WEB等,丰富了PLC的功能;3.提供开放式扩展结构,支持第三方开发扩展单元的接线;4.增加了网络互连功能,在远程端加载专用浏览器后,即可实现远程监控。
系统软件包括三个部分。
①嵌入式PLC内核： 它完成实时任务调度、梯形图语言解释、执行、通讯等基本功能，并提供二次开发驱动接口；
②二次开发驱动程序 通过系统软件提供的外挂任务，使用内核开发各种面向具体对象个性化、差异化的驱动程序；
③终端应用程序 指面向工艺流程控制的梯形图语言程序
2、嵌入式PLC芯片组
EASY CORE 1.00是一个加载了嵌入式PLC系统软件的核心芯片组，作为一款加载了系统软件的硬件平台，可以用来设计通用和专用PLC。
1）芯片组基本性能：
① 供电：+5V 200mA，RAM掉电保护5年。
② CPU： C8051F040。
③ 嵌入扩展能力
●32 I/O：可复用成SPI、I2C接口及外中断、外计数、AD等。
●4 AD： 12位精度，100 KPS。
●2 DA： 12位精度，100 KPS。
④ 通信接口
●CANBUS：系统软件管理，使用工具软件CANSet构建CANBUS总线网络。
●UART0：系统软件管理，用于梯形图编程、监控，支持人机界面及用户驱动程序下载。
●UART1：系统软件管理，用于下载CANBUS网络参数、构建RS485网络及支持第三方设备互连。
2）芯片组原理框图：
二、应用开发
基于加载了系统软件的核心芯片组，我们可以根据工艺需要来开发自己的嵌入式PLC产品。下面就介绍基于嵌入式PLC芯片组开发的16路输入的模拟量PLC产品（可输入标准信号或热电偶信号）。
1、硬件设计
硬件整体结构图如下：
AI0是芯片组内的一个AD转换通道，P1.0—P1.4作为模拟开关的通道控制线来进行16个模拟信号通道间的切换。
（1）信号采集电路
用AD公司的高精密放大器OP07构成模拟信号放大电路，OP07具有低输入偏移电压（10uV）、低漂移电压（0.2uV/℃）和宽范围的供电电压（±3V－±18V）,可以很好地满足该产品的要求。在这里OP07由±5V供电，R18、R79作为调零电阻，输出电压由下式给出：Vout＝Vin（1＋R98/R56）。
（2）信号选择电路
选择16通道的模拟开关CD4067构成信号选择电路，A、B、C、D、INH接到芯片组的P1.0－P1.4引脚，做为模拟开关的通道选择控制信号。OUT引脚接到芯片组的AIN0，即个AD转换通道。
2、软件开发
嵌入式PLC是基于Cygnal公司的C8051f040芯片开发的，二次程序的开发使用51汇编语言。开发选择的编译器是KEILC51，因为它可以生成我们所需要的.HEX文件。
内核留出了七个用户嵌入程序接口，我们只需要充分理解各个接口的功能就可了进行二次开发了，需要熟悉如下内容：a、内核功能b、内核结构c、内核任务管理d、内核存储空间分配。【1】由于系统软件中已经加入了232通信、485通信和CAN通信的功能，16路模拟量PLC的二次驱动软件的开发主要集中在模拟量的AD转换和PLC资源区中AD值的实时刷新上。
（1）程序规划
T4中断：完成AD转换和16个通道的切换程序
USER_SCAN：PLC资源区中AD值的刷新。
AD转换过程如下：每一通道连续采样16次，采样完后得到累加和，启动下一通道的AD转换。
PLC资源区中AD值的刷新过程如下：在梯形图扫描周期结束时进行，把各路AD值的累加和求平均值后放入PLC的资源区的对应位置处。
（2）程序代码
INIT_AD: ;AD初始化
MOV SFRPAGE, #ADC0_PAGE
MOV REF0CN, #07H ;内部参考电压/输出到VERF
;启动内部温度传感器
MOV AMX0CF, #00H ;单极性输入
MOV ADC0CF, #0B8H ;D7--D3=SYSCLK/采样时钟-1
;采样转换时钟=1US
;D2--D0=GAIN
;000 GAIN=1
MOV ADC0CN, #90H ;启动AD采样
MOV AD_CHANNEL, #00H ;AD通道号，初值为0
MOV AD_COUNT, #00H ;16次采样次数计数。初值为0
RET
SAMPLE_AD: ;AD采样开始
MOV SFRPAGE, #ADC0_PAGE ;AD控制寄存器页
MOV A, AD_CHANNEL ;采样值的累加和是一个字基地址 ;为#XAI,偏移地址为AD_CHANNEL
RL A
MOV DPTR, #XAI ;XAI存放16次采样值的累加和
ADD A, DPL ;低字节相加
MOV DPL, A
MOVX A, @DPTR
MOV B, A
MOV A, ADC0L
CLR C
ADDC A, B
MOVX @DPTR, A
INC DPTR ;高字节相加
MOVX A, @DPTR
MOV B, A
MOV A, ADC0H
ANL A, #0FH
ADDC A, B
MOVX @DPTR, A ;#XAI中存放格式为低字节、高字节
MOV SFRPAGE, #ADC0_PAGE ;AD控制寄存器页
MOV ADC0CN, #090H ;启动下次AD采样
INC AD_COUNT
MOV A, AD_COUNT
CLR C
SUBB A, #16
JNC FILL_XAI_XAD ;当16次采样完成后,把XAI中16 ;个采样和（2字节）存放到XAD
RET
3、驱动程序的嵌入
在KEILC51中编译上述程序。使用下载工具软件“DOWNHEX”，把生成的.HEX文件通过串口下载到芯片组的固定地址处，使得内核可以调用它，从而完成二次驱动程序的开发。到此，16路模拟量PLC的开发工作基本完成。
三、功能介绍
基于嵌入式PLC开发的多路模拟量网络节点具有以下功能：1、采集工业现场的多路热电偶信号，2、支持三菱、台达等多家人机界面，3、支持梯形图编程（86条指令），4、支持CANbus互连（多机并联运行或扩展单元连接）等。这里简要介绍下该网络节点的梯形图功能应用。
嵌入式PLC的系统软件中内置了温度转换函数，其功能是把热电偶毫伏信号对应的AD值转化成温度值。适用于任意分度热电偶输入信号，应用于不同的控温场合，配合PID调节，使受控温度精度可达±1℃。
下面的梯形图程序就是把一路热电偶信号转换成温度值，该信号AD值放在D5000，转换后的温度值存放在D5160中。
四、结束语
笔者利用嵌入式PLC芯片组开发的的PLC产品的实例证明，本着软硬件可裁剪的原则，开发出的产品可以很好的满足用户的个性化需求，节约了硬件成本、缩短了研发周期，并且得到了许多强大的功能，相信它的出现必将使得PLC生产厂家生产出越来越多的贴近终端市场的PLC。