西门子6ES7222-1BD22-0XA0千万库存
系统功能强
由于和利时LK系列PLC具有体积小、集成化程度高、运算速度快、逻辑控制容量大等特点，整套程序中除了现场监测传感器、风机控制、照明控制等常规功能外，还可进行在线试验功能。该功能的作用在于系统正常运行时，检查执行开关、电磁阀等外围元器件的健康状态，提高整套装置的自身安全系数。
通讯能力强大
和利时LK系列PLC自身集成有以太网接口。在此系统中，通过PLC自身集成的以太网口接入工业交换机组成的环形以太网，保证了现场数据能快速的传输给中控中心。中控中心的计算机指令也能快速得到现场设备的响应，光纤传输不受电磁干扰的影响，可靠性更高。
展望
我国隧道监控系统的设计和实施现还正处于成长的时期，系统的需求、设计、结构以及系统的控制仍然存在不完善的地方，也给技术的发展、改进创造了条件和基础。隧道监控系统一方面要兼顾系统的稳定、可靠与可控，也要反映系统的先进、经济与可扩展，也要使操作便捷与维护方便。另一方面，针对不同的交通条件和功能要求，确定系统的规模和冗余度的大小。确定系统合理的集成方式，以力求系统的可靠性、稳定性、先进性与经济性的有机结合。今后我国的隧道监控系统的发展方向是，在原有的基础上，按照监测与控制适当分离、大限度的集中监测、灵活机动的现场控制等总体思想，逐步改进，使得隧道监控系统的建设更趋合理。 隧道监控系统的整体结构如图1所示。
图1 隧道监控系统的整体结构示意图
隧道监控系统的PLC控制柜设计
本隧道监控系统的由以和利时LK系列PLC为核心的控制机柜、执行机构、声光报警、一次和二次外围元件组成，系统装置示意图如图2所示。隧道监控系统控制柜里配置有PLC、冗余电源、断路器、温度湿度传感器、报警继电器等。每一路输入、输出通道都有与之相对应的指示灯，可以检查某一通道的动作情况，且系统具有在线试验功能。以其中一个核心控制柜的PLC配置为例，配置清单如表1所示。
2.2 隧道监控系统的PLC控制柜示意图
隧道监控系统的特点
基于和利时LK系列PLC的隧道监控系统系统具有如下特点：
准确性及可靠性
稳定性性、可靠性是隧道监控系统的关键。本系统采用了和利时LK系列PLC，其中配置了高性能的工业级处理器，具有纳秒级的处理速度以及大容量的内存，可使隧道内传感器数据、报警等程序准确、快速地执行，大大保证了系统的高稳定性和高可靠性。
当今交通道路已进入迅猛发展时期，作为公路修建中一个重要环节的隧道，其数量也在不断增加。由于我国复杂的地理条件以及隧道本身的特点，隧道监控系统在隧道的运营和管理以及事故处理中发挥着极其重要的作用。建设可靠、稳定、先进、经济以及可扩展的合理的隧道监控系统成为工程界和公路营运管理部门共同关心的问题。微电子、通信、计算机技术的发展大大提高了公路交通的信息化和智能化程度。PLC以其卓越的可靠性、抗干扰性以及灵活的控制方式成为隧道监控系统的核心控制器。PLC与开放的网络通信系统一起，共同推动着隧道监控系统的智能化程度的发展。因为具有可靠性高、处理速度快、逻辑修改方便、抗干扰能力强、能适应现场复杂环境等特点，基于和利时LK系列PLC的隧道监控系统得到了广泛的应用。
基于和利时LK系列PLC的隧道监控系统主要功能是监测隧道环境质量、通风系统、给排水消防系统、照明系统、交通引导系统的设备工作状态，确保各系统设备工作正常，并根据隧道正常运行的需要，对各分系统设备实施远程人工控制或自动控制，异常工况下联动各系统设备协同运作，以达到设备运行智能化和自动化的需求，实现改变环境状况和营造隧道内安全环境的目的。
隧道监控系统的整体结构设计
隧道安全是公路安全中的咽喉，对隧道监控系统的可靠性要求特别高。在任何可能发生的紧急情况下，都能保证隧道的通风、照明、消防、交通引导等正常工作。本隧道监控系统采用和利时公司高性价比的LK系列PLC为核心控制器，每套PLC包括电源模块、CPU模块、DI模块和DO模块等，中央控制室、PLC控制站之间的数据通讯采用高速实时工业以太网，网络结构为环形，通讯速率为100Mbps。
隧道按照其长度分类，分别为短隧道（L<250m）、中隧道（250m3000m）。隧道的长度越长，需要考虑的监控设施就越多。从目前国际上对隧道的设计标准来看，长隧道和特长隧道需要监控系统以保证隧道内行车的安全和通畅。隧道监控系统按照各个子系统分可分为照明系统、通风系统、交通诱导系统、CCTV系统、火灾报警系统、消防控制系统、紧急电话系统、广播系统等。按照设备的类型分可分为检测设备、控制设备、显示设备和通讯设备。检测设备包括火灾报警探头、车辆检测器、COVI、能见度检测仪、风速风向仪等。控制设备包括交通区域控制器、照明区域控制器、通风区域控制器等。显示设备包括计算机工作站、大屏幕监视器、声光报警器等。通讯设备包括交换机、集线器、串口信号传输设备、光端机等。
从隧道监控系统的网络构成来看，一般分计算机集中控制层、区域控制器分布控制层和现场设备层等3个层次。计算机集中控制层主要实现设备监控预案制定、预案发布、多系统协同控制等复杂功能，系统数据库记录、报表生成、设备管理等信息管理功能也在本层实现，本层设备和软件集中在监控中心进行实施。区域控制器分布控制层是设备控制系统主体，主要用于实现预案执行、设备闭环自动控制、设备运行信息采集等现场流程控制功能。现场设备层由隧道内各分系统设备控制柜、智能仪表、硬件执行机构组成，主要用于执行控制系统发出的指令，实现硬件级自动控制、硬件自保护、以及人工现场手动操作功能。
可编程控制器（PLC）是一种以计算机技术为基础、专为工业环境而设计的数字运算与操作的控制装置。PLC作为传统继电器的替代产品，可以用软件来改变控制过程，又具有体积小、功能强、速度快、可靠性高，以及很大的灵活性和可扩展性，现以广泛应用于机械制造、冶金、化工、电子、纺织、印刷等工业控制的各个领域。
在现在生产条件下，当利用变频器构成自动控制系统进行控制时，很多情况下是需要采用PLC和变频器相配合使用，例如轴承清洗、包装纸印刷、PCB板制作等。PLC可通过输出点或由通讯提供各种控制信号和指令的通断信号。一个PLC系统主要由三部分组成，即中央处理单元、输入输出模块和编程部分。本文介绍变频器和PLC进行配合时所需注意的事项。
1.开关指令信号的输入
变频器的输入信号中包括对运行/停止、正转/反转、段速、点动等运行状态进行控制的开关型指令信号。变频器通常利用继电器接点或具有继电器接点开关特性的元器件（如晶体管）与PLC相连，得到运行状态指令，如图1（A）、（B）所示。
图1 A 继电器型PLC输出与变频器连接的运行方式
图1 B 晶体管型PLC输出与变频器连接的运行方式
在使用继电器接点时，常常因为接触不良而带来误动作；使用晶体管进行连接时，则需考虑晶体管本身的电压、电流容量等因素，以保证系统的可靠性。在设计变频器的输入信号电路时还应该注意，当输入信号电路连接不当时也会造成变频器的误动作。例如，当输入信号电路采用继电器等感性负载时，继电器开闭产生的浪涌电流有可能引起变频器内部元器件的损坏或失效进而导致变频器误动作，应尽量避免这种情况的发生。图2与图3给出了正确与错误的接线例子。
图2 变频器输入信号连接方式
图3 变频器输入信号的错误接法
当输入开关信号进入变频器时，有时会发生外部电源和变频器控制电源（DC24V）之间的串扰。正确的连接是利用PLC电源，将外部晶体管的集电极经过二极管接到PLC。如图4所示。
图4 输入信号的防干扰接法
2.数值信号的输入
变频器中也存在一些数值型（如频率、电压等）指令信号的输入，可分为模拟输入和模拟输出两种。模拟输入则通过接线端子由外部给定，通常通过0～10V/5V的电压信号或0/4～20mA的电流信号输入。由于接口电路因输入信号而异，必须根据变频器的输入阻抗选择PLC的输出模块。
当变频器和PLC的电压信号范围不如变频器的输入信号为0～10V，而PLC的输出电压信号范围为0～5V时；或PLC的一侧的输出信号电压范围为0～10V而变频器的输入电压信号范围为0～5V时，由于变频器和晶体管的允许电压、电流等因素的限制，需要用并、串联的方式接入电阻，以次来限制电流或分去部分电压，以保证进行开闭时不超过PLC和变频器相应的容量。在连线时还应注意将控制电路和主电路分开，控制电路好采用屏蔽线，保证主电路一侧的噪音不传到控制电路。
本公司的变频器也通过接线端子向外部输出相应的监测模拟信号，如输出电压、转速等。信号的范围为0～10V的直流电压信号。根据用户的需要可以连接电压表或转速表，来显示变频器在运行时输出的电压或转速，但无论哪种情况，都应注意：PLC一侧的输入阻抗的大小要保证电路中电压和电流不超过电路的允许值，以保证系统的可靠性和减少误差。
在使用PLC进行顺序控制时，由于进行数据处理需要时间，以及程序编写时排列的顺序不同和指令的使用不同等都会导致系统在运行时存在一定的时间延迟，故在较jingque的控制时应予以考虑以上因素。
因为变频器在运行中会产生较强的电磁干扰，为保证PLC不因为变频器主电路断路器及开关器件等产生的噪音而出现故障，故将变频器与PLC相连接时应该注意以下几点：
（1）对PLC本身应按规定的接线标准和接地条件进行接地，应注意避免和变频器使用共同的接地线，且在接地时使二者尽可能分开。
（2）当电源条件不太好时，应在PLC的电源模块及输入/输出模块的电源线上接入噪音滤波器、电抗器和能降低噪音用的器件等，若有必要，在变频器输入一侧也应采取相应的措施。
（3）当把变频器和PLC安装于同一操作柜中时，应尽可能使与变频器有关的电线和与PLC有关的电线分开。
（4）通过使用屏蔽线和双绞线达到提高噪音干扰的水平。
1 EASY CORE的PLC芯片组
EASYCORE是一个加载了EASY嵌入式PLC软件平台的核心芯片组，用于设计PLC，其内部结构框图如图1所示。
1.1 EASYCORE内核
内核采用C8051F040混合式高性能单片机，片内有64个I/O端口引脚、1个CAN2.0B集成控制器、12位的ADC、PGA和模拟复用开关、2个12位DAC、64KB的可编程Flash存储器、4 352(4096+256)字节的RAM、SPI、SMBus/I2C、2个UART串行接口、5个16位通用定时器，可编程计数/定时阵列有6个捕捉/比较模块，片内有看门狗定时器、VDD监视器、温度传感器等，工业温度范围-45℃～+85℃内采用2.7～3.6V的工作电压。
可通过设置开关交叉控制寄存器，将片内的计数器/定时器、串行总线、硬件中断、ADC转换启动输入、比较器输出以及微控制器内部的其他数字信号配置为在I/O引脚输出。允许用户根据自己特定的应用选择通用端口I/O和所需数字资源的组合。
内核采用实时操作系统，加载了与FX2NPLC兼容的梯形图语言的监控程序，指令系统与通信格式与FX2NPLC兼容。可以采用FX2NPLC软件编程，也可采用通用组态软件监控。
1.2用户驱动开发接口
用户根据接口规范，可以嵌入完成特定功能的汇编程序，实现I/O点配置、AD/DA以及其他特殊的功能。
①嵌入程序代码存放地址为E000H～F7FFH。
②用户可使用的中断源如表1所列。
③位寄存器区中用户使用区(20H～23H)。
④直接寻址寄存器中用户使用区(58H～67H)。
⑤外部RAM中用户使用区(3600H～3FFFH)。
⑥PLC资源区(0000～5080H)，系统程序和用户程序均可访问。位变量区和字变量区分别如表2、表3所列。
2 应用实例
现以8个输入点、7个输出点PLC设计为例，说明专用PLC的设计过程。
2.1 硬件电路设计
硬件电路由芯片组、电源电路、输入接口电路、输出接口电路、通信接口电路等组成。
2.1.1 EASY CORE芯片组外围引脚
EASY CORE芯片组引脚分布如图2所示。
(1)特殊用途引脚P0.0，串口1的RXD，用于下载程序。
P0.1，串口1的TXD。
P0.2，串口2的RXD，用于RS4.85通信。
P0.3，串口2的TXD。
P4.5，PRO，嵌入式程序下载，低电平有效。
P4.4，RUN/SET。
CANRX、CANTXD，CAN总线接口。
(2)用户应用引脚AIN0.0～AIN0.3，模拟量输入;DAC0～DAC1，模拟量输出;P1、P2、P3、P0.4～P0.7——数字I/O，可通过接口程序与PLC的输入/输出缓冲区相连。
2.1.2 输入/输出接口电路
输入接口电路：输入点为X0～X7(图中只画一条)，输入接口采用光电隔离器TLP180，防止外界干扰，接口电路如图3所示。P3.0为高电平电压3.3V。
输出接口电路：输出点为Y0～Y7(图中只画一条)，输出信号经2003驱动输出继电器或晶体管，如图4所示。ULN2003AN为7路驱动器。
2.2软件设计
PLC指令的解释、与上位机的通信等核心功能已由EASYCORE内核完成;用户程序只要根据接口规范，结合用户设计要求，编制少量的接口程序。
用户程序主要是把外部接口电路与内核软件的输入、输出缓冲区相联系。读P3.0～P3.7(X0～X7)，送到相应RAM-PX，把RAM—PY(Y0～Y6)数据输出到P1.0～P1.6(Y0～Y6)。主要程序结构如图5所示。
3 结 论
基于芯片组的嵌入式PLC，能有效弥补通用PLC在低端市场的不足，与工艺对象结合紧密。只要解决好电路的抗干扰设计问题，嵌入式PLC有较大的市场前景。目前，笔者已将成功应用于龙门铣床的改造。