1引言
电厂的一个重要组成系统是输煤系统，目前我国的输煤系统一般都采用plc、dcs系统，输煤系统主要由翻车机给料带、轮斗机、皮带、犁煤器、碎煤机、除铁器等一系列设备组成，其中皮带系统占了重要组成部分，皮带的控制又可分为启动皮带、停止皮带、皮带跑偏报警、上下级皮带的联锁以及皮带电机的电流信号控制，皮带系统的仿真是输煤系统仿真中的一个重要方面，我们必须建立皮带系统的模型，利用此模型，可以做一些皮带正常启停，皮带故障的模拟，从而达到对工业现场的模拟，并可以用仿真系统实现模拟工业现场,调试输煤系统的目的。
就目前的情况看仿真系统一般为有线系统，在很大程度上限制了运用仿真系统在不同的地点对输煤系统进行调试，而目前出现的无线控制网络是用一些无线模块搭建的可移动的网络系统，可以实现一点对多点或者多点对多点的通信功能，而在工业现场中,我们需要有很多分散的控制模块，这样，利用无线网络，可以很好的实现输煤系统或者是其他较分散的系统的仿真。
项目选择了现在比较可靠的无线模块ptr8000作为建立无线网络的基本模块，主要建立一个输煤仿真系统，其组成为：一台计算机，在计算机上模拟输煤皮带的界面，利用opcserver，通过串口连接无线收发模块，无线收发模块的作用是实现上位仿真机与dcs系统的通信。我们还将开发分别带ai、ao、di、do接口的无线模块，其中带ai、di模块的无线模块是无线发送模块，带ao、do的无线模块是无线接收模块，它们分别与dcs系统中的ao、do、ai、di模块连接。利用这套系统，我们可以很好的完成皮带系统的模拟,对工业现场进行仿真。整个系统如图1所示。
图1 输煤仿真系统
2无线网络
2.1 无线局域网技术和标准
无线网络作为有线网的扩展和补充，在有线设施使用受限的场合发挥着无可替代的作用。由于ism(industry/scientific/medical)频段的开放，经营者和用户不用申请受权就可以自由使用这些频段，从而促进了无线数据通信技术的发展。无线数字传输常用的调制方法有窄带数字调制和扩展频谱调制，目前以扩频调制方式居多，主要包括直接序列(directsequence，ds)扩频、跳频(frequency hopping，fh)扩频、跳时(timehopping，th)扩频、线性跳频扩频及其组合等。
无线局域网(wirelesslan)出现在20世纪90年代，随着wlan市场的急剧增长，出现了多种无线局域网技术和标准，其中包括：
（1）以无线lan(local area network)为典型应用的、ieee 802.11和hiperlan；
（2）由家用射频工作组(home radio frequency workinggroup,hrfwg)提出的以家庭应用为主要背景的共享无线访问协议(shared wireless accessprotocol,swap)；
（3）蓝牙特别兴趣小组(bsig)提出的蓝牙系统；
（4）lmds(local multipoint distributionservice)宽带固定无线接入技术，即本地多点分配业务系统；
（5）超宽带无线通信技术(uwb)。802.11标准是ieee(institute of electrical andelectronicsengineers)推出的无线互连协议，包括802.11a和802.11b两种变体，其中802.11b的速率达到了11mbps。802.11标准使各种不同厂商的无线产品得以互连。
2.2 无线模块
（1）ptr8000模块介绍。ptr8000是专门为点对多点无线通信设计的一块高性能嵌入式无线模块，多频道多频段，低功耗模块。内置完整的数据通信协议和crc检错，只需通过spi即可完成所有的无线收发传输，无乱码输出。体积较小，内置环行天线，性能稳定且不容易受外界影响，对电源不敏感。它的大发射功率为+10dbm，高抗干扰gfsk调制，可跳频，独特的载波监测输出，地址匹配输出，数据就绪输出。由于具有以上特点，这块无线模块适合运用在工业现场作为工业局域网的基本无线模块。
（2）其他组成模块介绍。我们设计的模块是带di(开关量输入)，do(开关量输出)，ai(模拟量输入)，ao(模拟量输出)模块的无线模块，主要利用m68hc12单片机作为模块的核心单元，外围的电路分别实现工业现场的di，do，ai，ao功能，并考虑工业现场的干扰较多，在设计时加上外围的抗干扰电路，例如di模块的rc滤波电路，光电隔离电路等。利用m68hc12单片机的spi接口，我们可以很容易的实现与无线模块ptr8000通信。在与上位计算机连接时，我们还设计了专门与计算机连接的m68hc12为核心的收发模块。
di发送模块：主要是连接dcs设备上的do模块，其作用是采集由dcs的do模块发送的数字量，经过一系列处理后，通过编码的方式传送给无线发送模块，再按照一定的协议，发送出去。
do接收模块：主要是连接dcs设备上的di模块，其作用是将无线接收模块发送的数据，经过一系列jiema处理后，以数字两的形式传送到dcs设备上的ai模块。
ai发送模块：主要是连接dcs设备上的ao模块，其作用是采集由dcs的ao模块发送的模拟量，经过一系列处理后，通过编码的方式传送给无线发送模块，再按照一定的协议，发送出去。
ao接收模块：主要是连接dcs设备上的ai模块，其作用是将无线接收模块发送的数据，经过一系列jiema处理后，以模拟量的形式传送到dcs设备上的ai模块。
这样，五大模块组成了整个仿真系统的硬件无线网络部分，构成了一个无线局域网络，我们可以利用很多这样的模块实现一个大的输煤仿真系统。
3无线网络软件实现
3.1 原理设计
由于与rf协议相关的高速信号处理部分已经嵌入在模块内部，ptr8000可与各种低成本单片机配合使用，也可以与dsp等高速度处理器配合使用；ptr8000提供了一个spi接口，速率由微处理器自己设定的接口速度决定.在rx模式中，地址匹配（am）和数据准备就绪（dr）信号通知mcu一个有效的地址和数据包已经各自接收完成，微处理器即可通过spi读取接收的数据.在tx模式中，ptr8000自动产生前导码和crc校验码，数据准备就绪（dr）信号通知mcu数据传输已经完成。
ptr8000有以下三种模式：
（1）配置编程：上电后mcu配置ptr8000模块.先将pwr、txen、trx_ce设为配置模式，mcu通过spi将配置数据移入ptr8000模块；在掉电和待机模式工作后,配置内容仍然有效.配置数据只有当电源撤除后才会消失。
（2）发射模式：当mcu有数据需要发往规定节点时，接收节点的地址（tx-address）和有效数据（tx-payload）通过spi接口传送给ptr8000.应用协议或mcu设置接口速度。mcu设置trx_ce、tx_en为高来启动输。ptr8000内部处理无线系统自动上电，数据包完成（前加导码和crc校验码），数据包发送（100kbps，gfsk，曼切斯特编码）。如果auto_retran被设置为高，ptr8000将连续地发送数据包，直到trx_ce被设置为低。当trx_ce被设置为低时，ptr8000结束数据传输并将自己设置成待机模式。
（3）接收模式：通过设置trx_ce高，tx_en低来选择rx模式。650us后，ptr8000监测空中的信息。当ptr8000监测到频率相同的载波时，载波监测（cd）被设置为高。当ptr8000接收到有有效的地址时，地址匹配(am)被设置为高。ptr8000将接收有效的数据包(crc校验正确)时，ptr8000去掉前导码、地址和crc位，数据准备就绪（dr）被设置为高。mcu设置trx_ce为低，接收完成，进入待机模式，mcu可以以合适的速率通过spi接口读出有效数据。当所有有效数据被读出后，ptr8000将am和dr设置为低。
3.2 无线网络mcu主程序
在无线传输网络系统中，如果信息传输量很多，任务饱满，可采用令牌方式。此种传播方式比其它方式有更好的吞吐率。其实现原理如下：网络一建立，就产生一令牌，该令牌在网上传输。当一个站收到令牌，则说明该站具有传输信息的权利，进行信息传输，传输完之后，再将令牌发往下一站。如果该站没有信息传输，则直接将令牌发往下一站。下一站获得令牌进行信息传输，再将令牌发往再下一站。以此类推，直到所有站传递完之后再回到头，周而复始，实现全网信息传输。
要保证可靠接收，环中任意两站之间要限制距离，并保证环路初始建立时不出现隐蔽结点。在无线环网中采用帧交换方式，在环网的方式下，主要解决以下几个问题。
（1）系统初始化（令牌产生）。系统初始化需要解决令牌产生的问题。当无线网络安装好以后，各站均有责任产生令牌，但在整个网络中，仅有一个令牌。产生令牌的原则是:按地址大小排序，具有小地址站有资格作为令牌的起始站。
（2）逻辑环的建立。初次拥有令牌的站，将本站地址填入“征求—后继者”帧中，发送“征求一后继者”帧，再监听信道上有无响应帧。当各接收站收到“征求—后继者”帧时，则将征求者站地址按地址大小排序填入资源表中（重复的不填），再检查本地址是否在征求者所需覆盖的地址范围，若不在，不发响应帧。若在则发“设置一后继者”响应帧。当原发站收到“设置—后继者”帧时，建立或修改本站中的后继者地址，并向后继者传送令牌。当有多个响应站“设置—后继者”帧时，则只能通过仲裁算法来确定唯一的响应者作为后继者。后继者得到令牌之后，再征求后继者，直到没有响应为止，将资源表中的个站点作为自己的后继站发送令牌，这样逻辑环就初步建立了。
（3）逻辑环的管理。初始化建立了逻辑环之后，还存在着令牌的维护，新站的加入和老站的退出事务处理。这些管理是很复杂的，因具有动态的过程，下面分成4个部分：令牌传送、正常操作过程、新站加入逻辑环、退出逻辑环。
4结束语
在输煤仿真系统中，我们利用了无线现场总线技术，将模块分散化，具有可移动性，能够满足工业现场的需要，为仿真调试带来了方便，也为无线现场总线网络的实现找到了一定的事实依据。
1引言
可编程控制器是以微处理器技术为基础，综合了计算机技术、自动化技术和通讯技术的一种新型工业控制装置。其可靠性极高、耐恶劣环境能力强、使用极为方便等特点，与机器人技术、CAD/CAM并列称为工业生产自动化的三大支柱。它是上世纪60年代发展起来的被国外称为“先进国家三大支柱”之首的工业自动化理想控制装置，是近年来发展极为迅速，运用面极广的工业控制装置，现已广泛运用于自动化的各个领域。
2可编程序逻辑控制器(PLC)
PLC 英文名Programming Logic Controller即可编程序逻辑控制器，是早于qiche制造行业应用并发展起来的一项技术，用于代替继电器完成机器和设备的自动控制，它的大的特点是可编程，即根据控制逻辑和控制要求的变化可重新编制程序，而不用象继电器线路一样需要重新更换原器件和重新接线。PLC已集成了许多计算功能、通信功能、完成特殊控制功能的功能模块如位置控制、速度控制、过程控制等，并具有了与计算机系统的集成和连网的能力，PLC自发明以来在工业自动化、交通控制、电力运输、楼宇自动化等领域得到了广泛的应用。
3PLC发展历史
自1969年世界上台可编程控制器在美国DEC公司诞生以来，PLC走过了30余年的发展历程。回顾其发展历程，可将PLC技术分为3个阶段:
(1) 传统PLC阶段。它是PLC的初阶段，也是现代PLC的基础。其结构如图1所示，工作原理 如图2所示。
如图2所表示的一样，PLC的工作原理是:读取输入接点的状态→执行程序→根据程序的执行结果刷新输出接点的状态→再读取输入接点的状态→读取输入接点的状态,如此循环执行。
由PLC的工作原理可以看出:从输入端的信号状态发生变化到输出端的信号变化，中间需要执行程序(用户程序、系统程序)，程序的执行需要时间，这个时间是不可预测的，在某些应用场合这是不允许的，如位置控制、速度控制、需要高速响应的控制，这就使得PLC在这些场合不能使用或需配置昂贵的专用模块。从图1可知，PLC系统的核心是微处理器(CPU)，为防止系统程序跑飞，产生误动作，必须采取一系列硬件和软件的措施去克服这一问题，由于PLC使用的是梯形图语言，系统本身必须带有功能强大的编译器，这样就使得PLC构成的系统具有较高的价格。程序跑飞、编制的程序出现死循环等依然是存在的隐患问题。
(2) OPEN PLC阶段。OPEN PLC又称PC BASE PLC、SOFT PLC，是近几年提出的一种概念，它是基于开放式PC平台和开放式开发软件的PLC，它能方便的与其他软件集成及网络集成。其组成结构如图3所示。
OPENPLC只是在它的开发环境方面提出了一个新的概念，即开放性、标准化，它的运行原理方面与传统PLC相比具有实时多任务运行机制，但仍然是基于程序执行这样的基础。它并没有从根本上解决传统PLC存在的问题，在其实现的系统中依然存在。
(3) 现场集成阶段。也就是HARDPLC阶段，它是一个全新的代名词，也是一个PLC的新发展动向。它采用现代可编程逻辑器件CPLD/FPGA(ComplexProgrammable Logic Devices & Field Programming GateArray)作为硬件平台，采用EDA(Electronics DesignAutomation)开发工具配与硬件描述语言HDL(Hardware DebbbbbbionLanguage)做为开发软件平台，象传统PLC一样它同样是可编程的。其组成结构图如图4所示。
HARDPLC则抛弃了传统PLC“程序”的概念，以“硬件线路”来实现控制功能，而编程改变的也只是其芯片内部的硬件连接，而不需运行软件程序，自然没有程序跑飞、开机复位及自带语言编译器等问题，其完成的功能与传统PLC相同，而系统的造价仅是传统PLC系统的十分之一，甚至更少。在硬件线路运行时所有的信号是并行运行的，信号的路径是可知的，信号传输的时间是可预测的，可用于jingque控制的需要，如位置控制、速度控制、信号处理、图像处理、高速机械等。它从根本上解决了传统PLC存在的不足，代表了传统PLC的终发展方向。
4PLC的发展趋势
随着微处理器技术、超大规模集成电路技术和数字通讯技术的进步和发展，可编程序控制器也得到了迅速发展，其功能已远远超出了其定义所指的范围，其概念也日趋模糊，现代可编程控制器的发展趋势主要有以下几个方面:
(1) 用高性能器件，尽量缩小与工业控制计算机之间的差距。例如，德国FESTO公司的IPC(IndustrialPC)由一系列符合工业标准的模块组成，它与微机兼容且具有PLC的功能。
(2) 丰富I/O模块，使PLC在实时性、精度、分辨率、人机对话等性能方面得到改善和提高。
(3)强化网络功能，以实现信息管理自动化。例如IPC型控制器具备多种现场总线接口。如FESTO总线、Profibus、AS-I、CAN等，以及各种网络连接模块，如Novell等，从而使PLC与PLC、PLC与PC、PLC与现场设备之间建立通讯联网。
(4)多种编程语言并存，互补不足。IPC型控制器除了采用梯形图、指令表编程以外，还可以用IEC1131规定的用于顺序控制的标准化语言以及C、Basic等计算机语言进行编程。
(5) 硬件结构集成化、冗余化。随着专用集成电路(ASIC，Application Specific IntegratedCircuits)和表面安装技术(SMT，Surface-MoutTechnology)在PLC硬件设计上的运用，使得PLC产品硬件元件数量更少，集成度更高，体积更小，其可靠性更高。为了提高系统的可靠性，PLC产品还采用了硬件冗余和容错技术。用户可以选择CPU单元、通信单元、电源单元或I/O单元甚至整个系统的冗余配置，使得整个PLC系统的可靠性得以加强。
5可编程控制器现场集成技术研究的意义
现行的可编程控制器均是由专门的生产厂商设计生产的，用户选用他们提供的专用控制器时，可能只用到它的部分功能，会造成一定的资源浪费，专用控制器价格高，不经济。而使用现代可编程逻辑器件来实现具有如下优点:
(1) 用户可以根据需要设计控制器的功能，不会造成太大的资源浪费;不用带自身专用的编译器，从而大大降低了系统的价格。
(2)用户逻辑和接口部分可以做在同一个器件内，让接口和用户逻辑更紧密地结合;用FPGA/CPLD芯片组成的系统，很自然地避开CPU的程序跑飞、死循环、复位不可靠等缺点，无需采用过多措施就能使系统具有很高的可靠性。
(3)FPGA作为控制器的核心，其灵活的现场可更改性、可再配置能力，对系统的各种改进非常方便，在不更改硬件电路的基础上可以提高系统的性能，也就是完成硬件的在系统升级;在线编程是FPGA/CPLD突出的特点，它无需改变芯片外部I/O口的连接线，可直接在用户自己设计的目标系统中或线路板上对FPGA/CPLD器件编程，这就打破了使用一般数字器件和PLC先设计后装配的惯例，而可以先装配后编程，用在实际系统后还可以反复编程，从而开创了数字电子系统设计技术的新一页。还可以通过红外线编程、超声波编程或通过电话线、Internet进行在线编程。这些功能在远控或军事领域上有特殊的用途。
(4)FPGA的性能价格比很高，用它实现的控制器的价格，几乎只是和它具有相同输入/输出端子市售可编程控制器价格的十分之一;其逻辑实现是并行工作的，其速度远远大于PLC，这在实时系统中是非常有优势的。
(5)它抛弃了传统PLC“程序”的概念，以“硬件线路”来实现控制功能，在硬件线路运行时所有的信号是并行运行的，信号的路径是可知的，信号传输的时间是可预测的，可用于jingque控制的需要，如位置控制、速度控制、信号处理、图象处理、高速机械等。
从以上优点我们可以看出，基于FPGA/CPLD的HARDPLC能更经济、更稳定、更方便地适应用户的需求，其实时性、灵活性远远优于传统的可编程控制器(PLC)。可编程控制器的现场集成技术应用非常广阔，具有很强的工程实用价值
本文介绍了永宏PLC在瓶盖除尘机上的应用。永宏新产品B1/B1z系列主机是FBs系列主机的精简版，继承了FBs系列主机性能稳定、抗干扰强的优势，又具有结构简单、的特点。
一项目简介
1.1行业介绍
瓶盖生产到拧在成品酒上，这一过程中易沾染灰尘等杂物，本设备就是将生产出的酒盖采用吹洗、真空吸、除静电等手段清除酒盖内外表面污物的专用设备。
图1-1 设备图样
1.2客户需求
当瓶盖进入区清洗区，装在下方的高压（4.6KV）静电枪，产生大量的正负离子与瓶盖内外壁正负离子中和，在高压气流吹洗下达到除尘的目的，固定枪对瓶盖外壁进行吹洗。当瓶盖进入第二清洗区，移动旋转枪嵌入瓶盖内芯吹洗，上方拍振装置对瓶盖进行拍振，拍振与运动气流更能使吸附表面的微尘或颗粒脱落，从而达到佳的除尘目的，嵌入瓶盖内芯吹洗次数与时间可在电脑中设定。当瓶盖进入第三清洗区，固定枪对瓶盖内外壁进行高压气洗，蛇形静电枪对瓶盖外壁静电除尘。
1.3解决方案
考虑到设备控制工艺要求PLC点数较少，且都为数字量控制信号，选用了永宏的新产品B1z系列主机。人机界面选用UniCon7寸人机界面。此配置在满足产品功能、不降低产品可靠性的前提下，大的节约了成本。
1.4方案背景
永宏新推出的B1/B1z系列主机是FBs系列主机的精简版，仍采用FATEKSoC作为系统核心，具有结构简单、性能稳定、抗干扰强、价格较低等优势。UniCon070S系列人机自带两个通讯口，支持常见的控制器品牌通讯协议。
二控制系统设计
2.1硬件配置
该设备的控制核心采用了永宏B1z-20MR2-AC主机，该主机有12点输入，8点输出，自带一个RS-232通讯口。人机界面采用了永宏UniCon070S系列人机，该人机界面为7寸800×480分辨率液晶面板，自带两个通讯口，支持常见的控制器通讯协议。
2.2控制工艺流程设计
瓶盖除尘的个工序是喂料，机器自动把摆放整齐的瓶盖送到除尘工位。第二个工序为静电除尘，装在下方的高压静电枪产生大量的正负离子与瓶盖内外壁正负离子中和，在高压气流吹洗下达到除尘的目的，固定枪对瓶盖外壁进行吹洗。第三个工序为震动除尘，振动盘对瓶盖进行震动，拍振与运动气流更能使吸附表面的微尘或颗粒脱落，从而达到佳的除尘目的，嵌入瓶盖内芯吹洗次数与时间可在电脑中设定。第四个工序为高压气洗，固定枪对瓶盖内外壁进行高压气洗，蛇形静电枪对瓶盖外壁静电除尘。
图2-2 瓶盖除尘工艺流程
2.3软件设计
2.3.1PLC程序设计
下图是高压气洗的PLC程序。M100启动清洗流程之后，设备自动送料，送料到位，高压qiqiang升起，进行高压气洗。高压气洗的次数由用户设定，气洗次数未达到设定值，高压qiqiang往复升降、气洗。气洗次数达到设定值，高压qiqiang落下，停止气洗，重新送料。
图2-3 高压气洗流程程序
除通过以上传统的编程方式实现流程控制之外，永宏PLC还提供专用的步进梯形图指令。步进梯形图指令专门针对机械动作流程的顺序控制，步进梯形图是以一个步进点（STEP）为小单元。一个步进点相当于机械部件中的一个步序，每个步序都有动作输出，整台机械或是整个顺序控制的流程，便是一个一个步进点逻辑串联或并联组成，其一步接一步循序执行的环境，使人对机械的运作一目了然，在设计、操作、维护上都相当便捷容易。
2.3.2人机界面程序设计
如下图所示为操作界面，画面包括报警部分、数据设定显示部分、动作指示部分、手自动控制部分。报警部分可侦测除尘机高压报警、低压报警，瓶盖反置、缺失报警等。数据设定显示部分用来设定高压除尘次数，累计除尘件数。动作指示部分用来显示各工位的工作状态及手自动状态等。手自动控制部分用来控制吸尘机、振动盘、静电除尘机等内容。
图2-4 操作画面
三设备调试
3.1瓶盖异常检测
除尘工艺流程中，要求瓶盖盖口向下放置在瓶盖托上，瓶盖托如下图所示。若瓶盖未放置或反置，将导致除尘枪损坏等异常。通过光电检测，判断瓶盖是否放置及是否颠倒放置可有效地避免故障的发生。当检测到故障时，人机界面会显示瓶盖报警，机器除尘完毕之后停止。
图3-1 瓶托
3.2其他控制部件
送料机构、静电除尘机构、震动机构、高压除尘枪图如下所示。
图3-6 试机控制柜图
四
4.1实施效果
经调试，设备的控制效果完全满足客户对工艺的要求，及各项技术指标。经过对设备控制工艺的改进以及控制程序的有优化，设备的运行稳定可靠。永宏B1z系列简易PLC在此项目中的应用体现了其可靠性高、抗干扰能力强、的特点。
4.2应用体会
B1/B1z系列PLC是继FBs系列PLC之后推出的简易型PLC，其高速计数、高速脉冲数出及通讯等方面性能较FBs系列PLC稍逊色，在简单的逻辑控制及产品的稳定型、可靠性等方面的性能不劣与FBs系列。自2010年B1/B1z系列PLC面市，经过了一年多市场的考验，此小型机得到了客户的认可，在简单控制中发挥了强大的性价比优势，深得客户的青睐.