《案例》基于嵌入式PLC芯片组的多路模拟量PLC的开发 （上）

摘要：本文介绍了一种新的PLC开发过程——嵌入式PLC的开发。嵌入式PLC以用户的应用为中心，软硬件可由用户根据工艺需要来裁剪，很好地满足了用户的个性化需求。
关键词：嵌入式PLC芯片组 系统软件  内核   
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CD406 7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，即第一个AD转换通道。