单片机作为PLC的新用法

2007年06月19日

　　摘要：简述了单片机作为可编程控制器的一种新方法，介绍了微机PLC的硬件系统构成原理以及软件设计思想。
　　关键词：单片机可编程控制器自动控制

　　1引言
　　可编程控制器（PLC）是微机技术与继电器常规控制技术相结合的产物，是在顺序控制器和微机控制器的基础上发展起来的新型控制器。它的高可靠性、简单直观易于掌握的编程方式，以及越来越完善的功能，使得它在工业控制领域得到了广泛应用，特别是在特定场合以及大规模控制系统中使用。但它也存在一些不足：内存有限，编程优化调试困难；价格高；针对性差。当环境条件尚好，控制量不大，控制逻辑不复杂，控制要求不高时，它的优势不但不能完全发挥出来，而且会使控制系统成本提高。
　　鉴于此，根据不同的控制目的，按照PLC的工作方式及控制理念，设计有针对性的小规模经济型控制系统，具有明显的实用性。
　　单片机具有较强的开关量逻辑记忆、判断，数据运算、处理能力，并具有体积小、功能多样化、可靠性高、价格低等特点。所以，可以利用单片机通过增加一些输入输入电路，构成一个微机PLC，完成各种自动控制。微机PLC的优点在于：系统结构紧凑、造价低、针对性强，在设计时完全按照需要扩充I/O接口，选择输入输出电路与装置的类型以及内存容量，可以更加方便灵活地构成自己适用的控制系统，没有不必要的浪费，而且在控制性能方面仍能保持PLC的优势。

　　2微机PLC的系统构成
　　开关量逻辑和顺序控制是PLC的最基本应用范围，可用PLC取代传统继电控制、顺序控制等，如组合机床的加工过程自动控制一般可由PLC完成。我们在此给出一个组合机床的控制系统实例，该组合机床具有多刀同时工作且工作自动循环的功能，控制它的是一个由单片机外加输入输出电路所构成的微机PLC。该系统不但完全可以实现对机床的开关量逻辑和顺序控制，而且具备PLC系统对各种开关量逻辑和顺序控制的特性。其硬件结构原理图见图1，软件流程图见图2。

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　　根据输入输出信号的点数，扩充了若干个I/O接口，接口采用8255A。按照实际应用需要，输入电路应具有光电耦合器隔离、消除抖动及噪声的RC滤波器、电平转换等，在此例中，它将多个行程开关、压力继电器的状态信号输入。输出电路可以有晶体管输出型、继电器输出型、静闸管输出型等，在此例中采用了直流固态继电器和交流固态继电器，用于控制电磁铁的通断电与电机的启停。
　　系统软件设计采用了PLC的循环扫描工作方式，这种串行工作方式避免了继电器控制系统中触点竞争和时序分配的问题。为了配合这种工作方式，系统在内存中开辟有I/O映象区，存放现场数据和运算处理结果。每个扫描周期分为输入采样、逻辑关系处理和数据刷新、输出控制三个阶段。在输入采样阶段，顺序读入所有机床开关量输入信号（系统各工步的动作主令信号），并将读入的数据存入内存中所对应的输入映象寄存器，紧接着对输入输出映象寄存器数据与状态进行逻辑运算与处理，并根据结果刷新输出映象寄存器的内容。在输出控制阶段，将输出映象寄存器中的状态以控制信号的形式送到输出接口电路，去控制外部负载。