基于PLC的電子網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

喻學(xué)濤

摘 要： 為了提高電子網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備的可靠性，進(jìn)行電子網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。采用可編程邏輯芯片PLC作為主控芯片，控制系統(tǒng)主要包括功率放大器、信號(hào)采集模塊、通信模塊、主控模塊以及輸出接口電路模塊，對(duì)輸入電子網(wǎng)絡(luò)通信信號(hào)進(jìn)行放大濾波處理，采用PLC進(jìn)行邏輯控制，采用LabWindows/CV構(gòu)建I/O接口，實(shí)現(xiàn)控制指令的實(shí)時(shí)輸出，減小通信線路上的干擾。測(cè)試結(jié)果表明，采用該系統(tǒng)進(jìn)行電子網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備自動(dòng)控制，控制穩(wěn)定性較好，魯棒性較高。

關(guān)鍵詞： PLC； 電子網(wǎng)絡(luò)通信； 自動(dòng)控制； 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)： TN915.05?34； TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2017）22?0107?03

Abstract： In order to improve the reliability of electronic network communication equipment， a automatic control system of electronic network communication equipment is designed， in which the programmable logic chip PLC is adopted as the main control chip. The control system mainly includes power amplifier， signal acquisition module， communication module， master control module and output interface circuit module to achieve the amplification filtering processing of electronic network communication signal. PLC is used for the logic control， and LabWindows/CV is employed for construction of I/O interface to realize the real?time output of control instruction and reduce the interference in the communication line. The test results show that the automatic control system for electronic network communication equipment has high control stability and high robustness.

Keywords： PLC； electronic network communication； equipment； automatic control； system design

0 引 言

在大數(shù)據(jù)信息傳輸和網(wǎng)絡(luò)通信信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，電子網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備作為控制網(wǎng)絡(luò)通信的中央控制器，成為網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的中樞，電子網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備的自動(dòng)控制系統(tǒng)是通過對(duì)通信信號(hào)的局部總線控制，在VL總線與處理機(jī)/存儲(chǔ)器連接，通過控制執(zhí)行器發(fā)送電子網(wǎng)絡(luò)通信執(zhí)行指令，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和微機(jī)總線控制[1]。通過設(shè)計(jì)電子網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備自動(dòng)控制系統(tǒng)，提高網(wǎng)絡(luò)通信的穩(wěn)定性。當(dāng)前，電子網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備自動(dòng)控制系統(tǒng)采用的是Intel公司提出PCI總線控制的概念，實(shí)現(xiàn)對(duì)電子網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備中包括聲卡、網(wǎng)卡和顯卡的有效控制，但是該控制系統(tǒng)不能支持多組外圍設(shè)備，受制于處理器的速度和一級(jí)總線的匹配性能的影響，導(dǎo)致控制系統(tǒng)的可靠性不好，降低電子網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸能力。對(duì)此，本文進(jìn)行控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，提出基于PLC的電子網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，首先進(jìn)行系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)描述，對(duì)電子網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備自動(dòng)控制系統(tǒng)的各個(gè)功能模塊進(jìn)行詳細(xì)分析，進(jìn)行系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)集成電路設(shè)計(jì)。最后進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試和分析，展示了本文設(shè)計(jì)的自動(dòng)控制系統(tǒng)在提高電子網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備控制性能、輸入/輸出性能方面的優(yōu)越性。

1 總體結(jié)構(gòu)模型

基于PLC的電子網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備自動(dòng)控制系統(tǒng)主要由功率放大器、信號(hào)采集模塊、通信模塊、主控模塊以及輸出接口電路模塊組成?？刂葡到y(tǒng)采用模糊PID控制方法，首先對(duì)模糊PID控制算法進(jìn)行交叉編譯設(shè)計(jì)[2]，在定義了基本控制方案的基礎(chǔ)上，進(jìn)行通信控制系統(tǒng)參數(shù)配置，采用ISA/EISA/Micro Channel擴(kuò)充總線作為被控系統(tǒng)的局部總線。根據(jù)系統(tǒng)功能和技術(shù)要求，進(jìn)行系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)構(gòu)架，得到本文設(shè)計(jì)基于PLC的電子網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備自動(dòng)控制系統(tǒng)的接口組成如圖1所示。

根據(jù)圖1所示總體結(jié)構(gòu)構(gòu)造模型，進(jìn)行系統(tǒng)模塊化設(shè)計(jì)。首先采用PLC進(jìn)行邏輯總線控制，建立基于DSP信號(hào)處理器[3]，進(jìn)行電子網(wǎng)絡(luò)通信信號(hào)采集及處理，構(gòu)建上位機(jī)通信模塊，通過DSP控制A/D轉(zhuǎn)換頻率，進(jìn)行信號(hào)采集及功率放大處理[4]，得本文設(shè)計(jì)自動(dòng)控制系統(tǒng)功能模塊結(jié)構(gòu)。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 自動(dòng)控制系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)

電子網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的技術(shù)指標(biāo)描述如下：

（1） 控制信息采集的多通道數(shù)據(jù)記錄動(dòng)態(tài)范圍為-40～40 dB，指令周期為DMA0，可以通過外部數(shù)據(jù)總線進(jìn)行存儲(chǔ)器擴(kuò)展，擴(kuò)展總量為100 dB，128K×16 b片內(nèi)RAM輸出控制信息的幅度為[±10]V；

（2） 電子網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備自動(dòng)控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)時(shí)鐘RTC設(shè)定為11，DMA控制器采用8通道同步、異步輸入；

（3） 采用多傳感器進(jìn)行電子網(wǎng)絡(luò)通信信號(hào)的采樣，通信信道控制的采樣率大于等于1 200 kHz；endprint

（4） A/D模塊中VME總線傳輸?shù)腁/D分辨率為10位（至少）；

（5） 采用三端穩(wěn)壓LT1587將5 V的電壓轉(zhuǎn)變?yōu)?.3 V電源進(jìn)行系統(tǒng)供電，PLC的靜態(tài)電流低于2 [μA，]配置PPI寄存器和DMA0寄存器；

（6） MXI總線控制的D/A轉(zhuǎn)換速率大于等于200 kHz。

根據(jù)上述設(shè)計(jì)的技術(shù)指標(biāo)，進(jìn)行系統(tǒng)的硬件模塊化設(shè)計(jì)。

2.2 硬件模塊化設(shè)計(jì)

對(duì)電子網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備的控制系統(tǒng)硬件模塊化設(shè)計(jì)主要包括功率放大器、信號(hào)采集模塊、通信模塊、主控模塊以及輸出接口電路模塊，分別設(shè)計(jì)描述如下：

（1） 功率放大器模塊。功率放大器是實(shí)現(xiàn)對(duì)采集的電子網(wǎng)絡(luò)通信信號(hào)的功率增益放大和倍頻控制功能[5]。首先分析電子網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備自動(dòng)控制系統(tǒng)功耗組成，自動(dòng)控制系統(tǒng)功耗主要由靜態(tài)功耗[Pspc]和動(dòng)態(tài)功耗[Pdpc]組成，即：

采用L1指令存儲(chǔ)器進(jìn)行電子網(wǎng)絡(luò)通信信號(hào)采集后信號(hào)存儲(chǔ)，由于動(dòng)態(tài)功耗與[ITC]，[CT]和[fp]相關(guān)。通過并口方式進(jìn)行功率放大設(shè)計(jì)，采用SPI接口方式，進(jìn)行信號(hào)增益控制，信號(hào)帶寬35 MHz，輸出信號(hào)幅值滿足設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)。

（2） 信號(hào)采集模塊。信號(hào)采集模塊是實(shí)現(xiàn)對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的通信信號(hào)采集和處理功能，使用的信號(hào)采集器L1的指令存儲(chǔ)包括64 KB的SRAM，自動(dòng)控制系統(tǒng)的訪問速度與L1存儲(chǔ)器進(jìn)行同步或異步中斷采樣。

（3） 通信模塊。通信模塊是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸通信功能，控制系統(tǒng)包括通信模塊2個(gè)32 KB SRAM的Bank。系統(tǒng)的集成控制模塊包括了12通道DMA收發(fā)轉(zhuǎn)換電路、模擬信號(hào)預(yù)處理機(jī)、2個(gè)雙通道全雙工同步串行通道、功率放大器等功能[6]。通信模塊接口配置如圖2所示。

（4） 主控模塊。主控模塊是整個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)的核心，采用PLC進(jìn)行邏輯控制，通過并行外設(shè)接口實(shí)現(xiàn)交流驅(qū)動(dòng)放大。采用PXI總線內(nèi)部系統(tǒng)進(jìn)行時(shí)鐘控制，通過A/D采樣電路對(duì)采集的電子網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備的參量信息進(jìn)行自整定性控制，如RISC式微處理器指令集，采用PXI總線技術(shù)進(jìn)行外部觸發(fā)控制，用5409A作為PCI主控模塊時(shí)鐘中斷控制芯片，選用PCI9054作為PCI地址/數(shù)E2PROM接口，實(shí)現(xiàn)電子網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備的自動(dòng)控制[7]。主控模塊的硬件電路設(shè)計(jì)如圖3所示。

（5） 輸出接口模塊。輸出接口電路是實(shí)現(xiàn)電子網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備自動(dòng)控制系統(tǒng)的輸出控制和增益放大調(diào)制功能，對(duì)輸入電子網(wǎng)絡(luò)通信信號(hào)采用PLC進(jìn)行邏輯控制，采用LabWindows/CV構(gòu)建I/O接口，實(shí)現(xiàn)輸出接口配置，接口配置的狀態(tài)字結(jié)構(gòu)模型見表1。

3 實(shí)驗(yàn)測(cè)試分析

實(shí)驗(yàn)測(cè)試建立在Visual DSP++ 4.5平臺(tái)基礎(chǔ)上，構(gòu)建集成開發(fā)環(huán)境，使用調(diào)試器進(jìn)行自動(dòng)控制系統(tǒng)控制性能調(diào)試。在專家連接器VCSE中查看電子通信信號(hào)輸出性能，當(dāng)VCC不足3.2 V時(shí)，OUT被撤銷?？梢酝ㄟ^外部數(shù)據(jù)總線進(jìn)行存儲(chǔ)器擴(kuò)展，擴(kuò)展芯片采用是DIP?8和SO?8兩種封裝方式，在PLC可編程邏輯控制下完成系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)，在完成系統(tǒng)封裝和聯(lián)調(diào)編譯基礎(chǔ)上，測(cè)試控制系統(tǒng)收斂性曲線如圖4所示。分析得出，采用本文方法進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，對(duì)電子通信設(shè)備控制收斂性較好，提高了設(shè)備穩(wěn)定性。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文進(jìn)行了電子網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備的自動(dòng)控制系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究。采用可編程邏輯芯片PLC作為主控芯片，主要對(duì)控制系統(tǒng)功率放大器、信號(hào)采集模塊、通信模塊、主控模塊以及輸出接口電路模塊進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)系統(tǒng)滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)，控制穩(wěn)定性較好，魯棒性較高，具有較好的應(yīng)用價(jià)值。

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