软PLC技术下的工程机械智能控制器研究

林如阳

摘 要：以往PLC控制和计算机控制，一直以来都是工业控制中最主要的两种控制方式。以往PLC控制系统，监测工程机械状态的过程比较复杂，且时间比较长，使得工程机械工作效率较低，难以满足现代化工程机械智能化控制的要求。而软PLC这种新型的职能控制器，由于其独特的优势，可满足现代化工程机械智能控制的要求，而被得到广泛的应用。

关键词：软PLC；工程机械；控制算法

中图分类号：TP290 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）29-0016-02

1 工程机械职能控制器软件设计

1.1 软件系统

软件系统的开发，基于IEC61131-3标准，支持PLC编程语言共有5种，系统开发应用CIL技术，通过CIL转换器，将PLC编程语言变为CIL语言，最后经过CIL转化成为可执行代码。运行系统是整个系统的关键所在，软PLC技术通过运行系统，实现PLC系统具备以往PLC所具备的控制能力，一方面执行指令与分析，另一方面实现内存资源管理、数据资源管理等。

1.2 控制器软件架构

控制器软件架构分为三层，底层的CAN总线接口驱动、输入输出接口驱动，其目的是为了实现查询状态以及数据信息的收取和发送；实时多任务操作系统，主要管理CPU运行状况，实现时间管理、操作管理、内存管理；PLC内核则实施PLC程序。

1.3 底层I/O驱动

根据不同的功能，分为AI/DI接口、DI接口、PI/DI接口、PWM/DO/DI接口、DO/DI接口，根据各自的功能，分别设计驱动程序，设置相应的接口参数。DI接口实现外部接口的输入开关量；PI/DI接口实现外部传感器输入的脉冲量的频率；AI/DI接口功能则为监测控制内部温度与外部输入的电源电压，合理控制其范畴；DO/DI接口则实现低位开关量输出；PWM/DO/DI接口，PWM即是指脉宽调制输出，通过PWM信号的占空，变化电磁阀比例的开合程度。

2 软PLC设计

全部输入点的状态，将其存储在相应的地址里，把CANOPEN数据信息存储在相关的地址里；而后开始执行程序；按照全部输出口的地址的值执行输出，把CANOPEN地址值传输到CAN总线上。

2.1 Control设计

①JoyFilter模块。手柄模拟量输入处理函数。手柄输入是一个模拟的手柄，如若电压为6 V，那么中位的电压则为3 V，从中位变化到最大电压，电压变化为3～6 V，从中位变化到最小电压，则为3-0 V。事实上，理想状态下的参考电压不一定为6 V，中位变化到最大电压变化也不一定是3 V。本模块主要与控制器所提供的PWM函数配合应用，把手柄输入中位最大值设定为0～33 756，中位值到最小值设定为0～33 756。

②Motion模块。该模块的存在，主要目的是为了控制比例阀，输出2路PWM，信号范畴控制在—33 756～33 756之间，如果信号控制在0～33 756，PWM Up输出则为0～33 756，如果信号控制在0到-33 756时，则PWM down输出则为0到-33 756。通过参数控制设定，确定最小、最大输出电流范畴。

2.2 Hardware设计

Hardware现阶段信号有六种，即：DO、PI、DI、PWM、Current Input、Voltage Input。在这之前，加入测试所需要的设备，打开设备库，将自己所需要的设备进行安装，安装完成之后，点击PLC时则可以看到自己所安装的设备，新建项目，之后确定项目保存的位置。通道类型设置之下，有三种可以选择，即Digital Input、Current Input、Voltage Input，将管脚编号通道功能设置为Digital Input，测试DI，选择Digital Input通道类型，余下通道相似，寻找相应开关，配置为Digital Input。配置完成DI通道之后，安装PLC程序，终端打印每个不同通道的配置状况，查询、核对通道配置状况是否正确，如若发现通道配置不正确，则重新操作，直到正确配置为止。

3 系统性能测试探讨

3.1 硬 件

本次工程机械智能控制器研究中，其硬件型号为LPC2939芯片，工作频率较为稳定，频率为130 MHz，内部存储器字节为867 K，随机存储器外扩3 M字节作为系统运行存储，FLASH存储器外扩1 M作为程序存储。研制控制器开发板之后，经过检测之后，较为可靠。工程机械智能控制器硬件设计完成后，可满足大部分工程机械使用要求，而又充分利用了控制器的内部资源，大部分控制器的接口，都是三种功能重复应用的，这样可为不同客户、不同种类的工程机械需求，合理配置，应用控制器才更加方便。

A/D、I/O以及PWM输入输出接口，连接CAN总线通信接口，可满足现阶段工程机械开关量、模拟量、数字量采集需求。CAN总线采集信息以及传输结构，可满足CAN总线信息采集需求以及2路发动机信息采集需求。结构全部为封闭结构，具有防震动、防水、防尘等优势，可满足工程机械防护要求。

3.2 软 件

系统设计采用模块化的方式，具有较强的重构能力，可实现不同机械工程的控制需求；应用实时多任务嵌入式操作系统，可实现实时性控制器系统的要求；与IEC61131-3标准的PLC开发环境相一致；工程机械控制器实现了网络化控制，稳定了CANOPEN通信协议；现场控制的智能化，满足了现场危急情况下，及时保护、操作判断等功能的实现。

3.3 软PLC测试探讨

①DI测试。

执行PLC程序，发现初始值为TRUE，则表明DI值为1，点击DI对应的管脚，则值变为FALSE，表明DI值为0，说明DI测试成功，余下管脚按照此种测试方式即可。

②DO测试。

开发板上DI/DO信号中的DO信号，以及PWM/DO/DI之中的DO信号。DI/DO信号中的DO信号测试，对引脚电阻大小测试结果输出为0或者是1即可。PWM/DO/DI之中的DO信号测试，如果DO值为1，则表明引脚电压为高电平，如果输出的值是0，则表明引脚电压为0。

③PWM信号测试。

为40 Hz频率时，设定PWM输出占空比，及定义参数为PWM0=500，当PWM占空比为30%时，波形输出则为凹型；当PWM占空比为70%时，波形输出则为凸型。

④JoyFilter模块测试。

因为scale的作用，使得JoyFilter模块AI输入为-33756-33756，为双向输入值，基于此，所产生的JoyFilter模块曲线实际上成为了JoyFilterac，曲线光滑度不够，因为AI模拟输入的影响，但是并不干扰模块的正常输出。

⑤Motion模块测试。

当参数取值在0.2、0.05、0.02三种不同的情况之下时，控制信号相应的目标电流，从0变化为800 mA。经过分析得出，当一段时期后，控制器实际输出电流可达到800 mA目标电流，且足够稳定，三种参数取值不同的情况下，系统稳定所采用的时间，各不一样，取参数值0.02时，系统所花费的调节时间最长，大概需要5s；当参数取值为0.2时，系统所花费的调整实践最短，大约为1s；而参数取值为0.05时，调整实践介于0.2与0.02之间，大概需要1.5～2 s左右，此种情况下，并未发生超调现象。

4 软PLC技术实现方案

软PLC技术，根据平台划分，主要方案有三种，即硬件PLC系统平台、EPC系统平台/IPC系统平台、嵌入式系统平台。

4.1 硬件PLC系统平台

如图1所示，主要应用硬件PLC系统平台，来作为载体，将软PLC系统，载入到硬件PLC系统当中，以软PLC系统来实现程序下载以及程序开发。

4.2 EPC系统平台/IPC系统平台

如图2所示，主要通过EPC、IPC系统，当作载体，软PLC系统均在EPC、IPC系统实施运行操作，以此来实现程序下载以及程序编辑。EPC、IPC控制器软件系统的核心模块一般为Windows、Linux等操作系统。

4.3 嵌入式系统平台

主要将嵌入式系统当作载体，将软PLC系统纳入到嵌入式系统当中，通过软PLC系统，来实现程序下载、开发工作，嵌入式系统一般使用嵌入式操作系统，比如Embedede Linux，来作为控制器软件系统的核心。

5 结 语

综上，软PLC控制技术，解决了以往传统PLC技术的不足，其开放式体系构造，具备更好的网络通信能力以及更强的信息处理能力，工业控制领域应用之后，进一步提升了企业的生产效率以及自动化能力。

参考文献：

[1] 李美升.工程机械智能控制器设计与研究[D].武汉：武汉科技大学， 2010.

[2] 胥贵萍.基于软PLC技术的工程机械智能控制器[D].武汉：武汉科技大 学，2011.

[3] 闵华松，李美升，魏洪兴，等.工程机械智能控制器设计[J].信息与控制， 2011，02：254-261.

[4] 黄江波.工程机械嵌入式软PLC编程环境的研究与实现[D].长沙：中南 大学，2014.

[5] 杨文刚.探讨工程机械控制器与其相关控制技术[J].装备制造技术， 2015，11：182-184.