馬仁杰

摘要：隨著工業(yè)4.0的到來，PLC技術(shù)在智能加工系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣泛，本文研究了PLC技術(shù)在智能加工系統(tǒng)的應(yīng)用，并模擬搭建了一套智能加工系統(tǒng)，本文主要完成了智能加工系統(tǒng)的總體架構(gòu)設(shè)計(jì)，軟硬件電路的設(shè)計(jì)，完成了單片機(jī)程序的開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了PLC設(shè)備參數(shù)，伺服電機(jī)參數(shù)的控制，同時(shí)利用以太網(wǎng)，完成智能加工系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制。本系統(tǒng)能廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中，能夠極大提升工業(yè)的生產(chǎn)效率。

關(guān)鍵詞：PLC技術(shù)；智能控制

一、可編程邏輯控制器PLC簡介

美國上60世紀(jì)出現(xiàn)可編程邏輯器件PLC，用它來取代繼電器，執(zhí)行邏輯判斷和控制功能。PLC技術(shù)由于具有簡單易懂，操作簡單，靈活多變等優(yōu)點(diǎn)，在大規(guī)模的集成電路中具有了廣泛的應(yīng)用。同時(shí)隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，越來越多的微處理器開始支持PLC技術(shù)，具備數(shù)據(jù)通信，數(shù)據(jù)處理以及PID調(diào)節(jié)等功能。

在工業(yè)環(huán)境中，PLC技術(shù)克服了繼電器控制系統(tǒng)可靠性低，功耗高等缺點(diǎn)，在生產(chǎn)加工領(lǐng)域運(yùn)用越來越廣泛。PLC技術(shù)是嵌入式技術(shù)與繼電器技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。通過嵌入式內(nèi)部執(zhí)行運(yùn)算單元，實(shí)現(xiàn)順序控制和定時(shí)運(yùn)算等功能，能夠通過改變程序，輕易的改變生產(chǎn)加工流程。在用戶角度看來，基于PLC的生產(chǎn)車間能夠做到按需定制，批量生產(chǎn)的要求，正是基于這些特點(diǎn)，PLC能夠在工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛的使用。

PLC技術(shù)使用循環(huán)掃描的方式，在程序運(yùn)算過程中，隨著機(jī)器的掃描周期周而復(fù)始的執(zhí)行程序的輸入，內(nèi)部處理，運(yùn)算執(zhí)行，控制輸出等功能。PLC的運(yùn)行周期稱為掃描周期。掃描周期內(nèi)，程序周而復(fù)始的運(yùn)算，以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)流程的自動(dòng)化生產(chǎn)。

二、智能加工生產(chǎn)線控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（—）控制系統(tǒng)方案

智能加工系統(tǒng)主要以物聯(lián)網(wǎng)為載體建立而成，物聯(lián)網(wǎng)通過將外圍傳感器，射頻模塊通過標(biāo)志的協(xié)議把設(shè)備與物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來，從而實(shí)現(xiàn)智能化，一體化，監(jiān)控話的智能加工系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)智能加工系統(tǒng)的通信方式有很多：比如有基于以太網(wǎng)，基于zigbee技術(shù)，基于CAN技術(shù)和基于PLC技術(shù)等等。本文設(shè)計(jì)的遠(yuǎn)程智能加工系統(tǒng)主要包括PLC信息，伺服驅(qū)動(dòng)，外圍傳感器信息等組成。該智能加工系統(tǒng)主要由三部分組成，數(shù)據(jù)采集層，數(shù)據(jù)傳輸層，數(shù)據(jù)加工層。在加工過程中，RFID接收器接受有RFID傳送過來的信息。PLC通過MODBUS與控制器進(jìn)行通信，進(jìn)行PLC線圈狀態(tài)和寄存器數(shù)據(jù)，嵌入式核心芯片對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，對加工系統(tǒng)進(jìn)行試試的監(jiān)控。PLC與遠(yuǎn)程模塊進(jìn)行通信，通過監(jiān)控主機(jī)實(shí)現(xiàn)程序的遠(yuǎn)程下載。

（二）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

智能加工系統(tǒng)的技術(shù)如下：微處理器通過特定的通信總線控制傳感器，RFID，伺服控制器等設(shè)備。同時(shí)微處理器通過WIFI，GPRS，以太網(wǎng)等通信方式將處理器的工作狀態(tài)發(fā)送給服務(wù)器，服務(wù)器通過特定的通信協(xié)議與監(jiān)控主機(jī)進(jìn)行通信，將加工系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)顯示在控制人員的面前。

三、智能加工系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

（一）伺服電機(jī)程序設(shè)計(jì)

伺服電機(jī)采用CAN總線與微控器進(jìn)行通信，CAN總線支持2.0A和2.0AB兩種通信方式，波特率能夠達(dá)到1Mbps，同時(shí)CAN中心支持事件觸發(fā)通信，有2個(gè)3深度的FIFO，多達(dá)28個(gè)過濾組。首先控制器對任務(wù)進(jìn)行初始化，包括CAN總線配置的初始化，在初始化過程中，完成CAN總線的相關(guān)配置，包括工作模式，波特率，濾波器的設(shè)置。由于工控環(huán)境主要是強(qiáng)電，測試環(huán)境有限，因此在調(diào)試過程中使用單片機(jī)代替伺服電機(jī)進(jìn)行CAN通信，其程序的流程圖如圖1所示：

（二）PLC程序設(shè)計(jì)

Stm32與PLC模塊采用485總線進(jìn)行通信，數(shù)據(jù)以MODBUS協(xié)議的格式進(jìn)行傳遞，本系統(tǒng)以STM32控制器作為MOBDUS協(xié)議的主站，以PLC模塊作為從站控制器采用應(yīng)答的方式獲取PLC數(shù)據(jù)寄存器的狀態(tài)，然后對獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼，從而實(shí)現(xiàn)監(jiān)控PLC模塊運(yùn)行的功能。圖2是Stm32與PLC通信的流程圖：

首先應(yīng)用程序進(jìn)行代碼初始化，初始化串口3，串口4，當(dāng)接收到數(shù)據(jù)后將數(shù)據(jù)存入數(shù)組，之后解析數(shù)組中的內(nèi)容，之后將內(nèi)容以PLC的命令存入數(shù)組2，之后對數(shù)組2進(jìn)行CRC校驗(yàn)，校驗(yàn)結(jié)果保存在數(shù)組2中。之后通過串口4將校驗(yàn)結(jié)果通過MOBUS協(xié)議發(fā)送給PLC模塊，等待PLC模塊的反饋，當(dāng)收到時(shí)間大于4ms，表示數(shù)據(jù)接收完成，PLC的返回?cái)?shù)據(jù)存入數(shù)組3中，由串口3發(fā)送給通行模塊，完成一次數(shù)據(jù)的交互。

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