嵌入式软PLC虚拟机在电气测试中应用.docx

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1、嵌入式软PLC虚拟机在电气测试中应用在一些电子部件产品测试时，早先很多消费厂家都使用继电接触控制系统。该系统由分立元件组成，由于线路简单，元件控制精度不高，加上抗干扰才能级差，所以运行不够稳定，误动作频繁，使产品的测试和分析不准确。随着当代工艺的高精度要求，为了适应市场需求，采用可编程控制器对原继电电气控制系统进展改造，但由于各PLC厂家硬件模块和软件构造绝大多数都是专用的、互不兼容的，系统各模块间的交互方式、通讯机制也各不一样，这使得控制系统相对独立、彼此封闭。随着技术的进步和市场竞争的加剧，这种专用体系构造的控制系统越来越暴露了其固有的缺陷。由于基于PC平台的软件PLC无需专门的编程器，可

2、充分利用PC机的软硬件资源，直接采用梯形图或者语言编程，具有良好的人机界面等优点，因此逐渐取代了硬件PLC，成为研究的热门。1、电气测试系统原理介绍该寿命测试系统可以利用定时器控制电子部件产品的动作频率，利用计时器来控制动作的次数，根本原理如图1所示。图1电气测试根本原理PLC使用OMRONCQM1H-CPU11PLC加上扩展模块，其I/O点数可达26个，可知足多路测试，利用控制动作Relay的定时器和负载反应Relay的定时器时间差进展判定产品或者负载的不良状态，并对系统进展停机保护，实验完成后利用产品或者负载在机械和电气方面的特性对其产品进展评价。其中，遮断保护、动作Relay和负载反应R

3、elay都是用PLC内部高精度定时器进展控制的，其原理都是用低电压控制高电压，实现上下压别离，保証了测试系统的平安性，这里的遮断保护用的是FujiElectricCo.Ltd。JapanSC-13AA型接触器，耐压可达600V，单触点额定电流是32A，动作Relay和负载反应Relay也可以用光电耦合或者电流互感器都是用的OMRON的MY系列继电器。实际用DL750scoper测量发现这两种精度都不是很高，误差往往有8-10ms。实际中对产品评价需要很多数据，需要测试很多产品，这样需要多独立回路，接线走线困难，而且会产生寄生电路，所以，从PLC产品的兼容性及测试本钱考虑，采用目前先进的嵌入式软

4、PLC技术，可大大缩短实验周期并降低本钱。2、软PLC技术传统的PLC经过十几年的开展，技术已经非常成熟，以高速度、高稳定性、高性能在工业控制领域得到了广泛应用，与此同时，随着当代计算机技术和电子技术的开展，在工程方面逐渐表现出其缺点：传统的PLC厂商垄断市场，其产品户不兼容，缺少明确一致的标准，难以构建开放的硬件体系构造；各厂商产品的编程方法差异很大，技术专有性较强，工作人员培训时间长，造成PLC的性价比增长很缓慢。20世纪90年代中期，计算机和微电子技术的迅猛开展以及PLC的国际标准IEC61131的制定，产生了软PLC技术，所有软PLC技术，就是用PC作为硬件支撑平台，利用软件实现标准硬

5、件PLC的根本功能，也就是将PLC的控制功能封装在软件内，运行于PC的环境中，以PC为根底的控制系统，同时提供了PLC的一样功能，却具备了PC的各种优点。软PLC技术一般由开发系统和运行系统两个局部组成。开发系统运行在PC平台上，而运行系统那么运行在嵌入式硬件平台上，一般而言，嵌入式硬件平台上都要运行某种嵌入式操纵系统，比方C/OS-II、Clinux等。当代开发系统的特点一般都是集成化开发环境，界面友好，易于使用。软PLC嵌入式系统是基于IEC61131国际标准的，所以必然要支持其中的几种语言，系统运行在嵌入式硬件平台上，负责解释执行由开发系统编译、链接后产生的目的文件，运行系统一般由运行内

6、核、通讯接口和系统治理三大局部组成，其设计和实现精度很高，它的执行效率将直接影响到系统在现场控制中的反响速度。3、嵌入式平台的虚拟运行系统运行系统的构造组成如图2所示。系统治理器的主要任务是处理不同任务、协调程序执行及从I/O映象读写变量。I/O接口可与本地I/O系统和远程I/O系统通讯。通讯接口使运行系统可以与开发系统或者其他设备进展通讯。内核解释器是运行系统的核心局部，负责解释执行由开发系统编译完成的PLC应用程序的目的代码。图2运行系统的构造组成运行系统可在多种支持平台上运行，它通过将数据区和代码区别离，实现程序的动态更新和代码的高效率动态下载。1在Clinux平台上实现软PLC虚拟机实

7、现步骤将梯形图的指令翻译成宏汇编并建立一个宏库；把用户编写的梯形图程序编译成中间代码形式的PLM文件；将PLM文件转变为汇编程序；用汇编器汇编变成功的汇编程序，将解释执行内部指令PLM文件转换为程序，汇编成机器码执行，实现PLC指令机器码执行方案，大大地进步了执行速度，同时大大节约了内存空间；将PLC指令对应的机器码移植到嵌入式操纵系统中执行。2运行系统的两大模块运行系统主要由两大模块组成：1梯形图到机器码程序的转换；2执行机器码文件。每个模块的功能如下：1梯形图到机器码程序的转换。首先把用户编写的梯形图程序编译成中间代码形式的PLM文件，然后将PLM文件转变为汇编程序，最后用汇编器汇编转变成

8、功的汇编程序，产活力器码进而生成可执行的PLE文件。2执行机器码文件。将PLE文件嵌入配置好的执行环境中并执行，通过工控机的面版指示灯监测程序的正确性。3虚拟机总体设计根据虚拟机的原理和执行机制，对虚拟机的机器码执行方案进展了总体设计，如图3所示。PLC文件是梯形图程序的保存文件，通过对PLC文件进展词法分析、语法分析和语义分析编译产生PLM文件，然后调用宏汇编库，并进展一系列的转换生成机器码，产生PLE文件；最后创立机器运行环境来执行机器码，宏汇编库中是每个梯形图指令对应的宏汇编段。图3虚拟运行总体设计框图4穿插开发调试算法研究非嵌入式通常采用本机开发、本机调试、本机运行的开发方式；而嵌入式

9、开发需要穿插开发，绝大多数采用宿主机开发、宿主机和目的机之间穿插调试、目的机运行的方式开发。穿插开发调试算法：在宿主机平台上编写程序代码；固化监控器至目的机上；连接宿主机和目的机；编译链接应用程序，生成可执行代码；将可执行代码下载到目的机；使用穿插调试器进展调试；假如程序调试没有发现异常，转至11；调试程序时发生错误，利用穿插调试器定位错误；修改错误代码；重复4-10；将目的机程序固化在目的机上。4、嵌入式软PLC改造后的控制系统以测试继电器TV5实验为例。其要求如下：每次测试5个继电器，每个继电器的动作频率是5s开，5s关。根据要求，试验最好的结果是每个继电器用6个TV负载，即每个TV负载是

10、5s开，55s管。输入点有：开关，检出，复位M个，停顿次数设定量N次，动作频率设定L个，常开/触点转换。其中，M=测试产品个数，N、L个数由实际需要确定。其算法如下：设定一个循环周期，使累积误差最小；在循环周期内设计动作时间和动作频率，以及动作次数；设计相关联动、互锁、紧急停车和复位等功能；执行动作与反应根据产品相关标准进展比拟，断定结果和设定中断程序。采用模块化程序设计编程，各模块均由主程序调用，且为了程序不出误动作，还要考虑电流谐波和冲击对高电源的要求。用了算法优化设计，5个继电器每隔2s一个动作，5个恰好10s。其中一个动作频率程序如下：与之对应的动作如下：该程序检出判定程序如下：图4T

11、V负荷电压电流波形由图4可知：启动时突入电流最大值约为55A，突入时间约为54ms，定常为8A。图5电机电压和电流波形由图5可知：电流滞后电压约为0.9ms，其功率因素为0.96。实验结果与测试要求根本一致。假如不采用优化算法程序设计，那么对电源要求很高，所以该控制系统可以应用实现，无形中降低了本钱。5、改良后优点和维护很明显，经过以上改良后有以下上风：使用PLC后通用性大大进步，改良了以前单一PLC，并缩短了工作人员的培训周期；用嵌入式软PLC代替传统的硬PLC，外部线路简化；模块化可实现各种复杂的控制系统，方便地增加和改变控制功能；PLC可进展故障自动检测和报警显示，进步运行平安性，且便于

12、检修；便于群控制，进步运行效率；更改控制方案时无需改动外部线路。测试及维护需留意的事项：为了进步系统效率并降低开销，尽量少用I/O；要有紧急停车和适当联锁按钮环节；输入和输出不能用同一电缆线；直流电感性负载并联浪涌二极管，以延长触点的使用寿命；沟通感性负载并联电容吸收器以降低噪声。为保证控制系统工作的可靠性，做好接地、防尘、访油、防辐射工作。此系统可用于继电器、马达、电感、充电器等产品的测试。改良后仍存在以下几点缺陷：其一，假如负载断路，其本身并不能检测和保护；假如负载短路，产品在短时间内产生过电流，会造成产品破坏甚至威胁人身平安。其二，数据收集不全，不能实时监控。利用电流计可以弥补第一点的缺乏；采用数据收集卡可以实现实时数据收集。0