標(biāo)準(zhǔn)PLC結(jié)構(gòu)、以及標(biāo)準(zhǔn)PLC編程、具有PLC架構(gòu)的分散集控性槽控機(jī)。
【附圖說明】
[0022]圖1是本實用新型系統(tǒng)硬件框圖。
[0023]圖2是本實用新型軟件系統(tǒng)框圖。
[0024]圖3是本實用新型控制軟件模塊框圖。
[0025]圖4是本實用新型編譯過程對比圖。
[0026]圖5是本實用新型系統(tǒng)硬件接口框圖。
[0027]圖6是本實用新型嵌入式PLC結(jié)構(gòu)智能槽控機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖7是本實用新型嵌入式PLC結(jié)構(gòu)智能槽控機(jī)組成的鋁電解生產(chǎn)智能監(jiān)控系統(tǒng)示意圖。
【具體實施方式】
[0029]本實施例所述的電解槽用嵌入式PLC智能槽控機(jī)是將傳統(tǒng)控制軟件嵌入到PLC控制系統(tǒng)之中，是建立在智能槽控機(jī)技術(shù)、和PLC技術(shù)之上的控制系統(tǒng)，使硬件、軟件滿足PLC標(biāo)準(zhǔn)，同時集成了電解槽專用模塊的控制系統(tǒng)。是傳統(tǒng)槽控機(jī)、與PLC控制系統(tǒng)的集成體。通過將原“大板式”結(jié)構(gòu)改為標(biāo)準(zhǔn)PLC結(jié)構(gòu)，原輸入、輸出接口改為標(biāo)準(zhǔn)PLC接口，并將標(biāo)準(zhǔn)PLC軟件系統(tǒng)嵌入系統(tǒng)軟件之中。針對電解鋁廠使用槽控的特殊環(huán)境，將槽控系統(tǒng)硬件作相應(yīng)的處理。而軟件設(shè)計采用結(jié)構(gòu)化設(shè)計的方法，分為三個層次，B1S控制層、PLC系統(tǒng)功能層、以及用戶應(yīng)用程序?qū)?。其原則是:自上而下，逐步細(xì)化，模塊化，結(jié)構(gòu)化編程。軟件設(shè)計從底層開始逐步細(xì)化，每層都由若干個模塊組成，程序采用結(jié)構(gòu)化編程。在應(yīng)用程序?qū)涌芍苯诱{(diào)用控制層和功能層、以及本層的計算和控制等各種模塊，最終方便、可靠地實現(xiàn)電解槽的分布式的管理與控制。本實用新型基于嵌入式技術(shù)和開源的Linux操作系統(tǒng)，對智能槽控機(jī)的硬件平臺、人機(jī)界面、軟件編程技術(shù)提出設(shè)計和解決方案。
[0030]下面，結(jié)合附圖進(jìn)一步詳細(xì)說明:
[0031]圖1所示為系統(tǒng)硬件框圖。主電路采用嵌入式結(jié)構(gòu)，使用ARM芯片作為CPU核心芯片，擴(kuò)展ROM與RAM，利用嵌入式技術(shù)，將標(biāo)準(zhǔn)的PLC軟件操作系統(tǒng)嵌入槽控機(jī)系統(tǒng)，并使用可編輯邏輯器件EPLD簡化硬件結(jié)構(gòu)和將標(biāo)準(zhǔn)軟件功能硬件固化(固定性的簡單功能);通訊方面，采用先進(jìn)的CANBUS網(wǎng)絡(luò)等核心芯片與成熟的485芯片嵌入系統(tǒng)，形成標(biāo)準(zhǔn)的PLC編程和標(biāo)準(zhǔn)通用接口，增加標(biāo)準(zhǔn)的485與232接口，使用觸摸屏代替數(shù)碼管加指示燈的顯示方式，以及代替?zhèn)鹘y(tǒng)的按鍵。由于嵌入式PLC采用模塊化設(shè)計，具有標(biāo)準(zhǔn)PLC的軟件、硬件體系，支持標(biāo)準(zhǔn)的RS232、RS485和CANBUS通訊，支持標(biāo)準(zhǔn)PLC的梯形圖、指令表和功能塊編程方式，能在線修改、下載程序。人機(jī)界面采用標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)觸摸屏，采用組態(tài)化編程方式，有標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)接口和RS485/232接口。
[0032]另外，在系統(tǒng)的設(shè)計中，使用可編程邏輯器件(EPLD)以實現(xiàn)系統(tǒng)的部分電路功能和邏輯部分的保護(hù)功能，利用EPLD硬件電路“軟件化的顯著特點簡化硬件電路，并將專用的“軟件”功能硬件化，如“三相交流電”的缺項及反向判斷等，特定邏輯控制功能在日后還可以通過修改EPLD芯片程序來更改，同時還使用EPLD將系統(tǒng)的特殊軟件進(jìn)行了加密，使得用戶的“高級模塊”在PLC編程完全開放的情況下得到保護(hù)。
[0033]圖2所示軟件系統(tǒng)框圖:由于智能槽控機(jī)的PLC系統(tǒng)軟件設(shè)計是槽控機(jī)系統(tǒng)實現(xiàn)的關(guān)鍵難點，因此，設(shè)計的優(yōu)劣直接關(guān)系到系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可移植性、可擴(kuò)展性。通過系統(tǒng)嵌入式軟件、可編程邏輯器件，將系統(tǒng)軟件分為三層結(jié)構(gòu)，第一層:為系統(tǒng)的核心層，即操作系統(tǒng)層，使用Linux系統(tǒng)，利用Linux內(nèi)核高效穩(wěn)定、公開源代碼、可移植性、可裁減、支持多任務(wù)等特點，實現(xiàn)對嵌入式PLC的移植、裁剪。此層主要實現(xiàn)固化PLC系統(tǒng)、及部分特定的通訊、接口等模塊，PLC槽控系統(tǒng)的快速啟動、自檢、輸入輸出接口基本處理和電源、時鐘、以及掉電保護(hù)等管理等。此層在出廠前固化，只能返廠改動;第二層:為系統(tǒng)的服務(wù)功能層，處理PLC程序用戶接口、中間件系統(tǒng)以及嵌入式人機(jī)交互接口，支持PLC程序下載、加密與運行、嵌入式數(shù)據(jù)服務(wù)等，以及固化槽控軟件計算模塊。主要固化系統(tǒng)的“特定模塊”，如出鋁模塊、換極模塊、抬母線模塊、單點下料模塊、以及部分其他先進(jìn)控制模塊等，以及各類硬件邏輯層面上的限時、限幅、限位保護(hù)模塊；此層在出廠前固化，但可在離線情況下修改，一般不對外開放，是自有知識產(chǎn)權(quán)模塊的保護(hù)層；第三層:為系統(tǒng)的應(yīng)用層，實現(xiàn)槽控機(jī)的編程功能及其他應(yīng)用等，主要放置用戶應(yīng)用程序，并對用戶完全開放，通過此層用戶可調(diào)用第一層、第二層、以及本層的軟件。
[0034]圖3所示為控制軟件模塊框圖。軟件引入的部分標(biāo)準(zhǔn)軟件作為“軟件模塊”固化在系統(tǒng)中，如陽極升降保護(hù)、工藝操作等軟件。不僅能實現(xiàn)接觸器粘連、接觸器不吸、升降接觸器互鎖、電源缺相、反序等故障的防護(hù)和脫扣器故障監(jiān)視。硬件邏輯保護(hù)和軟件保護(hù)、硬件動力回路保護(hù)組成三級保護(hù)體系，確保陽極升降安全、可靠。應(yīng)用系統(tǒng)可通過EPLC編程，直接調(diào)用系統(tǒng)中的軟件模塊。而且能將成熟的電解槽控制軟件寫入到應(yīng)用之中，還可以將用戶的新工藝、新思路、新改進(jìn)放入PLC下的用戶的編程模塊中，實現(xiàn)用戶的新措施。支持模塊的增補(bǔ)和PLC的軟件高效編程，更適合電解槽的控制功能擴(kuò)展。因此，需要搭建系統(tǒng)編程環(huán)境和準(zhǔn)備功能層軟件開發(fā)
[0035]搭建系統(tǒng)編程環(huán)境:一般的Linux程序開發(fā)都是以本地的方式進(jìn)行開發(fā)與調(diào)試，程序的運行場地就是開發(fā)所用的計算機(jī)。這種方式不適合嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)，因為嵌入式系統(tǒng)本身資源有限，不能運行開發(fā)與調(diào)試工具，沒有自主開發(fā)能力。所以嵌入式Linux程序開發(fā)一般采用交叉編譯的方式，在宿主機(jī)上(通常是P C )開發(fā)并編譯程序，將結(jié)果下載到目標(biāo)板上運行。開發(fā)與運行的環(huán)境不同，需要交叉編譯是嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的主要特點之一。由于宿主機(jī)與目標(biāo)機(jī)的C P U—般不相同，宿主機(jī)一般為I n t e I X 8 6體系，而目標(biāo)機(jī)為A RM體系結(jié)構(gòu)，所以在宿主機(jī)開發(fā)編譯程序時需要使用交叉編譯工具包。開發(fā)時使用宿主機(jī)上的交叉編譯、匯編及鏈接工具將應(yīng)用程序轉(zhuǎn)換生成與硬件C P U特征有關(guān)的只能在目標(biāo)機(jī)上執(zhí)行的二進(jìn)制代碼，然后將此可執(zhí)行文件下載到目標(biāo)機(jī)上運行，開發(fā)時以上步驟交替結(jié)合進(jìn)行。本文使用Windows下的超級終端,通過串口與目標(biāo)機(jī)相連接，同時啟用以太網(wǎng)口連接方便調(diào)試。編譯器選擇Linux下的自由軟件GNUGCC，它是Qt程序推薦的編譯工具，可以完成幾乎所有知名C P U的交叉編譯及調(diào)試。Q t的一個重要特點就是它的跨平臺特性，所有的Q t庫函數(shù)都有Windows和Linux版本,用戶所寫的應(yīng)用程序基本不需要改動就能夠在Linux和W i n d O w平臺移植運行。
[0036]準(zhǔn)備功能層軟件開發(fā):硬件平臺及底層的軟件開發(fā)基本完成后，可以開始準(zhǔn)備應(yīng)用層及功能層的軟件設(shè)計開發(fā)了。由于大多PLC平臺是在C系列軟件的基礎(chǔ)上開發(fā)的，將PLC平臺軟件通過交叉編譯及調(diào)試，下載到A RM的硬件中，在A RM的Linux平臺運行即可。另外電解控制模塊的開發(fā)，原有模塊是在C51下開發(fā)的，直接將在P C.Window平臺上編程并測試，然后將完成的模塊嵌入主程序，移植到A RM.Linux平臺下即可。得益于Q t的平臺移植的良好特性，本文所要編寫的大量應(yīng)用程序模塊不需要考慮太多就能達(dá)到程序與硬件平臺的無關(guān)性，同時在P C和Linux上運行。所有程序在編寫時不調(diào)用平臺特有函數(shù)，用純C/ C ++及Q