關(guān)鍵詞：可編程控制裝置；小水電站；自動(dòng)化
我國(guó)是一個(gè)小水電資源豐富的國(guó)家，小水電建設(shè)發(fā)展很快，可開(kāi)發(fā)的裝機(jī)容量及設(shè)備國(guó)產(chǎn)化方面有很大優(yōu)勢(shì)，特別是對(duì)小水電群實(shí)行集中控制是一個(gè)發(fā)展方向。目前我國(guó)小水電普遍存在技術(shù)裝備落后，自動(dòng)化程度低、電能質(zhì)量不穩(wěn)定、工人工作環(huán)境惡劣、勞動(dòng)強(qiáng)度大、事故頻發(fā)、生產(chǎn)效率低，小水電單座電站對(duì)區(qū)域小水電群集中控制尚處于探索階段。為提高水電站經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)少人值守或無(wú)人值守來(lái)改善運(yùn)行條件，降低經(jīng)濟(jì)成本，開(kāi)發(fā)具有簡(jiǎn)單順序控制功能的可編程邏輯控制裝置，對(duì)提高小型水電站自動(dòng)化水平是十分必要的.
1 可編程邏輯控制裝置硬件設(shè)計(jì)
裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用19寸4U標(biāo)準(zhǔn)機(jī)箱.機(jī)箱后部采用16PIN鳳凰端子17條．裝置由CPU板、電源、I/O板、A/D板組成，并通過(guò)備板連接．裝置的CPU、電源板為必備插件，CPU為開(kāi)關(guān)量輸入、開(kāi)關(guān)量輸出、A/D板等插件共設(shè)計(jì)了8個(gè)擴(kuò)展位置，在這8個(gè)位置上各個(gè)板塊可任意配置．裝置的A/D板(模擬量采集板)，開(kāi)關(guān)量輸入板，實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬量和開(kāi)關(guān)量的采集與處理.
裝置的信號(hào)流程圖如圖1所示
1．1 硬件選型
①主控板的中央處理器采用Motorola公司推出的高性價(jià)比、低功耗的DSP數(shù)字信號(hào)處理器DSP56F807作為信號(hào)處理芯片，片內(nèi)包含64K程序F1ash，4K數(shù)據(jù)Flash.
處理速度．DSP56F807芯片是面向電機(jī)控制系統(tǒng)的高性能嵌入式控制器，具有多總線和流水線結(jié)構(gòu)，具有高指令執(zhí)行速率和擴(kuò)展能力，該芯片操作速率可達(dá)40 MIPS(100萬(wàn)條指令/s)．
結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)，DSP與CPU在結(jié)構(gòu)方面的區(qū)別是．DSP采用哈佛結(jié)構(gòu)，而傳統(tǒng)的CPU多為馮·諾依曼結(jié)構(gòu)．這樣，在DSP處理數(shù)據(jù)空間運(yùn)算與數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐瑫r(shí)可并行從程序空間讀取下一條指令．
內(nèi)核設(shè)計(jì)特點(diǎn).DSP56F807芯片集成了CAN總線，大部分芯片上都有1個(gè)或多個(gè)SCI和SPI接口．DSP芯片上又集成了相當(dāng)豐富的I/O模塊同時(shí)實(shí)現(xiàn)總線不出芯片，完全單片化，抗干擾能力強(qiáng)．
技術(shù)支持．Motorola公司對(duì)16位DSP提供有基于C語(yǔ)言的開(kāi)發(fā)工具、IDE的集成環(huán)境以及SDK等先進(jìn)的開(kāi)發(fā)工具，使開(kāi)發(fā)人員易于掌握DSP并很快的設(shè)計(jì)一個(gè)DSP的開(kāi)發(fā)系統(tǒng).
②主控板采用CPLD芯片控制信號(hào)輸出接口電路，并且可以通過(guò)軟件部分修改電路功能，使主控板的設(shè)計(jì)具有可塑性及電路保密性．
③提供一般I/O板、A/D板．每塊開(kāi)關(guān)量輸入、輸出板都具有30路輸入、輸出．在小水電站中用于采集水庫(kù)、水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、變壓器、操作臺(tái)、機(jī)組保護(hù)和溫度采集儀表發(fā)出的各種開(kāi)關(guān)信號(hào)、非電量模擬信號(hào)、轉(zhuǎn)速信號(hào)。并根據(jù)預(yù)置的邏輯關(guān)系，向水庫(kù)、調(diào)速器、水輪機(jī)、勵(lì)磁機(jī)、發(fā)電機(jī)、變壓器、斷路器發(fā)出相應(yīng)的控制命令，實(shí)現(xiàn)機(jī)組的順序控制.
④每塊板卡都具有標(biāo)準(zhǔn)的硬件方式，便于用戶安裝和使用．
⑤裝置通過(guò)RS232和RS485負(fù)責(zé)用戶所編制梯形圖軟件的下載，RS485還完成與監(jiān)控計(jì)算機(jī)通信，向監(jiān)控計(jì)算機(jī)上傳該裝置的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，用戶可通過(guò)計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)觀察系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)．
1．2 主控板的設(shè)計(jì)
主控板包括微控制器(DSP)、內(nèi)部程序Flash、內(nèi)部數(shù)據(jù)Flash、64 K外擴(kuò)RAM以及內(nèi)部程序Flash存儲(chǔ)系統(tǒng)程序、內(nèi)部數(shù)據(jù)．Flash存儲(chǔ)用戶程序、外擴(kuò)64KRAM通過(guò)微控制器數(shù)據(jù)總線、地址總線存儲(chǔ)中間數(shù)據(jù)等核心器件主控板固定在裝置的第5個(gè)插槽中，負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)所有軟、硬件關(guān)系和各項(xiàng)控制任務(wù)，如完成I/0信號(hào)處理、控制計(jì)算、與網(wǎng)絡(luò)通信控制處理功能．主控板的性能將直接影響系統(tǒng)功能的可用性、實(shí)時(shí)性、可維護(hù)性和可靠性.
主控板原理圖見(jiàn)圖2．
①主控板前端帶一個(gè)RS232接口，用于與PC機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，PC機(jī)通過(guò)RS232串口將用戶程序下載到裝置.用戶對(duì)裝置的編程使用梯形圖或者語(yǔ)句表，并通過(guò)CX＿Programmer4．O進(jìn)行兩種語(yǔ)言的轉(zhuǎn)換.
②上位機(jī)通過(guò)串口RS485下發(fā)讀取指令，將內(nèi)存區(qū)域中的數(shù)據(jù)傳送到上位機(jī)來(lái)檢驗(yàn)數(shù)據(jù)的正確性，或者通過(guò)RS485串口，發(fā)送寫(xiě)指令將數(shù)據(jù)寫(xiě)入相應(yīng)的內(nèi)存區(qū)域中.
③看門(mén)狗電路使系統(tǒng)在受到干擾或用戶程序出錯(cuò)而造成程序執(zhí)行混亂或跳飛后，自動(dòng)對(duì)板內(nèi)CPU及各功能部件進(jìn)行有效復(fù)位，以快速恢復(fù)到系統(tǒng)的正常運(yùn)行狀況．
④控板前端有LED顯示，用戶可以通過(guò)其直觀分析裝置的模式．
運(yùn)行模式：即裝置處于正常的運(yùn)行狀況，用戶編寫(xiě)的程序被循環(huán)執(zhí)行．
服務(wù)模式：即當(dāng)用戶需要輸入用戶程序時(shí)或更改部分參數(shù)設(shè)置時(shí)，可以通過(guò)上位機(jī)軟件使裝置處于暫停狀態(tài)，各個(gè)I/O模塊停止工作當(dāng)用戶程序下載完畢后，裝置將自動(dòng)切換到運(yùn)行模式.
2 可編程邏輯控制裝置軟件設(shè)計(jì)
2．1 軟件設(shè)計(jì)
軟件開(kāi)發(fā)工具用Metromerks公司的Code War-rior 4．0版本的DSP56800系列的C編譯器和集成開(kāi)發(fā)環(huán)境.軟件用C語(yǔ)言編程.
軟件功能：①通過(guò)編程軟件CX Prrammer 4．0下載梯形圖到裝置主控板RAM中．②對(duì)下載的梯形圖程序進(jìn)行指令解釋，形成順控邏輯．③通過(guò)裝置CPU將順控邏輯輸出到I/O插件進(jìn)行輸入輸出控制．④軟件可靈活配置8塊開(kāi)關(guān)量輸入、開(kāi)關(guān)量輸出、模擬量輸入插件．⑤通過(guò)RS485與監(jiān)控網(wǎng)通訊．
2．2 軟件程序框圖
程序框圖由初始化程序、主程序。定時(shí)器中斷服務(wù)程序、串行口中斷服務(wù)程序(發(fā)送和接收)，各個(gè)部分包含其調(diào)用的子程序(見(jiàn)圖3)．
主程序：①在裝置初始化和順控程序下載完成后對(duì)順控程序進(jìn)行掃描．在掃描生成子程序表和跳轉(zhuǎn)表的同時(shí)，檢查順控程序的正確性，不正確就不執(zhí)行、不更新輸入、輸出．②RS232、RS485的通信處理實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)從串口下載到裝置，或從裝置通過(guò)串口發(fā)送數(shù)據(jù)③程序在主循環(huán)中根據(jù)編程工具決定PLC的工作狀態(tài)，當(dāng)處于編程狀態(tài)時(shí)，完成與OMRON編程軟件的通訊實(shí)現(xiàn)梯形圖的下載功能和監(jiān)視功能(可設(shè)置指令參數(shù))，但順控程序不執(zhí)行輸入、輸出不更新；當(dāng)處于監(jiān)視狀態(tài)時(shí)，完成梯形圖程序的指令解釋、輸入、輸出更新處理和監(jiān)視功能(可設(shè)置指令參數(shù))；當(dāng)處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，完成梯形圖程序的指令解釋、輸入、輸出更新處理和監(jiān)視功能(不可設(shè)置指令參數(shù))．
串口l通信中斷程序接收或發(fā)送編程軟件的通信數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)順控程序的下載和在線調(diào)試.
串口2通信中斷程序?qū)崿F(xiàn)與后臺(tái)監(jiān)控軟件之間通信數(shù)據(jù)的交換，和RS232串口通信兼容．
3 結(jié)論
采用C語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)梯形圖的下載、解釋、以及數(shù)據(jù)通訊等功能，能夠?qū)崿F(xiàn)邏輯順序控制，適用于現(xiàn)場(chǎng)控制以及工業(yè)過(guò)程控制硬件設(shè)計(jì)提高了裝置處理數(shù)據(jù)的速度，具有較強(qiáng)的抗干擾能力．目前，該裝置已經(jīng)完成實(shí)驗(yàn)階段研制，設(shè)計(jì)的基本功能運(yùn)行正常，有待生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行試運(yùn)行．
