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用PLC系统两线连接型数显仪表的设计

  引言
  
  可编程逻辑控制器简称PLC(ProgrammableLogicController),具有编程简单、可靠性高、通用性强和使用方便等特点,广泛应用于工业控制中的各类生产过程[1]。目前的PLC系统多用指示灯来显示生产过程或设备的状态信号,或借助于专用的人机界面(HMI)、工业PC来显示过程变量或设置系统参数。HMI和IPC不仅增加了PLC系统的成本,而且无法适应高温、高湿热、多粉尘的工作环境。基于LED的数显仪表具有环境适应性强、显示直观、醒目等优点,可以满足某些工业现场的特殊显示需求。然而,如果使用PLC系统的I/O直接驱动数码管进行显示,则需要占用大量的PLC系统I/O资源。本文采用单片机和程序控制技术,通过特定的传输时序,只需使用PLC系统的2个I/O点即可实现其参数显示。
  
  1、硬件设计
  
  以STC89C51为核心实现的PLC系统两线连接型数显仪表的硬件组成如图1所示。整个硬件系统主要由STC89C51单片机、输入接口、程序下载接口、数码管显示驱动电路、按键输入(可选)和报警输出(可选)等部分组成。STC89C51和标准80C51保持硬件结构和指令系统兼容,提高了时钟速率,扩充了在系统编程(ISP)、在应用编程(IAP)、电源欠压检测与复位、看门狗复位等功能,其I/O口经过了特殊的设计,使其在工业控制环境中具有极高的可靠性。

  
  图1PLC系统两线连接型数显仪表的硬件组成


  
  1.1PLC系统输入接口
  
  PLC系统通过两个输出点将显示数据按照一定的时序传给数显仪表。PLC系统一般有继电器出、可控硅输出、晶体管输出和24V直流电压输出等多种形式可供选择,一般使用其晶体管输出或24V输出形式经过相应的转换电路连接数显仪表。为了适应两种输出形式,采用光电耦合器统一将PLC系统的输出信号转换为TTL电平信号。如果PLC系统的输出形式为24VDC,例如西门子的S7系列PLC,则PLC输出与光电耦合器输入侧的连接如图2所示。如果PLC系统的输出为晶体管集电极开路或漏极开路输出,如三菱的FX系列PLC,则PLC输出与光电耦合器输入侧的连接如图3所示。无论采用何种连接方式,转换后进入STC89C51单片机的信号逻辑都与PLC系统的输出逻辑保持一致。使用光电耦合器实现信号转换,有利于提高系统的抗干扰能力,因为干扰信号即使具有较高的电压幅值,但其能量相对较小,形成的微弱电流一般不足以使光电耦合器导通[3]。转换后的两路信号分别作为数据线和时钟线,连接到单片机的两个外中断输入引脚,便于使用中断方式传输显示数据。

  
 

  
 

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