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Palabras clave: línea de producción modular; intercambio de recursos; bus RS-232C
1 Introducción
En el campo del control industrial, control tradicional in situ Los métodos son cada vez más incapaces de cumplir con los requisitos de la automatización industrial. No sólo requieren mucho tiempo y mano de obra, sino que también son muy imperfectos. El sistema de control de automatización industrial se ha desarrollado hasta el día de hoy. Con la mejora continua de la tecnología de comunicación, se ha eliminado el método de control tradicional en el sitio como método de control principal. Ha surgido un nuevo modelo que utiliza la computadora host para controlar el sistema. Línea de producción a través de comunicación por bus de campo. El sistema de control en este diseño es un sistema de control de red de bus de campo diseñado para el sistema modular de procesamiento y producción producido por la empresa FESTO.
El sistema modular de enseñanza y formación de procesamiento y producción MPS (Modular Production System) de la empresa alemana FESTO es un completo sistema de formación para la tecnología de control de automatización. Consta de varios módulos y es un completo con un funcionamiento abierto. sistema, los operadores pueden combinar, ampliar y controlar varios módulos según las diferentes necesidades. El sistema MPS está muy cerca del sistema de producción industrial real, por lo que la formación práctica basada en el sistema MPS tiene una importancia práctica importante en la enseñanza de ingeniería en colegios y universidades.
Sin embargo, el sistema de enseñanza y capacitación MPS es costoso y limitado en cantidad. Para maximizar el uso de los recursos del sistema de enseñanza y capacitación MPS, mejorar completamente la tasa de utilización del equipo experimental y lograrlo. la mejor enseñanza en un tiempo limitado Para lograr el efecto deseado, se debe diseñar un sistema completo de asignación y gestión de recursos para lograr la asignación óptima de recursos y cumplir con los requisitos de uso compartido de recursos y utilización del tiempo compartido. Este artículo presenta la estructura, función y contenido de diseño de software y hardware del sistema de red de bus que logra el disfrute de los recursos ****.
2 Diseño del esquema general
La línea de producción de procesamiento automático modular MPS de la empresa alemana FESTO es un conjunto de equipos de enseñanza y capacitación que simula la línea de producción de procesamiento. Puede utilizar Siemens S7-. Controlador programable 300 - -PLC se utiliza como sistema de control para controlar toda la línea de producción de procesamiento automático.
El problema central a resolver en el diseño del sistema de red de bus es: controlar el controlador programable-PLC de la línea de producción automática MPS para realizar el intercambio de recursos. El llamado intercambio ilimitado de recursos se puede describir en una frase simple como "elige uno entre muchos" y "elige uno entre muchos". "Selección múltiple una" significa que varias PC pueden comunicarse con el mismo PLC en tiempo compartido, lo que permite que varias PC controlen una estación de trabajo en la línea de producción MPS, mientras que "una selección de muchas" significa que una PC puede comunicarse con ellas; Múltiples PLC por separado. El PLC se comunica para realizar una PC para controlar la línea de producción de MPS. Se comunica con múltiples PLC para permitir que una PC controle múltiples estaciones de trabajo en la línea de producción MPS.
En el diseño del sistema de red de bus, primero se debe determinar el diseño del hardware, es decir, los equipos del entorno de hardware en el sistema de red de bus (múltiples PC y múltiples PLC) están conectados de manera ordenada a través de Diseño de circuitos de hardware. Juntos, además de otros equipos necesarios, se puede realizar la gestión de uso compartido y asignación de recursos. administrar. Para lograr que múltiples PC compartan recursos de PLC, este diseño propone un esquema de diseño de red de bus con una microcomputadora de un solo chip como estación de control. El diseño de la red de bus consta de varias computadoras y un microcontrolador AT89C51, y realiza el acceso a recursos al PLC a través del bus RS232 y el circuito adaptador de bus.
Para realizar el intercambio de recursos a través de la red de bus, además de tener un entorno de hardware completo, también se deben desarrollar los programas de comunicación correspondientes que coincidan.
La programación de comunicaciones se divide en dos partes: una es la programación de comunicaciones del microcontrolador y la otra es la programación de comunicaciones de la PC. El programa de comunicación del microcontrolador es un programa fuente escrito en lenguaje ensamblador. Su función principal es sondear cada PC para recibir el programa de aplicación en línea de la PC y enviar una señal de permiso en línea de acuerdo con el contenido del programa de aplicación. El programa de comunicación para PC está diseñado utilizando software de programación disponible en el mercado y su función principal es enviar aplicaciones en línea y recibir señales de licencia en línea. Estos programas de comunicación no son independientes. Deben coincidir con el circuito adaptador de hardware de la red de bus. Solo cuando los dos trabajan juntos se puede lograr el máximo intercambio y una gestión optimizada de los recursos.
3 Diseño de hardware de la red de bus
El diseño de hardware de la red de bus consiste en diseñar el circuito adaptador de bus que puede realizar la gestión de asignación y uso compartido de recursos. El circuito adaptador de bus consta de dos partes de circuitos, una parte es el circuito de sondeo del microcontrolador y la otra parte es el circuito para compartir recursos. El trabajo principal que debe completar el circuito adaptador de bus es: el microcontrolador AT89C51, como estación de control, adopta el modo de sondeo para recibir la señal de la aplicación en línea y el número de máquina en línea y otra información enviada por la PC a través del bus RS-232C. el programa y emite un permiso a la señal en línea de la PC, y emite instrucciones para abrir la línea de señal de control del PLC y conectarla a la PC. Los programas programados en el PC se pueden transferir al PLC a través del bus RS-232C, permitiendo el pleno disfrute de los recursos del PLC.
3.1 Diseño del circuito de sondeo de microcomputadora de un solo chip
La microcomputadora de un solo chip necesita sondear la PC para emitir una solicitud de conexión, es decir, para realizar la comunicación entre la PC y la Computadora de un solo chip Al comunicarse, generalmente se usa la interfaz de comunicación de bus serie estándar RS-232C. RS-232C es el bus estándar más utilizado en la comunicación serie asíncrona. La forma más sencilla de conectarse a un microcontrolador es la economía de tres cables con modulación cero, que es el cableado mínimo requerido para la comunicación full-duplex. El PC se conecta al microcontrolador y al PLC a través de un conector estándar de 9 pines. El diseño del circuito de sondeo del microcontrolador consta del chip CD4052 y el chip MAX232. El chip CD4052 es un multiplexor analógico de cuatro canales y dos canales. Un chip CD4052 puede sondear cuatro PC. MAX232 es un chip integrado dedicado a la conversión de nivel que convierte el nivel RS-232C al nivel TTL. El principio del circuito de sondeo del microcontrolador se muestra en la Figura 1.
3.2 Recurso**** Diseño de circuito compartido
Recurso**** Diseño de circuito compartido realiza las funciones de "seleccionar uno de muchos" y "seleccionar uno de muchos". Es decir, varias PC pueden comunicarse con el mismo PLC en diferentes momentos y una PC puede comunicarse con múltiples PLC respectivamente. Este diseño utiliza el bus RS-232C y el selector de datos multibit como núcleo del programa de circuito integrado. Los circuitos integrados logran la integración de recursos mediante el diseño de circuitos de red de conmutación en forma de estructuras de filas y columnas. La comunicación entre la PC y el PLC también utiliza la interfaz de comunicación de bus serie estándar RS-232C, que adopta la conexión de tres cables más simple. Por lo tanto, este diseño utiliza el chip CD4053 como interruptor de selección de datos. El chip CD4053 es un multiplexor analógico de dos canales y tres canales. Tomando como ejemplo cuatro PC que comparten cinco PLC, el circuito de red de conmutación requiere un total de veinte interruptores de selección de datos de cuatro por cinco, es decir, se utilizan veinte chips CD4053 para organizarlos en cuatro filas y cinco columnas (o cinco filas y cuatro). estructura de fila en forma de columna) constituye un circuito para compartir recursos. El principio del circuito se muestra en la Figura 2.
Figura 2 Esquema del circuito compartido de recursos****
Línea de señal de control
Bus RS-232C
Cuándo el microcontrolador sondea Cuándo una determinada PC quiere comunicarse con un determinado PLC en línea, el microcontrolador envía una señal de control a la línea de señal de control conectada al chip CD4053 correspondiente, de modo que el canal de conmutación del chip esté conectado para realizar la conexión en línea entre una determinada PC y un determinado PLC. Un PC se comunica en línea con un PLC.
Diseño de software de comunicación de red de 4 buses
4.1 Diseño del programa de comunicación de PC
El programa de comunicación de PC consiste en realizar que la PC envíe la señal de la aplicación en línea y reciba la Microcontrolador Señal de permiso en línea enviada de vuelta. Para hacer esto, es necesario diseñar un panel de control como se muestra en la Figura 3.
Figura 3 Diagrama esquemático del panel de control
En la comunicación del sistema de red bus se utiliza el método de preguntas y respuestas para la comunicación. Para garantizar la confiabilidad de la comunicación y la precisión de la transmisión de información, se desarrolla un protocolo de comunicación simple para las principales palabras de comando de comunicación. La concordancia de palabras de comando entre el software de comunicación de PC y el software del microcontrolador es la siguiente:
La palabra de comando tiene ocho bits de datos, de los cuales los dos bits más altos son la palabra de comando y los tres bits más bajos son el número de PLC. , y los tres bits del medio son el número de PC.
00XX XXXX es la palabra de comando para que la PC salga en línea;
01XXXX es la palabra de comando para que la PC solicite la conexión en línea;
10XXXX es el comando palabra para microcontrolador para permitir la conexión en línea;
11XXXX es la palabra de comando de ocupación de recursos.
Las funciones que completa el programa de comunicación de la PC son: cuando la PC quiere realizar la depuración en línea con el PLC, primero debe ingresar un comando que consta de dos palabras de comando en línea y tres números de PC en el cuadro de diálogo de el panel de control y tres números de PLC, y luego haga clic en el botón "Aceptar". En este momento, el programa de comunicación de la PC enviará esta cadena de ocho bits al puerto serie del microcontrolador a través del bus RS-232C. Cuando el PLC no está ocupado, recibe la señal de permiso en línea enviada por el microcontrolador y enciende la luz indicadora verde en el panel de control. Una vez que el PLC está ocupado, recibe la señal de ocupación de recursos enviada por el microcontrolador y se enciende; la luz indicadora amarilla en el panel de control cuando se complete la depuración en línea de la PC y el PLC, ingrese dos palabras de comando de salida en línea, un número de PC de tres dígitos y una cadena de número de PLC de tres dígitos en el cuadro de diálogo del panel de control, haga clic. presione el botón OK y el programa de comunicación de la PC. Esta cadena de ocho bits se transmite al puerto serie del microcontrolador a través del bus RS-232C y apaga la luz indicadora en el panel de control. Haga clic en el botón Salir y salga del programa de comunicación.
El programa de comunicación con PC está diseñado utilizando el software de programación VB. El control de MSComm puede configurar la transmisión y recepción de datos de la comunicación serie, establecer el estado del puerto serie y el formato del mensaje y el protocolo de la comunicación serie. Es una comunicación serie estándar de diez bits, que incluye ocho bits de datos estándar, un bit de inicio y un bit de parada.
4.2 Diseño de un programa de comunicación de microcomputadora de un solo chip
En el proceso de comunicación de datos entre la computadora de un solo chip y la PC, cada comunicación implica que la PC correspondiente envíe un marco de datos de comando y el programa de comunicación de microcomputadora de un solo chip La función completa es recibir los caracteres de comando enviados por la PC a través del sondeo del puerto serie, analizar los caracteres y determinar qué PC está conectada a qué PLC y cuándo el PLC no está ocupado. Cuando el PLC no está ocupado, el software envía una señal de control en línea al chip interruptor correspondiente para encender el chip. Luego, la PC depura en línea con el PLC seleccionado y envía una señal de permiso en línea a la PC. Una vez que el PLC esté ocupado, se enviará una señal de ocupación de recursos al PC y se suspenderá la conexión. Cuando la PC finaliza la comunicación con el PLC, enviará una señal de salida al microcontrolador. Después de recibir la señal, el microcontrolador desconectará el chip del interruptor y continuará con el sondeo.
El microcontrolador AT89C51 tiene en su interior una interfaz de comunicación serie full-duplex programable, que puede enviar y recibir datos al mismo tiempo. La comunicación en serie adopta el modo de trabajo 1, la velocidad en baudios es de 9600 b/s y el microcontrolador utiliza el modo de consulta para recibir y enviar datos. El temporizador T1 selecciona el modo de trabajo 2, el valor inicial es FDH y la frecuencia del oscilador de cristal es 11,0592 HZ.
5 Conclusión
Este artículo parte de la perspectiva de maximizar el valor de las líneas de producción MPS, basándose en la idea de optimizar la gestión y asignación de recursos, y trabaja en torno a la base de diseño y valor de uso de un gran número de líneas de producción MPS. Dicho diseño no solo puede hacer un uso completo de los recursos de enseñanza y capacitación de MPS para mejorar la eficiencia del trabajo de la línea de producción de MPS, sino también realizar una enseñanza auxiliar inteligente y en red y una gestión de laboratorio, estimular el interés de los estudiantes en aprender y ayudarlos a comprender. El conocimiento moderno en el campo de la tecnología de automatización industrial y la mejora de sus capacidades prácticas son muy beneficiosos.
El punto de innovación del autor de este artículo: utilizando el chip CD4053 como conmutador de selección de datos, diseñó un circuito de red de conmutador en forma de estructuras de filas y columnas para lograr el intercambio de recursos.
Referencias
[1] Li Quanli, Zhong Weifeng, Xu Jun. Principios y aplicaciones de los microcontroladores [M] Beijing: Tsinghua University Press, 2006
[2] Liu Zenghui. Tecnología de aplicación de sistemas de procesamiento y producción modular [M]. Beijing: Electronic Industry Press, 2005: Electronic Industry Press, 2005
[3] Xia Jiqiang, Sun Jin Basado en el sitio Bus. Sistema de monitoreo de grúa basado en [J]. Información de microcomputadoras, 2006, 10-1: 293-295.