贾俊霞

[摘 要] 随着科技的发展，将最新科技运用到工厂控制系统中，是提高工厂工作效率的重要途径。在现在的工厂控制系统中人们经常采用PLC来进行过程控制，但该方式有诸多的缺陷。根据当下的研究趋势，探索应用最简单的控制电路来改变传统的控制系统，实现所需的功能。通过科学选用输入显示装置，弥补PLC专用触摸屏价格昂贵的缺陷，通过较低的成本实现对PLC的有效控制。

[关 键 词] PLC；MCS-51单片机；串行通信；实时控制

[中图分类号] TP273 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603（2018）08-0196-02

在現在的工厂控制系统中，PLC是过程控制的核心部件，具有工作稳定、运行可靠、控制能力强的特点，这使其在同类产品中具有很大的竞争优势。人们在看到其优势的同时，也应看到其存在的不足，操作过程缺乏相互性是其最大的缺点，这导致现场工作人员无法对其工作状态进行实时监控，使其操作中存在诸多不便。就拿修改运行参数来说，现场工作人员无法像操作其他系统一样，直接在电脑上进行操作，而是需要相关工作人员使用专用的编程器来完成，这样的设计不仅增加了成本，还带来了许多不便。对一些经常需要修改的工艺参数应用场合控制系统，这些不足则更加突出。针对这一现状，有人主张使用各PLC公司专用的触摸屏，这种方式虽然具有较强的交互性，但高昂的价格、较差的兼容性也限制了其应用范围。

针对目前应用中的问题，本文独辟蹊径，通过设计实现单片机和PLC实时控制系统的互动。在该设计中，充分利用了PLC必备的编程接口与单片机进行通信，PLC程序执行状态将显示在LED上，通过按键来设置工艺参数，以提高工作效率。

一、单片机概述

（一）单片机定义

单片机（Microcontrollers）是一种集成电路芯片，也可以将它称之为小而完善的微型计算机系统。在该系统中，采用的是超大规模集成电路技术，通过一定的技术把中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM等功能集中到一块硅片上。在该硅片上，可能还包括其他的物质，如显示驱动电路、模拟多路转换器、A/D转换器等。由于其具备强大的功能，因此被广泛使用在工业控制领域。随着信息技术的发展，单片机的发展速度越来越快，从20世纪80年代起，它已经由原来的4位、8位发展到现在的300M的高速单片机。

（二）主要特点

单片机作为计算机发展的一个重要分支领域，具有自己的特点，这些特点也使其被广泛应用在工业控制领域。单片机的特点主要包括6点：（1）系统结构简单，使用方便、易操作，能实现模块化；（2）具有较高的可靠性，可连续工作无故障；（3）具有强大的处理功能和处理速度；（4）单片机运作时无需较高的电压，因此其产生的功效较小，便于生产便携式产品；（5）拥有较强的控制能力；（6）具有较强的环境适应性。

（三）AT89系列单片机概述

在众多的单片机中，美国ATMEL公司生产的AT89系列单片机和INTEL公司生产的MCS-51单片机能够很好地兼容，使其成为市场的主流产品。因此，想要对单片机和PLC实时控制系统进行科学设计，离不开对AT89系列单片机的研究，这款单片机具有显著的特征，主要表现为以下几点：（1）单片机内含有Flash程序存储器，降低了开发编程的难度，提高了它的便捷性；（2）该单片机能够全面兼容8051，与8751相比具有相同的引脚，因此可取而代之；（3）具有静态时钟方式，对降低系统功效具有显著的作用，是一种便捷式的系统；（4）其采用的Flash程序存储器，可以进行多次快速擦写，适合相关人员学习、开发。

二、PLC概述

PLC又被称作可编程序控制器（Programmable Logic Controller），是一种应用广泛的电子系统，专为工业环境应用而设计出来的一种系统。它采用的存储器具有可操作性，通过在内部存储执行各种操作指令，如常见的指令包括逻辑运算、定时、计数和算术运算操作等。通过进行数字式和模拟式的输入和输出，对各种类型的生产过程进行多方面控制。PLC作为一种电子系统，具有许多优势，如编程简单、使用方便、抗干扰能力强等，这些优势使其在特殊的环境中仍能持续工作，并保持较高的可靠性，出现故障时，修复时间较短，维护起来也非常方便，除此之外，还具有接口功能强的特点，这些优势使其在工业领域中获得了广泛的应用。

三、单片机和PLC实时控制系统的设计

（一）单片机硬件的系统总体结构及功能

单片机和PLC实时控制系统各有利弊，通过对两者进行重新设计，使其兼具这两个系统的优势。在进行设计时，应力求对设计系统进行简单化处理，通过使用单片机最小系统满足要求。在整个系统中，电路是其重要的组成部分，其类型主要包括电源电路、复位电路、时钟电路、按键电路、显示电路和RS-232通信电路等部分。每个电路性质不同，其功能也不尽相同。如电源电路为单片机提供5V电压，在开始执行程序时从内部ROM开始；复位电路的功效是当单片机发生执行程序错误时，能够重回初始状态，并开始重新执行程序；时钟电路则是发挥时钟的功效，为其提供正确的时钟频率，为单片机正常工作奠定了扎实的基础；按键电路和显示电路在单片机上就是它的输入输出部分，通过这两个电路可以使用户和单片机进行交互；通信电路则通过使用MAX-232芯片，使单片机和PLC具有了通信标准。其采用的标准为RS-232。

（二）对通信接口电路及设置硬件进行科学连接

PLC与单片机之间能进行1：1上位链接通信，但需要通过Host Link 协议，建立通信联系之后，单片机就可以作为上位机来发送读写命令，并实现多重功能。主要功能包括：PLC的运行状态、继电器区和数据区DM的内容、定时器/计数器的设定值和当前值等都可以进行读写。上位机与PLC通信，主动的一方是单片机，相应的PLC就属于被动的一方，作为主动方，担负着主动通信的任务，用户可以在单片机上设计通信程序，无需在PLC上编写通信程序，但应该遵守通信协议即命令帧、响应帧的要求。在通信前，应对单片机的通信参数如帧格式、波特率等进行检查，使其与PLC设置一致，从而使单片机与PLC能够正常通信。