6ES7231-7PD22-0XA8技术介绍

6ES7231-7PD22-0XA8技术介绍

 在印染企业生产过程中，为了实现产品的印花精度，保持印花过程中圆网间的位置**同步和导带与圆网间的线速度同步是的。在圆网控制系统中，技术人员需要解决两个同步问题，**个是进布架、印花导带、烘房传送带和落布架之间的同步，它们之间的同步保证了织物在连续经过这四个单元时，既不被拉伸甚至拉断，也不会卷绕。这种同步通常是利用“同步控制器”或PLC的模拟量输出模块来实现这种同步。第二个同步是圆网的转动与导带的运动之间的同步，这也是印花机中较关键的技术之一，两者的同步精度决定了整个印花机的印花精度，如何提高印染过程中圆网与导带间的同步以及圆网之间的同步精度也就成了系统设计中较重要的问题之一。

    传统的机械共轴传动与圆网独立传动相比，仍存在明显差距，这些差距主要表现在传动环节多、累积误差大、易出现“跑花”、影响印花质量的稳定性、纵向对花范围有限等方面。随着计算机科技水平的不断普及和提高，尤其是随着数字伺服系统的日益完善和成本的下降，每个圆网分别用一个伺服控制系统独立传动已经能够实现。

    为了提高圆网同步特性，圆网控制系统设计中需要采取提高圆网电机控制的动态特性、实现无静差控制、增强系统的抗干扰能力、人工累积偏差等措施改善导带的运行特性。PLC通过现场总线接收每个操作板指令并将系统所处的状态信息传送与整个系统中同步控制的核心——同步控制器。同步控制器包括速度同步控制器、位置同步控制器，同步控制器可根据不同的系统状态（停车、单独转网和跟踪印花），达到控制圆网与导带间同步以及圆网间同步的目的。

    速度同步控制器用来保证印花工艺正常进行中的进布、印花、烘房和落布四个单元的速度同步。四个功能单元的速度信号以印花导带为主令跟随运行，由PLC比例运算再经模拟量模块输出速度电压指令，实现四个功能单元速度同步运行。

    决定印花精度的同步是圆网与导带间的速度同步和圆网与圆网间的位置同步，印花工艺要求圆网印花机的多个印花圆网跟随印花导带运动，并且必须在连续、高速、长时间的生产过程中保持高精度的同步运行。这里的多轴同步运动实际上是圆网对印花导带速度、位置的同步跟踪和各圆网之间高精度的位置同步。当圆网对印花导带速度、位置的同步跟踪精度足够高时，可以认为各圆网之间位置实现了同步。

    PLC控制系统适宜高速印花生产，印花导带传动由全数字异步交流伺服系统或闭环矢量控制实现任意速度下的无级调速，导带速度可达100M/min。各圆网轴与导带传动闭环同步运动控制，在运行中能实时控制偏差，即使在升降程中，也可实现同步运行，无“跑花”现象，圆网与导带之间的速差可调，可以满足不同品种印花，达到较佳印花效果。由于系统采用网络化控制，因此配线大大简化，提高了系统可靠性与丰富的实时信息，使系统具备了、**命、低维护率的优势。

开发系统基于PC机，建立在bbbbbbs操作系统平台之上，提供了PLC应用程序的编写及其编译调试环境。开发系统与实时运行系统的通讯一般通过RS232接口来实现。如果嵌入式操作系统提供网络服务，也可以通过以太网、Modbus或CAN总线进行通讯。应用程序编写完并编译调试无误后通过RS232或TCP/IP通信协议下载到嵌入式系统。实时运行系统则用于完成系统配置、输入信号处理、循环调用PLC程序及控制信号输出等操作，并且可以通过现场总线或TCP/IP通信协议与硬件层(I/O)实现通信。

    为了更好地支持实时运行系统，嵌入式系统一般要引入操作系统，嵌入式操作系统(如bbbbbbsCE，VxWorks等)为实时运行系统提供了启动代码、串行通讯接口、内存操作(malloc/free)、ANSI标准库、1ms的时钟滴答、调试接口等服务。如果实时运行系统整合了相应的功能，系统也可以不引入操作系统。我们所采用的嵌入式实时系统体系结构如图2所示，其实时操作系统采用VxWorks。

    了其通信性能，实时能力大大提高，同时此结构具有完全开放性，高度兼容性，极佳的可扩展性，使得自动控制系统的设计不受硬件的限制，可以有效地提高PLC的运行速度和可靠性，并且支持多任务的控制策略。另外相应的从嵌入式处理的设计与和BSP改造方面，也做了相应的优化处理。  

    3、基于PPC的嵌入式处理器设计

    VxWorks系统运行在基于PPC的MPC860处理器上，并作了一些有关改造以适应实时PLC的现场总线的通信要求。主要包括4个主要模块（如图3）：PowerPC核心，系统接口单元(SIU)，通信处理模块(CPM)和快速以太网控制器(FEC)。

    系统接口单元(SIU)集成几乎所有32-bit处理器系统的常用功能。MPC860采用32位内部总线，可以支持8，16或32位的外设和存储器，同时SIU提供功耗管理、复位控制、PowerPC减法器、PowerPC时钟基准以及实时时钟等功能。其内存控制器可以控制多达8个存储体，同时只需通过很少的电路就可实现与DRAM，SRAM，Flash以及其它外围设备的无缝连接，同时DRAM接口支持8，16和32位的端口，DRAM控制器提供页模式下的突发传送访问；

    0、前言

    随着数字信息技术和网络技术的高速发展，人类正步入一个崭新的后PC时代。这个时代的主要特点是嵌入式系统无处不在，并不断地向科研生产及人类生活的各个方面渗透。而可编程控制器(PLC)对机床开关量信号进行控制时可靠性高，使用方便，在大多数数控机床，特别是经济型数控机床中，要求的输入输出点数不多的情况下得到广泛应用。在兼用PC机系统资源的情况下，采用非实时多任务操作系统(如bbbbbbs)时，Win32API的设计可以满足制点复杂的数控功能要求，但由于bbbbbbs的分时性，没有考虑到实时环境的开发用途，其系统调用的效率不高，不能满足数控系统高实时场合PLC控制的实时性要求。

    VxWorks作为一运行在目标机上的高性能、可裁减的嵌入式实时操作系统，目前以其良好的可靠性和**的实时性被广泛地应用在通信、军事、航空、**等**技术及实时性要求极高的领域。

    本文基于VxWorks操作系统，提出了基于VxWorks的嵌入式实时PLC设计的方法与应用，利用VxWorks的开放性、模块化和可扩展性的系统结构特性以及多线程/多任务的系统环境来达到高实时要求的PLC控制，在保证实时性的同时，实现多点位、复杂功能的PLC系统控制目标。  

    1、传统PLC系统的结构

    相比较传统的的基于通用工业PC的工业PLC，其数控系统嵌入式PLC硬件包括：工控机及其外围设备，基于ISA总线的开关量输入输出接口卡，光电隔离模块，继电器输出模块。

    工控机采用bbbbbbs等非实时操作系统，数控系统的人机界面、数控代码处理、轨迹划、参数管理以及PLC控制都通过工控机由软件来实现，不需要独立的NC控制器，减少了数控系统对硬件的依赖，有利于提高系统的开放性。I/O输入输出信息通过PC机I/O接口卡实现主机与伺服接口模块和I/O接口模块之间的信息交换，PC机I/O接口卡基于ISA或PCI的总线。虽然其相较较初的单片机的控制加入了工业PC来拓展其开放性，但是由于没有充分利用PC机系统资源，而开发和运行都采用的非实时多任务操作系统(如bbbbbbs，Linux)时，其设计没有考虑到实时环境的开发用途，其系统调用的效率不高，数控系统PLC控制不能满足一些高精度场合的实时性要求。

    2、基于嵌入式系统的实时PLC系统结构

    嵌入式实时PLC系统，一般由开发系统和实时运行系统两部分组成，是相互独立而又密不可分的两个系统，可以分别单独运行

   PLC控制系统在使用过程中，经常要修改一些参数，较常见的就是修改定时器的设定值。为了操作员方便修改定时器的设定值，可用下列方法来实现：

    1、使用人机界面

    PLC可以用触摸屏、文本显示器或工控机作人机界面，方便修改定时器参数，但成本较高。

    2、使用PLC内置的模拟电位器

    小型PLC一般都有内置的设置参数用的模拟电位器。如三菱PLCFX1N、FX1S的外部调节寄存器D8030和D8031的值与模拟电位器的位置相对应。S7-200的两个模拟电位器对应的寄存器是SMB28和SMB29。CP1H的模拟电位器对应的寄存器A642。

    3、用模拟量设定功能扩展板修改定时器的设定值

    FX系列的模拟量设定功能扩展板FX2N-8AV-BD上有8个电位器，可以用应用指令VRRD读出各电位器设定的8位二进制数，用定作定时器、计数器的设定值。

    4、用PLC外部触点在程序内作加减计数器实现设定定时器的设定值

    用按钮的上升沿与加减计数器实现。当按下按钮，加减计数器的寄存器加1或减1。而定时器的设定值就是寄存器中的数值。根据需要与定时器的基时要确定按下的次数。加计数与减计数的外部接点要分开。

    5、增加LCD选件板改变PLC内部定时器的设定值

    可以方便的监控、变更PLC内数据值，并可以实现错误状态的可视化。CP1H、CP1L的PLC可以增加LCD选件板CP1W-DAM01。

概述： 在很多应用场合中，需要用到语音录放功能，如机、电话自动应答装置等。本文介绍一种简单实用的dsPIc数字信号控制器，用来完成语音录放功能。由于dsPIC强大的数字信号处理功能，可以提供后续的复杂处理等，具有良好的易扩展性。

介绍dsPIc数字信号控制器以厦ISD4002语音芯片的功能特点；特别介绍dsPIC的SPl库函数的功能及使用，并给出一种简单的语音录放电路。具有、易使用等特点，有较高的实用价值。

1 dsPlC系列的简单介绍
dsPIC系列是Microchip公司推出的新型16位高性能数字信号控制器。它结合了单片机的控制优点及数字信号处理器(DSP)的高速运算特性，为嵌入式系统提供了单一芯片解决方案。它继承了PlC单片机系列的哈佛总线结构和精简指令集(RISC)技术，以及寻址方式简单、运行速度快、功耗低、驱动能力强等优点，同时集成了主板级的DSP功能，能够提供强大的数字信号处理能力；此外，还提供了如UART、CAN、SPI等丰富的外围接口，可以方便地与其他设备进行通信互联。本文介绍使用dsPIC数字信号控制器的SPI接口与ISD语音芯片进行通信控制，使用的芯片型号为dsPIc30F6014。

2 ISD系列语音录放芯片
ISD系列语音芯片是美国ISD公司推出的产品。该系列芯片采用多电平直接模拟存储(Chip Corder)**技术，声音不需要A/D转换和压缩，每个采样直接存储在片内的闪烁存储器中，避免了A/D转换的误差；能够真实、自然地还原语音、音乐及效果声；避免了一般固体录音电路量化和压缩造成的量化噪声和金属声。ISD4000系列采用CM0s技术，内含晶体振荡器、防混叠滤波器、平滑滤波器、自动静噪、音频功率放大器及高密度多电平闪烁存储阵列等，只需要很少的外围器件即可构成一个完整的语音录放系统。它的操作命令通过串行通信接口(SPI)或Microwire送入；采样频率可为4.O Hz、5.3 Hz、6.4 Hz、8.O Hz，频率越低，录放时间越长，但音质会有所下降；片内信息存于闪烁存储器中，可在断电情况下保存(典型值)，反复录音10万次；器件工作电压3 v，工作电流25～30 mA，音质好，适用于移动电话及其他便携式电子产品。本设计使用的芯片型号为ISD4002，单片录放时间为120 s。

3 SPI接口介绍
SPI是由美国摩托罗拉公司推出的一种同步串行传输规范，常作为单片机外设芯片串行扩展接口。SPI有4个引脚：SS(从器件选择线)、SDO(串行数据输出线)、SDI(串行数据输入线)和SCK(同步串行时钟线)。SPI可以用全双工通信方式同时发送和接收8(16)位数据，过程如下：主机启动发送过程，送出时钟脉冲信号，主移位寄存器的数据通过SDO移入到从移位寄存器，同时从移位寄存器中的数据通过SDI移人到主移位寄存器中。8(16)个时钟脉冲过后，时钟停顿，主移位寄存器中的8(16)位数据全部移人到从移位寄存器中，随即又被自动装入从接收缓冲器中，从机接收缓冲器满标志位(BF)和中断标志位(SSPIF)置“1”。同理，从移位寄存器中的8位数据全部移入到主寄存器中，随即又被自动装入到主接收缓冲器中．主接收缓冲器满标志位(BF)和中断标志位(SSPIF)置“1”。主CPU检测到主接收缓冲器的满标志位或者中断标志位置1后，就可以读取接收缓冲器中的数据。同样，从CPU检测到从接收缓冲器满标志位或中断标志位置1后，就可以读取接收缓冲器中的数据，这样就完成了一次相互通信过程。这里设置dsPIC30F6014为主控制器，ISD4002为从器件，通过SPI口完成通信控制的过程。

4 dsPIC的SPI函数库
dsPIC30F6014提供了2个SPI接口模块，每个接口模块包括三个特殊功能寄存器和四个引脚。SPIxBUF是数据缓冲寄存器。需要注意的是，接收缓冲SPIxRBF和发送缓冲SPIxTBF共享同一个地址，即它们都是地址映射到SPIxBUF的。也就是说，当对接收或发送缓冲寄存器操作时，都只能对SPIxBUF进行操作，而不能直接对SPIxRBF或SPIxTBF进行操作。SPIxCON是控制寄存器，用来对sPI模块的操作模式等进行配置；SPIxSTAT是状态寄存器，用来标示SPI模块所处的状态

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