威海西门子中国代理商CPU供应商

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USB118AD在数据采集中的应用

U盘读写芯片 USB读写模块 PLC数据存储 USB控制U盘

我们知道，U盘就是一个通用的大容量存储器。U盘已经代替了软盘，成为我们工作中的必需品。所以在很多产品中需要读取或者保存数据，多数采用U盘的方 式。单片机系统可以直接采用U 盘作为移动存储器，并且方便与使用bbbbbbS 操作系统的计算机交换数据。而U盘读写模块则广泛的使用在桌上型仪表及便携式仪表、电子医疗仪表、设备黑箱子、考勤机数据记录、石油仪器仪表、纺织机械、水文监测、无纸打印机、数据采集等领域。

目前电子设计中应用比较广泛的陕西优博电子商行的USB118A方案、西安达泰电子的USB118AD方案。研发人员对这两种方案各方面进行了比较：

创建文件和目录、打开一个已经创建的文件和目录、从文件中读取长度和位置数据、写数据到文件的地址、列举目录下的文件和目录、删除文件和目录、查询U盘容量等等命令完成一致。

USB118A方案

SL811是Cypress公司的USB Host芯片，大多数是基于美国Cypress公司的提供的开发套件源码，大量用于学校毕业设计，学习场合，因为参考代码中存在大量BUG，一般人员对 USB协议不熟悉的话很难修正， USB118A模块是以这个方案为基础开发的成品，修正了大量原厂提供的代码BUG。但是由于此方案是USB1.1标准，速率很低，另外对于1G以上U盘 几乎不识别，所以，从2008年该产品已经停产。 

USB118AD方案

ARM+USB2.0的方案USB118AD模块适合于工业产品，对于工业设备、仪器等批量产品用户要选用是适合工业环境的稳定方案，USB118AD是用户的方案。

序号 USB118AD方案 USB118A方案

1 通信协议一致，用户的串口程序不用修改可以直接兼容

2 RS232串口，TTL电平

速率：9600/57600/115200

串口速率：115200bpsRS232串口，TTL电平

速率：9600/19200/57600

3 SPI高速串口，并提供高速SPI接口的测试板及例程。

SPI读写速度大于1.5Mbps，150Kbyte/sec 无

4 信号插座为6针，增加了RESET信号 信号插座为5针

5 外型尺寸: 长×宽×高=52×43×12mm 外型尺寸: 长×宽×高=51×25×12mm

6 可以识别大多数U盘，包括4G以上U盘，无分区的移动硬盘，部分数码相机 可以识别256M以下U盘

7 USB2.0接口内核协议 USB1.1接口内核协议

 1  引言

工业循环水系统是为生产设备实施水冷却而配置的。其工作过程为：循环水由水泵输送到供水总管，再分别进入各台生产设备，流过需冷却的部位后汇集到回水总管，经过冷却水塔上方的布水管向下喷淋。冷却水塔部的风机运转时，回水在填料层中与空气流进行充分的热交换后流回储水池中。本工业循环水系统根据生产要求配置为：三台离心式水泵，在用水量大时开两台水泵就可满足生产需要，而在有一台水泵维修时仍能满负荷生产，一台冷却风机。

对本工业循环水系统的控制要求是：

(1) 冷却水压力不0.25mpa，温度不35℃。实际压力与温度值分别通过装设在供水总管上的压力、温度传感器测得。

(2)在向储水池注水的水源管道上装设注水用电磁阀。当水位预定位置时注水阀打开，向储水池注水，当水位达到预定位置时，注水阀关闭，停止向储水池注水。储水池水位信号通过池中装设的水位传感器获得。

(3)在回水管上装设排水用电磁阀。当供水温度达到33℃时，该电磁阀打开，将回水排入下水道，而使储水池中注入温度较低的自来水或井水，使供水管水温下降。当降到30℃时，电磁阀关闭，供水系统恢复到原封闭状态。

(4)水泵采用“先开先停”的原则进行倒泵控制，即在水压满足要求的情况下循环启停各水泵，以尽量避免水泵长时间连续工作。当某水泵检修时，水泵的循环切换要跳过该检修水泵。

(5) 当水压下限值和温度上限值时能进行报警。

(6) 具有手动控制功能，手动只在应急或检修时临时使用。

    2  系统硬件设计

根据以上控制要求，控制系统的plc输入输出信号安排如附表所示。

根据附表所示输入输出信号数量与类型，plc选用欧姆龙cpm2a-30cdr-a一台，配模拟量扩展模块cpm1a-mad01一台。为系统各信号安排的地址编号也列在附表中了。其中水位限位信号分别为00000、00001，它们在水淹没时为0，露出时为1。三个水泵的检修信号分别为00002、00003、00004，检修某水泵时，按下相应带灯自锁按钮，给出1信号，否则给出0信号。

控制系统主电路为四个接触器分别对四台电动机的运行控制，并各设有隔离开关、热继电器、熔断器等对电动机进行各种保护。主电路在这里就不赘述了。 

控制电路原理图如图1所示。图1中sa为手动/自动转换开关。sa打在1位置为手动控制状态，打在2位置为自动控制状态。手动运行时，可用按钮sb1～sb8控制三台水泵及一台风机的启停。自动运行时，系统在plc程序控制下运行。

限于篇幅plc端子接线图在这里省略了，可参考附表及图1分析之。

            附表  plc输入输出信号安排

图1  控制电路原理图

3  系统软件设计

plc在工业循环水系统中的控制任务较多，程序可结合具体任务分段编制。主程序根据系统工作流程将各功能段(子程序)排列组合在一起，即模拟量模块工作的启动，泵组接触器逻辑控制放在，报警及阀门控制放在后面。另外，由于模拟量单元工作数据设置、上下限值设定、泵号计数器初值设定、倒泵时间设定等需要在程序运行的一开始进行，所以本程序编制了初始化子程序。主程序流程图如图2所示。

            图2  主程序流程图

泵组接触器逻辑控制的任务是按照泵组管理原则对泵的循环工作实施控制。泵组管理原则为：

(1) 当水压大于下限值且无水泵检修时，三台水泵依次投运一台转换工作；

(2) 当水压大于下限值且有水泵检修时，二台水泵依次投运一台转换工作；

(3) 当水压小于下限值且无水泵检修时，三台水泵依次投运二台转换工作；

(4) 当水压小于下限值且有水泵检修时，二台水泵全部投运工作。循环时间根据具体情况整定。

            图3  泵组逻辑控制子程序梯形图

该子程序梯形图如图3所示。程序中所用到的一些寄存器与位说明如下：

(1)20.05为倒泵控制位，每当倒泵时间到，20.05输出一控制脉冲，进行倒泵控制。循环时间的定时在程序实现，这里就不具体给出了。

(2) 200为泵号计数器，其计数值代表了倒泵状态位置。本设计使用泵号(1～3)加1的方法实现水泵的循环控制。

(3)20.00～20.02为泵组运行状态位，20.00代表1号泵运行(单台运行时)或1、2号泵运行(二台运行时)；20.01代表2号泵运行(单台运行时)或2、3号泵运行(二台运行时)；20.02代表3号泵运行(单台运行时)或3、1号泵运行(二台运行时)。20.00～20.02状态位根据200的计数值及水压高低、有无泵检修等条件变化，达到按泵组管理原则对泵循环工作实施控制的目的。例如，当水压小于下限值且无水泵检修时，200的计数值顺序为1—2—3—1……，倒泵顺序为20.00(1、2号泵)—20.01(2、3号泵)—20.02(3、1号泵)—20.00(1、2号泵)……，三台水泵依次投运二台转换工作。

(4) dm100为水压设定值，dm10为水压测定值。

    4  结束语

长期以来，工业循环水系统多采用继电接触器电路实现电气控制。工业循环水系统中水泵电动机的切换及控制是比较复杂的，此外系统还有其它一些模拟量检测与逻辑控制的任务，因而采用plc承担这些控制任务为合适。本设计就是对其用plc进行电气改造。通过改造，大大降低了故障率和使用成本，增加了操作的性。

  0 引言

PLC的输出类型有继电器和晶体管两种类型，两者的工作参数差别较大，使用前需加以区别，以免误用而导致产品损坏。本文简要介绍了继电器和晶体管输出的特点及使用中的注意事项。

    1 继电器和晶体管输出工作原理

继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。

电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力下返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）吸合。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。从继电器的工作原理可以看出，它是一种机电元件，通过机械动作来实现触点的通断，是有触点元件。

晶体管是一种电子器件，它是通过基电流来控制集电与发射的导通，是无触点器件。

    2 继电器与晶体管输出的主要差别

由于继电器与晶体管工作原理不同，导致两者的工作参数存在较大的差异，下面以艾默生EC系列PLC 相关数据为例进行比较说明，输出口主要规格如表1 所列。

1）驱动负载不同继电器型可接交流220 V或直流24 V 负载，没有性要求；晶体管型只能接直流24 V负载，有性要求。

继电器的负载电流比较大，可以达到2 A，晶体管负载电流为0.2~0.3 A。同时与负载类型有关，具体参见表1。

2）响应时间不同继电器的响应时间比较慢（约10~20 ms），晶体管响应时间比较快，约0.2耀0.5 ms，Y0、Y1甚至可以达到10 滋s。

3）使用寿命不同继电器由于是机械元件受到动作次数的寿命限制，且与负载容量有关，详见表2 所列，从表中可以看出，随着负载容量的增加，触点寿命几乎按级数减少。晶体管是电子器件，只有老化，没有使用寿命限制。

    3 继电器与晶体管输出选型原则

继电器型输出驱动电流大，响应慢，械寿命，适用于驱动中间继电器、接触器的线圈、指示灯等动作频率不高的场合。晶体管输出驱动电流小，频率高，寿命长，适用于控制伺服控制器、固态继电器等要求频率高、寿命长的应用场合。

在高频应用场合，如果同时需要驱动大负载，可以加其他设备（如中间继电器，固态继电器等）方式驱动。

    4 驱动感性负载的影响

继电器控制接触器等感性负载的开合瞬间，由于电感具有电流不可突变的特点，因此根据U=L(dI/dt)，将产生一个瞬间的尖峰电压在继电器的两个触点之间，该电压幅值过继电器的触点耐压的降额；继电器采用的电磁式继电器，触点间的耐受电压是1 000 V（1 min），若触点间的电压长期工作在1 000 V 左右，容易造成触点金属迁移和氧化，出现接触电阻变大、接触不良和触点粘接的现象。而且动作频率越快现象越严重。瞬间高压如图2 所示，持续的时间在1 ms 以内，幅值为1 kV以上。晶体管输出为感性负载时也同样存在这个问题，该瞬时高压可能导致晶体管的损坏。

因此当驱动感性负载时应在负载两端接入吸收保护电路。当驱动直流回路的感性负载（如继电器线圈）时，用户电路需并联续流二管（需注意二管性）；若驱动交流回路的感性负载时，用户电路需并联RC 浪涌吸收电路，以保护PLC 的输出触点。PLC 输出触点的保护电路如图3 所示。

    5 使用中应注意的事项

目前市场上经常出现继电器问题的客户现场有一个共同的特点就是：出现故障的输出点动作频率比较快，驱动的负载都是继电器、电磁阀或接触器等感性负载而且没有吸收保护电路。因此，建议在对PLC 输出类型进行选择和使用时应注意以下几点。

1）一定要关注负载容量输出端口须遵守允许大电流限制（如表1 所列），以保输出端口的发热限制在允许范围。继电器的使用寿命与负载容量有关，当负载容量增加时，触点寿命将大大降低（如表2 所列），因此要特别关注。

2）一定要关注负载性质根据的分析，感性负载在开合瞬间会产生瞬间高压，因此表面上看负载容量可能并不大，但是实际上负载容量很大，继电器的寿命将大大缩短，因此当驱动感性负载时应在负载两端接入吸收保护电路。尤其在工作频率比较高时务必增加保护电路。从客户的使用情况来看，增加吸收保护电路后的改善效果十分明显。

根据电容的特性，如果直接驱动电容负载，在导通瞬间将产生冲击浪涌电流，因此原则上输出端口不宜接入容性负载，若有必要，需保证其冲击浪涌电流小于规格（见表1）说明中的大电流。

一定要关注动作频率当动作频率较高时，建议选择晶体管输出类型，如果同时还要驱动大电流则可以使用晶体管输出驱动中间继电器的模式。当控制步进电机/伺服系统，或者用到高速输出/PWM 波，或者用于动作频率高的节点等场合，只能选用晶体管型。PLC 对扩展模块与主模块的输出类型并不要求一致，因此当系统点数较多而功能各异时，可以考虑继电器输出的主模块扩展晶体管输出或晶体管输出主模块扩展继电器输出以达到配合。

事实证明，根据负载性质和容量以及工作频率进行正确选型和系统设计，输出口的故障率明显下降，客户十分满意。