嵌入式软PLC虚拟机在电气测试中应用

（2）运行系统的两大模块

运行系统主要由两大模块组成：1）梯形图到机器码程序的转换；2）执行机器码文件。每个模块的功能如下：

1）梯形图到机器码程序的转换。首先把用户编写的梯形图程序编译成中间代码形式的PLM文件，然后将PLM文件转变为汇编程序，最后用汇编器汇编转变成功的汇编程序，产生机器码从而生成可执行的PLE文件。

2）执行机器码文件。将PLE文件嵌入配置好的执行环境中并执行，通过工控机的面版指示灯监测程序的正确性。

（3）虚拟机总体设计

根据虚拟机的原理和执行机制，对虚拟机的机器码执行方案进行了总体设计，如图3所示。PLC文件是梯形图程序的保存文件，通过对PLC文件进行词法分析、语法分析和语义分析编译产生PLM文件，然后调用宏汇编库，并进行一系列的转换生成机器码，产生PLE文件；最后创建机器运行环境来执行机器码，宏汇编库中是每个梯形图指令对应的宏汇编段。



图3 虚拟运行总体设计框图

（4）交叉开发调试算法研究

非嵌入式通常采用本机开发、本机调试、本机运行的开发方式；而嵌入式开发需要交叉开发，绝大多数采用宿主机开发、宿主机和目标机之间交叉调试、目标机运行的方式开发。

交叉开发调试算法：

在宿主机平台上编写程序代码；

固化监控器至目标机上；

连接宿主机和目标机；

编译链接应用程序，生成可执行代码；

将可执行代码下载到目标机；

使用交叉调试器进行调试；

如果程序调试没有发现异常，转至11）；

调试程序时发生错误，利用交叉调试器定位错误；

修改错误代码；

重复4）-10）；

将目标机程序固化在目标机上。

4、嵌入式软PLC改造后的控制系统

以测试继电器TV5实验为例。其要求如下：每次测试5个继电器，每个继电器的动作频率是5s开，5s关。根据要求，试验最好的结果是每个继电器用6个TV负载，即每个TV负载是5s开，55s管。输入点有：开关，检出，复位M个，停止次数设定量N次，动作频率设定L个，常开/触点转换。其中，M=测试产品个数，N、L个数由实际需要确定。其算法如下：

设定一个循环周期，使累积误差最小；

在循环周期内设计动作时间和动作频率，以及动作次数；

设计相关联动、互锁、紧急停车和复位等功能；

执行动作与反馈根据产品相关标准进行比较，判定结果和设定中断程序。

采用模块化程序设计编程，各模块均由主程序调用，且为了程序不出误动作，还要考虑电流谐波和冲击对高电源的要求。用了算法优化设计，5个继电器每隔2s一个动作，5个刚好10s。其中一个动作频率程序如下：



与之对应的动作如下：



该程序检出判断程序如下：





图4 TV负荷电压电流波形

由图4可知：启动时突入电流最大值约为55A，突入时间约为54ms，定常为8A。



图5 电机电压和电流波形

由图5可知：电流滞后电压约为0.9ms，其功率因素为0.96。

实验结果与测试要求基本一致。如果不采用优化算法程序设计，则对电源要求很高，所以该控制系统可以应用实现，无形中降低了成本。

5、改进后优点和维护

很明显，经过以上改进后有以下优势：

使用PLC后通用性大大提高，改进了以前单一PLC，并缩短了工作人员的培训周期；

用嵌入式软PLC代替传统的硬PLC，外部线路简化；

模块化可实现各种复杂的控制系统，方便地增加和改变控制功能；

PLC可进行故障自动检测和报警显示，提高运行安全性，且便于检修；

便于群控制，提高运行效率；

更改控制方案时无需改动外部线路。

测试及维护需注意的事项：

为了提高系统效率并降低开销，尽量少用I/O；

要有紧急停车和适当联锁按钮环节；

输入和输出不能用同一电缆线；

直流电感性负载并联浪涌二极管，以延长触点的使用寿命；交流感性负载并联电容吸收器以降低噪声。

为保证控制系统工作的可靠性，做好接地、防尘、访油、防辐射工作。

结语

此系统可用于继电器、马达、电感、充电器等产品的测试。改进后仍存在以下几点缺陷：其一，如果负载断路，其本身并不能检测和保护；如果负载短路，产品在短时间内产生过电流，会造成产品破坏甚至威胁人身安全。其二，数据采集不全，不能实时监控。利用电流计可以弥补第一点的不足；采用数据采集卡可以实现实时数据采集。