西门子6ES7214-2AD23-0XB8型号含义
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，Win32 API 的设计可以满足多控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卓越的实时性被广泛地应用在通信、军事、航空、航天等高精尖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。其结构如图1 所示。
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。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。
概述： 在很多应用场合中，需要用到语音录放功能，如复读机、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。具有低成本、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)专利技术，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100年(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。其模块框图如图1所示。
通过对控制寄存器的配置，可以将SPI模块设置为8位或16位模式、主模式或从模式、帧同步等多种操作模式，还可以对时钟边沿、时钟分频倍数等进行配置。这里使用了以dsPIC为主，ISD为从的主从模式。Microchip提供的外围接口库可以方便地完成这些配置工作。
dsPIC Language Tools Libraries是MictoChip公司提供给开发者的一套工具库，其中主要含3个子库．DSP库，提供常用的DSP函数；外围接口库，提供对dsPIC系列所有外围接口的驱动函数，包括SPI接口；标准C及数学函数库，可在Microchip的guanfangwangzhan下载(www．microchip． com)。我们使用其中的外围接口库中的SPI库函数即可。SPI库中主要包括以下几个函数：
①configIntSPIx SPI中断配置函数。该函数可以对sPI接口的中断使能位以及中断优先级进行配置，返回值为空。
②CloseSPlx关闭SPI接口。
③DataRdySPlx SPl接口数据就绪。该函数用来判断SPI接收缓冲区中是否有数据等待读出。若返回值为1，表示缓冲区中数据已经就绪，等待读出；若返回值为0，则标示缓冲区为空。
④ReadSPIx读SPI接口缓冲区。
⑤WriteSPIx向SPI接口发送缓冲区写数据。
⑥OpenSPIx打开SPI接口。该函数包含2个参数：configl和config2。configl中包含对SPI接口操作模式的配置信息，将写入控制寄存器；config2中包含SPI的状态信息，将写入状态寄存器。该函数在打开SPI接口的同时完成对其的配置。
⑦puasSPIx函数将一个字符串数据写入到发送缓冲区中。
⑧getsSPIx函数将从接收缓冲区读人指定长度的字符串数据，并转存到指定的空间。
除了这8个函数以外，该库还提供了相应的宏指令完成同样的功能，可以在程序中方便地使用。
5 lSD4002
ISD4002工作于SPI串行接口。SPI协议是一个同步串行数据传输协议，协议假定微控制器的SPI移位寄存器在SCLK的下降沿动作。对ISD4002而言，在时钟上升沿锁存MOSI引脚数据．存下降沿将数据送至MISO引脚．协议具体内容如下：
①所有串行数据传输开始于SS下降沿；
②SS在传输期间必须保持为低电平，在两条指令之间保持为高电平；
③数据在时钟上升沿移入，在下降沿移出；
④SS变低，输入指令和地址之后，ISD才会开始录放动作；
⑤指令格式是10位地址码加6位控制码；
⑥ISD的任何操作(含快进)如果遇到EOM或OVF则产生一个中断，该中断状态在下一个SPI周期开始时被清除；
⑦使用读指令会使中断状态为移出ISD的MISO引脚时，控制及地址数据也同步从MOSI移入；
⑧所有操作在运行位(RUN)置1时开始，置0时结束；
⑨所有指令都在SS上升沿开始执行。
其时序如图2所示。
摘 要 智能型电力仪表是电力监控中不可或缺的设备，它可以进行三相电量的测试并进行显示、进行能量累积、电力品质分析、故障报警、并集合数字输入、输出和网络于一身，以实现远程数据采集与控制。电力监控系统对于整个配电网络尤其重要。采用基于和利时公司LM PLC的电力监控系统，可通过通讯的方式实现对所有现场电力监控仪表数据的采集和设定，通过DP网络将数据上传到LK PLC监控站，再由LK PLC通过工业以太网与上位计算机进行通讯，实现对所有电力数据的集中监视和控制。
关键词 LM PLC；LK PLC；智能电力仪表
1 引言
配电室作为智能建筑系统的电力中心，向整栋大楼提供照明、消防、公用设备及办公设备的用电。智能型电力仪表就是可以对整个供电网络进行测量，分析及显示的仪器。由于智能建筑的供电网络很庞大，所以使用的智能型电力仪表数量也比较多。这就需要一套可靠的监控系统与所有的智能仪表进行数据交换，实现对整个配电网络进行监控，从而实现电力的故障报警和优化管理。
使用和利时LK系列和LM系列PLC的电量采集系统因其可靠性高、自由通讯数据通讯量大、通讯编程灵活而得到采用。
电量采集系统实现了对电力仪表中各个数据的采集功能，数据包括频率、相电压、线电压、相(线)电流、有功/无功/视在功率、功率因数、有功电度和无功电度等。其中LM系列PLC使用自由口通讯与所有的智能电力仪表进行通讯，并实现对仪表数据的储存和上传。LK系列PLC完成对所有LM系列PLC中仪表数据的统计和汇总，后通过以太网将数据传送到上位监控计算机，实现对全部供电系统状态的监视。
2 系统设计
电力采集系统一般由以LK和LM系列PLC为核心的通讯机柜组成。系统装置如图2-1所示。电力监控柜里配置有1套LK系列PLC，10套LM系列PLC及电源。每套LM系列PLC均有一个RS485接口和一个PROFIBUS-DP接口，其通过RS485串口与智能仪表进行通讯，再通过PROFIBUS-DP总线将读上来的仪表数据传送到LK系列PLC中。LK系列PLC通过以太网通讯将汇总的配电室内的所有数据传送到上位监控计算机。
由于需要采集的仪表数量很多，且每块仪表读取的数据量大，所以采用多套LM系列PLC与仪表连接进行数据采集。LM系列PLC的RS232和RS485串口具有自由口通讯功能，可以针对仪表支持的协议自由进行编程，参数的设定和更改都很方便，在此针对仪表支持的MODBUS RTU协议进行主站编程。LK系列PLC拥有16M的数据存储空间，支持PROFIBUS-DP和以太网(MODBUS TCP)通讯，可以方便的与LM系列PLC和上位计算机进行连接。使用LK系列PLC汇总LM系列PLC读取的数据大大优化了网络结构。
3 PLC硬件配置
以生产楼电量监控系统为例，使用的PLC设备如下：
LM系列PLC使用PowerPro2.1.3B编程软件进行程序编写。PowerPro2.1.3B编程软件具有十分全面的功能：
程序语言标准化。具有IL、LD、ST、FBD、SFC、CFC、六种编程语言。
内部器件变量化。定时器和计数器采用变量方式代替，实现无限点调用。
程序组织模块化。方便进行程序的重用，阅读和调试等，确保程序安全。
参数设定简便化。可以对特殊的功能块进行不同的参数设定以满足使用要求。
编程监控一体化。具有视图和仿真调试功能，十分方便对程序进行编写和调试。
从程序中可以看出所有数据的采集和存储都是由LM系列PLC完成的。通过RS485进行询问帧数据的发送，并对返回的数据进行CRC校验判断，若返回的数据不正确，则不进行数据存储，只有返回数据正确时才将数据放到相应的寄存器中。
LK系列PLC将所有的仪表数据进行汇总放到连续的寄存器当中，其16M的数据存储区可以轻易的存储下所有LM中仪表的数据。 使用LK系列PLC的目的主要是优化网络结构，提高整套系统的通讯的可靠性和维护的简易程度。
5 结束语
基于和利时LM和LK系列PLC的电力仪表数据采集系统，凭借其强大的可靠性，数据设置的灵活性和丰富的通讯接口实现了对所有电力仪表数据的采集，使得整个楼宇的电力系统得到了充分的监视和管理。