西门子模块6ES7232-0HD22-0XA0常备现货
1 引言
随着半导体技术的发展，可编程逻辑器件在结构、工艺、集成度、功能、速度和灵活性等方面有了很大的改进和tigao，从而为高效率、高质量、灵活地设计数字系统提供了可靠性。CPLD或FPGA技术的出现，为DSP系统的设计又提供了一种崭新的方法。利用CPLD或FPGA设计的DSP系统具有良好的灵活性和极强的实时性。同时，其价格又可以被大众接受。由于乘法器在数字信号处理系统中具有广泛的应用，所以本文以乘法器的处理系统中具有广泛的应用，所以本文以乘法器的设计为例，来说明采用可编程逻辑器件设计数字系统的方法。如果想使系统具有较快的工作速度，可以采用组合逻辑电路构成的乘法器，但是，这样的乘法器需占用大量的硬件资源，因而很难实现宽位乘法器功能。本文这种用于序逻辑电路构成的乘法器，既节省了芯片资源，又能满足工作速度及原理的要求，因而具有一定的实用价值。
2 系统构成
该乘法器通过逐项移位相加来实现乘法功能。它从被乘数的低开始，若为1，则乘数左移后再与上一次的和相加；若为0，左移后与0相加，直到移到被乘数的高位。图1是该乘法器的系统组成框图。该控制模块的STAR输入有两个功能：
个功能是将16位移位寄存器清零和被乘数A[7…0]向8位移位寄存器加载；第二个功能为输入乘法使能信号。乘法时钟信号从CLK输入，当被乘数加载于8位移位寄存器后，它由低位到高位逐位移出，当QB=1时，选通模块打开，8位乘数B[8…0]被送入加法器，并与上一次锁存在16位锁存器中的高8位相加，其和在下一个时钟上升沿被锁存到锁存器内；当QB=0时，选通模块输出为全0。如此循环8个时钟脉冲后，由控制模块控制的乘法运算过程自动中止。该乘法器的核心元件是8位加法器，其运算速度取决于时钟频率。
3 加法器的实现
加法器的设计需要考虑资源利用率和进位速度这两个相互矛盾的问题，通常取两个问题的折衷。多位加法器的构成有并行进位和串行进位两方式，前者运算速度快，但需占用较多的硬件资源，而且随着位数的增加，相同位数的并行加法器和串行加法器的硬件资源占用差距快速增大。实践证明，4位二进制并行加法器和串行加法器占用的资源几乎相同，因此，由4位二进制并行加法器级联来构成多位加法器是较好的折衷选择。以下为由两个4位二进制并行加法器级联构成8位二进制加法器的 VHDL程序：
LIBRARY IEEE；
USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL；
USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL；
ENTITY ADDER8B IS
PORT （CIN：IN STD_LOGIC；
A ：IN STD_LOGIC_VECTOR（7 DOWNTO 0）；
B ：IN STD_LOGIC_VECTOR（7 DOWNTO 0）；
S ：OUT STD_LOGIC_VECTOR（7 DOWNTO 0）；
OUT ：OUT STD_LOGIC）;
END ADDER8B;
ARCHITECTURE struc OF ADDER8B IS
COMPONENT ADDER4B
PORT （CIN4: IN STD_LOGIC;
A4 : IN STD_LOGIC_VECTOR（3 DOWNTO 0）;
B4 ：IN STD_LOGIC_VECTOR（3 DOWNTO 0）;
S4 : OUT ST_D_LOGIC_VECTOR（3 DOWN-TO 0）;
COUT4 : OUT STD_LOGIC）;
END COMPONENT;
SIGNAL CARRY_OUT : STD_LOGIC;
BEGIN
U1:ADDER4B
PORT MAP（CIN4=>CIN,A4=>A（3 DOWNTO 0）,B4=>B（3 DOWNTO 0）,S4=>S（3 DOWNTO 0）,COUT4=>CARRY_OUT）;
U2 ：ADDER4B
PORT MAP（CIN4=>CARRY_OUT,A4=>A（7 DOWNTO 4）,B4=>B（7 DOWNTO 4）,S4=>S（7 DOWNTO 4）,COUT4=>COUT）;
END struc;
在上面的VHDL描述中，ADDER4B是一个4位二进制加法器，其VHDL描述是：
LIBRARY IEEE；
USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL；
USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL；
ENTITY ADDER4B IS
PORT （CIN4 ：IN STD_LOGIC；
A4 ：IN STD_LOGIC_VECTOR（3 DOWNTO 0）；
B4：IN STD_LOGIC_VECTOR（3 DOWNTO 0）；
S4：OUT STD_LOGIC_VECTOR（3 DOWNTO 0）；
COUT4：OUT STD_LOGIC；
EAND ADDER4B；
ARCHITEC_TURE behav OF ADDER4B IS
SIGNAL SINT ：STD_LOGIC_VECTOR（4 DOWNTO 0）；
SIGNAL AA，BB：STD_LOGIC_VECTOR（4 DOWNTO 0）；
BEGIN
AA<=‘0’&A4；
BB<=‘0’&B4;
SINT<=AA+BB+CIN4;
S4<=SINT（3 DOWNTO 0）;
COUT4<=SINT（4）;
END behav；
4 结束语
本文采用基于EDA技术的自上而下的系统设计方法，其设计流程如图2所示。该乘
法器的大优点是节省芯片资源，其运算速度取决于输入的时钟频率。如若时钟频率为100MHz，则每个运算周期仅需80ns，因而具有一定的实用价值。
1 引言
近年来，随着我国自动化技术的tigao，工厂自动化也上了一个新台阶。可编程逻辑控制器(PLC)作为一个从八十年代发展起来的新兴的工业控制器，是自动控制、计算机和通讯技术相结合的产物，是一种专门用于工业生产过程控制的现场设备。PLC以其体积小、功能齐全，价格低廉，可靠性高等方面具有独特的优点，在各个领域获得了广泛应用。
洪门水电厂是一个投产30多年老电厂，原有的自动化设备无法满足安全生产的需要。溢洪道是水电厂重要的水工建筑物之一，因此对于该建筑物日常运行维护特别重要，消力池排水廊道自动抽水系统的更新改造正是为了满足这要求。考虑到水工建筑物自然环境因素，根据可靠性，选用性价比较高的产品的原则，我们重点对AB、GE、三菱、OMRON（欧姆龙）、MODICON（莫迪康）、SIEMENS（西门子）等公司的PLC系列产品进行了综合的比较、选择，后选用了三菱公司的产品，这是因为三菱公司产品除具有上述优点外，还具有维护方便及操作简单直观易掌握的特点。PLC采用三菱 FX2N-48MR+2A/D+2D/A,主要负责水位的数据采集，控制潜水泵的启动/停止等。同时选用了一台三菱5.7寸触摸屏，主要负责参数显示和修改参数以及显示详细的故障信息等。
2 系统结构
洪门水电厂溢洪道消力池排水廊道排水系统主要由三部分组成。①一级堰廊道自动排水系统；②二级堰廊道自动排水系统；③人机对话系统。其中主控制系统安装在二级堰廊道它由水位变送器、液位开关、可编程控制器、接触器、控制开关等构成。除具有现地控制功能外，还具有通过远方的液晶触摸显示器完成水位检测、实时显示、传感器整定、实时控制、保护等功能。一级堰廊道只安装了水位变送器和接触器等水泵起动设备。液晶触摸屏也就是人机对话系统安装在溢洪道维护人员的办公地点，离主控中心有100米左右。
3 各部分工作元器件特性
3.1 PLC
PLC(FX2N-48MR)是整个控制系统的核心控制部件，其丰富齐备的控制运算指令、优越的性能、现场编程调试的方便已使其成为深受现场技术人员欢迎的控制设备。主要性能指标为：24点输入/24点继电器输出，内置8000步RAM可使用存储盒，运算速度为1.52цs～数100цs/步（应用指令）；其输出接点的大负载为80VA或100KW，输出接点的寿命为20VA/300万次，35VA/100万次，80VA/20万次。
3.2 2A/D及2D/A
FX2N-2A/D转换模块用于接收水位变送器输出的4～20 mA电流信号，并将其变为PLC程序可用的十进制数。（即将模拟量转换成数值量）
FX2N-2D/A转换模块用于将PLC运算得到的控制量数值转换为-10V～+10V电压信号，通过RS485或RS422接口连接将电流模拟量信号输入到远方监控系统。
3.3液位变送器和液位开关
液位变送器采用高精度、高可靠性美国麦克产品，型号为MPM426W 液位开关 采用台湾凡宜LTB产品，当水位达到设定值时，给可编程一个动作信号。
3.4 触摸屏
作为一种新型的人机界面，从一出现就受到关注，它的简单易用，强大的功能及优异的稳定性使它非常适合用于工业环境。用户可以自由地组合文字，按钮，图形，数字等来处理或监控管理随时可能变化的信息。随着工业设备的飞速发展，以往的操作界面需由熟练的操作员才能操作，无法tigao效率。但使用人机界面，能明确指示并告知操作员机器设备目前的状况，使操作变得简单生动。使用触摸屏，还可以使机器配线标准化、简单化，同时也能减少PLC控制所需的I/O点数，降低生产成本，也相对tigao整套设备的附加价值。本系统选用三菱公司的GOT930触摸屏，它和三菱PLC有很好的通用性，能在线监视并修改程序，不必很麻烦的重复插拔接口。
4 本装置系统实现的主要功能
4.1具有三种运行方式:自动、手动和退出，采用操作把手手动切换。
4.2在“自动”运动方式下，根据液位开关（或液位变送器）提供的液位信号启动和停止潜水泵；在“手动”运行方式下，可以直接通过手动操作把手起动/停止潜水泵。在“退出”运行方式下，自动和手动操作均不起作用。
4.3自动定时切换各潜水泵间的主用/备用状态，也可以人为进行切换各泵间的主用/备用状态。
4.4采用发光二极管指示装置的运行状态和系统故障。
4.5采用液晶显示屏来进行参数显示（如：水位等）和修改参数（如：水泵启动和停止水位整定值、水泵切换时间参数、）以及显示详细的故障信息。
4.6具有故障报警功能，报警信息包括：电源故障、水泵故障、变送器故障、水位过高、水位过低、PLC故障等。
4.7具有自检功能和较强的容错能力。
4.8控制电源采用交直流两路输入的UPS电源。
4.9具有通信联网功能，将报警信号和模拟量信号等传送到远方计算机监控系统。
5 软件设计
根据溢洪道消力池排水廊道排水系统控制的要求，利用三菱公司PLC丰富的指令编制控制程序，并结合现场调试及优化控制程序的原则，本控制系统主要有以下几个控制程序模块。
5.1 二级堰廊道自动排水控制过程
5.1.1当两台水泵处于“自动”状态时，若液位开关达到“水位高”位置时，主用水泵起动；若液位开关达到“水位过高”或“水位很高”位置时，备用水泵也起动，并且同时发出“水位过高”告警信号。
5.1.2当液位开关低于“水位低”位置时，所有运行的水泵都停止工作；若“水位过低”时，除水泵停止运行外，还发“水位过低” 告警信号。
5.1.3当PLC发出某台水泵的运行指示后2秒内该台水泵的磁力起动器未动作，则该台水泵主/备用状态改变至备用状态，并同时发出告警信号。
5.1.4二级池水泵自动运行流程图见附录一所示。
二级池水泵自动运行流程图 
图1 二级池水泵自动运行流程图
5.2一级池水泵自动工作过程：
当水泵处于“自动”状态时，若一级池集水井水位达到“水位高”位置时，一级池水泵起动；若水位达到“水位过高”时，水泵起动并同时发出告警信号；若水位达到“水位低”位置时，一级池水泵停止。若水位达到“水位过低”位置时，一级池水泵停止并同时发出告警信号。
一级池水泵自动运行流程图 
图2 一级池水泵自动运行流程图
5.3 人机界面设计
在人机界面中，设计了16幅画面，包括状态信息，故障信息，参数设置，修改密码，系统维护等。状态信息包括一、二级堰廊道水位显示以及二级堰廊道1#潜水泵、2#潜水泵、一级堰廊道水泵的工作状态；故障信息显示水泵、电源、热继、水位超限等设备或信号的故障时间；参数修改包括压水位的整定值设置，水位的输入、输出值整定设置以及主/备。触摸屏的画面如图所示：
6结束语
洪门水电厂溢洪道消力池排水廊道自动抽水系统是在总结可编程技术在该厂机组调速器压油罐油压和油位自动控制系统的基础上，自主设计安装、调戏而成功的一个项目。溢洪道消力池排水廊道自动抽水系统获得当年该厂“合理化建议”一等奖。。本系统从2003年改造至今正常运行两年，没有发现大问题，本系统设计合理、先进，运行安全、可靠，维护方便，操作简便直观，。其次，由于PLC功能齐全，可靠耐用，指令简洁，其触摸屏与PLC有很好的通用性，可通过触摸屏监视并修改、优化程序，锻炼了该厂职工队伍，使电气维护人员基本掌握了PLC的原理及自动控制系统的软、硬件设计及制作的技术，tigao了职工的技术水平。而且，为洪门水电厂设备自动化改造及维护节省了不少资金。
1 引言
隧道自动化是一个整体的概念,包括消防管理系统、交通控制系统、照明控制系统、通风控制系统、报警系统、摄像监控系统、信息管理系统、电源及配电控制系统和交通自动化等。而以中央计算机+隧道可编程序控制器（现场总线+PLC+手操屏），构成的隧道自动化系统既能完成隧道机电设备、隧道环境状况监控的功能,又可完成隧道信息管理的功能,其中的监控部分采用了具有高可靠性的PLC组成的，基于现场总线的集散控制结构的隧道可编程序控制器。使得整个自动化系统的可靠性得到保证。同时,PLC可以独立工作,完成基本控制任务;现场总线的采用将使各个区域的监控任务变成相应PLC的分散监控任务,使得隧道布线更加简单、合理。PLC的灵活配置使得隧道监控系统形成模块结构,PLC系统可大可小,可根据现场要求进行合理分布。下面就福建漳州至龙岩高速公路大为主的隧道群交通、照明及通风监控系统为例介绍隧道可编程序控制器在实际中的开发和应用。
2 系统要求
漳龙高速公路共有6个隧道，分别是万松关隧道、风霜岭隧道、大隧道、后眷隧道、南靖隧道，石崆门隧道（不属于本次施工范围），大隧道是一个双洞、长约2.6km的高速公路隧道,在双洞单向行驶时,设计车速为80km/h,当单洞双向行驶时,设计车速为60km/h。为了达到上述要求,洞内交通、照明和通风均有相应的要求,分别由所对应机电设备的数量、功率、安装位置来保证。由相应的控制系统、监测系统对洞内照明和通风进行优化控制,以达到节能和安全行驶。如,由照明监控系统保证洞内照明,在白天,由洞口到洞内的照度能够较平缓地过渡等措施避免玄光和黑洞现象;由通风控制系统保证洞内CO浓度、能见度和洞内风速达到设计要求。
3 系统构成
3.1道可编程控制器介绍
隧道可编程控制器遵循中华人民共和国交通行业标准JT/T 608-2004，此标准2005年1月1日实施，北京云星宇交通工程公司依此行业标准研发了相应的产品YXY-RTU。隧道可编程控制器PCT是现场总线+PLC+手操屏的集成产品，此产品充分利用了PLC的高稳定性，现场总线的高效率，以及手操屏的现场灵活控制，实现了公路隧道的安全稳定控制。
按照GB/T18567-2001的规定，隧道可编程控制器按照其安装位置的不同可分为隧道监控站内和隧道洞内的区域可编程控制器。
3.1.1隧道监控站内的可编成控制器是指：
a) 隧道监控系统的中央节点，公路交通监控子系统（隧道监控）的节点端机。
b) 与公路监控（分）中心远程通讯，执行（分）中心上位机的动作指令和本机的控制程序。
下图是福建漳龙路隧道群的数据传输网络，可以诠释隧道区域控制器和监控中心的网络通信连接。数据上传由主控本地控制器的以太网模块通过数字光端机直接与监控分中心连接，采用TCP/IP传输协议，使信息层数据共享。
图3-1 隧道群数据传输网络
3.1.2隧道洞内的区域可编程控制器是指：
a) 环网（或总线）拓扑结构的隧道监控子系统（区与监控）的节点端机；
b) 通过光、电传输介质的连接，执行隧道站上位机的动作指令和本机的控制程序。
图3-2是漳龙路大隧道的光线环网拓扑图
隧道的现场控制网络选用OMRON公司的controller bbbb工业级控制网络，具有高可靠性和稳定性。采用4芯多模光缆，每个现场控制器通过Controller bbbb光纤接口模块连接构成多模光纤冗余环结构，其中2芯为备用，即环网上任何一点被截断，通信传输依然可以保持，保证了现场总线避免外界干扰，传输通畅，并tigao了数据传输的可靠性。
特点：
1）网络为对等网，任意节点故障不会影响干网运行。
2）光纤自愈环网的通讯速度2Mbps。
3）光纤ST头直接进模块，减少了中间环节，工作更可靠。
4）网络节点之间无须编程可以传输数据，便于今后检修与维护。
3.1.3隧道可编程序控制器PCT的功能
隧道可编程序控制器PCT的监控任务分成以下几个部分:
(1) 自动时通过检测交通、气象等参数，根据运算可得出交通状况，采用相应的控制方案。手动时中央控制计算机或手操屏根据实际情况确定交通模式。
(2) 通过现场总线,将车liuliang信息、CO/VI/TW信息送到CS1,在中央控制计算机中,生成通风工作状态和照明工作状态。
(3) 通风PLC从现场总线读取风机组启/停控制要求,进行风机组的现场控制。
(4) 照明PLC,根据照度进行洞内照明的控制或控制中央控制室的定时控制指令来控制照明。
3.2漳龙路隧道群的系统构成
本隧道群自动化方案采用中央控制计算机+隧道可编程序控制器YXY-RTU,中央控制计算机由多台互连的工业PC组成,构成隧道信息中心，负责隧道各种信息的汇集和处理、控制指令的产生和发布、隧道模拟大屏幕的控制、各种报表的生成及紧急事故的处理等任务,并进行整个系统的协调。隧道可编程序控制器采用北京云星宇交通工程公司的YXY-RTU,隧道可编程序控制器中，现场总线采用OMRON Controller bbbb,总控PLC为OMRON CS1-G-42H,现场PLC采用OMRON CS1-G-42H。数据传输网络由数据上传和现场控制网络组成。
4系统工作过程概述
光强检测仪测得反映光照度的4～20mA形式电信号,送到相应的隧道可编程序控制器PCT。由该控制器控制相应的照明开关(交流接触器),使洞内照度与洞外照度得到比较平缓的过渡。照明控制也可以采用按季节定时控制方式。每个控制点具有回检信号和报警信号,PLC通过现场总线将照明系统的现场检测结果返回到中央控制计算机,进行信息汇总、协调,并显示在隧道大屏幕上。
VI/CO/TW检测仪以4～20mA形式电信号,送到就近的隧道可编程序控制器,由现场总线返回到中央控制计算机,由中央控制计算机根据这些参数断定所开启的风机是否合适,进行合适的增加、减少或不变,修正风机控制规则表,同时将风机控制指令发送到风机控制器,在大屏幕中显示洞内环境信息。
车liuliang检测线圈以串行码信息的形式送入相应的隧道可编程序控制器,由现场总线返回到中央控制计算机,根据车liuliang决定风机开启组数,经现场总线下载到风机控制器,对风机组的启/停进行控制。风机控制器同时检测各个风机的回检信号和告警信号,将它们返回到中央控制计算机断定风机的运行是否正常,并在大屏幕中进行显示和整个通风系统的协调。
5控制软件的二次开发
PLC采用OMRON公司的CS1-G-42H系列产品，现场总线采用OMRON Controller bbbb现场总线,其软件是对CX-PROGRAMMER控制组态软件及通讯软件的二次开发,定义各个控制器的通讯地址,进行有关信息的交换。各个控制器的直接控制和检测软件根据系统的硬件来实现,可以用CX-PROGRAMMER的梯形图或语句表等语言来设计和实现。成功的OMRON CONTROLLER bbbb现场总线，使所有编程工作变得比较简单，大大缩短了开发和施工周期。
6小结
本系统由于采用了中央控制计算机+隧道可编程序控制器构成的隧道自动化控制方案,充分发挥了现场总线的灵活组态方式,使得整个系统的有用信息得到完全共享,便于系统集成和相关设备日常检修。同时Controller bbbb的高速度数据通讯和光纤自愈环网所带来的高可靠性,使得整个监控系统十分适合隧道自动化系统;增加整个系统的抗干扰能力,缩短外部信号的引线长度和控制信号电缆长度,减少接线端子。这种监控方式较好地发挥了工业PC和PLC的各自优势,充分利用了工业PC在信息管理和处理上的强大能力及PLC在现场控制中的灵活性。
