基于PLC的电子网络通信设备自动控制系统设计
喻学涛
摘 要： 为了提高电子网络通信设备的可靠性，进行电子网络通信设备自动控制系统设计。采用可编程逻辑芯片PLC作为主控芯片，控制系统主要包括功率放大器、信号采集模块、通信模块、主控模塊以及输出接口电路模块，对输入电子网络通信信号进行放大滤波处理，采用PLC进行逻辑控制，采用LabWindows/CV构建I/O接口，实现控制指令的实时输出，减小通信线路上的干扰。测试结果表明，采用该系统进行电子网络通信设备自动控制，控制稳定性较好，鲁棒性较高。
关键词： PLC； 电子网络通信； 自动控制； 系统设计
中图分类号： TN915.05?34； TP273 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2017）22?0107?03
Abstract： In order to improve the reliability of electronic network communication equipment， a automatic control system of electronic network communication equipment is designed， in which the programmable logic chip PLC is adopted as the main control chip. The control system mainly includes power amplifier， signal acquisition module， communication module， master control module and output interface circuit module to achieve the amplification filtering processing of electronic network communication signal. PLC is used for the logic control， and LabWindows/CV is employed for construction of I/O interface to realize the real?time output of control instruction and reduce the interference in the communication line. The test results show that the automatic control system for electronic network communication equipment has high control stability and high robustness.
Keywords： PLC； electronic network communication； equipment； automatic control； system design
0 引 言
在大数据信息传输和网络通信信息系统设计中，电子网络通信设备作为控制网络通信的中央控制器，成为网络通信系统的中枢，电子网络通信设备的自动控制系统是通过对通信信号的局部总线控制，在VL总线与处理机/存储器连接，通过控制执行器发送电子网络通信执行指令，实现数据传输和微机总线控制[1]。通过设计电子网络通信设备自动控制系统，提高网络通信的稳定性。当前，电子网络通信设备自动控制系统采用的是Intel公司提出PCI总线控制的概念，实现对电子网络通信设备中包括声卡、网卡和显卡的有效控制，但是该控制系统不能支持多组外围设备，受制于处理器的速度和一级总线的匹配性能的影响，导致控制系统的可靠性不好，降低电子网络通信设备数据传输能力。对此，本文进行控制系统的优化设计，提出基于PLC的电子网络通信设备自动控制系统设计方案，首先进行系统总体设计描述，对电子网络通信设备自动控制系统的各个功能模块进行详细分析，进行系统的硬件设计，实现集成电路设计。最后进行系统调试和分析，展示了本文设计的自动控制系统在提高电子网络通信设备控制性能、输入/输出性能方面的优越性。
1 总体结构模型
基于PLC的电子网络通信设备自动控制系统主要由功率放大器、信号采集模块、通信模块、主控模块以及输出接口电路模块组成。控制系统采用模糊PID控制方法，首先对模糊PID控制算法进行交叉编译设计[2]，在定义了基本控制方案的基础上，进行通信控制系统参数配置，采用ISA/EISA/Micro Channel扩充总线作为被控系统的局部总线。根据系统功能和技术要求，进行系统总体设计构架，得到本文设计基于PLC的电子网络通信设备自动控制系统的接口组成如图1所示。
根据图1所示总体结构构造模型，进行系统模块化设计。首先采用PLC进行逻辑总线控制，建立基于DSP信号处理器[3]，进行电子网络通信信号采集及处理，构建上位机通信模块，通过DSP控制A/D转换频率，进行信号采集及功率放大处理[4]，得本文设计自动控制系统功能模块结构。
2 系统硬件设计
2.1 自动控制系统技术指标
电子网络通信设备自动控制系统设计的技术指标描述如下：
（1） 控制信息采集的多通道数据记录动态范围为-40～40 dB，指令周期为DMA0，可以通过外部数据总线进行存储器扩展，扩展总量为100 dB，128K×16 b片内RAM输出控制信息的幅度为[±10]V；
（2） 电子网络通信设备自动控制系统的实时时钟RTC设定为11，DMA控制器采用8通道同步、异步输入；
（3） 采用多传感器进行电子网络通信信号的采样，通信信道控制的采样率大于等于1 200 kHz；
（4） A/D模块中VME总线传输的A/D分辨率为10位（至少）；
（5） 采用三端稳压LT1587将5 V的电压转变为3.3 V电源進行系统供电，PLC的静态电流低于2 [μA，]配置PPI寄存器和DMA0寄存器；
（6） MXI总线控制的D/A转换速率大于等于200 kHz。
根据上述设计的技术指标，进行系统的硬件模块化设计。
2.2 硬件模块化设计
对电子网络通信设备的控制系统硬件模块化设计主要包括功率放大器、信号采集模块、通信模块、主控模块以及输出接口电路模块，分别设计描述如下：
（1） 功率放大器模块。功率放大器是实现对采集的电子网络通信信号的功率增益放大和倍频控制功能[5]。首先分析电子网络通信设备自动控制系统功耗组成，自动控制系统功耗主要由静态功耗[Pspc]和动态功耗[Pdpc]组成，即：
采用L1指令存储器进行电子网络通信信号采集后信号存储，由于动态功耗与[ITC]，[CT]和[fp]相关。通过并口方式进行功率放大设计，采用SPI接口方式，进行信号增益控制，信号带宽35 MHz，输出信号幅值满足设计技术指标。
（2） 信号采集模块。信号采集模块是实现对自动控制系统的通信信号采集和处理功能，使用的信号采集器L1的指令存储包括64 KB的SRAM，自动控制系统的访问速度与L1存储器进行同步或异步中断采样。
（3） 通信模块。通信模块是实现自动控制系统的数据传输通信功能，控制系统包括通信模块2个32 KB SRAM的Bank。系统的集成控制模块包括了12通道DMA收发转换电路、模拟信号预处理机、2个双通道全双工同步串行通道、功率放大器等功能[6]。通信模块接口配置如图2所示。
（4） 主控模块。主控模块是整个自动控制系统的核心，采用PLC进行逻辑控制，通过并行外设接口实现交流驱动放大。采用PXI总线内部系统进行时钟控制，通过A/D采样电路对采集的电子网络通信设备的参量信息进行自整定性控制，如RISC式微处理器指令集，采用PXI总线技术进行外部触发控制，用5409A作为PCI主控模块时钟中断控制芯片，选用PCI9054作为PCI地址/数E2PROM接口，实现电子网络通信设备的自动控制[7]。主控模块的硬件电路设计如图3所示。
（5） 输出接口模块。输出接口电路是实现电子网络通信设备自动控制系统的输出控制和增益放大调制功能，对输入电子网络通信信号采用PLC进行逻辑控制，采用LabWindows/CV构建I/O接口，实现输出接口配置，接口配置的状态字结构模型见表1。
3 实验测试分析
实验测试建立在Visual DSP++ 4.5平台基础上，构建集成开发环境，使用调试器进行自动控制系统控制性能调试。在专家连接器VCSE中查看电子通信信号输出性能，当VCC不足3.2 V时，OUT被撤销。可以通过外部数据总线进行存储器扩展，扩展芯片采用是DIP?8和SO?8两种封装方式，在PLC可编程逻辑控制下完成系统集成设计，在完成系统封装和联调编译基础上，测试控制系统收敛性曲线如图4所示。分析得出，采用本文方法进行控制系统设计，对电子通信设备控制收敛性较好，提高了设备稳定性。
4 结 语
本文进行了电子网络通信设备的自动控制系统优化设计研究。采用可编程逻辑芯片PLC作为主控芯片，主要对控制系统功率放大器、信号采集模块、通信模块、主控模块以及输出接口电路模块进行详细设计，设计系统满足设计指标，控制稳定性较好，鲁棒性较高，具有较好的应用价值。
参考文献
[1] 蒋俊正，郭云，欧阳缮.二维双原型完全过采样DFT调制滤波器组的快速设计方法[J].电子与信息学报，2016，38（11）：2753?2759.
[2] 翟雁，郭阳宽，祝连庆，等.步进电机模糊PID闭环控制系统仿真研究[J].现代电子技术，2015，38（11）：146?149.
[3] 于金鹏，于海生，林崇.考虑铁损的异步电动机模糊自适应命令滤波反步控制[J].控制与决策，2016，31（12）：2189?2194.
[4] 刘建娟.水下航行器组合导航蔽障控制器的设计与实现[J].舰船科学技术，2017（4）：64?66.
[5] 王洪迅，王士岩，王星，等.瞬时测频系统的线性调频信号分析及改进[J].兵工学报，2014，35（8）：1193?1199.
[6] 陈雯雯，王亚林，周杰.三维统计信道中的多普勒效应及其信号分析[J].计算机科学，2017，44（3）：84?88.
[7] HUANG Y， PAISLEY J， LIN Q， et al. Bayesian nonparametric dictionary learning for compressed sensing MRI [J]. IEEE transactions on image processing， 2014， 23（12）： 5007?5019.
摘 要： 为了提高电子网络通信设备的可靠性，进行电子网络通信设备自动控制系统设计。采用可编程逻辑芯片PLC作为主控芯片，控制系统主要包括功率放大器、信号采集模块、通信模块、主控模塊以及输出接口电路模块，对输入电子网络通信信号进行放大滤波处理，采用PLC进行逻辑控制，采用LabWindows/CV构建I/O接口，实现控制指令的实时输出，减小通信线路上的干扰。测试结果表明，采用该系统进行电子网络通信设备自动控制，控制稳定性较好，鲁棒性较高。
关键词： PLC； 电子网络通信； 自动控制； 系统设计
中图分类号： TN915.05?34； TP273 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2017）22?0107?03
Abstract： In order to improve the reliability of electronic network communication equipment， a automatic control system of electronic network communication equipment is designed， in which the programmable logic chip PLC is adopted as the main control chip. The control system mainly includes power amplifier， signal acquisition module， communication module， master control module and output interface circuit module to achieve the amplification filtering processing of electronic network communication signal. PLC is used for the logic control， and LabWindows/CV is employed for construction of I/O interface to realize the real?time output of control instruction and reduce the interference in the communication line. The test results show that the automatic control system for electronic network communication equipment has high control stability and high robustness.
Keywords： PLC； electronic network communication； equipment； automatic control； system design
0 引 言
在大数据信息传输和网络通信信息系统设计中，电子网络通信设备作为控制网络通信的中央控制器，成为网络通信系统的中枢，电子网络通信设备的自动控制系统是通过对通信信号的局部总线控制，在VL总线与处理机/存储器连接，通过控制执行器发送电子网络通信执行指令，实现数据传输和微机总线控制[1]。通过设计电子网络通信设备自动控制系统，提高网络通信的稳定性。当前，电子网络通信设备自动控制系统采用的是Intel公司提出PCI总线控制的概念，实现对电子网络通信设备中包括声卡、网卡和显卡的有效控制，但是该控制系统不能支持多组外围设备，受制于处理器的速度和一级总线的匹配性能的影响，导致控制系统的可靠性不好，降低电子网络通信设备数据传输能力。对此，本文进行控制系统的优化设计，提出基于PLC的电子网络通信设备自动控制系统设计方案，首先进行系统总体设计描述，对电子网络通信设备自动控制系统的各个功能模块进行详细分析，进行系统的硬件设计，实现集成电路设计。最后进行系统调试和分析，展示了本文设计的自动控制系统在提高电子网络通信设备控制性能、输入/输出性能方面的优越性。
1 总体结构模型
基于PLC的电子网络通信设备自动控制系统主要由功率放大器、信号采集模块、通信模块、主控模块以及输出接口电路模块组成。控制系统采用模糊PID控制方法，首先对模糊PID控制算法进行交叉编译设计[2]，在定义了基本控制方案的基础上，进行通信控制系统参数配置，采用ISA/EISA/Micro Channel扩充总线作为被控系统的局部总线。根据系统功能和技术要求，进行系统总体设计构架，得到本文设计基于PLC的电子网络通信设备自动控制系统的接口组成如图1所示。
根据图1所示总体结构构造模型，进行系统模块化设计。首先采用PLC进行逻辑总线控制，建立基于DSP信号处理器[3]，进行电子网络通信信号采集及处理，构建上位机通信模块，通过DSP控制A/D转换频率，进行信号采集及功率放大处理[4]，得本文设计自动控制系统功能模块结构。
2 系统硬件设计
2.1 自动控制系统技术指标
电子网络通信设备自动控制系统设计的技术指标描述如下：
（1） 控制信息采集的多通道数据记录动态范围为-40～40 dB，指令周期为DMA0，可以通过外部数据总线进行存储器扩展，扩展总量为100 dB，128K×16 b片内RAM输出控制信息的幅度为[±10]V；
（2） 电子网络通信设备自动控制系统的实时时钟RTC设定为11，DMA控制器采用8通道同步、异步输入；
（3） 采用多传感器进行电子网络通信信号的采样，通信信道控制的采样率大于等于1 200 kHz；
（4） A/D模块中VME总线传输的A/D分辨率为10位（至少）；
（5） 采用三端稳压LT1587将5 V的电压转变为3.3 V电源進行系统供电，PLC的静态电流低于2 [μA，]配置PPI寄存器和DMA0寄存器；
（6） MXI总线控制的D/A转换速率大于等于200 kHz。
根据上述设计的技术指标，进行系统的硬件模块化设计。
2.2 硬件模块化设计
对电子网络通信设备的控制系统硬件模块化设计主要包括功率放大器、信号采集模块、通信模块、主控模块以及输出接口电路模块，分别设计描述如下：
（1） 功率放大器模块。功率放大器是实现对采集的电子网络通信信号的功率增益放大和倍频控制功能[5]。首先分析电子网络通信设备自动控制系统功耗组成，自动控制系统功耗主要由静态功耗[Pspc]和动态功耗[Pdpc]组成，即：
采用L1指令存储器进行电子网络通信信号采集后信号存储，由于动态功耗与[ITC]，[CT]和[fp]相关。通过并口方式进行功率放大设计，采用SPI接口方式，进行信号增益控制，信号带宽35 MHz，输出信号幅值满足设计技术指标。
（2） 信号采集模块。信号采集模块是实现对自动控制系统的通信信号采集和处理功能，使用的信号采集器L1的指令存储包括64 KB的SRAM，自动控制系统的访问速度与L1存储器进行同步或异步中断采样。
（3） 通信模块。通信模块是实现自动控制系统的数据传输通信功能，控制系统包括通信模块2个32 KB SRAM的Bank。系统的集成控制模块包括了12通道DMA收发转换电路、模拟信号预处理机、2个双通道全双工同步串行通道、功率放大器等功能[6]。通信模块接口配置如图2所示。
（4） 主控模块。主控模块是整个自动控制系统的核心，采用PLC进行逻辑控制，通过并行外设接口实现交流驱动放大。采用PXI总线内部系统进行时钟控制，通过A/D采样电路对采集的电子网络通信设备的参量信息进行自整定性控制，如RISC式微处理器指令集，采用PXI总线技术进行外部触发控制，用5409A作为PCI主控模块时钟中断控制芯片，选用PCI9054作为PCI地址/数E2PROM接口，实现电子网络通信设备的自动控制[7]。主控模块的硬件电路设计如图3所示。
（5） 输出接口模块。输出接口电路是实现电子网络通信设备自动控制系统的输出控制和增益放大调制功能，对输入电子网络通信信号采用PLC进行逻辑控制，采用LabWindows/CV构建I/O接口，实现输出接口配置，接口配置的状态字结构模型见表1。
3 实验测试分析
实验测试建立在Visual DSP++ 4.5平台基础上，构建集成开发环境，使用调试器进行自动控制系统控制性能调试。在专家连接器VCSE中查看电子通信信号输出性能，当VCC不足3.2 V时，OUT被撤销。可以通过外部数据总线进行存储器扩展，扩展芯片采用是DIP?8和SO?8两种封装方式，在PLC可编程逻辑控制下完成系统集成设计，在完成系统封装和联调编译基础上，测试控制系统收敛性曲线如图4所示。分析得出，采用本文方法进行控制系统设计，对电子通信设备控制收敛性较好，提高了设备稳定性。
4 结 语
本文进行了电子网络通信设备的自动控制系统优化设计研究。采用可编程逻辑芯片PLC作为主控芯片，主要对控制系统功率放大器、信号采集模块、通信模块、主控模块以及输出接口电路模块进行详细设计，设计系统满足设计指标，控制稳定性较好，鲁棒性较高，具有较好的应用价值。
参考文献
[1] 蒋俊正，郭云，欧阳缮.二维双原型完全过采样DFT调制滤波器组的快速设计方法[J].电子与信息学报，2016，38（11）：2753?2759.
[2] 翟雁，郭阳宽，祝连庆，等.步进电机模糊PID闭环控制系统仿真研究[J].现代电子技术，2015，38（11）：146?149.
[3] 于金鹏，于海生，林崇.考虑铁损的异步电动机模糊自适应命令滤波反步控制[J].控制与决策，2016，31（12）：2189?2194.
[4] 刘建娟.水下航行器组合导航蔽障控制器的设计与实现[J].舰船科学技术，2017（4）：64?66.
[5] 王洪迅，王士岩，王星，等.瞬时测频系统的线性调频信号分析及改进[J].兵工学报，2014，35（8）：1193?1199.
[6] 陈雯雯，王亚林，周杰.三维统计信道中的多普勒效应及其信号分析[J].计算机科学，2017，44（3）：84?88.
[7] HUANG Y， PAISLEY J， LIN Q， et al. Bayesian nonparametric dictionary learning for compressed sensing MRI [J]. IEEE transactions on image processing， 2014， 23（12）： 5007?5019.
