Arduino和AutomationDirect在ProOpen PLC中合并

為什么對PLC編程這么感興趣？可以說，因為PLC是大多數工業自動化系統的支柱，所以理解使用這種設備的復雜性當然很重要。這引出了一個重要的問題:為什么PLC首先成為如此重要的控制架構？

關于這件事有很多值得商榷的觀點，但我最堅定的一個觀點是梯形邏輯編程結構；能夠在看起來和感覺上都像運行工廠的電氣原理圖的環境中編程。電工、工程師和技術人員都可以很容易地理解和排除這些程序的故障。

今天，我們將稍微擴展一下梯形邏輯的范圍。AutomationDirect以包括PLC在內的大量自動化設備而聞名，它提供了一種稱為ProOpen的模型，這是一種模塊化PLC，具有Arduino MKR Zero微控制器的大腦。

圖一。

我的工作臺設置包括電源、以太網適配器、CPU和I/O模塊。你可以只用CPU和I/O模塊來完成這個項目！

Arduino與PLC有何不同？

這是一個重大的根本性問題。一；一個Arduino只是一塊板子這提供了對處理器芯片的I/O引腳的簡單訪問。但除此之外，編程環境是免費的、簡單的、基于文本的，用戶社區是巨大的和全球性的。

如果我們想得到具體的，有兩個主要的區別。Arduino是用C++(基于文本，而不是梯形邏輯)的變體編程的，Arduino也沒有簡單的卡扣式I/O模塊，除了可以放置在可堆疊接頭上的某些“屏蔽”，但這些看起來不太像任何控制工程師都會認識的PLC I/O模塊。

然而，ProOpen結合了Arduino MKR板的功能和靈活性，并將其封裝到DIN導軌安裝的CPU、電源和I/O模塊系列中，與Productivity 100 PLC系列兼容。如果我們能利用這一點，我們就有了一個非常強大的PLC。

開始:我需要什么？

這個項目，雖然不像市場上的一些PLC那樣昂貴，但仍然需要幾個項目才能成功。我們將使用P1AM-100 CPU和組合輸入/輸出模塊P1-16CDR。在我的設置中，我還包括了一個以太網模塊和一個電源，但這個介紹性項目將成功沒有這些。

除了PLC本身，我們還需要一個24伏電源和微型USB電纜，包括電源和數據(您的計算機應該在設備管理器中注冊一個新設備)。

由于編程使用Arduino軟件，您可以在Windows、Mac或Linux上對該PLC進行編程！本教程是在軟件版本1.8.19上測試的(向下滾動并找到“傳統IDE”按鈕在下載頁面上).我個人沒有在Arduino最新的2.0版本平臺上測試過。

硬件設置非常簡單。I/O模塊連接在CPU的右側，并固定在DIN導軌上。電源已連接，在將USB電纜連接到CPU之前，我接通了24伏電源。

圖二。

所需硬件:P1AM-100 CPU和P1-16CDR I/O模塊，以及用于接線的端子板。

配置軟件

要正確使用Arduino軟件，您需要添加兩個元素:

這圖書館提供對運行I/O和通信功能的所有命令的方便訪問。

這董事會經理提供有關P1AM硬件本身的信息。

這些說明已經很好地提供了手冊中的步驟從AutomationDirect開始，從第1-5頁開始，一直到第1-6頁的底部。

對于本教程，我只使用Arduino IDE，而不是附加的ProdictivityBlocks軟件。當您加載代碼時，您可能會遇到即使是那些使用過Arduino產品的人也不熟悉的錯誤，所以請務必查看解決紛爭一節。

設計您的代碼

如果您不熟悉C++編程的基礎，它包含了梯形邏輯的所有相同元素，但格式完全不同。

假設我使用相同的硬件設置，我提供了一個模板來幫助我開始編寫任何代碼。下面是代碼，從一開始就包含了庫。我將對它進行分解，并解釋每個組件以及它與梯形邏輯項目的關系。

標簽名稱變量

在這個IDE中，變量名在整個代碼中使用，可能很多次，就像標簽一樣。在每一個實例中刪除和重新鍵入新的標記名將是一場噩夢，所以在代碼的最頂端，我創建了一個部分來定義我的輸入和輸出變量名。

在我的第一個簡單項目中，我有一個藍色按鈕連接到輸入終端1，一個綠色按鈕連接到輸入終端2。輸出模塊上還有標準的紅色LED指示燈。你可以按照我的例子，輸入你想使用的標簽名。

帶“int”的行是指每個I/O點的整數值。這些必須在代碼的頂部全局定義，就像PLC程序中所有I/O地址的控制器范圍標記一樣。

圖3。

定義標記名變量。前兩個已經為我的程序設置好了。我們還需要8倍的輸出。

例行程序:設置

所有PLC都包含第一周期掃描邏輯。我們通常會忽略該例程并將其留空，但C++中的設置例程包括通信通道的初始化和PLC響應的驗證。

圖4。

設置例程初始化串行通信(如果我們最終需要它)并驗證CPU狀態。

子程序:readModules

在典型的PLC掃描中，在執行任何邏輯之前，檢測所有輸入點的狀態。這個簡單的子程序將獲得這個組合模塊上的所有輸入地址(它有8個輸入和8個輸出)。

如果其他模塊(甚至模擬輸入)被添加到項目中，它們也可以被添加到readModules例程中。

圖5。

該子程序讀取所有輸入模塊點。為了方便起見，我們在程序的頂部定義了槽號。

主例程:循環

主例程按此順序執行三項基本任務:

運行readModules子程序

檢查我們代碼中的所有邏輯指令

運行writeModules子例程。

在步驟2中，我們唯一需要進行代碼編輯的地方是在所示的//注釋標記之間。

與其重新散列這個If/Else語句邏輯，不如看看我們以前的文章，描述如何在C++編碼環境中重新創建梯形邏輯.

對于我的簡單測試，代碼檢查紅色和綠色按鈕，如果兩個按鈕都通電，輸出LED也將通電。

圖6。

主例程實際執行用戶定義的邏輯。它不一定是梯形格式，但這可能會有所幫助。

子程序:寫模塊

一旦邏輯被執行，所有I/O點的臨時狀態被存儲，但尚未寫入I/O模塊。這個最后的子例程的目的是寫入這些值。

這意味著隨著代碼長度的增加，會有輕微的延遲，這與傳統的PLC更相似，而與典型的微控制器代碼有點不同，后者可以隨時寫入值。

C++環境的靈活性允許程序員對輸出響應邏輯條件的時間、方式和原因有更多的控制。

圖7。

這個例程接收所有更新的標簽值，并將它們寫入適當的輸出終端。

ProOpen故障排除提示

由于內置MKRZero板，有一些小技巧可以幫助編程。

首先，在使用箭頭按鈕上傳之前，請始終按下“驗證”復選標記按鈕。這樣，您可以將錯誤隔離到代碼錯誤或加載錯誤。首先解決代碼錯誤。

圖8。

加載代碼時可能出現COM錯誤。

重新啟動Arduino IDE

由于COM端口當前正被某個現有項目使用，因此存在一些錯誤。關閉和打開IDE可以清除一些問題并刷新板和端口標識。如果這不起作用，請繼續下一步。

圖9。

這顯示了如何為Windows機器正確選擇板和端口。

COM端口號

如果程序在加載過程中報告錯誤，請驗證板的選擇是否正確，以及COM端口是否正確。下圖顯示了正確的值（盡管您的COM端口號可能不同）。

圖10。

如果遇到此錯誤，請雙擊重置按鈕，選擇COM端口，然后再次上傳。

引導加載程序模式的重置按鈕

加載程序時，可能會出現通信錯誤。與熟悉的Arduino Uno板相比，處理CPU USB和串行通信之間轉換的芯片有所不同。簡單地再次按“上傳”或重啟可能無法解決問題。

一個常見的解決方法是快速按下CPU上的“重置”按鈕兩次，然后選擇適當的COM端口（它可能會改變），并再次上傳。

這個重置按鈕將CPU置于停止代碼執行并允許加載的模式，有點像將PLC置于停止模式。

代碼停止執行

在一些罕見的情況下，代碼似乎會在一段時間后停止執行（我的經驗是大約12小時）。在我的情況下，CPU在此期間通過USB連接到計算機。拔下USB并按下“重置”1次后，代碼仍然無法執行，需要重新上傳代碼。

在第二個測試中，成功上傳后立即斷開USB連接，代碼繼續無限期執行（至少在撰寫本節前幾天）。

將微控制器用作PLC

將微處理器嵌入PLC機箱的過程與大多數PLC的現實并沒有太大的差距。然而，許多人會認為這一目的限制了微控制器的潛力，盡管這可能是真的，但PLC軟件無疑在工業領域提供了一些極端的優勢，迎合了不熟悉基于文本的編碼的操作員和技術人員的需求。這種PLC是一個很好的折衷方案，具有一些獨特的靈活性優勢。

審核編輯 黃宇