基于STM32自制三菱PLC之软硬件设计

PLC主要适合电工以及机械相关的人群。其主要用在钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造等各个领域。其具有高可靠性、抗干扰能力强、易学易用、等特点。

PLC的体积一般都是比极大的，其安装固定在C45导轨，现在的PLC功能越做越强大，有以太网通讯模块、CAN通讯模块、MODBUS通讯模块，拓展节点控制模块等等。配套软件也十分的强大，稍微配置一下，即可完成设计，所以非常适合电工、机械相关的开发人员使用。PLC内部的电路，实际上也是有单片机（或者CPU等）和辅助驱动电路组成，写入厂家的配套底层驱动软件。用户开发PLC也仅仅是对应用开发。为了更好的是适应恶劣条件，所以PLC在硬件和软件设计上都下足了很多的功夫，因此，其价格相比单片机开发来说，其费用也不低。

本次我使用STM32F103RDT6单片机来仿制三菱的FX2N型号的PLC。这款PLC比较基础的，很老的、功能比较单一（它的地位可能和AT89C51差不多），但是适合PLC入门和DIY。

原理图设计 一般在在工业上，直流电源大多采用的是24V或者12V。

电源我采用的一个二极管进行防反接，主要是这里电源电流也不高，没有必要使用MOS管。EARTH是一个简单的屏蔽地。电源经过一个共模线圈去掉共模干扰。使用一个光耦，进行电源检测。

输入24V电源，经过TPS5430芯片转化为5V，最后用过LDO输出3.3V供单片机相关的电路使用。

复位电路使用的是外部专用的复位芯片MAX809，和RC复位电路相比，其可靠性更好。在快速开关机时，由于电容上次放电并没有释放完毕，导致单片机启动异常，而使用复位芯片则能够很好的解决这一问题。

这个就是单片机管脚定义电路。

LED指示灯电路，EEPROM存储电路，以及RS232调试电路，这个RS232电路接口主要是用于与三菱的PLC开发软件相连的。

ADC采用的是单片机自带的ADC，电路设计使用的是LM358运放，将外部输入电压按照一定的倍数进行缩放，以便单片机进行采集。在我的这个电路板上有三路这个样的电路。

输入电路采用了PC817C进行了光耦隔离。4.7K电阻进行了限流，注意光耦的发光二极管的电流一般采用10mA即可，具体可以看手册。1N5819W的二极管主要是起到保护作用。当输入信号接反了的之后则通过这个二极管进行释放。避免损坏光耦，这个光耦的反向击穿电压只有6V。

输出的话，采用的是达林顿管+继电器的方式。由于达林顿管内部集成了方向二极管，所以，这里就可以不用担心继电器的反向感应电动势的问题。最后，大致的看下整个电路的逻辑关系。

PCB设计 经过一番折腾，最后定稿的PCB设计如下图所示。

然后，送去PCB板厂打样，采购相关的电子元件，准备进行手工焊接。又是一番折腾，终于焊接完成，如下图所示。

这里给大家一个经验，焊接完成之后，建议用热风枪将每个元件在吹一遍，该补锡的地方进行补锡，有毛刺的地方，可以加点助焊剂等，像我这种有强迫症的，我还要将贴片电阻电容顺便摆一下，让其位置对齐。最后在用洗板水洗一下。

软件编程 想要PLC工作，还必不可少需要一个底层软件，不然这和单片机开发没什么区别，不能支持PLC的开发软件和方式。所以这里需要对PLC的指令进行一个转换和翻译。这里也没啥好说的，其实网上针对FX2N的PLC也有很多的代码，稍微移植和修改下就可以了。将管脚对应到自己设计的管脚即可。

程序验证 将程序下载到单片机之后，如何验证程序的正确性呢？可以使用PLC的编程软件。三菱这款PLC的编程软件支持有两款，GX Developer和GX Works软件，在三菱官网可以下载。这里我使用的是GX Works2。启动软件，选择和合适的型号，建立对应的串口连接：

最后，点击“通讯测试”，弹出如下窗口。

可以看到，这个软件已经识别到我们自制的PLC了。关于PLC的使用，一般都是用的是梯形图编程。这个比较简单和直观，下图仅为一个示例图片。

这里大家可以先有个大致的概念，关于PLC的具体使用，等待下期吧。

C#如何模拟PLC写起保停控制板卡

想必做过电工、电气工程师的工控人，都很熟悉起保停。对，就是你们熟悉的那个起保停。这个电路应用范围很广，比如电机的启动停止控制，如果我们把这个电路程序能移植到上位机那么已经事半功倍了。

1.我们先分析下什么叫起保停？

起：启动（启动条件）保：保持（自锁条件）停：停止（停止条件）

2.用C#上位机实现PLC起保停，创建项目这里命名为DEMO1

3.从控件工具库中拖拽Button按钮， 分别命名为btnStart和btnStop并把text属性改为启动和停止，并分别创建MouseDown、 MouseUp事件模拟启动按键和停止按键。(双击事件自动创建)

4.从控件工具库中拖拽Label标签 命名为lblState并把text属性改为 今日头条 模拟运行状态

5.从控件工具库中拖拽timer控件 并把Enabled属性改为 true，把触发 周期改为100ms,模拟PLC扫

描

6.界面效果图

7.按F7进入代码页，大家查看代码注释理解下，不清楚的可以在评论区问我

public FrmMain()

{

InitializeComponent();

stop = true;//这里停止按钮初始化为抬起状态

}

bool start, stop, run;

private void BtnStart_MouseDown(object sender, MouseEventArgs e)

{

//写启动按下

start = true;

}

private void BtnStart_MouseUp(object sender, MouseEventArgs e)

{

//启动按钮抬起

start = false;

}

private void BtnStop_MouseDown(object sender, MouseEventArgs e)

{

//停止按钮按下

stop = false;

}

private void BtnStop_MouseUp(object sender, MouseEventArgs e)

{

//停止按钮抬起

stop = true;

}

//模拟PLC扫描

private void Timer1_Tick(object sender, EventArgs e)

{

run = (start || run) && stop;//启动和运行或一下（并联）再和停止或一下（串联）

lblState.BackColor = run ? Color.Green : Color.Black;//三元表达式 run为真赋值为绿色为假赋值为黑色

}

7.运行效果图

8.这个只是抛砖引玉，这个timer事件是来自UI线程，实时性不靠谱，实际现场我们会创建独立的线程死循环来处理现场IO数据。可以参考下面的写法

public Form1()

{

InitializeComponent();

Thread t1 = new Thread(PLCRUN);//创建一个线程并把 PLC运行方法传入

t1.IsBackground = true;//设为背景线程

t1.Start();//线程开始运行

}

private void PLCRUN()

{

while (true)

{

try

{

#region 输入映像刷新

#endregion

#region PLC逻辑....

#endregion

#region 输出映像刷新

#endregion

Thread.Sleep(1);//CPU强悍实时性要求高可以不sleep

}

catch (Exception ex)

{

//异常捕捉

}

}

}

9.当然起保停还有直接通过if判断实现或者其他方法实现,我这里只是提供是思路，没必要杠。在起保停的逻辑上可以加各种现场控制逻辑，比如延时逻辑 ，计数逻辑，其他与或非逻辑等等。剩下的大家灵活应用。

10.如果用运动板块控制或者项目比较大，建议分层架构，两层三层都可以。

11.篇幅有限，起保停的相关电路我就不画了，PLC的起保停不写了。我相信大家这块非常熟悉了。

END

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