V80-U軍用系列PLC在特種車中的應(yīng)用

摘要：可編程控制器（PLC）因其簡(jiǎn)單易用、可靠性好和維修方便等優(yōu)點(diǎn)，在眾多的特種車上負(fù)責(zé)電氣控制的工作。本文以V80-U系列PLC為例，分別從V80-C系列專門針對(duì)特種車輛開發(fā)的PLC的寬溫、抗振等待點(diǎn)特點(diǎn)闡述了PLC在特種車系統(tǒng)中應(yīng)用。



一、前言

特種車輛是針對(duì)非常規(guī)車輛的統(tǒng)稱，包括軍事、醫(yī)用、環(huán)保、建筑、起重等不同的分類。因特種車輛大多需要有動(dòng)作機(jī)構(gòu)，這些動(dòng)作的控制大多采用PLC來完成，因特種車輛工作的環(huán)境很差，通常需要能抵抗高低溫、防水、防塵、防鹽、沖擊、振動(dòng)等常規(guī)PLC無法勝任的工作。



二、 V80-U特種車輛專用PLC構(gòu)成



矩形科技的V80-U是專為特種車輛開發(fā)的特種車用PLC，性能指標(biāo)如下：



表一《電氣和環(huán)境規(guī)格表》

電源	AC 220 V，50/60Hz，單相；DC 24V
電壓范圍	AC 85 V～265 V 、DC 10～36V
運(yùn)行環(huán)境溫度	-40℃ ～ 80℃
儲(chǔ)存環(huán)境溫度	-55℃ ～ 85℃
防護(hù)等級(jí)	V80-U系列：IP20
	V80-UC系列：IP67
濕度	5 ～ 95% （無結(jié)露）
抗電氣噪性	脈寬50ns，重復(fù)頻率5kHz，2,000 V電壓峰值
抗振性	每軸5.5小時(shí)，一次掃描時(shí)間15分鐘，頻率5～200~5Hz，加速度2.5g，
抗沖擊性	V80-U系列：30g，持續(xù)11ms，3維方向沖擊
	V80-UC系列：60g，持續(xù)11ms，3維方向沖擊
耐高壓絕緣性	端對(duì)地施加DC 2200V的電壓，I/O接口端對(duì)其他端施加AC 1500V、50Hz的電壓，持續(xù)1分鐘

V80-U是在V80寬溫系列的基礎(chǔ)上改進(jìn)而來，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與V80的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)一致，技術(shù)指標(biāo)和軟件性能也與V80一致。

該系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)，由一個(gè)本體單元和多個(gè)擴(kuò)展單元構(gòu)成，具體的技術(shù)指標(biāo)和結(jié)構(gòu)參見V80的硬件手冊(cè)。不過應(yīng)用戶的需要增加了一個(gè)CAN接口。

V80-U整個(gè)系統(tǒng)符合國(guó)軍標(biāo)GJB150、GJB151A/152A

V80-U針對(duì)軍方的特殊性進(jìn)行了一些改進(jìn)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)高低溫運(yùn)行、儲(chǔ)存、抗振、抗沖擊、抗電磁干抗等方面全面提升。改進(jìn)項(xiàng)目如下：

1、溫度范圍

原V80的設(shè)計(jì)就已考慮到軍方的應(yīng)用，所以這一方面的改進(jìn)相對(duì)比較容易，首先是結(jié)構(gòu)材料的更換，包括PCB板材、塑料、開關(guān)、端子、繼電器將全部更換成軍用級(jí)的材料，保證在極端惡劣的環(huán)境下可靠的工作；再是電子元器件采更換為軍用級(jí)的電子元件，包括電容、光耦、繼電器在內(nèi)的一些比較敏感的器件；最后是所有內(nèi)部的接插件，為了適應(yīng)軍標(biāo)寬范圍的應(yīng)用將全部選用鍍金的接插件，部分更是改成直接焊接，以減少?zèng)_擊和溫度變化造成的接觸不良等。

2、抗沖擊、抗振動(dòng)

為了能達(dá)到軍標(biāo)的要求，我們?cè)诟鲗与娐钒迳霞庸嗔朔阑饘?dǎo)熱抗振硅膠。

3、防水防塵

這一項(xiàng)，目前各研究所均在把PLC放在一個(gè)電控箱內(nèi)，防水防塵主要是在電控箱這一層解決，V80-U將沿用該方式，只是在V80模塊內(nèi)加灌硅膠。

4、抗電磁干抗

V80設(shè)計(jì)中已經(jīng)充份考慮了這一點(diǎn)，可以滿足軍標(biāo)的要求，目前的設(shè)計(jì)中有30%的成本就是用在抗干抗這個(gè)方面的。目前V80在抗快速脈沖群方面可以抵抗5KHZ、10KHZ、100KHZ的快速脈沖群達(dá)3000V之高。其它的如靜電、雷擊方面也比進(jìn)口的同類的產(chǎn)品要強(qiáng)很多。

5、寬電源范圍

直流輸入范圍可達(dá)DC18~36V，交流輸入范圍可達(dá)AC85~265V。

電子硅膠的特點(diǎn)：

專業(yè)設(shè)計(jì)：該產(chǎn)品專門根據(jù)電子，電器及其他應(yīng)用需求設(shè)計(jì)開發(fā)，品質(zhì)恒定。

優(yōu)良電氣特性：該產(chǎn)品是最理想的電氣及電子產(chǎn)品的絕緣密封材料，即使用於溫度及濕度常有變化的場(chǎng)所也能 保有穩(wěn)定的電氣特性。

耐熱、耐寒特性：該產(chǎn)品使用溫度范圍廣泛，適用於-50℃～250℃。連續(xù)使用時(shí)從-40℃～180℃，也能保持穩(wěn)定性能

耐候性：該產(chǎn)品具有優(yōu)越抗紫外線、臭氧、水分、鹽霧、霉菌等特性，既使在戶外使用三十年也幾乎不變質(zhì)。

抗震性：具有彈性機(jī)能，吸收振動(dòng)及激震，保護(hù)電氣及電子零件、玻璃等易脆物質(zhì)。

化學(xué)性能穩(wěn)定：和一般有機(jī)橡膠比較，抗化學(xué)物質(zhì)及油劑特性特別優(yōu)越。同時(shí)，有些產(chǎn)品絕不腐蝕金屬

產(chǎn)品種類豐富：種類頗多，有耐燃性，有超級(jí)耐熱性產(chǎn)品，也有除去低分子量有機(jī)矽產(chǎn)品。專業(yè)為電子，電器及一般工業(yè)設(shè)計(jì)的硅膠產(chǎn)品，獲得多種國(guó)際認(rèn)證，例如：保險(xiǎn)商實(shí)驗(yàn)室(UL)、美軍規(guī)范(MIL)等等。

2.3、通信接口與協(xié)議

有三個(gè)通信接口其中一個(gè)RS232、一個(gè)RS485和一個(gè)CAN接口，前面兩個(gè)接口均可以支持編程和ModBus從協(xié)議，RS485還支持Modbus主協(xié)議，可以支持聯(lián)網(wǎng)通信，CAN接口是應(yīng)***所的要求增加的，用戶層協(xié)議還需要用戶確認(rèn)，我們建議采用ModBus的數(shù)據(jù)鏈路層作為用戶接口層，另外暫定PLC是從設(shè)備。

通信接口的選擇：

1、數(shù)字量IO通信，因?yàn)閿?shù)字量IO的輸出一般是繼電器或晶體管輸出，會(huì)存在抖動(dòng)和時(shí)延的問題，造成誤判和誤動(dòng)。同時(shí)數(shù)字量IO的輸入也是經(jīng)過光耦進(jìn)入CPU的，同樣存在抖動(dòng)和時(shí)延的問題。

一般大家為了增強(qiáng)數(shù)字量IO口的抗干擾能力會(huì)在輸入輸出上加上下拉電阻，當(dāng)然也是可以起到一定作用的，但無法從根本上解決，如果選擇的匹配太強(qiáng)了，還會(huì)造成光耦的提前老化，從而使產(chǎn)品壽命減短。一般該通信方式的通信速度不應(yīng)超過10HZ，因?yàn)镻LC的標(biāo)準(zhǔn)IO口的濾波時(shí)間是10mS，再加上雙方之間的錯(cuò)位與時(shí)延應(yīng)為10mS*3=30mS以上，如果用戶的程序周期比較長(zhǎng)或者不穩(wěn)定時(shí)間可能更長(zhǎng)，其通信距離應(yīng)控制在10m以內(nèi)。

2、RS232通信，因?yàn)镽S232是電平通信方式，無法抗共模干擾，對(duì)于現(xiàn)在的復(fù)雜電磁環(huán)境，這是一個(gè)很致命的問題，所以在工控上一般要求RS232線不要超過10米，即使如此RS232仍不適合作長(zhǎng)時(shí)間高可靠要求的通信。RS232的通信速率一般在19200以下才能在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境可靠通信。

3、RS485通信，RS485是差分通信方式，可以有效的抗共模干擾，RS485是許多種現(xiàn)場(chǎng)總線的物理層，包括ModBus、ProfiBus等。RS485的通信速率為1200至12M之間，通信距離為9公里以內(nèi)，與通信速率相關(guān)，如果波特率為1.2M則通信距離要在300m以內(nèi)。

4、CAN通信，CAN是為汽車傳感器開發(fā)的專用現(xiàn)場(chǎng)總線，目前在其它工控現(xiàn)場(chǎng)也得到了廣泛的應(yīng)用。它的優(yōu)點(diǎn)是速度較快，同時(shí)可靠性較高，但單幀的通信量比較低，無效字符占的比例較多



三、 總結(jié)：

V80軍用系列優(yōu)勢(shì)：

1、 填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白

解決了各種特種車、火炮、戰(zhàn)車、雷達(dá)等對(duì)國(guó)外產(chǎn)品的依賴，從根本上解決用民用級(jí)PLC開發(fā)軍用產(chǎn)品的情況。

2、 增強(qiáng)的防解密功能；

有兩個(gè)加密等級(jí)，第二級(jí)加密將從協(xié)議一層屏蔽程序的上傳功能，防止非正常的上傳程序。

3、 可根據(jù)用戶的需要定制功能塊和定制軟硬件；

4、 長(zhǎng)期的元件庫(kù)存，定貨周期只需要2~6周；

5、 支持運(yùn)行態(tài)在線編程，便于現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)和升級(jí)；

6、 完全的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，包括核心解析芯片在內(nèi)的所有軟硬件均可以根據(jù)用戶的需要進(jìn)行定制。