基于树莓派制作的硬件PLC

 

工业安全研究员经常会碰到在PLC上做一些逻辑测试和安全研究，但是非工业安全人员采购工业PLC的比较困难，公司基本上不批这笔预算。基于此，IRTeam团队将介绍如何把树莓派制作成一款功能齐全的PLC。

采用SD卡刷入树莓派的最新OS，这些可以参考https://www.raspberrypi.org/software/来安装，在此就不赘述了。

开机后进入shell，并输入

sudo apt-get install git

接下来我们安装OpenPLC，请在终端上输入以下行：

git clone https://github.com/thiagoralves/OpenPLC_v3.git

cd OpenPLC_v3

./install.sh rpi

安装过程将花费一些时间，安装了OpenPLC，只需重新启动设备，它将在启动后自动启动。

OpenPLC运行时具有内置的Web服务器，可让配置OpenPLC并上传新程序以使其运行。可以通过在计算机上打开Web浏览器并在端口8080上键入OpenPLC设备的IP地址来访问此Web服务器。例如在浏览器中键入 http:// 192.168.13.38:8080 会出现如下页面。

默认的用户名：openplc和密码：openplc，登陆后就可以选择你的硬件控制器为树莓派。

在下面，将找到树莓派GPIO接头连接器的OpenPLC I / O映射。所有树莓派的GPIO映射都是相同的。

然后在一台window os的机器上，在https://www.openplcproject.com/plcopen-editor下载OpenPLC的编程环境。

学习PLC编程之前，需要了解PLC编程语言，梯形图Ladder是PLC编程语言的首选，PLC是实现逻辑和时序主控制器，所以它的编程环境主要是类似于物理电路搭建过程。

对于梯形逻辑编程，需要引入一些关键术语：

触点–它们就像开关，但由线圈控制。如果线圈接通，则开关闭合。如果线圈断开，则开关断开。有两种类型：

常开–如上所述，已在触点上形成线圈，电路运行

常闭–相反。线圈打开，触点断开，电路不运行

线圈-这些线圈最初是围绕磁铁形成电磁场的线圈。然后这些将控制触点。如果线圈“接通”，则触点为“接通”。

计时器-这些很简单。在编程中，使用“TON”或者“TOF”打开计时器。这些计数器在经过一定时间之前将输出保持为0，计时到时后将输出保持为1。

接下来我们打开OpenPLC编辑器，创建一个新的梯形图程序，逻辑如下：

逻辑内容为，只要不按下按钮，电路就完成，线圈“灯”将亮起。如果按下了按钮。计时器完成其工作后，灯泡将保持点亮2000ms。在2000ms之后，如果仍然按下该按钮，指示灯将熄灭。

可以点击“running man”按钮，表示程序执行，然后点击左下方的眼镜的图标，用于调试这个逻辑，很类似我们写程序的debug模式。

调试模式，可以更改开关的状态。当线路，触点或线圈为绿色时，表示已通电。因此，当启动按钮时，未按下该按钮将导致绿色显示，并且计数器为0。

当按下按钮时，计时器的输入为黑色，表示没有电，计时器开始计数。

然后，在2000毫秒结束之后。计时器的输出为0，导致灯管关闭。

我们在OpenPLC编辑器的顶部指定。在此示例中，按钮为％IX0.1，LED为％QX0.0

现在我们需要设计一下树莓派的外部接线线路，我们使用的是Pi的GPIO，一些跳线连接到带有按钮和LED的面包板。

电路如下：

我们先前在程序中指定的IX0.0和QX0.0为电路提供了电源，因此我们需要添加这些内容，以确保在Pi上接地后再回到接地GPIO。

将电阻器，按钮和LED插入面包板。然后将接地线连接到Pi的引脚6，将LED插入QX0.0（引脚8），并将按钮插入IX0.1（引脚0.1）。

面包板应类似于以下内容：

接下来，我们需要将刚才程序上传到Pi的Runtime中，我们可以使用向下箭头保存梯形图程序，将程序文件保存为“ *.st“

然后我们连接Pi和计算机，然后通过Pi的IP地址：8080端口访问PLC控制器。同时把你刚才保存的*.st程序上传到PLC内。

我们需要选择“start plc”然后启动PLC时它将自动运行

如果在左侧选择“Monitoring”，则在“运行时”web页面中可以更清楚地看到开关和线圈的状态

至此，我们通过树莓派+OpenPLC完整实现了一套PLC硬件和软件环境以及对PLC的初步编程。