摘 要：可编程控制器（PLC）因其简单易用、可靠性好和维修方便等优点，在众多的特种车上负责电气控制的工作。本文以V80-U系列PLC为例，分别从V80-C系列专门针对特种车辆开发的PLC的宽温、抗振等待点特点阐述了PLC在特种车系统中应用。


一、前言
特种车辆是针对非常规车辆的统称，包括军事、医用、环保、建筑、起重等不同的分类。因特种车辆大多需要有动作机构，这些动作的控制大多采用PLC来完成，因特种车辆工作的环境很差，通常需要能抵抗高低温、防水、防尘、防盐、冲击、振动等常规PLC无法胜任的工作。


二、V80-U特种车辆专用PLC构成
矩形科技的V80-U是专为特种车辆开发的特种车用PLC，性能指标如下：
表一《电气和环境规格表》


V80-U是在V80宽温系列的基础上改进而来，系统结构与V80的系统结构一致，技术指标和软件性能也与V80一致。
该系统采用模块化结构，由一个本体单元和多个扩展单元构成，具体的技术指标和结构参见V80的硬件手册。不过应用户的需要增加了一个CAN接口。


V80-U整个系统符合国军标GJB150、GJB151A/152A
V80-U针对军方的特殊性进行了一些改进，从而实现对高低温运行、储存、抗振、抗冲击、抗电磁干抗等方面全面提升。改进项目如下：
1、温度范围
原V80的设计就已考虑到军方的应用，所以这一方面的改进相对比较容易，首先是结构材料的更换，包括PCB板材、塑料、开关、端子、继电器将全部更换成军用级的材料，保证在极端恶劣的环境下可靠的工作；再是电子元器件采更换为军用级的电子元件，包括电容、光耦、继电器在内的一些比较敏感的器件；最后是所有内部的接插件，为了适应军标宽范围的应用将全部选用镀金的接插件，部分更是改成直接焊接，以减少冲击和温度变化造成的接触不良等。
2、抗冲击、抗振动
为了能达到军标的要求，我们在各层电路板上加灌了防火导热抗振硅胶。
3、防水防尘
这一项，目前各研究所均在把PLC放在一个电控箱内，防水防尘主要是在电控箱这一层解决，V80-U将沿用该方式，只是在V80模块内加灌硅胶。
4、抗电磁干抗
V80设计中已经充份考虑了这一点，可以满足军标的要求，目前的设计中有30%的成本就是用在抗干抗这个方面的。目前V80在抗快速脉冲群方面可以抵抗5KHZ、10KHZ、100KHZ的快速脉冲群达3000V之高。其它的如静电、雷击方面也比进口的同类的产品要强很多。
5、宽电源范围
直流输入范围可达DC18～36V，交流输入范围可达AC85～265V。
电子硅胶的特点：
专业设计：该产品专门根据电子，电器及其他应用需求设计开发，品质恒定。
优良电气特性：该产品是最理想的电气及电子产品的绝缘密封材料，即使用於温度及湿度常有变化的场所也能 保有稳定的电气特性。
耐热、耐寒特性：该产品使用温度范围广泛，适用於-50℃～250℃。连续使用时从-40℃～180℃，也能保持稳定性能
耐候性：该产品具有优越抗紫外线、臭氧、水分、盐雾、霉菌等特性，既使在户外使用三十年也几乎不变质。
抗震性：具有弹性机能，吸收振动及激震，保护电气及电子零件、玻璃等易脆物质。
化学性能稳定：和一般有机橡胶比较，抗化学物质及油剂特性特别优越。同时，有些产品绝不腐蚀金属
产品种类丰富：种类颇多，有耐燃性，有超级耐热性产品，也有除去低分子量有机矽产品。专业为电子，电器及一般工业设计的硅胶产品，获得多种国际认证，例如：保险商实验室（UL）、美军规范（MIL）等等。
2.3、通信接口与协议
有三个通信接口其中一个RS232、一个RS485和一个CAN接口，前面两个接口均可以支持编程和ModBus从协议，RS485还支持Modbus主协议，可以支持联网通信，CAN接口是应＊＊＊所的要求增加的，用户层协议还需要用户确认，我们建议采用ModBus的数据链路层作为用户接口层，另外暂定PLC是从设备。

通信接口的选择：
1、数字量IO通信，因为数字量IO的输出一般是继电器或晶体管输出，会存在抖动和时延的问题，造成误判和误动。同时数字量IO的输入也是经过光耦进入CPU的，同样存在抖动和时延的问题。
一般大家为了增强数字量IO口的抗干扰能力会在输入输出上加上下拉电阻，当然也是可以起到一定作用的，但无法从根本上解决，如果选择的匹配太强了，还会造成光耦的提前老化，从而使产品寿命减短。一般该通信方式的通信速度不应超过10HZ，因为PLC的标准IO口的滤波时间是10mS，再加上双方之间的错位与时延应为10mS＊3=30mS以上，如果用户的程序周期比较长或者不稳定时间可能更长，其通信距离应控制在10m以内。
2、RS232通信，因为RS232是电平通信方式，无法抗共模干扰，对于现在的复杂电磁环境，这是一个很致命的问题，所以在工控上一般要求RS232线不要超过10米，即使如此RS232仍不适合作长时间高可靠要求的通信。RS232的通信速率一般在19200以下才能在现场环境可靠通信。
3、RS485通信，RS485是差分通信方式，可以有效的抗共模干扰，RS485是许多种现场总线的物理层，包括ModBus、ProfiBus等。RS485的通信速率为1200至12M之间，通信距离为9公里以内，与通信速率相关，如果波特率为1.2M则通信距离要在300m以内。
4、CAN通信，CAN是为汽车传感器开发的专用现场总线，目前在其它工控现场也得到了广泛的应用。它的优点是速度较快，同时可靠性较高，但单帧的通信量比较低，无效字符占的比例较多


三、总结：
V80军用系列优势：
1、填补国内空白
解决了各种特种车、火炮、战车、雷达等对国外产品的依赖，从根本上解决用民用级PLC开发军用产品的情况。
2、增强的防解密功能；
有两个加密等级，第二级加密将从协议一层屏蔽程序的上传功能，防止非正常的上传程序。
3、可根据用户的需要定制功能块和定制软硬件；
4、长期的元件库存，定货周期只需要2～6周；
5、支持运行态在线编程，便于现场维护和升级；
6、完全的自主知识产权，包括核心解析芯片在内的所有软硬件均可以根据用户的需要进行定制。