【導讀】可編程控制器作為控制系統(tǒng)的核心裝置，功能強大、性能穩(wěn)定可靠。在現(xiàn)代工業(yè)自動化生產中得到了廣泛的應用。本論文以機控制系統(tǒng)為背景，理論與實踐相結合，詳細闡述了集PLC技術，制系統(tǒng)中的應用。用的可能性和前景。2．通過對卷紙包裝機生產工藝流程的了解，統(tǒng)計其輸入。輸出FO點，然后進行PLC選型，硬件組態(tài)的設計。4．在卷紙包裝機中，卷紙和包裝紙要求能同?；虿粍?，實現(xiàn)了送料過程中的同步控制。5．卷紙的包裝是一個典型的順序控

　　

【正文】 要人機界面好就行了。而 PLC 則還要考慮信息入出的可靠性、實時性以及信息的使用等問題。特別是要考慮怎么適應于工業(yè)環(huán)境，如便于安裝，抗干擾等問題。 1．可編程序控制器實現(xiàn)控制的要點。 入出信息變換、可靠物理實現(xiàn)，可以說是 PLC 實現(xiàn)控制的兩個基本要點。入出信息變換靠運行存儲于 PLC 內存中的程序實現(xiàn)。 PLC 程序既有生產廠家的系統(tǒng)程序，又有用戶自行開發(fā)的應用程序。系統(tǒng)程序提供運行平臺，同時，還為 PLC 程序的可靠運行及信號與信息轉換進行必要的公共處理。用戶程序由用戶按控制要求設計。 可靠物理實現(xiàn)主要靠輸入 (input)及輸出 (output)電路。 PLC 的 IYO 電路，都是專門設計的。輸入電路要對輸入信號進行濾波，以去掉高頻干擾。而且與內部計算機電路在電上是隔離的，靠光耦合元件建立聯(lián)系。輸出電路內外也是電隔離的，靠光耦合元件或輸出繼電器建立聯(lián)系。輸出電路還要進行功率放大，以足以帶動一般的工業(yè)控制元器件，如電 磁閥、接觸器等。 I／ O電路是很多的，每一輸入點或輸出點都要有一個 I或 0 電路。 PLC 有多少 I／ O點，一般也就有多少 I／ O 電路。但由于它們都是由高度集成化的電路所組成的，所以所占體積不大。 輸入電路時刻監(jiān)視著輸入狀況，并將其暫存到輸入寄存器中。每一輸入點都有一個對應的存儲信息的寄存器。輸出電路要把輸出鎖存器的信息傳送 34 給輸出點，輸出鎖存器與輸入點也是一一對應的。這里的輸入鎖存器及輸出鎖存器實際就是 PLC 處理器 I／ O 口的寄存器。它們通過總線與內存交換信息，并主要由運行系統(tǒng)程序實現(xiàn)。把輸入暫存器的信息讀到 PLC 的內存中 ,稱輸入刷新。 PLC 內存有專門開辟的存放輸入信息的映射區(qū)。這個區(qū)的每一對應位 (bit)稱之為輸入繼電器 ,或稱軟接點。這些位置成“ 1’ *I9 表示接點通，置成“ 0”為接點斷。由于它的狀態(tài)是由輸入刷新得到的，所以，它反映的就是輸入狀態(tài)。輸出鎖存器與 PLC 內存中的輸出映射區(qū)也是對應的。一個輸出鎖存器也有一個內存位 (bit)與其對應，這個位稱為輸出繼電器，或稱輸出線圈。依靠運行系統(tǒng)程序，輸出繼電器的狀態(tài)映射到輸出鎖存器，這個映射也稱輸出刷新。這樣，用戶所要編的程序只是，內存中輸入映射區(qū)到輸出映射區(qū)的的變換 ，特別是怎么按輸入的時序變換成輸出的時序。圖 41 對以上敘述做出了說明。其中框圖代表信息存儲的地點，箭頭代表信息流向及實現(xiàn)信息流動的手段。這個圖既反映了 PLC 實現(xiàn)控制的兩個基本要點，同時也反映了 PLC 中信息的空間關系。 圖 41 PLC 內部原理示意圖 2． 可編程序控制器實現(xiàn)控制的過程簡單地說， PLC 實現(xiàn)控制的過程 m，一般是：輸入刷新 — +運行用戶程序 — +輸出刷新 — +再輸入刷新 — +再運行用戶程序 — ,再輸出刷新??永不停止地循環(huán)反復進行著。有了上述過程，用 PLC實現(xiàn)控制顯然是可能的。因為：有了輸 入刷新，可把輸入電路監(jiān)控得到的輸入信息存入 PLC 的輸入映射區(qū)：經運行用戶程序，輸出映射區(qū)將得到變換后的信息；再經輸出刷新，輸出鎖存器將反映輸出映射區(qū)的狀態(tài)，并通過輸出電路產生相應的輸出。又由于這個過程是永不停止的循環(huán)反復地進行著，所以，輸出總是反映輸入的變化，只是在時間的響應上略有滯后。當然這個滯后不宜太大，否則所實現(xiàn)的控制不那么及時，也就失去了控制上的意義。為此， PLC 的工作速度要快，速度快、執(zhí)行指令時間短，是 PLC 實現(xiàn)控制的基礎。 35 3．可編程控制器實現(xiàn)控制的方式 用以上這種不斷重復運行程序實現(xiàn)控 制稱掃描方式。是用計算機進行控制的一種方式。此外，計算機用于控制還有中斷方式。在這種方式下，需處理的控制先申請中斷，被響應后正在運行的程序中止，轉而去處理中斷工作(運行有關中斷服務程序 )。待處理完中斷，又返回運行原來程序。哪個控制需要處理，哪個就去申請中斷。顯然，中斷方式和掃描方式是不同的。 本系統(tǒng)采用的 PLC 軟件是西門子公司的 Step7， Step7 編程軟件可對硬件和網絡實現(xiàn)組態(tài)，具有簡單、直觀、便于修改等特點。該軟件提供了在線和離線編程的功能，可以對 PLC 在線上載或 下載。利用 Step7 可以方便地創(chuàng)建一個自動化解決方案。 項目可用來存儲為自動化任務解決方案而生成的數據和程序。這些數據包括：硬件結構的組態(tài)數據及模板參數；網絡通訊的組態(tài)數據；以及為可編程模板編制的程序。它們都被收集在一個項目下。生成一個項目的主要任務就是為編程準備這些數據。數據在一個項目中以對象的形式存儲。 在生成一項目后，先插入站，然后可以組態(tài)硬件。在組態(tài)硬件時，可經借助于模板樣本對可編程控制器中的 CPU及各模板進行定義，通過雙擊站來 36 啟動硬件組態(tài)的應用程序。一旦存儲并退出硬件組態(tài)，對于 在組態(tài)中生成的每一個可編程模板，都會自動生成 s7／ M7 程序及空的連接表。連接表可用來定義網絡中可編程模板之間的通訊連接。硬件組態(tài)完成后就可為編程模板生成軟件。為可編程模板 編制的軟件存儲在對象文件夾中。對 SIMATICs7 模板而言，該對象文件夾稱作“ S7Program”。在子菜單中，可以選擇要生成的塊的類型 (如：數據塊DB，功能 FC，功能塊 FCB，組織塊 OB或變量表 VAT)。打開一個空的塊，然后用語句表，梯形圖或功能圖輸入程序。 要下裝 s7 用戶程序塊，或 s7 可編程控制器上裝程序到編程器和其它 操作，需在編程設備和可編程控制器之間建立連接。為建立在線連接，編程設備和可編程控制器必須通過合適的接口相連 (如，多點接口 MPI)。然后，可通過一個在線的項目窗口或“ AccessibleNodes(可訪問站點 )”窗口訪問可編程控制器。如果在編程設備中沒有關于可編程控制器的項目數據，則可選擇通過“ AccessibleNodes”窗口來建立在線連接。這種訪問方式可快速訪問可編程控制器，可用于測試目的。如果在編程設備 PG／ PC 的項目中有組態(tài)的可編程控制器，可通過選擇在線的項目窗口建立連接。該窗口顯示可編程控制器中的 項目數據?？删幊炭刂破髦械?s7 程序或 M7 程序都可以在在線窗口中顯示。 在完成組態(tài)，參數賦值，程序創(chuàng)建和建立在線連接后，可以下載整個用戶程序或個別塊到一個可編程控制器。在下載完整的或部分用戶程序到 CPU之前，把工作方式從 RUN 模式置到 STOP 模式?？梢酝ㄟ^在線連接下載各個塊或整個用戶程序到 RAM。在可編程控制器中，如果掉電且 RAM沒有被備份則數據丟失。也可以下載整個用戶程序到 EPROM存儲卡中。當電源關斷后和 CPU復位時，保存在他們的數據將被保留。另外，可以從可編程控制器中上載一個工作站，或從一個 S7CPU中上載塊到 PG／ PC。這樣，當出現(xiàn)故障而不能訪問到程序文檔的符號或注釋時，就可以在 PG／ PC 中編輯它。 4． 1． 3 PLC編程軟件 Step7 簡介 Step7 編程軟件是基于 Windows95／ 98 或 WindowsNT 的為 S7— 300／ 37 400PLC 配置和編程的標準軟件包。通過 Step7，用戶可以進行系統(tǒng)配置和程序的編寫、調試，在線診斷 PLC 硬件配置狀態(tài)、控制 PLC 的運行狀態(tài)和 I／ O 通道的狀態(tài)等。 SIEMENSS7— 300 系列 PLC 編程語言有三種：語句表編程語言 (STL)、梯形邏輯編程語言 (LAD)和功能塊圖編程語言 (FBD)，其它編程語言作為可選軟件包使用。通過編程器在 WindowsNT 的環(huán)境下對系統(tǒng)進行配置、程序編制、調試和監(jiān)視，用戶界面方便友好。 1．梯形邏輯 (LAD)是 STEP7 編程語言的圖形表達方式。它的指令語法與一個繼電器梯形邏輯圖相似：當電信號通過各個觸點、復合元件以及輸出線圈時，梯形圖可以讓你追蹤電信號在電源示意線之間的流動。 2． 語句表 (STL)是 STEP7 編程語言的文本表達方式。與機器碼相似，如果一個程序是用語句表編寫的， CPU 執(zhí)行程序時則按每一條指令一步一步地執(zhí)行。為使編程更容易 ，語句表已擴展到包括一些高層語言結構 (例如，結構數據的訪問和塊參數 )。 3．功能塊圖 (FBD)是 STEP7 編程語言的圖形表達方式，使用與布爾代數相類似的邏輯框來表達邏輯。復合功能 (如數學功能 )可用邏輯框相連直接表達。 Step7有三種編程方法： A：線性編程； B：分部式編程； C：模塊化編程。模塊化編程就是把程序分成若干程序塊，各程序塊分別含有一些設備和任務的程序指令，每個功能區(qū)被分成不同的塊進行編程，這有利于程序的多人同時編程，也利于程序調試和故障的查找。 廣義的程序塊分為系統(tǒng)程序塊和 用戶程序塊。 “ ，如表 41所示。系統(tǒng)程序塊是集成在 CPU操作系統(tǒng)中的預定義的功能和功能塊，不占用用戶存儲空間，并且在整個系統(tǒng)中都具有相同的接口、相同的名稱和 相同的編號。用戶程序塊是提供給用戶用于管理用戶程序代碼和數據的區(qū)域。 STEP 7將用戶程序指令存放在 “ 塊 ” 中。本控制系統(tǒng)用戶程序，主要有四類程序塊：功能 FC(Function)、功能塊 FB(Function block)、組織塊 OB (Organizationblock)和數據塊 DB(Data block)。其中 FB和 FC作為 0B的子 程 序。全局 數據塊：全局數據塊中定義的監(jiān)控量 (地址 )可被所有邏輯塊使用，因而 38 在全局數據塊中定義了包裝傳輸設備、環(huán)境量、電源等所有監(jiān)控量 (地址 )，根據此地址，邏輯塊可訪問、調用所有的監(jiān)控量。 根據卷紙包裝機的實際情況，我們在編程時作了如下規(guī)定： DBl定義存儲放卷分切的所有開關量和模擬量； DB2定義存儲環(huán)境設備的監(jiān)控量； DB3定義存儲包裝過程的所有開關量監(jiān)控量； DB5定義了所有電源的監(jiān)控量。具體到各站的定義又根據設備和通信的需要稍有不同。根據 PLC設備對定義變量地址的規(guī)定，數字量模塊都按 4個字 節(jié) (32位 )分配地址，模 塊的起 始地址是實際插槽 (SLOT)號減 l乘 4，每個數字量只占 1位地址；模擬量模塊自動按 16個字節(jié)的地址寄存器分配地址，模擬量模塊的起始地址是實際插槽 (SLOT)號減 1乘 64，再加上 512， 每個模擬量占用 2個字節(jié)的地址。 表 41 程序塊的分類和功能 程 序 塊 系統(tǒng)程序塊 系統(tǒng)功能 SFC 支持設置模塊參數、數據通訊和拷貝等功能 系統(tǒng)功能 SFB 操作系統(tǒng)功能的一部分，需與背景數據塊一同使用 系統(tǒng)功能 SDB 由 STEP7 各種工具產生的程序存儲區(qū)，存 儲有組態(tài)和通信連接的各項參數 用戶程序塊 邏輯塊 組織塊 OB CPU 與用戶程序的接口 功能塊 FB 與背景塊一同使用，調用后數據可保持 功能 FC 無背景數據塊，調用后數據不能保持 數 據 塊DB 全局數據塊 可被程序所有邏輯塊使用 背景數據塊 與特定功能塊對應使用，提供數據存儲空間 1．組織塊 (OB)：提供 CPU操作系統(tǒng)與用戶程序的接口。 OBI為執(zhí)行用戶程序的接口。 39 2．功能塊 (FB)：有相連存儲器區(qū)的邏輯塊。單個 FB 塊可以帶不同的即時數據塊，多次調用。 FB 塊定義為“可 再調用”塊，用戶程序對每次 FB 調用提供新參數。 3．功能 (FC)：無相關聯(lián)的存儲器區(qū)的邏輯塊， Fc 塊定義為“可再調用”塊。用戶程序對每次 FC 調用提供新參數，由于 FC 塊處理數據的不同方法，一個 FC 比 FB 需要 CPU處理開銷較少。 每個 S7CPU中常駐內存有系統(tǒng)功能塊 (SFB和 SFC)。 STEP7 提供存儲程序和數據的不同類型塊。根據過程的要求，可以將程序用不同的邏輯塊 (組織塊，功能塊和子功能塊 )加以結構化。也可以管理處理程序的數據。 組織塊中有兩種模塊對程序的編制和運行十分重要，它們是啟動模塊OBl00 和主循環(huán)模塊 OBl。“。啟動模塊 OBl00 通過調用功能 FCl22 實現(xiàn)對PLC 設備的熱啟動。功能 FCl22 必須在每個 CPU 中調用，實現(xiàn)啟動 DB 塊基礎數據 (BASICDATA)中的起始字節(jié)存儲器，并重新設置相應的正在運行的存儲器。 主循環(huán)模塊 OBI中存放所有用戶程序以待執(zhí)行，也可以將用戶程序存放于不同的功能模塊中，只在 OBl中調用，需要時才執(zhí)行。 PLC 的 CPU中的操作系統(tǒng)在系統(tǒng)啟動后將連續(xù)執(zhí)行 OBl，完成用戶程序實現(xiàn)實際的控制。 OBl中還可調用其它的系統(tǒng)功能模塊完成指定的系統(tǒng)工作。 40 Network1 Call FC127 Call FC127 Call