PLC廣泛地運用到工業(yè)自動化領域中

隨著工業(yè)控制技術的發(fā)展，PLC已經(jīng)作為工業(yè)控制的基礎廣泛地運用到工業(yè)自動化領域中。

1 可編程控制器的組成及其各部分的功能

可編程控制器的基本組成：

從語辭義上來講，PLC也是一種計算機控制系統(tǒng)，只不過它比一般的計算機具有更強的與工業(yè)過程相連接口和更直接地適用于控制要求的編程語言。所以PLC與計算機的組成十分相似，具有中央處理器（CPU），存貯器，輸入/輸出（I/O）接口，電源，編程語言，詳見圖1。

2 PLC編程思想

現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的控制體系通常需要涉及很多外部的設備，對于設備的動作要求通常十分嚴格。在很長一段時間中，編程需要首先根據(jù)具體要求繪制流程圖，然后根據(jù)流程圖編寫程序的框架，再在這個流程框架中增加約束信息和報警信息，因此這一編程思想是面對過程的。數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)的處理過程是統(tǒng)一的，沒有多少可以重用的代碼，并且如果代碼的數(shù)量過大，會對維護工作產(chǎn)生很大壓力。面向過程的PLC編程方法，主要存在的缺陷在于：割裂被控對象在PLC程序和現(xiàn)實中的聯(lián)系，使得內(nèi)部邏輯和被控對象不太明確，從而使程序后期的維護工作變得困難；另外程序內(nèi)部的邏輯關系復雜，因此控制的流程不夠明確，容易造成錯誤；輸入和輸出都缺乏整體性，程序員通常對于各輸入點和輸出點作出孤立的考慮，無法實現(xiàn)兩者之間有效的邏輯關聯(lián)。

3 可編程控制器的編程方法

3.1 編程語言

目前的PLC編程語言主要有梯形圖、語句表、邏輯圖、高級語言等。

梯形圖———這種方法比較適合于初頻道接觸PLC的編程人員使用，因為它比較直觀，簡單易懂，只要具備基本的電路知識，易看懂易編程。

語句表———用助記符表示的PLC的一個功能。PLC在執(zhí)行程序時，實際上就是按照語句表編寫順序，逐個按照助記符表示的功能進行執(zhí)行。這種方法比較直觀地反映出編寫程序的大小；在某些指令執(zhí)行過程中，用語句表編寫比用梯形圖編寫掃描時間較少。但對于初學者和復雜的功能有一定的難度。

邏輯圖———用邏輯關系表達出來的方式編程。它具有邏輯關系比較、清晰，但不易懂。一般情況下不采用此方法。

高級語言———如C語言，Basic語言或?qū)ｉT的高級語言。使用高級語言編程的PLC，一般是中高型PLC。

3.2 程序的結構框圖

在編程序之前，必須首先具備一些資料，這些資料是根據(jù)被控對象的要求和條件確定的，一般有：I/O點分布和意義表，參數(shù)的定義和地址分配表，被控對象響應的工藝及安全性條件說明書等。

程序框圖是編程的主要依據(jù)，用此要盡可能地根據(jù)資料詳細化，以便確定應用程序的基本結構。程序框圖包括兩種：程序結構框圖和功能控制框圖。

程序結構框圖是一臺PLC的全部功能部分在內(nèi)存中前后排列的縮影，使用中可以根據(jù)結構圖了解所有功能控制在整一個程序中的位置。

3.3 程序設計結構方式

軟件設計任務的復雜程度決定用戶程序的結構。

（1）線性編程：程序以線性的或順序的方式執(zhí)行每條指令?；旧鲜菍⒊绦蚍旁谝粋€主程序內(nèi)全部完成。

（2）分部式編程：程序設計按照動作邏輯功能的不同分成各自獨立的子程序塊，每個子程序完成一項或多項簡單的且獨立的任務。然后由主程序按照工藝有條件或無條件調(diào)用子程序。這些子程序在每一個掃描周期內(nèi)只能調(diào)用一次。

（3）結構化編程：獨立編制具有通用性的程序塊或子程序，通過賦給這些通用子程序塊不同的信息或條件，在每個掃描周期內(nèi)可以反復調(diào)用這些通用程序塊。

對于壓鑄機程序設計，由于其有一定的復雜性，建議采用“分部式編程”方法。具有的優(yōu)點有：易設計、易維護、易擴展。

3.4 安全回路的設計

設計工業(yè)化控制程序，安全和信息描述是必要的一個環(huán)節(jié)。壓鑄機的動作流程具有一定的危險性，因此安全回路的設計是應引起重視。安全指設備和操作人員。安全回路應考慮以下因素，并進行控制：

（1）操作失誤引起的危險或冒險。

（2）外部配件的損壞引起的危險，外部配件包括PLC本身故障和硬件電路信號。

（3）動作工藝流程規(guī)定的混亂引起的危險。

（4）特殊性引發(fā)的危險，例如：冷室機的空壓射，易引發(fā)設備損壞時。停電或電源模塊故障時。

安全回路的設計時大部分采用緊急停止回路，自鎖回路，互鎖回路。外部信號保護回路，順控型回路等方式。同進外部硬件回路也要組成保護回路：如熱繼電器、急停按鈕等。

綜合上述設計PLC的軟件有許多方法，設計人員除保持自己的設計風格和必須遵循本公司的指導性要求外，設計的經(jīng)驗是至關重要的，所以只有不斷地努力，才能摸索出適合自己的一種有效方法。但一些基本的步驟是公共的。

（1）對被控對象的過程和要求進行分解，繪制出程序的結構框圖，了解和掌握被控對象的控制要求和流程。

（2）確定各單元的功能特性，繪制出功能控制框圖。

（3）選擇合適的程序結構方式，將各功能控制聯(lián)系起來。

（4）慎重考慮安全回路的設計，制定故障的形式及控制方案。

（5）編寫各獨立部分的程序，確定各模塊程序的接口資料。

（6）調(diào)試各獨立塊程序，調(diào)試各模塊的接口程序。調(diào)試安全回路程序。

（7）聯(lián)機在線調(diào)試設備或過程。

4 案例分析

以汽車微電機壓裝控制系統(tǒng)為例，對于PLC編程方法進行詳解。這一系統(tǒng)主要通過觸摸屏TPC、主控單元FPG以及位置控制單元FPG、模擬單元FP0、位移傳感器和伺服電機構成。這一系統(tǒng)主要對伺服電機控制脈沖輸出，而脈沖輸出能夠直接封裝電機的運行狀態(tài)，而剩下的輸出則不需要在程序中大量使用，能夠單獨調(diào)用。具體如圖2所示。

壓裝流程中，前三項依次為快速工進、預壓和慢速壓裝，這些過程是同向運動，主要目的在于提高工作效率，因此三個過程之間都不能出現(xiàn)任何停頓，采用“P點控制”就能滿足要求。慢速壓裝的運動方向和第四項的快速退回方向相反，并且這一過程需要停頓?？焖偻嘶毓δ芙柚癊點控制”實現(xiàn)。具體如圖3所示。

FPWINGR編程軟件不能進行模塊封裝的操作，但這也不會對對象思維產(chǎn)生影響?！癊點控制”的觸發(fā)條件是R20，而“E點控制”的目標脈沖頻率是雙字寄存器DT412，也是“E點控制”的目標位置。采用對象封裝，主要目的在于避免數(shù)據(jù)的隨意訪問，使數(shù)據(jù)得以繼承。在“E 點控制”中，電機的屬性啟動速度是500Hz，加速時間是100ms，正反方向的定義采用參數(shù)的方式固定。如果對這一對象進行調(diào)試，則默認繼承了這一屬性。只要對多個內(nèi)部繼電器觸發(fā)R20進行擴展，就能夠被多次調(diào)用繼承，也就是多態(tài)性。

時序?qū)拥幕A包括輸出層和外設層，時序?qū)訒鶕?jù)一定時間順序?qū)敵鰧优c外設層進行組合，同時輔助必要的數(shù)據(jù)處理，從而形成應有的功能。壓裝的主流程為“P 點控制”和“E 點控制”模塊，再加上時間延時和計數(shù)處理與力峰值功能，最終形成初步的壓裝功能，再經(jīng)后期調(diào)試加上小范圍的改動，形成功能編寫能力。根據(jù)這一方法，能夠?qū)λ韪鞴δ苓M行編寫，在完成了整個程序之后，實現(xiàn)整體調(diào)試的功能。后期維護需要修改某部分功能時，可以快速定位到要修改的層，再找到相應的模塊；增加功能時，可以迅速查到已有硬件的封裝模塊，直接在時序?qū)釉黾右蟮墓δ軙r序。

5 結束語

通過分析以及實際驗證發(fā)現(xiàn)，本次研究所采用的編程方法編寫PLC程序，具有清晰的邏輯，并且具有層次分明和運行穩(wěn)定的優(yōu)勢。這一編程方法能夠為程序調(diào)試以及后期程序的維護以及程序功能的擴展提供重要基礎。將此編程方法應用在復雜的控制系統(tǒng)當中，能夠有效提高編程效率，同時這一編程技術也能夠適用簡單系統(tǒng)，保證了復雜控制系統(tǒng)的集體設計具有更明確的分工，并確保更穩(wěn)定的性能。
責任編輯：YYX