在生產(chǎn)機(jī)械的自動(dòng)控制領(lǐng)域，PLC順序控制系統(tǒng)的應(yīng)用量大面廣。然而，工藝不同的生產(chǎn)機(jī)械要求設(shè)計(jì)不同的控制系統(tǒng)梯形圖。目前，不少電氣設(shè)計(jì)人員仍然采用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法來(lái)設(shè)計(jì)PLC順序控制系統(tǒng)，不僅設(shè)計(jì)效率低，容易出差錯(cuò)，而且設(shè)計(jì)階段難以發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，需要多次調(diào)試、修改才符合設(shè)計(jì)要。本文提出的4種簡(jiǎn)易設(shè)計(jì)方法，能快速地一次設(shè)計(jì)成功PLC順序控制系統(tǒng)。
順序控制系統(tǒng)的特點(diǎn)及設(shè)計(jì)思路
1.特點(diǎn)順序控制系統(tǒng)是指按照預(yù)定的受控執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作順序及相應(yīng)的轉(zhuǎn)步條件，一步一步進(jìn)行的自動(dòng)控制系統(tǒng)。其受控設(shè)備通常是動(dòng)作順序不變或相對(duì)固定的生產(chǎn)機(jī)械。這種控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)步主令信號(hào)大多數(shù)是行程開(kāi)關(guān)(包括有觸點(diǎn)或無(wú)觸點(diǎn)行程開(kāi)關(guān)、光電開(kāi)關(guān)、干簧管開(kāi)關(guān)、霍爾元件開(kāi)關(guān)等位置檢測(cè)開(kāi)關(guān))，有時(shí)也采用壓力繼電器、時(shí)間繼電器之類(lèi)的信號(hào)轉(zhuǎn)換元件作為某些步的轉(zhuǎn)步主令信號(hào)。
為了使順序控制系統(tǒng)工作可靠，通常采用步進(jìn)式順序控制電路結(jié)構(gòu)。所謂步進(jìn)式順序控制，是指控制系統(tǒng)的任一程序步(以下簡(jiǎn)稱(chēng)步)的得電必須以前一步的得電并且本步的轉(zhuǎn)步主令信號(hào)已發(fā)出為條件。對(duì)生產(chǎn)機(jī)械而言，受控設(shè)備任一步的機(jī)械動(dòng)作是否執(zhí)行，取決于控制系統(tǒng)前一步是否已有輸出信號(hào)及其受控機(jī)械動(dòng)作是否已完成。若前一步的動(dòng)作未完成，則后一步的動(dòng)作無(wú)法執(zhí)行。這種控制系統(tǒng)的互鎖嚴(yán)密，即便轉(zhuǎn)步主令信號(hào)元件失靈或出現(xiàn)誤操作，亦不會(huì)導(dǎo)致動(dòng)作順序錯(cuò)亂。
2.設(shè)計(jì)思路本文提出的4種簡(jiǎn)易設(shè)計(jì)方法都是先設(shè)計(jì)步進(jìn)階梯，在步進(jìn)階梯實(shí)現(xiàn)由轉(zhuǎn)步主令信號(hào)控制輔助繼電器得失電;然后根據(jù)步進(jìn)階梯設(shè)計(jì)輸出階梯，在輸出階梯實(shí)現(xiàn)由輔助繼電器控制輸出繼電器得失電。這4種設(shè)計(jì)法所設(shè)計(jì)的梯形圖電路結(jié)構(gòu)及相應(yīng)的指令應(yīng)適用于大多數(shù)PLC機(jī)型，具有通用性。
由于各種PLC機(jī)型的編程元件代號(hào)及其編號(hào)不盡相同，為便于闡述，本文約定：所有梯形圖中的輸入繼電器、輸出繼電器、輔助繼電器(又稱(chēng)內(nèi)部繼電器)的代號(hào)分別為：X、Y、M。設(shè)計(jì)中所用到的某些功能指令，如置位指令約定為S×，復(fù)位指令為R×;移位指指令為SR×。其中的“×”表示編程元件的編號(hào)，用十進(jìn)制數(shù)表示。用這些方法設(shè)計(jì)實(shí)際的控制系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)將編程元件代號(hào)和編號(hào)變換成所選用的PLC機(jī)型對(duì)應(yīng)的代號(hào)和編號(hào)。
圖1 順序控制流程
下面分別介紹各種設(shè)計(jì)方法。其中，前3種方法的設(shè)計(jì)依據(jù)都是圖1所示的順序控制流程。圖中，步1的轉(zhuǎn)步主令信號(hào)X0為連接啟動(dòng)按鈕的輸入繼電器(為簡(jiǎn)明起見(jiàn)，后述的轉(zhuǎn)步主令信號(hào)均省去“輸入繼電器”幾個(gè)字，只提輸入信號(hào))，X1為原位開(kāi)關(guān)信號(hào)，X2、X3、X4分別為步2、3、4的轉(zhuǎn)步主令開(kāi)關(guān)信號(hào)。M1～M5分別為各步的受控輔助繼電器。Y1～Y4分別為各步受控的輸出繼電器。
一、逐步得電同步失電型步進(jìn)順序控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)法
如圖2所示，這種設(shè)計(jì)方法是根據(jù)“與”、“或”、“非”的基本邏輯關(guān)系，設(shè)計(jì)成串聯(lián)、并聯(lián)或串、并聯(lián)復(fù)合的電路結(jié)構(gòu)。
圖2 逐步得電同步失電步進(jìn)順控梯形圖
1.步進(jìn)階梯的設(shè)計(jì)步進(jìn)階梯的結(jié)構(gòu)
如圖2a所示。步1的M1得電條件是受控機(jī)械原位開(kāi)關(guān)X1處于壓合狀態(tài)(若受控機(jī)械有多個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，則要求每個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的原位開(kāi)關(guān)均處于壓合狀態(tài))，滿(mǎn)足原位條件后按起動(dòng)按鈕X0才能得電。M1得電后自鎖，并為步2提供步進(jìn)條件信號(hào)(M1的常開(kāi)觸點(diǎn))。步1的執(zhí)行動(dòng)作完成時(shí)觸發(fā)的行程開(kāi)關(guān)信號(hào)X2作為步2的轉(zhuǎn)步條件信號(hào)。步2的M2的輸入滿(mǎn)足其步進(jìn)條件和轉(zhuǎn)步條件后得電自鎖，并為步3提供步進(jìn)條件信號(hào)。按此規(guī)律即可實(shí)現(xiàn)后續(xù)每一工作步輔助繼電器的得電和自鎖。停止步M5的步進(jìn)條件信號(hào)和轉(zhuǎn)步條件信號(hào)分別為：最后一個(gè)工作步M4發(fā)出的步進(jìn)條件信號(hào)(M4的常開(kāi)觸點(diǎn))和該步動(dòng)作完成時(shí)所觸發(fā)的轉(zhuǎn)步信號(hào)X1。由于M5的得電信號(hào)令控制系統(tǒng)失電，所以M5的回路不自鎖，而且要將其常閉觸點(diǎn)串聯(lián)在步1回路的最左端。從步2起后續(xù)各個(gè)步的回路構(gòu)成分支回路。一旦M5得電便使整個(gè)系統(tǒng)失電。如不用分支回路的結(jié)構(gòu)，也可采用圖3所示的回路。即把M5常閉觸點(diǎn)分別串聯(lián)在每步輔助繼電器的回路上。應(yīng)該注意的是：無(wú)論工作步還是停止步，如果某步的轉(zhuǎn)步主令信號(hào)有多個(gè)，則應(yīng)將多個(gè)轉(zhuǎn)步主令信號(hào)互相串聯(lián)。
圖3 逐步得電同步失電梯形圖
2.輸出階梯的設(shè)計(jì)輸出階梯
如圖2b所示。其設(shè)計(jì)方法是：(1)在控制流程圖中，找出某輸出繼電器M在哪一步開(kāi)始得電和在哪一步開(kāi)始失電，以此確定其得電信號(hào)(步進(jìn)階梯中使M開(kāi)始得電的輔助繼電器常開(kāi)觸點(diǎn))和失電信號(hào)(步進(jìn)階梯中使M開(kāi)始失電的輔助繼電器常閉觸點(diǎn));(2)將得電信號(hào)、失電信號(hào)和受控輸出繼電器線(xiàn)圈串聯(lián)。如果某個(gè)輸出繼電器在一個(gè)工作循環(huán)中多次得電失電，則將每次得失電的串聯(lián)信號(hào)互相并聯(lián)即可。例如，圖1中輸出繼電器Y1要求在步1和步3得電，在其余步失電。在圖2b畫(huà)其控制回路時(shí)，將圖1所示的第一次得電信號(hào)M1和第一次失電信號(hào)M2串聯(lián)，第二次得電信號(hào)M4和第二次失電信號(hào)串聯(lián)，然后將二者并聯(lián)起來(lái)，再與Y1的線(xiàn)圈串聯(lián)便構(gòu)成Y1的控制回路。其余依此類(lèi)推。
二、逐步得電逐步失電型步進(jìn)順序控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)法
1.步進(jìn)階梯設(shè)計(jì)
按圖1所示的控制流程，采用逐步得電逐步失電型順序控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)的步進(jìn)階梯如圖4a所示，其電路結(jié)構(gòu)與圖3的不同點(diǎn)之一是每步的失電由下一步輔助繼電器的常閉接點(diǎn)控制;之二是步1回路必須串聯(lián)步2至最后工作步4的輔助繼電器常閉觸點(diǎn)。以防電路工作時(shí)，因誤操作再次起動(dòng)而導(dǎo)致控制順序錯(cuò)亂。其余的電路結(jié)與圖3相同。
2.輸出階梯設(shè)計(jì)輸出階梯如圖4b所示，輸出繼電器的控制回路根據(jù)控制流程直觀確定。例如，輸出繼電器Y1要求在步1、3得電，則將步1、3的輔助繼電器M1、M3的常開(kāi)觸點(diǎn)并聯(lián)，再與Y1的線(xiàn)圈串聯(lián)即可。其余輸出繼電器的控制回路構(gòu)成方法與此相同。
圖4 逐步得電逐步失電型順控系統(tǒng)梯形圖
PLC技術(shù)展的最終趨勢(shì)仍然是人們所爭(zhēng)論的焦點(diǎn)之一。大多數(shù)人認(rèn)為，PLC將會(huì)繼續(xù)失去市場(chǎng)份額;更有甚者認(rèn)為，在工業(yè)PC面前，PLC將會(huì)一步一步走向死亡;但也有一部分人相信，一些特殊工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域仍將為PLC提供一定的市場(chǎng)份額。本文從11方面介紹了PLC在其上的應(yīng)用趨勢(shì)。
前 言
長(zhǎng)期以來(lái)，PLC始終處于工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域的主戰(zhàn)場(chǎng)，為各種各樣的自動(dòng)化控制設(shè)備提供了非?？煽康目刂茟?yīng)用。其主要原因，在于它能夠?yàn)樽詣?dòng)化控制應(yīng)用提供安全可靠和比較完善的解決方案，適合于當(dāng)前工業(yè)企業(yè)對(duì)自動(dòng)化的需要。另一方面，PLC還必須依靠其他新技術(shù)來(lái)面對(duì)市場(chǎng)份額逐漸縮小所帶來(lái)的沖擊，尤其是工業(yè)PC所帶來(lái)的沖擊。PLC需要解決的問(wèn)題依然是新技術(shù)的采用、系統(tǒng)開(kāi)放性和價(jià)格。
PLC技術(shù)展的最終趨勢(shì)仍然是人們所爭(zhēng)論的焦點(diǎn)之一。大多數(shù)人認(rèn)為，PLC將會(huì)繼續(xù)失去市場(chǎng)份額;更有甚者認(rèn)為，在工業(yè)PC面前，PLC將會(huì)一步一步走向死亡;但也有一部分人相信，一些特殊工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域仍將為PLC提供一定的市場(chǎng)份額。
在全球工業(yè)計(jì)算機(jī)控制領(lǐng)域，圍繞開(kāi)放與再開(kāi)放過(guò)程控制系統(tǒng)、開(kāi)放式過(guò)程控制軟件、開(kāi)放性數(shù)據(jù)通信協(xié)議，已經(jīng)發(fā)生巨大變革，幾乎到處都有PLC，但這種趨勢(shì)也許不會(huì)繼續(xù)發(fā)展下去。隨著軟PLC(SoftPLC)控制組態(tài)軟件技術(shù)的誕生與進(jìn)一步完善和發(fā)展，安裝有SoftPLC組態(tài)軟件和基于工業(yè)PC控制系統(tǒng)的市場(chǎng)份額正在逐步得到增長(zhǎng)，這些事實(shí)使傳統(tǒng)PLC供應(yīng)商在思想上已經(jīng)發(fā)生了戲劇性的變化，他們必須面對(duì)現(xiàn)實(shí)，在傳統(tǒng)PLC的技術(shù)發(fā)展與提高方面作出更加開(kāi)放的高姿態(tài)。對(duì)于控制軟件來(lái)講，這是PLC控制器的核心，PLC供應(yīng)商正在向工業(yè)用戶(hù)提供開(kāi)放式的編程組態(tài)工具軟件，而且對(duì)于工業(yè)用戶(hù)表現(xiàn)得非常積極。此外，開(kāi)放式通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也得到了突破，其結(jié)果是將PLC融入更加開(kāi)放的工業(yè)控制行業(yè)。
一、開(kāi)放和基于工業(yè)PC控制
PLC制造商已經(jīng)開(kāi)始注視基于工業(yè)PC控制技術(shù)所帶來(lái)的強(qiáng)大沖擊。有專(zhuān)家甚至認(rèn)為，新商務(wù)活動(dòng)所帶來(lái)的新技術(shù)和開(kāi)放技術(shù)規(guī)范將會(huì)埋葬傳統(tǒng)PLC。PLC制造商認(rèn)為，雖然在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)安裝有大量的PLC控制設(shè)備，但他們?nèi)匀恍枰?lián)合工控軟件公司，以便開(kāi)發(fā)他們自己的基于工業(yè)PC的過(guò)程控制軟件。
誠(chéng)然，幾年前在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)明顯存在著新舊PLC混合使用的情況，工業(yè)用戶(hù)不得不同時(shí)學(xué)習(xí)相關(guān)的新舊知識(shí)，甚至彼此借鑒學(xué)習(xí)。大多數(shù)PLC制造商為工業(yè)用戶(hù)僅僅提供了軟邏輯和一種操作平臺(tái)。
在高端應(yīng)用方面，很難進(jìn)一步區(qū)分PLC控制系統(tǒng)和工業(yè)PC控制系統(tǒng)之間的差異，因?yàn)檫@兩者均采用了同樣類(lèi)型的微處理器和內(nèi)存芯片。形象地打個(gè)比喻，如果你忘掉工業(yè)PC和PLC這些詞語(yǔ)字面上的含義，那么在箱子里所能夠觀察到的恰恰是一些基本計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)，我們更多觀察到的卻是那些基本技術(shù)的復(fù)雜化和混合體，這些技術(shù)被有效地組合到控制系統(tǒng)中去。
另外，采用開(kāi)放控制的原因一方面是系統(tǒng)功能集成的需要，另一方面也是由于一些工業(yè)用 戶(hù)對(duì)功能過(guò)分苛求所致。如果能夠給予高度的重視，就能夠獲得更多的基本技術(shù)知識(shí)。PLC制造商專(zhuān)注于系統(tǒng)功能化，而工業(yè)用戶(hù)則專(zhuān)注于系統(tǒng)應(yīng)用。人們可以看到，將來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)是將更多的功能進(jìn)一步集成到一個(gè)控制箱內(nèi)。因而像順序控制和過(guò)程控制這樣的事件將會(huì)采用功能化方式進(jìn)行處理，其他像運(yùn)動(dòng)控制等也能夠共享到相同的控制結(jié)構(gòu)體系中。
可以相信，PLC技術(shù)將繼續(xù)向開(kāi)放式控制系統(tǒng)方向轉(zhuǎn)移，尤其是基于工業(yè)PC的控制系統(tǒng)。后者除了在靈活性方面比傳統(tǒng)PLC具有截然不同的優(yōu)勢(shì)外，還具有其他優(yōu)點(diǎn)，如能夠縮短系統(tǒng)投放到市場(chǎng)的周期，降低系統(tǒng)投資費(fèi)用，提高從工廠底層到企業(yè)辦公自動(dòng)化的數(shù)據(jù)信息流動(dòng)效率等。
關(guān)于工業(yè)PC控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)響應(yīng)問(wèn)題已經(jīng)得到很好的解決，也許其主要的東西仍然隱藏在技術(shù)背后，但缺乏相應(yīng)的跟蹤記錄。對(duì)于PLC來(lái)講，堅(jiān)固性是其主要特點(diǎn)之一，這已經(jīng)有相當(dāng)多的跟蹤記錄來(lái)驗(yàn)證。工業(yè)用戶(hù)仍然非常小心地對(duì)待PLC，他們正在對(duì)PLC作不同的技術(shù)測(cè)試工作。在利用一種新技術(shù)時(shí)，工業(yè)用戶(hù)需要考慮的問(wèn)題是要冒多大的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)需要考慮對(duì)其商務(wù)活動(dòng)能夠帶來(lái)多少機(jī)會(huì)和收益。
但工業(yè)用戶(hù)不完全相信開(kāi)放式控制系統(tǒng)所帶來(lái)的好處。隨著技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，他們開(kāi)始逐漸淡化這些思想觀念。工業(yè)用戶(hù)正在平衡采用新技術(shù)所存在的風(fēng)險(xiǎn)和給他們的商務(wù)活動(dòng)所帶來(lái)的收益，以便為今后的決策提供有效的保障。
工業(yè)PC技術(shù)提供了許多功能，能夠增強(qiáng)PLC的功能特性，包括內(nèi)藏視頻和高速浮點(diǎn)數(shù)字協(xié)處理器。盡管Microsoft公司沒(méi)有進(jìn)一步提升該項(xiàng)功能特性的計(jì)劃，但新的Windows CE 3.0完全能夠更好地滿(mǎn)足過(guò)程控制的需要。
不久前，Siemens公司公布了一套新的基于開(kāi)放式控制系統(tǒng)的軟件產(chǎn)品，即3.0版本的SIMATIC WinAC(Windows自動(dòng)化中心)。WinAC是基于Windows NT，與SIMATIC S7 PLC兼容的適合于工業(yè)PC的控制系統(tǒng)解決方案。WinAC 3.0提供了具有較高集成度的Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)局域網(wǎng)的連接性能，以及遠(yuǎn)程程序設(shè)計(jì)。此外，它還為現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備本地化集成提供了一種新的DeviceNet I/O設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，用于連接所安裝的DeviceNet I/O設(shè)備。
Steeplechase軟件公司也已推出了一套支持硬實(shí)時(shí)過(guò)程控制的嵌入式Windows NT操作系統(tǒng)接口部件。該部件進(jìn)一步結(jié)合了Steeplechase公司采用SBS技術(shù)并運(yùn)行于Windows NT環(huán)境的工業(yè)Compact PCI的硬實(shí)時(shí)控制軟件。現(xiàn)在，Steeplechase公司的可視化邏輯控制器已經(jīng)升級(jí)到5.0版。該控制器適合于Windows NT 4.0和Windows 2000兩種操作系統(tǒng)，它的實(shí)時(shí)引擎能夠直接與普通的Ethernet和TCP/IP集成在一起。5.0版本的控制器利用了一種增強(qiáng)型OPC服務(wù)器驅(qū)動(dòng)程序，因而比以前的版本具有更快的運(yùn)行速度。其他一些特點(diǎn)還包括新OI網(wǎng)絡(luò)特性，以及能夠讓工業(yè)用戶(hù)自己設(shè)計(jì)出豐富多彩的動(dòng)態(tài)圖形畫(huà)面等。
Transysoft公司最近推出了新版本的ISaGRAF系列工業(yè)控制組態(tài)軟件包，即ISaGRAF PRO，它是基于IEC 61131-3國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，并獨(dú)立于任何硬件平臺(tái)的軟邏輯自動(dòng)化控制軟件包。在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)化過(guò)程控制系統(tǒng)環(huán)境中，該軟件包能夠應(yīng)用于多種組態(tài)和分布式控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，它包含了一套開(kāi)發(fā)工具、應(yīng)用程序工作平臺(tái)，以及相應(yīng)的“虛擬機(jī)器”運(yùn)行時(shí)目標(biāo)。該運(yùn)行時(shí)目標(biāo)能夠運(yùn)行于各種各樣的硬件平臺(tái)。
CTC自動(dòng)化工程公司已經(jīng)發(fā)布了一套新的控制軟件包MachineLogic PCLC(工業(yè)PC邏輯控制器)，該軟件可以讓工業(yè)PC扮演PLC的角色，且仍然保持著工業(yè)PC的功能特性。該軟件能夠完成一臺(tái)PLC所確定的控制任務(wù)，并且與程序執(zhí)行時(shí)間一樣快，均在1 ms以?xún)?nèi);還能夠同時(shí)處理多任務(wù)工作，但不能同時(shí)超過(guò)16個(gè)控制任務(wù)。一種具有優(yōu)先級(jí)和多任務(wù)處理內(nèi)核的機(jī)制保持著對(duì)每一件控制任務(wù)的跟蹤，確?？刂迫蝿?wù)能夠取得最高的優(yōu)先權(quán)。該軟件能夠運(yùn)行全部5種IEC 61131-3標(biāo)準(zhǔn)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言和PID控制程序，支持兩種類(lèi)型的I/O控制設(shè)備。一種是像Profibus和DeviceNet等這樣的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)I/O設(shè)備;另一種是像ISA和PC/104這樣的工業(yè)PC I/O模板。另外，該軟件還提供了對(duì)控制系統(tǒng)的在線(xiàn)編輯組態(tài)功能。程序可以在Windows 95/98和Windows NT下開(kāi)發(fā)并運(yùn)行，但也能夠在RTXDOS下執(zhí)行。
SoftPLC公司也提供了一種工控軟件產(chǎn)品Tealware，有人非常形象地把這種軟件產(chǎn)品稱(chēng)作穿著工業(yè)PC衣服的PLC。那些安裝在支架上的控制系統(tǒng)已經(jīng)有了小型PLC的形狀系數(shù)，但SoftPLC公司的控制軟件已經(jīng)被嵌入到CPU中。Tealware軟件能夠滿(mǎn)足各種類(lèi)型工業(yè)用戶(hù)的需要，從小型、單機(jī)系統(tǒng)到大型、分散多控制工作站應(yīng)用。其特點(diǎn)包括全系列I/O模件、內(nèi)藏Ethernet和工業(yè)串行通信接口。
最近，Tealware軟件已經(jīng)升級(jí)到2.3版本。其中，控制軟件提供了事實(shí)上無(wú)限的梯形圖邏輯控制步序，同時(shí)允許有超過(guò)百萬(wàn)字的數(shù)據(jù)表;許多OI/SCADA應(yīng)用接口;內(nèi)藏Java引擎和FTP服務(wù)器用于遠(yuǎn)程維護(hù)與管理;支持用戶(hù)自己編寫(xiě)的C、C++、Java程序和設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序;適合于嵌入式Web服務(wù)器用;程序設(shè)計(jì)的在線(xiàn)運(yùn)行模式;堅(jiān)固的I/O模件支持能力和許多其他標(biāo)準(zhǔn)PLC功能;可以運(yùn)行所輸入的，或者是經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換的A-B公司的PLC-5、PLC-2/PLC、PLC-3和SLC-500程序。
二、Ethernet的擴(kuò)展與進(jìn)一步容納Web技術(shù)
當(dāng)前，在所有過(guò)程控制領(lǐng)域，最大的發(fā)展趨勢(shì)之一就是Ethernet技術(shù)的擴(kuò)展。PLC也例外，現(xiàn)在，越來(lái)越多的PLC供應(yīng)商開(kāi)始提供Ethernet接口部件。在最近的幾年間，我們已經(jīng)看到，發(fā)展比現(xiàn)有普通小快靈PLC更加強(qiáng)大的PLC是種趨勢(shì)。Ethernet將會(huì)成為PLC的通信標(biāo)準(zhǔn)嗎?也許最終結(jié)果是這樣的，但現(xiàn)在還為時(shí)尚早。對(duì)于在PLC上提供Ethernet接口將能夠解決所有通信問(wèn)題，人們普遍存在著誤解。Ethernet僅僅定義了OSI參考模型底部的幾層協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，如果上層協(xié)議相互之間不能兼容，那么仍然不可能進(jìn)行相互之間的通信處理。打個(gè)比方，這如同一個(gè)不懂英語(yǔ)的中國(guó)人與一個(gè)不懂漢語(yǔ)的美國(guó)人之間是不能夠通過(guò)電話(huà)進(jìn)行對(duì)話(huà)一樣。因此，協(xié)議就是設(shè)備之間相互通信的語(yǔ)言。
另一方面，前進(jìn)的步伐已經(jīng)邁出，我們只有迎著困難而上，為了將Ethernet技術(shù)應(yīng)用到工廠底層的現(xiàn)場(chǎng)過(guò)程控制設(shè)備中去，ODVA協(xié)會(huì)為此建立了一套全球性標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)規(guī)范，即Ethernet/IP標(biāo)準(zhǔn)，以便能夠解決在實(shí)際工作中所遇到的困難。
向Ethernet靠近的一個(gè)目的在于通過(guò)Internet能夠連接到所希望的任何地方。實(shí)際上，在一些意想不到的地方，Web服務(wù)器正在顯露出其應(yīng)有的威力。幾年前，有一些PLC系統(tǒng)已經(jīng)內(nèi)藏了Web服務(wù)器，這無(wú)疑又為PLC系統(tǒng)增加了更多的特點(diǎn)。其他類(lèi)型的控制設(shè)備也正在準(zhǔn)備進(jìn)一步集成Web服務(wù)器。例如，Square D公司已經(jīng)有一個(gè)具備Ethernet連接接口的發(fā)動(dòng)機(jī)控制中心，并正在準(zhǔn)備開(kāi)發(fā)一種內(nèi)藏Web服務(wù)器連接接口的變速裝置。
內(nèi)藏Web服務(wù)器所體一風(fēng)的益處包括開(kāi)放網(wǎng)絡(luò)、商業(yè)工具的影響、客戶(hù)機(jī)/服務(wù)器關(guān)系。在過(guò)去，工業(yè)用戶(hù)可能會(huì)有代表性地詢(xún)問(wèn)一些有關(guān)PLC方面的信息，但在現(xiàn)在，由于新技術(shù)的不斷誕生和發(fā)展，工業(yè)用戶(hù)很容易就可以得到有關(guān)這方面的信息。另一方面，隨著芯片和處理器大規(guī)模的生產(chǎn)，PLC生產(chǎn)制造商能夠生產(chǎn)并提供開(kāi)放網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)品，讓工業(yè)用戶(hù)花較少的費(fèi)用就能夠購(gòu)買(mǎi)到功能非常完善的PLC產(chǎn)品。
在為將PLC連接到Ethernet和Web上提供技術(shù)支持方面，Schneider公司已經(jīng)成了先驅(qū)者之一。最近，該公司推出了一種運(yùn)行于Premium PLC平臺(tái)的新型快速Ethernet(100 Mb/s)模件。該模件為PLC能夠連接到TCP/IP的Ethernet提供了全雙工自適應(yīng)10/100Mb/s的連接速度，現(xiàn)場(chǎng)過(guò)程控制器之間可以共享實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息，自動(dòng)掃描Momentum I/O模件和其他任何基于Modbus通信協(xié)議的現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備，采用一個(gè)嵌入式Web服務(wù)器提供HTML通信服務(wù)，同時(shí)提供了SNMP用于標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)通信管理。在一次展覽會(huì)上，Schneider公司還向工業(yè)用戶(hù)展示了他們有關(guān)透明工廠的觀念。
另外，Schneider公司最近還推出了基于Modicon公司的Momentum MIE系列處理器的適配器，該適配器提供了標(biāo)準(zhǔn)IEC程序控制性能，進(jìn)一步為e-制造提供了完美的解決方案。該適配器還提供了將智能化I/O系統(tǒng)和其他現(xiàn)場(chǎng)過(guò)程控制設(shè)備連接到Internet和Ethernet的能力，現(xiàn)場(chǎng)過(guò)程控制設(shè)備包括所有功能化實(shí)時(shí)過(guò)程控制器。
幾年前，Rockwell自動(dòng)化公司也在其PLC產(chǎn)品中提供了Ethernet接口，而且正在堅(jiān)定不移地穩(wěn)步提高Ethernet的功能特性。該公司最近已經(jīng)公布了一種柔性I/O模件解決方案，這種柔性I/O模件利用非專(zhuān)利版本的Ethernet技術(shù)能夠提供實(shí)時(shí)過(guò)程控制性能。A-B公司提供的1756型ControlLogix I/O也是基于標(biāo)準(zhǔn)Ethernet TCP/IP和UDP數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議的組件，其應(yīng)用層使用了一種開(kāi)放式、面向?qū)ο?、基于生產(chǎn)者/ 消費(fèi)者的技術(shù)。這種技術(shù)在ControlNet、DeviceNet和FF現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)H1網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中也能夠找到。
三、置位/復(fù)位指令型順序控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)法
1.步進(jìn)階梯設(shè)計(jì)圖5a為用置位/復(fù)位指令設(shè)計(jì)的順序控制系統(tǒng)步進(jìn)階梯。其設(shè)計(jì)依據(jù)也是圖1所示的控制流程。該步進(jìn)階梯結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是每步的輔助繼電器都有一個(gè)置位線(xiàn)圈和一個(gè)復(fù)位線(xiàn)圈，二者編號(hào)相同。步1利用置位指令S使輔助繼電器M1置位(即M1線(xiàn)圈得電后內(nèi)部自鎖)，建立步1程序，并為步2提供步進(jìn)條件信號(hào)。當(dāng)步2的轉(zhuǎn)步主令信號(hào)發(fā)出(X2閉合)，指令S使M2置位，建立步2程序，同時(shí)復(fù)位指令R使M1復(fù)位，撤銷(xiāo)步1程序。同理可畫(huà)出后續(xù)各步繼電器置位/復(fù)位梯形圖。當(dāng)最后一步完成并回到原位(X1閉合)時(shí)，指令R使M4復(fù)位，系統(tǒng)的工作循環(huán)結(jié)束。
2.輸出階梯設(shè)計(jì)圖5b為輸出階梯結(jié)構(gòu)，與圖4b完全相同，不再贅述。
圖5 置位/復(fù)位指令型順序控制電路
四、移位指令型順序控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
1.步進(jìn)階梯設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)依據(jù)如圖6所示。圖7a為按圖6所示要求采用移位指令設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)的順序控制系統(tǒng)步進(jìn)階梯，這種步進(jìn)階梯由一個(gè)8位移位寄存器(由移位指令定義輔助繼電器M20～M27而成)作為控制元件。該移位寄存器中的IN為移位數(shù)據(jù)輸入端，CP為移位脈沖輸入端，R為復(fù)位端。這三個(gè)輸入端的輸入信號(hào)均為脈沖上升沿有效。對(duì)順序控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，輸入IN的信號(hào)必須是一個(gè)單脈沖信號(hào)，即移位數(shù)據(jù)為“1”。起動(dòng)步1時(shí)，IN和CP同時(shí)輸入按鈕信號(hào)X0的脈沖上升沿后，在IN端生成的移位數(shù)據(jù)“1”便移入移位寄存器的M20位，此時(shí)該位有輸出(即輸出M20的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合信號(hào))，建立步1程序，并為步2提供步進(jìn)條件信號(hào);M20的常閉觸點(diǎn)即時(shí)斷開(kāi)IN輸入端和CP的步1輸入端，完成數(shù)據(jù)“1”輸入和移位脈沖輸入。從步2起，本步的轉(zhuǎn)步主令信號(hào)一發(fā)出(X2接通)，便輸入一個(gè)移位脈沖上升沿，使原來(lái)移入M20位的數(shù)據(jù)“1”移入M21位，建立步2程序，并為步3提供步進(jìn)條件信號(hào)。移位后，M20位的狀態(tài)變?yōu)?，即其相應(yīng)的步1被撤銷(xiāo)，輸出為0。依此類(lèi)推便可實(shí)現(xiàn)整個(gè)步進(jìn)階梯逐步得電和逐步失電。最后一步完成并回到原位(X1接通)時(shí)，接通移位寄存器的復(fù)位端R，使移位寄存器復(fù)位清零，整個(gè)控制系統(tǒng)失電停止。
圖6 移位順序控制流程圖
圖7 移位指令型順序控制電路
設(shè)計(jì)這種步進(jìn)階梯時(shí)要注意以下問(wèn)題：(1)在一個(gè)自動(dòng)工作循環(huán)內(nèi)，移位寄存器的移位數(shù)據(jù)輸入端IN只允許起動(dòng)時(shí)輸入一個(gè)單脈沖信號(hào)。也就是說(shuō)起動(dòng)時(shí)只能輸入移位數(shù)據(jù)“1”。步進(jìn)階梯的工作原理就是根據(jù)輸入的數(shù)據(jù)“1”，在移位寄存器中逐步向高位移位來(lái)實(shí)現(xiàn)逐步得電和逐步失電。所以輸入端IN要串聯(lián)每個(gè)移位輸出位的常閉觸點(diǎn);(2)移位寄存器對(duì)移位脈沖輸入端開(kāi)關(guān)的抖動(dòng)非常敏感。若開(kāi)關(guān)抖動(dòng)一次，相當(dāng)于多輸入了一個(gè)移位脈沖，移位數(shù)據(jù)“1”隨之多移了一位。由于接點(diǎn)式開(kāi)關(guān)被觸發(fā)時(shí)難免產(chǎn)生抖動(dòng)。為消除這種影響，在移位脈沖輸入端的步1輸入回路，必須串聯(lián)移位寄存器0位(本例為M20)的常閉觸點(diǎn)，一旦移位數(shù)據(jù)移入M20位，便斷開(kāi)步1的輸入回路;而從步2開(kāi)始，每步的輸入回路也要串聯(lián)上一位的常開(kāi)觸點(diǎn)。例如步2的輸入回路要串聯(lián)上一位M20的常開(kāi)觸點(diǎn)。這樣，當(dāng)移位到步2轉(zhuǎn)步主令信號(hào)對(duì)應(yīng)的M21位時(shí)，便立即斷開(kāi)步2的輸入回路。采用這樣的移位脈沖輸入回路結(jié)構(gòu)，可確保每步的轉(zhuǎn)步輸入信號(hào)持續(xù)時(shí)間只有PLC的一個(gè)掃描周期(一般只有幾Ms)，因開(kāi)關(guān)的抖動(dòng)時(shí)間遠(yuǎn)大于PLC的一個(gè)掃描周期。所以可有效地消除開(kāi)關(guān)抖動(dòng)的影響。
2.輸出階梯設(shè)計(jì)圖7b為輸出階梯，其結(jié)構(gòu)與圖4b相同，只是輔助繼電器編號(hào)不同而已。
結(jié)束語(yǔ)
上述4種PLC順序控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的共同特點(diǎn)是：
(1)由輸入繼電器控制輔助繼電器(包括由置位/復(fù)位指令和移位指令定義的輔助繼電器)，按此構(gòu)成步進(jìn)階梯;
(2)由輔助繼電器控制輸出繼電器，以此構(gòu)成輸出階梯;
(3)無(wú)論步進(jìn)階梯還是輸出階梯，都是很有規(guī)律的回路結(jié)構(gòu)。不管要設(shè)計(jì)的順序控制系統(tǒng)有多少步，也不管其輸入輸出點(diǎn)數(shù)有多少，只要弄清各種設(shè)計(jì)方法所設(shè)計(jì)的步進(jìn)階梯和輸出階梯的回路結(jié)構(gòu)的規(guī)律性，根據(jù)設(shè)計(jì)依據(jù)，套用其中任一種設(shè)計(jì)方法的回路結(jié)構(gòu)，就能快速地一次成功設(shè)計(jì)出較復(fù)雜的PLC順序控制系統(tǒng)。
