自定義功能塊在自動(dòng)化設(shè)備中的應(yīng)用

吳合福

（施耐德電氣（中國）有限公司上海分公司，上海 201203）

自定義功能塊在自動(dòng)化設(shè)備中的應(yīng)用

吳合福

（施耐德電氣（中國）有限公司上海分公司，上海 201203）

分析了Schneider公司PLC Unity Pro軟件所帶有的自定義功能塊（DFB），對功能塊進(jìn)行創(chuàng)建與設(shè)置，并在可編程邏輯控制器（PLC）程序中予以實(shí)現(xiàn)，實(shí)施對氣缸的控制。應(yīng)用結(jié)果表明，通過對DBF的應(yīng)用，使控制設(shè)備所有相關(guān)的邏輯與顯示都集中在一個(gè)單獨(dú)的功能塊中，既方便了程序的管理與修改，又能簡化程序、方便調(diào)試，大大減少了編程工作量，提高了工作效率。

自動(dòng)化設(shè)備；氣缸；可編程邏輯控制器；自定義功能塊

隨著人力成本的提升和自動(dòng)化程度的提高，越來越多的設(shè)備或生產(chǎn)線從以人工為主轉(zhuǎn)變?yōu)樽詣?dòng)化或半自動(dòng)化。氣缸是自動(dòng)化設(shè)備和生產(chǎn)線中最常用的工具之一［1］。一個(gè)自動(dòng)化設(shè)備可以需要幾個(gè)或幾十個(gè)氣缸來實(shí)現(xiàn)，一條生產(chǎn)線更是多達(dá)上百個(gè)；因此，針對氣缸的狀態(tài)檢測和精確控制研究，對提升控制系統(tǒng)的性能、提高整條生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率具有重要的現(xiàn)實(shí)意義［2］。

可編程邏輯控制器（Programmable Logic Control，PLC）誕生于20世紀(jì)60年代。由于其能夠?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，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；因此，一直處于工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域的主戰(zhàn)場［3］。隨著PLC的不斷發(fā)展，其應(yīng)用已經(jīng)擴(kuò)大到各行各業(yè)，從低端到高端，可謂是無所不在［4］?，F(xiàn)在的PLC控制系統(tǒng)軟件中都含有“用戶自定義功能塊”功能。利用該功能，可以大大減少用戶編程量，縮短編程調(diào)試周期，降低程序調(diào)試難度。

Schneider公司的Modicon Premium自動(dòng)化控制平臺提供了較好的性能和掃描周期時(shí)間；可根據(jù)應(yīng)用選擇適合的IEC語言，在其儲存能力支持下，能提供較好診斷，其專業(yè)功能包括：① 多個(gè)通訊端口Ethernet TCP／IP，CANopen；② 多種專用功能模塊，包括安全、反射處理、計(jì)數(shù)、運(yùn)動(dòng)控制、稱重、回路調(diào)節(jié)等；③ 提供透明就緒的服務(wù)，可以完成I／O掃描、全局?jǐn)?shù)據(jù)、Web服務(wù)器、E－mail提醒功能、數(shù)據(jù)庫直接訪問等；④ Unity Pro平臺下的雙機(jī)熱備；⑤ 具有涂層保護(hù)模塊，適用于惡劣環(huán)境。

本文針對Schneider公司的PLC Unity Pro軟件所自帶的自定義功能塊［5］，通過對氣缸控制，探討自定義功能塊在PLC編程中的應(yīng)用。

1 氣缸控制方式與邏輯

自動(dòng)化設(shè)備中，常用氣缸有單電控氣缸和雙電控氣缸兩種。單電控氣缸有一個(gè)氣路，通過供氣和斷氣來控制氣缸的推出和退回的動(dòng)作；雙電控氣缸由兩個(gè)氣路控制，一路控制氣缸推出，一路控制氣缸退回。

氣缸控制分為手動(dòng)和自動(dòng)方式兩種，在手動(dòng)方式下，氣缸根據(jù)操作員的輸入信號，推出或退回；自動(dòng)方式下，氣缸根據(jù)程序的要求而動(dòng)作。

一般情況下，氣缸的狀態(tài)應(yīng)實(shí)時(shí)顯示在界面上，與上位機(jī)保持通信聯(lián)系。氣缸在工作中會出現(xiàn)故障，設(shè)備需要判斷出故障的類型，并在人機(jī)界面上予以提示。

2 氣缸控制在PLC Unity軟件中的實(shí)現(xiàn)

Unity是施耐德電氣自動(dòng)化的核心產(chǎn)品，它是新一代的軟硬件自動(dòng)化平臺?；陂_放性和對工具的協(xié)同式應(yīng)用，Unity在軟件開發(fā)和控制系統(tǒng)運(yùn)行上達(dá)到了更高的水平，其主要功能特征如下：①5種IEC編程語言，包括功能塊圖（Function Block Diagram，F(xiàn)BD）、梯形圖（Ladder Diagram，LD）、順序功能圖（Sequential Function Chart，SFC）、結(jié)構(gòu)文本（Structured Text，ST）、指令表（Instruction List，IL），適用于各種應(yīng)用需求；② 用圖形化的方式來設(shè)置復(fù)雜的專用函數(shù)；③ 具有更多的調(diào)試工具，如PLC仿真器和運(yùn)行期畫面等；④ 易于維護(hù)，所有模塊均可在通電狀態(tài)、PLC運(yùn)行時(shí)進(jìn)行更換；⑤ 更高的標(biāo)準(zhǔn)化和重用水平，包括非定位符號變量、結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、用戶塊等；⑥ 更多協(xié)同，如XML導(dǎo)入／導(dǎo)出，VBA，VB和C＋＋編程接口等。

2.1 創(chuàng)建氣缸的自定義功能塊

在Project的DFB Type中創(chuàng)建自定義功能塊Cylinder，如圖1所示。

圖1 自定義功能塊Fig.1 Derived function block

2.1.1 Input變量 輸入變量主要是輸入氣缸的狀態(tài)，如氣缸的位置輸入信號、安全保護(hù)信號及操作指令復(fù)位的信號等。包括：

2.1.2 Output變量 輸出變量主要是控制和操作氣缸的指令，如推出和回復(fù)指令等。包括：

氣缸推出（指令）（Sortie）；

氣缸返回（指令）（Returns）。

2.1.3 Input／output變量 既可輸入變量，也可輸出變量，如功能塊與人機(jī)界面的接口，以及與PLC輸入信號的接口。包括：

2.1.4 Public變量 公共變量可以在功能塊外部調(diào)用。包括：

2.1.5 Private變量 專用變量只在功能塊內(nèi)部使用。包括：

2.2 控制邏輯的實(shí)現(xiàn)

功能塊的變量創(chuàng)建完畢后，就可以在其Sections下創(chuàng)建氣缸的控制邏輯。本文先創(chuàng)建一個(gè)名為code的梯形圖（LD），如圖2所示。

圖2 功能塊控制邏輯創(chuàng)建Fig.2 Creation of the DFB control section

打開梯形圖code，創(chuàng)建功能塊的控制流程，實(shí)現(xiàn)設(shè)備對氣缸的操作和控制等功能，主要包括手動(dòng)方式下的控制、自動(dòng)方式下的控制、控制指令復(fù)位、故障處理、與人機(jī)界面的交互等內(nèi)傳。功能塊控制邏輯如圖3所示。

3 自定義功能塊在PLC程序中的應(yīng)用

自定義功能塊創(chuàng)建后，經(jīng)編譯通過，即可在主程序中調(diào)用。與程序自帶的功能塊相比，除在使用方法上相同外，自定義功能塊能根據(jù)需要隨時(shí)修改其變量和控制邏輯。

3.1 自定義功能塊的調(diào)用

在主程序中，對自定義功能塊Cylinder調(diào)用，實(shí)現(xiàn)對氣缸cylinder1的控制，如圖4。

Cylinder1模塊的左側(cè)引腳是氣缸控制模塊的輸入信號，右側(cè)窗口為模塊的輸出信號，這樣氣缸1所有的控制邏輯、故障處理、狀態(tài)顯示等有關(guān)信息都在一個(gè)功能塊中實(shí)現(xiàn)。

圖3 功能塊控制邏輯圖Fig.3 Logics of DFB

圖4 功能塊在項(xiàng)目中的應(yīng)用Fig.4 Application of DFB

對于功能塊內(nèi)部的變量，通過調(diào)用可被程序引用。如，cylinder1.mem＿fault＿return為氣缸1的返回故障信號，其可在程序中按照變量使用。

3.2 應(yīng)用效果

氣缸1的所有輸入、輸出狀態(tài)都能在一個(gè)頁面中顯示，邏輯清晰，能迅速準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)問題，作出及時(shí)判斷。實(shí)際調(diào)試中，該優(yōu)點(diǎn)得到了充分體現(xiàn)。在應(yīng)用和調(diào)試過程中，若發(fā)現(xiàn)氣缸有需要修改的邏輯或顯示等，可重新編輯該自定義功能塊的內(nèi)部邏輯或變量，編譯通過后，就完成了對程序中所有氣缸的修改，而不再需要逐個(gè)改動(dòng)，減少了很大的工作量。對某一個(gè)特殊氣缸，若需要單獨(dú)修改其某一點(diǎn)的邏輯，不需要修改功能塊的邏輯，只需通過對該氣缸變量的調(diào)用，在功能塊外做單獨(dú)

改動(dòng)。這樣保證了該功能塊的通用性。

4 結(jié) 語

通過對自定義功能塊的應(yīng)用，使與氣缸控制所有相關(guān)的邏輯和顯示都集中在一個(gè)單獨(dú)的功能塊中，既方便管理、修改，又能簡化程序，方便調(diào)試，減少了編程人員的大量工作。本文只是針對氣缸控制進(jìn)行介紹，同樣也適用于接觸器等元器件，編程人員可以根據(jù)需要做相應(yīng)修改。

［1］ 尹秀麗，曹常貞.一種微型自動(dòng)往復(fù)氣缸［J］.液壓與氣動(dòng)，2010（7）：68－69.

［2］ 楊 亮，王 鳴.基于單片機(jī)的氣缸壓力檢測儀的設(shè)計(jì)［J］.安徽工程科技學(xué)院學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2010，25（2）：75－79.

［3］ 王曉光.嵌入式PLC的設(shè)計(jì)與研究［D］.成都：西華大學(xué)，2010.

［4］ 王嘯東.PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法解析［J］.自動(dòng)化與儀器儀表，2011（1）：43－44，48.

［5］ 施耐德電氣有限公司.施耐德PLC編程軟件（Unity Pro xl）V5.0［EB／OL］.（2010－07－27）［2010－10－27］.http：／／www.schneider－electric.cn／sites／China／cn／support／download－center／documents list.page？c＿Type＿Of＿Centent＝570.

Derived Function Block and Its Application in Automatic Equipment

WU Hefu
（Schneider Electric（China）Co.，Ltd.Shanghai Branch，Shanghai 201203，China）

This paper analyzes the derived function blocks（DFB）of the software Schneider programmable logic control（PLC）Unity Pro，creates and sets the function blocks，and applies them to a PLC program to control a cylinder.By using DFB，all logic control devices and the display are integrated within a single block.It is necessary to facilitate the program management and changes，and simplify debugging procedures so as to significantly reduce the programming effort and improve efficiency.

automatic equipment；cylinder；programmable logic control（PLC）；derived function block（DFB）

TP 273

A

2095－0020（2011）05－0343－04

2010－08－15

吳合福（1974－），男，工程師，專業(yè)方向?yàn)楣I(yè)自動(dòng)化，E－mail：hefu－h(huán)enry.wu＠schneider－electric.com