信號(hào)變量在PLC應(yīng)用設(shè)計(jì)中的分析

楊　超

1.上海天祥投資管理有限公司，上?！?201109 2.同濟(jì)大學(xué)軟件學(xué)院，上?！?01804

信號(hào)變量在PLC應(yīng)用設(shè)計(jì)中的分析

楊超1，2

1.上海天祥投資管理有限公司，上海 201109 2.同濟(jì)大學(xué)軟件學(xué)院，上海201804

摘要輸入/輸出（I/O）模塊是PLC系統(tǒng)中與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備連接的接口，其中對(duì)于輸入/輸出信號(hào)變量的定義又是在設(shè)計(jì)中至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。本文重點(diǎn)結(jié)合ABB公司的AC800M型PLC，對(duì)信號(hào)變量的設(shè)計(jì)及定義進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞輸入/輸出（I/O）模塊；信號(hào)變量；設(shè)計(jì)與定義

0　引言

現(xiàn)代社會(huì)要求制造業(yè)對(duì)市場(chǎng)需求作出迅速的反應(yīng)，生產(chǎn)出小批量、多品種、多規(guī)格、低成本和高質(zhì)量的產(chǎn)品，為了滿足這一要求，生產(chǎn)設(shè)備和自動(dòng)生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)必須具有極高的可靠性和靈活性，可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）正是順應(yīng)這一要求出現(xiàn)的，它是以微處理器為基礎(chǔ)的通用工業(yè)控制裝置[1]。

目前PLC應(yīng)用所涉及到的領(lǐng)域也越來(lái)越廣泛，大到鋼鐵、機(jī)械制造，小到電梯、門禁系統(tǒng)，都可以根據(jù)不同的需求來(lái)實(shí)現(xiàn)靈活、穩(wěn)定的控制。本文主要通過(guò)對(duì)便利店門禁系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，來(lái)介紹PLC控制系統(tǒng)中輸入/輸出信號(hào)變量的設(shè)計(jì)與定義。

1　AC800M型PLC控制系統(tǒng)的組成

此次設(shè)計(jì)所使用到的AC800M型PLC控制系統(tǒng)是由ABB公司所生產(chǎn)，它采用了模塊化的導(dǎo)軌式安裝，每個(gè)功能模塊都可以根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行自由添加和拆卸。

PLC系統(tǒng)的核心控制部分是由CPU模塊（包含微處理器和存貯器）、輸入/輸出（I/O）模塊、編程設(shè)備以及電源模塊所組成。

1.1輸入/輸出（I/O）模塊

輸入模塊將從現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備上接收采集到的各類數(shù)字量信號(hào)（如按鈕、開(kāi)關(guān)、繼電器觸點(diǎn)等）和模擬量信號(hào)統(tǒng)一轉(zhuǎn)換為CPU所能夠處理的數(shù)字信號(hào)。

輸出模塊則是將通過(guò)CPU運(yùn)算后的各類數(shù)字控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備所能識(shí)別的數(shù)字量信號(hào)和模擬量信號(hào)，使其能根據(jù)程序的控制指令來(lái)進(jìn)行操作。因此在整個(gè)程序設(shè)計(jì)中，對(duì)各類設(shè)備所需要使用到的變量的定義就顯得格為重要。

1.2編程設(shè)備

Control Builder是ABB公司為配合旗下產(chǎn)品所提供的一款控制策略組態(tài)軟件，通過(guò)與PLC的連接，來(lái)進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，最終達(dá)到控制設(shè)備的效果。如圖1所示。

1.3 PLC控制系統(tǒng)的工作原理

PLC系統(tǒng)上電之后，在系統(tǒng)程序的監(jiān)控下，開(kāi)始周而復(fù)始地按照固定順序?qū)ο到y(tǒng)內(nèi)部的任務(wù)進(jìn)行查詢、判斷和執(zhí)行，一個(gè)循環(huán)掃描過(guò)程就稱為掃描周期。

可編程控制器在一個(gè)掃描周期內(nèi)需要執(zhí)行以下六大任務(wù)：運(yùn)行監(jiān)控任務(wù)、與編程器交換信息、與數(shù)字處理器DPU交換信息任務(wù)、與外部設(shè)備接口交換信息任務(wù)、執(zhí)行用戶程序任務(wù)、輸入輸出任務(wù)。

2　應(yīng)用設(shè)計(jì)分析

對(duì)于輸入/輸出（I/O）模塊的信號(hào)變量的設(shè)計(jì)與定義是PLC程序設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，如果能夠清晰地了解到輸入/輸出設(shè)備所采集/輸出的信號(hào)是模擬量信號(hào)還是數(shù)字量信號(hào)，并對(duì)該信號(hào)變量進(jìn)行合適的定義，那將對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)作及功能的實(shí)現(xiàn)起著關(guān)鍵的作用。

以下為一家便利店門禁系統(tǒng)中對(duì)信號(hào)變量的設(shè)計(jì)與定義實(shí)例。

2.1 需求分析

1）當(dāng)有顧客靠近便利店的門時(shí)，通過(guò)激活門前的光電感應(yīng)器將門打開(kāi)，并且每扇門都有一個(gè)獨(dú)立的馬達(dá)來(lái)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，當(dāng)有若干位顧客連續(xù)的進(jìn)門時(shí)，門將會(huì)一直保持打開(kāi)狀態(tài)（增加延遲時(shí)間）直至最后一個(gè)顧客進(jìn)入店內(nèi)。

2）通過(guò)光電感應(yīng)器被激活的次數(shù)，可以大約的統(tǒng)計(jì)出進(jìn)入店內(nèi)的顧客人數(shù)，并且這個(gè)統(tǒng)計(jì)的人數(shù)可以被手工清除。

3）當(dāng)門打開(kāi)的次數(shù)達(dá)到預(yù)先設(shè)定的值時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)警示，需要進(jìn)行檢修工作，并且當(dāng)檢修完畢之后，警示將會(huì)關(guān)閉。

2.2 信號(hào)變量的設(shè)計(jì)與定義

1）Photocell光電傳感器：光電傳感器有兩種狀態(tài)，激活和非激活狀態(tài)，通常只需要一個(gè)布爾變量表示即可，我們可以將其命名為i_DoorPhotoCellAct，當(dāng)其值為True時(shí)表示激活，為False時(shí)表示非激活。

2）Door Motors馬達(dá)：便利店的門一共有兩扇，分別有兩個(gè)獨(dú)立的馬達(dá)來(lái)控制它們，我們可以將其命名為o_DoorMotor1Ord和o_DoorMotor2Ord，它也是一個(gè)布爾變量，當(dāng)其值為True時(shí)表示門打開(kāi)，為False時(shí)表示門關(guān)閉，而門保持打開(kāi)的狀態(tài)則可以通過(guò)增加延遲時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)，其命名為v_DoorsOpenDelayTime。上述動(dòng)作流程圖如圖2所示。

3）Numbers Of Customers客戶數(shù)量：每當(dāng)光電傳感器被激活，則進(jìn)入商店的顧客數(shù)量計(jì)數(shù)器就要被增加，將該計(jì)數(shù)器命名為v_DoorCustomersQty，它是一個(gè)整數(shù)型變量。

4）Reset The Counter On Certain Dates重置客戶數(shù)量計(jì)數(shù)器：當(dāng)便利店的管理人員記錄下了顧客的數(shù)量之后，就需要對(duì)計(jì)數(shù)器進(jìn)行重置，我們將其命名i_ DoorResetCustomerCounter，它也是一個(gè)布爾變量，當(dāng)其值為True時(shí)表示收到重置信號(hào)，為False時(shí)表示未收到重置信號(hào)。上述動(dòng)作的流程圖如圖3所示。

5）Door service intervals：為了了解到何時(shí)需要進(jìn)行檢修工作，就需要記錄下門打開(kāi)的次數(shù)，我們將此變量命名為v_DoorOpenings，它也是一個(gè)整數(shù)型變量。

6）Time For Service：當(dāng)門打開(kāi)的次數(shù)達(dá)到預(yù)先設(shè)定的值（一般在10000次左右），系統(tǒng)就會(huì)進(jìn)行警示，我們將設(shè)定值命名為v_DoorOpeningsTotal，它是一個(gè)整數(shù)型變量。將警示的標(biāo)示命名為o_DoorServiceReq，它是一個(gè)布爾變量，當(dāng)其值為True時(shí)表示激活警示信號(hào)，為False時(shí)未激活警示信號(hào)。手動(dòng)清除警示標(biāo)示的變量為v_DoorServiced，當(dāng)為True時(shí)表示收到清除信號(hào)，為False時(shí)表示未收到清除信號(hào)。上述動(dòng)作的流程圖如圖4所示。

3　詳細(xì)設(shè)計(jì)

將上述所有變量在Control Builder中進(jìn)行定義，并根據(jù)AC800M型PLC的指令索引表，進(jìn)行編寫程序，如圖5所示。

通過(guò)Control Builder中的語(yǔ)句測(cè)試之后，將所有設(shè)備與PLC連接并運(yùn)行，在軟件中無(wú)任何報(bào)錯(cuò)，并成功實(shí)現(xiàn)案列所需功能。

至此，關(guān)于PLC控制系統(tǒng)的信號(hào)變量設(shè)計(jì)與定義在便利店門禁系統(tǒng)中的分析均已完畢。

4　結(jié)論

通過(guò)對(duì)便利店門禁系統(tǒng)中所使用到的信號(hào)變量的設(shè)計(jì)與定義，我們可以感受到它在整個(gè)PLC程序設(shè)計(jì)中所起到的重要作用，只要能夠頭腦清晰的了解到各類設(shè)備采集/輸出的信號(hào)變量之間的轉(zhuǎn)換，就能在編程過(guò)程中事半功倍，使得PLC控制系統(tǒng)在生活、工業(yè)應(yīng)用中變得更加靈活、穩(wěn)定。

參考文獻(xiàn)

[1]廖常初.PLC編程及應(yīng)用[M].4版.機(jī)械工業(yè)出版社.

[2]王永華.現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)[M].3版.北京航空航天大學(xué)出版社.

中圖分類號(hào)TP3

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

文章編號(hào)1674-6708（2015）139-0099-02