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PLC應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)的內(nèi)容

PLC應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)是一項(xiàng)十分復(fù)雜的工作，它要求設(shè)計(jì)人員既要有PLC、計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，又要有自動(dòng)控制的技術(shù)，還要有一定的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

一個(gè)實(shí)用的PLC軟件工程的設(shè)計(jì)通常要涉及以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：

(1) PLC軟件功能的分析與設(shè)計(jì)；

(2) IO信號(hào)及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)(3) 程序結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)；

(4) 軟件設(shè)計(jì)規(guī)格說(shuō)明書(shū)編制；

(5) 用編程語(yǔ)言、PLC指令進(jìn)行程序設(shè)計(jì)；

(6) 軟件測(cè)試；

(7) 程序使用說(shuō)明書(shū)編制。

PLC應(yīng)用系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)步驟

根據(jù)可編程序控制器系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)工藝要求，在軟件規(guī)格說(shuō)明書(shū)的基礎(chǔ)上，編制實(shí)際應(yīng)用程序并形成程序說(shuō)明書(shū)的過(guò)程就是應(yīng)用系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。

1. 制定設(shè)備運(yùn)行方案

制定方案就是根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求，分析各輸入、輸出與各種操作之間的邏輯關(guān)系，確定需要檢測(cè)的量和控制的方法，并設(shè)計(jì)出系統(tǒng)中各設(shè)備的操作內(nèi)容和操作順序。據(jù)此便可畫(huà)出流程圖。

2. 畫(huà)控制流程圖

對(duì)于較復(fù)雜的應(yīng)用系統(tǒng)，需要繪制系統(tǒng)控制流程圖，用以清楚地表明動(dòng)作的順序和條件。對(duì)于簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)，可省去這一步。

3. 制定系統(tǒng)的抗干擾措施

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境、干擾源的性質(zhì)等因素，綜合制定系統(tǒng)的硬件和軟件抗干擾措施，如硬件上的電源隔離、信號(hào)濾波，軟件上的平均值濾波等。

4. 編寫(xiě)程序

根據(jù)被控對(duì)象的輸入輸出信號(hào)及所選定的PLC型號(hào)分配PLC的硬件資源，為梯形圖的各種繼電器或接點(diǎn)進(jìn)行編號(hào)，再按照軟件規(guī)格說(shuō)明書(shū)(技術(shù)要求、編制依據(jù)、測(cè)試)，用梯形圖進(jìn)行編程。

5. 軟件測(cè)試

剛編寫(xiě)好的程序難免有缺陷或錯(cuò)誤。為了及時(shí)發(fā)現(xiàn)和消除程序中的錯(cuò)誤和缺陷，需要對(duì)程序進(jìn)行離線測(cè)試。經(jīng)調(diào)試、排錯(cuò)、修改及模擬運(yùn)行后，才能正式投入運(yùn)行。

6. 編制程序使用說(shuō)明書(shū)

當(dāng)一項(xiàng)軟件工程完成后，為了便于用戶(hù)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試人員的使用，應(yīng)對(duì)所編制的程序進(jìn)行說(shuō)明，說(shuō)明書(shū)應(yīng)包括程序設(shè)計(jì)的依據(jù)、結(jié)構(gòu)、功能、流程圖，各項(xiàng)功能單元的分析，PLC的IO信號(hào)，軟件程序操作使用的步驟、注意事項(xiàng)等。

PLC應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例

機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1. 工藝過(guò)程及控制要求

1) 工藝過(guò)程

圖6.1所示為一簡(jiǎn)易物料搬運(yùn)機(jī)械手的工藝流程圖。該機(jī)械手是一個(gè)水平垂直位移的機(jī)械設(shè)備，其操作是將工件從左工作臺(tái)搬運(yùn)到右工作臺(tái)，由光耦合器VLC來(lái)檢測(cè)工作臺(tái)上有沒(méi)有工件。機(jī)械手通常位于原點(diǎn)，它的動(dòng)作全部由氣缸驅(qū)動(dòng)，而氣缸則由相應(yīng)的電磁閥控制。其中，上升下降和左移右移分別由雙線圈二位電磁閥控制，放松夾緊由一個(gè)單線圈二位電磁閥(稱(chēng)為夾緊電磁閥)控制。

2) 控制要求

機(jī)械手整個(gè)搬運(yùn)過(guò)程要求都能自動(dòng)控制。在啟動(dòng)過(guò)程中能切換到手動(dòng)控制及自動(dòng)控制或半自動(dòng)控制(又稱(chēng)單周期控制)，以便對(duì)設(shè)備進(jìn)行調(diào)整和檢修。圖6.2是機(jī)械手控制系統(tǒng)的邏輯流程圖。系統(tǒng)啟動(dòng)之前，機(jī)械手處于原始位置，條件是機(jī)械手在高位﹑左位。

2. 可編程序控制器選型

1) 硬件配置

系統(tǒng)輸入信號(hào)有3個(gè)啟動(dòng)按鈕，4個(gè)限位開(kāi)關(guān)，5個(gè)手動(dòng)輸入信號(hào)，1個(gè)有工件檢測(cè)信號(hào)，共計(jì)14個(gè)數(shù)字量輸入信號(hào)；輸出信號(hào)有機(jī)械手上升下降驅(qū)動(dòng)信號(hào)﹑左移右移驅(qū)動(dòng)信號(hào)和機(jī)械手夾緊驅(qū)動(dòng)信號(hào)，共有5個(gè)數(shù)字量輸出信號(hào)。不需模擬量模塊，選擇S7-300系列的CPU313，加上數(shù)字量輸入模塊SM321及輸出模塊SM322就可以滿足要求，而且還有一定的裕量。

2) IO地址分配

將14個(gè)輸入信號(hào)、5個(gè)輸出信號(hào)與PLC的IO端一一對(duì)應(yīng)，編排好地址，

其它地址分配

(1) 夾緊定時(shí)器T1，定時(shí)5 s；

(2) 放松定時(shí)器T2，定時(shí)5 s；

(3) 自動(dòng)方式標(biāo)志M0.0；

(4) 單動(dòng)方式標(biāo)志M0.1；

(5) 手動(dòng)方式標(biāo)志M0.2；

(6) 結(jié)束標(biāo)志M0.5。

3. 機(jī)械手程序設(shè)計(jì)

1) 邏輯功能塊(子程序)

邏輯功能塊包括兩個(gè)部分：自動(dòng)方式或單動(dòng)方式控制(FC10)和手動(dòng)方式控制(FC11)。

(1) 自動(dòng)方式或單動(dòng)方式控制(FC10)的具體程序(梯形圖表示)如圖6.3所示。

(2) 手動(dòng)方式控制(FC11)的具體程序(梯形圖表示)如圖6.4所示。

2) 組織塊(主程序)

組織塊OB1用于設(shè)定機(jī)械手啟動(dòng)方式，主要負(fù)責(zé)功能塊或子程序的調(diào)用，是自動(dòng)運(yùn)行還是單動(dòng)運(yùn)行，以及系統(tǒng)的循環(huán)掃描、故障診斷和輸出刷新。其梯形圖如圖6.5所示。

5.1 編程方式與程序塊

5.2 數(shù)據(jù)塊與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

5.3 S7系列PLC程序設(shè)計(jì)

5.1.1 S7-300編程方式簡(jiǎn)介

S7-300系列PLC的編程語(yǔ)言是STEP 7。STEP 7繼承了STEP 5語(yǔ)言結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)，用文件塊的形式管理用戶(hù)編寫(xiě)的程序及程序運(yùn)行所需的數(shù)據(jù)。如果這些文件塊是子程序，則可以通過(guò)調(diào)用語(yǔ)句，將它們組成結(jié)構(gòu)化的用戶(hù)程序。這樣，PLC的程序組織明確，結(jié)構(gòu)清晰，易于修改。

為支持結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)，STEP 7用戶(hù)程序通常由組織塊(OB)、功能塊(FB)或功能塊(FC)等三種類(lèi)型的邏輯塊和數(shù)據(jù)塊(DB)組成。

組織塊(OB)是系統(tǒng)操作程序與用戶(hù)應(yīng)用程序在各種條件下的接口界面，用于控制程序的運(yùn)行。OB塊根據(jù)操作系統(tǒng)調(diào)用的條件(如時(shí)間中斷、報(bào)警中斷等)可分成幾種類(lèi)型，這些類(lèi)型有不同的優(yōu)先級(jí)，高優(yōu)先級(jí)的OB可以中斷低優(yōu)先級(jí)的OB。每個(gè)S7 CPU包含一套可編程的OB塊(隨CPU而不同)，不同的OB塊執(zhí)行特定的功能。

OB1是主程序循環(huán)塊，在任何情況下，它都是需要的。根據(jù)過(guò)程控制的復(fù)雜程度，可將所有程序放入OB1中進(jìn)行線性編程，或?qū)⒊绦蛴貌煌倪壿媺K加以結(jié)構(gòu)化，通過(guò)OB1調(diào)用這些邏輯塊，并允許塊間的相互調(diào)用。塊的調(diào)用指令中止當(dāng)前塊(調(diào)用塊)的運(yùn)行調(diào)用，然后執(zhí)行被調(diào)用塊的所有指令。一旦被調(diào)用的塊被完成，執(zhí)行調(diào)用指令的塊繼續(xù)執(zhí)行調(diào)用指令后的指令。調(diào)用塊可以是任何邏輯塊，被調(diào)用塊只能是功能塊(除OB外的邏輯塊)。圖5.1所示是一個(gè)STEP 7調(diào)用實(shí)例。除了OB1，操作系統(tǒng)可以調(diào)用其它的OB塊以響應(yīng)確定事件。其它可用的OB塊隨所用的CPU性能和控制過(guò)程的要求而定。

功能塊(FB、FC)實(shí)際上是用戶(hù)子程序，分為帶“記憶"的功能塊FB和不帶“記憶"的功能塊FC。前者有一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與該功能塊的參數(shù)表*相同的數(shù)據(jù)塊(DB)附屬于該功能塊，并隨功能塊的調(diào)用而打開(kāi)，隨功能塊的結(jié)束而關(guān)閉。該附屬數(shù)據(jù)塊叫做背景數(shù)據(jù)塊(Instance Data Block)，存放在背景數(shù)據(jù)塊中的數(shù)據(jù)在FB塊結(jié)束時(shí)繼續(xù)保持，即被“記憶"。功能塊FC沒(méi)有背景數(shù)據(jù)塊，當(dāng)FC完成操作后數(shù)據(jù)不能保持。

數(shù)據(jù)塊(DB)是用戶(hù)定義的用于存取數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)區(qū)，可以被打開(kāi)或關(guān)閉。DB可以是屬于某個(gè)FB的情景數(shù)據(jù)塊，也可以是通用的全局?jǐn)?shù)據(jù)塊，用于FB或FC。S7 CPU還提供標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)功能塊(SFB、SFC)，它們是預(yù)先編好的，經(jīng)過(guò)測(cè)試后集成在S7 CPU中的功能程序庫(kù)。用戶(hù)可以直接調(diào)用它們，高效地編制自己的程序。由于它們是操作系統(tǒng)的一部分，因此不需將其作為用戶(hù)程序下載到PLC。與FB塊相似，SFB需要一個(gè)背景數(shù)據(jù)塊，并需將此DB塊作為程序的一部分安裝到CPU中。不同的CPU提供不同的SFB、SFC功能。

系統(tǒng)數(shù)據(jù)塊(SDB)是為存放PLC參數(shù)所建立的系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)。用STEP 7的S7組態(tài)軟件可以將PLC組態(tài)數(shù)據(jù)和其它操作參數(shù)存放于SDB中。

功能塊編程及調(diào)用

功能塊由兩個(gè)主要部分組成：一部分是每個(gè)功能塊的變量聲明表，變量聲明表聲明此塊的局部數(shù)據(jù)；另一部分是邏輯指令組成的程序，程序要用到變量聲明表中給出的局部數(shù)據(jù)。

當(dāng)調(diào)用功能塊時(shí)，需提供塊執(zhí)行時(shí)要用到的數(shù)據(jù)或變量，也就是將外部數(shù)據(jù)傳遞給功能塊，這被稱(chēng)為參數(shù)傳遞。參數(shù)傳遞的方式使得功能塊具有通用性，它可被其它的塊調(diào)用，以完成多個(gè)類(lèi)似的控制任務(wù)。

1. 變量聲明表(局部數(shù)據(jù))

每個(gè)邏輯塊前部都有一個(gè)變量聲明表，在變量聲明表中定義邏輯塊用到的局部數(shù)據(jù)。局部數(shù)據(jù)分為參數(shù)和局部變量?jī)纱箢?lèi)，局部變量又包括靜態(tài)變量和臨時(shí)變量(暫態(tài)變量)兩種。參數(shù)是在調(diào)用塊和被調(diào)用塊間傳遞的數(shù)據(jù)。靜態(tài)變量和臨時(shí)變量是僅供邏輯塊本身使用的數(shù)據(jù)。表5.1給出了局部數(shù)據(jù)聲明類(lèi)型，表中內(nèi)容的排列順序也是在變量聲明

表中聲明變量的順序和變量在內(nèi)存中的存儲(chǔ)順序。在邏輯塊中不需使用的局部數(shù)據(jù)類(lèi)型，可以不必在變量聲明表中聲明。

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