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24

Feb

2012

OMRON PLC在B1包装机电控系统改造中的应用

  摘 要: 简要介绍了B1包装机的电控系统改造。从硬件构成,到软件编程,以及工控机和PLC之间的通信协议,都有详尽的说明。改造后的B1包装机电控系统比原机增加了统计报表和预留的网络接口,为将来车间的网络化管理及远程数据采集提供了技术支持。
  
    关键词: B1包装机 PLC 触摸屏 工控机
  
  引言
  
    B1包装机组,是我国烟草行业在上世纪八十年代至九十年代从德国斯慕门公司引进的高速软包包装机组。该机组目前仍然是我国很多卷烟厂的主力机型。但是,由于B1包装机已经使用了10多年的时间,各电子控制部件逐步老化、失效,故障率很高,有效作业率不足65%。近年来,机组电气控制系统缺陷日益凸显:一方面,由于各种电路板及继电器逻辑组件逐步老化,经常造成机组控制系统紊乱、故障后不能自动停机,以及停机状态下自动启动等故障现象,不但严重影响设备有效作业率的发挥,而且存在着较大的安全隐患;另一方面,该机组的控制线路板技术含量高,一直依赖进口,国内没有生产厂家,造成备件组织困难,且价格较高,造成维修成本上升;同时,机组还存在着控制方式落后、英文显示造成维修不便等问题。改造后的B1机组是以PLC和工控机为核心的电气控制系统。PLC完成所有的数据采集和实时控制,完成启动、停车、工艺流程控制、检测等整个运行过程。工控机作为上位机,具有良好的人机界面,它的任务是进行工控显示、完成各种操作、运行参数(包括温度参数、时间参数、速度参数等),并显示详细的故障信息,同时增设统计报表功能和预留的网络化管理及远程数据采集提供技术支持。从而彻底解决B1机组电气系统存在的问题。
  
  1 系统的硬件构成
  
  1.1系统构成
    B1包装机组分别由NF卸盘机、BE包装机、RC小包透明机、FHZ大条机和NK大条透明机等五个主要部分组成。由于其各部分独立性很强,这种方式便于维修与调试,为了体现原机组的控制优点,改造后的电控系统采用BE、RC、NF、FHZ/NK四个独立部分单独控制和单独显示的方式。BE包装机为主机,其它三部分为从机,各部分之间增加了信息交换功能,实现B1机组的整体控制,相位控制采用绝对值编码器,从面使B1机组协调工作。B1机(以BE机为例)改造的总体框如图1所示。
  
   图1
  图1 B1机组改造总体框图
  1.2系统硬件选择
  
    (1)可编程控制器选用日本OMRON—CS1机型作为控制主机,根据实际需要组态PLC,控制性能和频率响应满足和符合原有逻辑和速度要求。
  
    (2)用新电控柜替代原电控柜,重新设计布局强电及控制部分。
  
    (3)温度控制采用温控器和PLC温控模块方式。
  
    (4)BE、RC主电机选用普通交流电机;其余七种较小交流电机,因受设备位置限制,需与专业电机生产厂家定制。
  
    (5)上位机选用液晶显示器
  
    (6)取消原增量式编码器,采用绝对值编码器,机器位置测量更准确。
  
  
  2 系统的功能
  
    改造后的电气控制系统,是以PLC和工控机为核心取代了原机组以计算机为核心的电气控制系统。PLC完成所有的数据采集和实时控制,完成启动、停车、工艺流程控制、检测等整个运行过程。工控机作为上位机,具有良好的人机界面,它的任务是进行工控显示、完成各种操作、运行参数(包括温度参数、时间参数、速度参数等),并显示详细的故障信息,同时增设统计报表功能和预留的网络接口,为将来车间的网络化管理及远程数据采集提供技术支持。
  
    该机组的BE小包机和RC小包透明机,原来均采用直流控制器控制的直流电机完成驱动工功能,现改为由变频器带动异步普通系列交流电机完成驱动功能;机组的其它7台电机,如:税花胶缸电机、盒片胶缸电机、烟支输送电机、烟包输入电机,大条透明纸输送电机、烟支搅拌电机,原来均为直流调速板控制的直流电机,现全部改为相应转速、功率的交流电机,并有变频器完成速度控制功能。
  
    机组的原有的四个显示屏:NF显示屏、BE显示屏、RC显示屏、NK/FHZ显示屏,均是由计算机控制的英文模拟显示屏,当设备某点出现故障时,个别故障点除有指示信号灯显示外,基本上都是英文显示故障名称,没有各种数据的统计功能,且故障点名称显示小,不容易观察,给操作和维修带来不便。现全部改为由工控机控制液晶触摸屏显示器,显示中文信息,完成信息数据统计,取代了英文故障点显示;用工况图实现各单机工作状态的实时监控,取代单一信号灯显示。各单机的工况显示情况。
  
    原NK/FHZ采用的旋钮式温控仪,温度调整不准确,且在设备后部,调整不方便,改为PLC温控模块控制温度,并将温度显示与设定,连接到该机的工控机触摸屏上,解决调整不便,调整不准确的问题;而BE包装机、RC小包透明机的温度控制在主电控柜上,采用温控表的控制方式,该方式调整也比较方便,在充分考虑费用和操作工、维修工操作习惯的基础上,此部分不进行改造,保留原控制模式。
  
    由于可编程控制器具有运算速度快,信息储存量大,可靠性高等特点,它既有逻辑控制、计数、计时、分支程序等功能,也有数字运算、数据处理、模拟量调节、操作显示、联网等功能,因此,增加了各种数据据统计功能,如废品烟支、烟包剔除数量、各种故障点出现次数、班产量等数据,均可直接统计,并可与远程计算机联网,实现远程监控功能。
  
  
  3 系统的软件结构
  
    软件部分是整个B1民装机改造成的重要组成部分,软件编程采用WINDOWS98(2000)界面下的SYSMAC C200HX软件,用户利用它可以实现以下功能:程序的输入及编辑;程序检查;PLC运用时的数据、状态的监控;系统寄存器和PLC系统各种参数的设置。软件还提供了三种编程方式:符号梯形图,布尔梯形图,布尔非梯形图。其程序流程图如图2所示。
  
   图2系统软件结构图
  图2系统软件结构图
  除了主程序以外,软件部分还采用了大量的子程序。以BE机为例有:
  
    (1)中断子程序;
  
    (2)相位处理子程序;
  
    (3)速度控制子程序(6个电机);
  
    (4)输出控制器子程序;
  
    (5)推显方式子程序。
  
    
  4 人机界面
  
    B1机控制系统的人机界面要求操作简单,易于理解。为此,我们设计了下面8个层面
  
  4.1用户管理
    用户输入密码后,按“回车”键(或按照屏幕提示按F8键,或用鼠标点击“确认”按钮)确认。如果密码错误,系统会给出提示,并请用户重新输入;如果密码正确,将直接进入“工况图”。
  
  4.2工况图
    工况图用来实现对BE包装机工作状态的实时监控。图的右下角是故障显示区。当出现故障或者故障排除时,相应的指示灯会出现明灭变化,同时故障显示区会显示当前故障信息或者将已排除的故障信息从显示区中清除。
  
   图3工况图
  图3工况图
  4.3参数设置
    “参数设置”窗口用来实现33个角度相关参数和11个其他参数的设置。
  
  4.4控制
  
    “控制”窗口主要实现对“油泵”、“真空泵”、“电热”、“检测”、“上游机”、“下游机”的开/关状态控制。
  
  4.5调试
  
    在“调试”界面中,用户可以查看移位寄存器、IR以及空头调试时的状态。
  
  4.6统计
  
    统计窗口主要实现对故障信息的统计分析与显示。
  
  
  5 结论
  
  
  5.1降低故障率,提高了有效作业率
  
    对BE小包机的RC小包透明纸包装机的改造,由于在设计原理上剔除了原机上故障率较高而又价格昂贵的几块主板,使故障发生率大大降低。对FHZ、NK条包部分的改造,用PLC替代了以往的逻辑线路板,可以大大减少故障发生率。机组运行7个月以来,设备有效作业率平均为82%,较原来的65%提高了17个百分点,改造效果比较明显。
  
  5.2方便了故障的检查和排除
  
    重新设计的上位机界面,是完全汉化的。在软件的设计、开发过程中,一方面,尽量把所有的故障都给出详细、准确的提示;另一方面,各种参数修改方便。对于操作维修人员来说,当机器出现故障时,只要根据界面提示,就可以迅速准确的判断出大多数故障位置并立即排除。
  
  5.3降低了备件成本
  
    新设计的电控系统采用了市场上通用的电器元件,绝大多数备件都可以从国内市场上直接采购,所有的备件都比原来电控系统备件价格低,可以节约维修费用,降低备件成本。
  
  5.4具有很强的扩展功能
  
    该系统软件的统计报表功能和预留的网络接口,为将来车间的网络化管理及远程数据采集提供技术支持。
  
  5.5具有很好的推广应用价值
  
    据了解,全国共拥有德国进口B1软包包装机组190多套,大部分是在1988年到1994年购进的,设备投入运行时间较长,电气控制系统处于老化、失修状态,若将该项目在全行业内推广应用,则将提高我国B1机组的整体作业率水平。
  
  参考文献
  
    1.汪晓光,孙晓瑛,王艳丹.可编程控制器原理及应用[M].北京:机械工业出版社,1997
  
    2.王卫兵.可编程序控制器原理及应用(第二版)[M].机械工业出版社,2002
  
  来源:摘自《上海烟业》
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24

Feb

2012

欧姆龙CPM1A系列PLC的编程元件

 

 

名       称

点数

通道号

继电器地址

功            能

输入继电器

160点

(10字)

000~009CH

00000~00915

能分配给外部输入输出端子的继电器(没有使用的输入输出通道可用作内部辅助继电器使用)

输出继电器

160点

(10字)

010~019CH

01000~01915

内部辅助继电器

512点

(32字)

200~231CH

20000~23115

程序中能自由使用的继电器

特殊辅助继电器

384点

(24字)

232~255CH

23200~

25507

具有特定功能的继电器

暂存继电器

8点

TR0~7

在回路的分叉点上,暂时记忆ON/OFF状态的继电器

保持继电器

320点

(20字)

HR00~19CH

HR0000~1915

程序中能自由使用,且断电时也能保持断电前的ON/OFF状态的继电器

辅助记忆继电器

256点

(16字)

AR00~15CH

AR0000~1515

具有特定功能的继电器

链接继电器

256点

(16字)

LR00~15CH

LR0000~1515

1:1连接中作为输入输出用的继电器(也可用作内部辅助继电器)

定时器/计数器

128点

TIM/CNT 000~127

定时器、计数器共用相同号

数据内存

(DM)

可读/写

1002字

DM0000~0999

DM1022~1023

以字为单位(16位)使用,断电时保持数据

DM1000~1021不作为存放异常历史时可作为常规的DM自由使用

DM6144~6599、DM6600~6655不能在程序中写入(可用外围设备设定)。

异常历史存放区

22字

DM1000~1021

只读

456字

DM6144~6599

PC系统设置区

56字

DM6600~6655

与所有PLC一样,CPM1A内部的“软继电器”可以将用户数据区按继电器的类型分为7大类区域:即I/O继电器区、内部辅助继电器区、专用继电器区、暂存继电器区、定时/计数继电器区、保持继电器区、和数据存储继电器区。区域中的每一位继电器都有“0”或“1”两种状态,而且这些继电器是可以通过程序被寻址访问,所以把这类继电器称为“软”继电器。

OMRON公司的系列PLC采用“通道”(CH)的概念来标识数据存储区中的各类继电器及其区域,即将各类继电器及其区域划分为若干个连续的通道,PLC则是按通道号对各类继电器进行寻址访问的。CPM1A型PLC的数据区继电器通道号分配见表4-6。每一个通道包含16个位(即二进制位),相当于16个继电器。用五位十进制数字就表示一个具体的继电器及其触点号。例如00001表示000通道的第01号继电器;01001表示010通道的第01号继电器等等。其中的通道号表示了继电器的类别。

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24

Feb

2012

欧姆龙CPM1A系列PLC功能指令


欧姆龙CPM1A系列PLC功能指令 

欧姆龙CPM1A系列PLC功能指令


     功能指令又称专用指令,CPM1A系列PLC提供的功能指令主要用来实现程序控制,数据处理和算术运算等。这类指令在简易编程器上一般没有对应的指令键,只是为每个指令规定了一个功能代码,用两位数字表示。在输入这类指令时先按下“FUN”键,再按下相应的代码。下面将介绍部分常用的功能指令。

1.空操作指令NOP(0 0)

本指令不作任何的逻辑操作,故称空操作,也不使用继电器,无须操作数。该指令应用在程序中留出一个地址,以便调试程序时插入指令,还可用于微调扫描时间。

2.结束指令END(01)

本指令单独使用,无须操作数,是程序的最后一条指令,表示程序到此结束。PLC在执行用户程序时,当执行到END指令时就停止执行程序阶段,转入执行输出刷新阶段。如果程序中遗漏END指令,编程器执行时则会显示出错信号:“NO END INSET”:当加上END指令后,PLC才能正常运行。本指令也可用来分段调试程序。

3.互锁指令IL(02)和互锁清除指令ILC(0 3)

这两条指令不带操作数,IL指令为互锁条件,形成分支电路,即新母线以便与LD指令连用,表示互锁程序段的开始;ILC指令表示互锁程序段结束。

互锁指令IL和互锁清除指令ILC用来在梯形图的分支处形成新的母线,使某一部分梯形图受到某些条件的控制。IL和ILC指令应当成对配合使用,否则出错。IL/ILC指令的功能是:如果控制IL的条件成立(即ON),则执行互锁指令。若控制IL的条件不成立(即OFF),则IL与ILC之间的互锁程序段不执行,即位于IL/ILC之间的所有继电器均为OFF,此时所有定时器将复位,但所有的计数器,移位寄存器及保持继电器均保持当前值。

4.跳转开始指令JMP(0 4)和跳转结束指令JME(0 5)

这两条指令不带操作数,JMP指令表示程序转移的开始,JME指令表示程序转移的结束。

JMP/JME指令组用于控制程序分支。当JMP条件为OFF时,程序转去执行JME后面的第一条指令;当JMP的条件为ON,则整个梯形图按顺序执行,如同JMP/JME指令不存在一样。

     在使用JMP/JME指令时要注意,若JMP的条件为OFF,则JMP/JME之间的继电器状态为:输出继电器保持目前状态;定时器/计数器及移位寄存器均保持当前值。另外JMP/JME指令应配对使用,否则PLC显示出错。

5.逐位移位指令 SFT(10)

又称移位寄存器指令,本指令带两个操作数,以通道为单位,第一个操作数为首通道号D1,第二个操作数为末通道号D2。所使用的继电器有:000CH~019CH, 200CH~252CH, HR00~HR19。其功能相当于一个串行输入移位寄存器。

移位寄存器有数据输入端(IN)、移位时钟端(CP)及复位端(R),必须按照输入(IN)、时钟(CP)、复位(R)和SFT指令的顺序进行编程。当移位时钟由OFF→ON时,将(D1~D2)通道的内容,按照从低位到高位的顺序移动一位,最高位溢出丢失,最低位由输入数据填充。当复位端输入ON时,参与移位的所有通道数据均复位,即都为OFF。

如果需要多于16位的数据进行移位,可以将几个通道级连起来。

移位指令在使用时须注意:起始通道和结束通道,必须在同一种继电器中且起始通道号≤结束通道号。

6.锁存指令KEEP(11)

本指令使用的操作数有:01000~01915、20000~25515、HR0000~HR1915,其功能相当于锁存器,当置位端(S端)条件为ON时,KEEP继电器一直保持ON状态,即使S端条件变为OFF,KEEP继电器也还保持ON,,直到复位端(R端)条件为ON时,才使之变OFF ,KEEP 指令主要用于线圈的保持,即继电器的自锁电路可用KEEP指令实现。若SET端和RES端同时为ON,则KEEP继电器优先变为OFF。锁存继电器指令编写必须按置位行(S端),复位行(R端)和KEEP继电器的顺序来编写。

7.前沿微分脉冲指令DIFU(13)和后沿微分脉冲指令DIFD(14)

本指令使用操作数有:01000~01915、20000~25515、HR0000~HR1915,DIFU的功能是在输入脉冲的前(上升)沿使指定的继电器接通一个扫描周期之后释放,而DIFD的功能是在输入脉冲的后(下降)沿使指定的继电器接通一个扫描周期之后释放。

8.快速定时器指令 TIMH(15)

本指令操作数占二行,一行为定时器号000~127(不得与TIM或CNT重复使用同号),另一行为设定时间。设定的定时时间,可以是常数,也可以由通道000CH~019CH,20000CH~25515CH,HR0000~HR1915中的内容决定,但必须为四位BCD码。其功能与基本指令中的普通定时器作用相似,唯一区别是TIMH定时精度为0. 01s,定时范围为0~99.99s。

9.通道移位指令WSFT(16)

又称字移位指令,本指令是以字(通道)为单位的串行移位。操作数为首通道号D1,末通道号D2。可取000CH~019CH, 200CH~252CH, HR00~HR19。通道移位指令执行时,当移位条件为ON,WSFT从首通道向末通道依此移动一个字,原首通道16位内容全部复位,原末通道中的16位内容全部移出丢失。

WSFT指令在使用时须注意:首通道和末通道必须是同一类型的继电器;首通道号≤末通道号。

当移位条件为ON时,CPU每扫描一次程序就执行一次WSFT指令。如只要程序执行一次,则应该用微分指令。

10.可逆计数器指令 CNTR(12)

本指令的功能是对外部信号进行加1或减1的环形计数。带两个操作数:计数器号000~127,设定值范围0000~9999,设定值可以用常数,也可以用通道号,用通道号时,设定值为通道中的内容。

11.比较指令CMP(20)

本指令的功能是将S(源通道)中的内容与D(目标通道)的内容进行比较,其比较结果送到PLC的内部专用继电器25505、05506、25507中进行处理后输出,输出状态见表4-9。


比较指令CMP用于将通道数据S与另一通道数据D中的十六进制数或四位常数进行比较,S和D中至少有一个是通道数据。

12.数据传送指令 MOV(21)和数据求反传送指令MOVN(22)

这两条指令都是用于数据的传送。当MOV前面的状态为0N时,执行MOV指令,在每个扫描周期中把S中的源数据传送到目标D所指定的通道中去。当MOV前面的状态为0FF时,执行MOVN指令,在每个扫描周期中把S中的源数据求反后传送到目标D所指定的通道中去。执行传送指令后,如果目标通道D中的内容全为零时,则标志位25506为ON。

13.进位置位指令STC(40)和进位复位位指令CLC(41)

这两条指令的功能是将进位标志继电器25504置位(即置ON)或强制将进位标志继电器25504复位(即置OFF)。当这两条指令前面状态为ON时,执行指令,否则不执行。通常在执行加、减运算操作之前,先执行CLC指令来清进位位,以确保运算结果的正确。

14.加法指令ADD(30) 本指令是将两个通道的内容或一个通道的内容与一个常数相加(带进位位),再把结果送至目标通道D。操作数中被加数S1、加数S2、运算结果D的内容见表4-10。


说明:执行加法运算前必须加一条清进位标志指令CLC(41)参加运算;被加数和加数必须是BCD数,否则25503置ON,不执行ADD指令;若相加后结果有进位,则进位标志继电器25504为ON;若和为零,则专用继电器25506变为ON。

15.减法指令SUB(31)

本指令与ADD指令相似,是把两个四位BCD数作带借位减法,差值送入指定通道,其操作数同ADD指令。在编写SUB指令语言时,必须指定被减数,减数和差值的存放通道三个数

说明:执行减法运算前必须加一条清进位位指令CLC(41);被减数和减数必须是BCD数,否则25503置ON,不执行SUB指令;若运算结果有借位,则进位标志继电器25504为ON;若运算结果为零,则专用继电器25506变为ON。

以上介绍是CPM1A系列PLC一些常用的专用指令,还有一些未作介绍,C200H系列PLC除了基本指令和CPM1A系列PLC相同外,很多功能指令也相同,另外又增加了一些功能指令,读者可以根据不同型号的PLC按其使用功能的不同参阅使用手册加以学习和掌握。


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24

Feb

2012

欧姆龙PLC立式包装机整体解决方案

  立式包装机是将卷筒状的挠性包装材料制成袋筒,充入物料后,进行封口,三个功能自动连续完成的机器。配合上道的计量冲填机械,立式包装机常用于包装块状、片状、粒状、梗枝状、粉状以及流体和半流体物料。
  目前市场上的立式包装机空机运转基本可达到120bpm(bags/min),配合上道计量充填机械,速度可达到60-80bpm。
  
  
  工艺描述:
  立式包装机的特点是被包装物料的供料筒设置在制袋器内侧,制袋与充填物料由上到下沿竖直方向进行。立式包装机主要由计量装置、传动系统、横封和纵封装置、成型器、充填管及薄膜牵拉供送机构等部件组成。
  其工作原理为:放在支承装置上的卷筒薄膜,绕经导棍组、张紧装置,由光电检测控制装置对包装材料上商标图案位置进行检测后,通过成型器卷成薄膜圆筒裹包在充填管的表面。先用纵向热封器对卷成圆筒的接口部位薄膜进行纵向热封,得到密封管筒,然后筒状薄膜移动到横向热封器处进行横封,构成包装袋筒。计量装置把计量好的物品,通过上部充填管充填入包装袋内,再由横向热封器热封并在居中切断,形成包装袋单元体,同时形成下一个筒袋的底部封口。
  工艺流程图:
  
  
  工艺结构:
  
  
  欧姆龙整体解决方案及其优势:
  
  
  PLC:OMRON多功能一体机CP1H(模拟量型)
  优势:
  内置USB编程口,并可配置RS232、RS485通信串口,使PLC可同时连接人机界面、温控器或变频器。与OMRON本厂的温控器或变频器通信可使用FB(功能块)功能,省去了繁琐的485通讯程序的编写
  内置四路100kHz的高速脉冲输出,控制四路伺服系统,实现拉膜牵引的精确定位与速度控制,当需要扩展伺服功能如横封等,无需另外添加定位模块,为客户节省成本
  可利用CP1H强大的中断功能将色标定长的程序写在输入中断程序内,无需受循环扫描时间长短的影响,增加伺服启停的实时性
  
  HMI:OMRON彩色触摸屏NS系列
  优势:
  具备丰富的画面种类
  与欧姆龙控制器之间具有极强的兼容性
  丰富的SAP程序库功能,与OMRON本厂的一些器件(如温控器)通信只需从SAP库中
  将部件粘贴在画面上即可,不需要制作画面或梯形图
  支持41个国家的语言,一个画面最多可显示16国语言
  支持多达1000种配方功能
  
  Servo:OMRON Smartstep Z系列伺服
  优势:
  搭载了更进一步的自动增益调整功能参数设定简单,需要设定的内容和步进马达大致相同,与步进马达相比,具有更高的转矩
  全部的调整都是通过伺服驱动器自动完成
  
  温控方案:E5□Z系列温控器+G3NA系列固态继电器(SSR)
  优势:
  E5□Z系列温控器可进行自动调整和自我调整。即使正在执行自我调整时,也可以进行自动调整
  与OMRON的PLC或人机界面进行RS485串行通信可直接调用功能块,无需用户自己编程
  外部SSR机型可以直接开合较大的容量
  
  
  Sensor:E3X-DAC光纤传感器
  优势:
  搭载彩色传感引擎,通过RGB三原色处理工件本身的色彩信息来达到检测工件的目的
  增强对抗工件检测现场实物产生抖动等偏差能力,减少由距离变化造成的误动作判定的影响
  采用白色LED,应对各种检测工件都无需更换光源,能够更简单、安心、准确地进行检测
  OMRON完善的产品体系几乎涵盖了整个立式包装机械上需要的工控产品,且每样产品既具有其自身的独立优势又具有本厂产品之间非常高的兼容性,客户在使用OMRON整套系统解决方案后不仅节省了工作量与开发成本,同时又大大提高了机械的整体性能。
  
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Fri

24

Feb

2012

欧姆龙PLC技术问答


1、问:浮点运算有什么样的好处,在运算的结果中他的小点位也是不可以进位的?浮点运算与双精浮点运算有什么样的区别?

答:浮点运算支持带小数点的运算,这就是它的好处,浮点运算每个参与运算的数占了2个通道而双精度浮点运算则占4个通道。

2、CP1H系列中,BCD除得的结果是带有小数点的,如何把小数进位呢。例如/BL(435) #1499664 #1000 D70
使D70中得到的数值是1500。如何进位呢


答: 可以使用比较余数实现。/BL除法得到的余数存放在D72,D73通道,使用比较指令CMP进行判别,如果需要进位,在D70通道加#1。

3、浮点数的乘法所得的结果是BCD码吗 


答:浮点数指令的运算结果是专用的浮点数格式,可以使用FIX指令把浮点数转化成十六进制,再使用BCD指令把十六进制转换成BCD形式。

4、有符号的二进制运算与无符号的二进制运算有什么区别?符号指的是负号吗?包括小数点吗?


答:带符号的二进制运算中,计算后得到的结果中最高位15位是符号位,如果是1:代表是负数,0:代表是正数
无符号的二进制数据范围是0000-ffff (4位16进制)
0~65535(10进制数)
有符号的二进制数据负数范围:8000~ffff(4位16进制)
0~-32768 (10进制数)正数范围:0000~7fff(4位16进制)
0~32768(10进制数)
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Fri

24

Feb

2012

用OMRON PLC实现对火车模型的实时监控

  1 引 言
    近年来,随着计算机应用水平的提高,上位机同可编程控制器(简称PLC)之间的通讯与相应的数据采集,在工业控制过程中的应用越来越广泛。在各行各业的生产过程中,随着自动化程度的提高,对现场控制信号精度要求也越来越高。PLC作为一种新兴的工业控制器,以其功能完备、编程灵活、应用面广、价格低廉等众多优越的性能在国内外越来越多的生产过程中得到实际的应用,尤其在数据的采集、控制及相应的通信方面,更以其价格低廉,性能稳定得到同行业各个厂家的认可。
    为了充分利用PC及PLC的优点,我们针对上海新奥托实业有限公司设计开发的一套“车辆运行控制策略优化“实验模型,开发出基于PC及PLC的该模型的监控系统。上位机PC中用北京亚控公司的组态王作为人机界面,完成技术人员的参数设置和手动控制,下位机PLC负责实现针对火车模型的直接控制,其中包括对火车的运行方向和速度的控制以及如何实现安全及时的避让和寻找最优线路的策略。本系统具有编程可视化、可移植性强、系统可靠度高、控制装置标准化、接线软件化、系统柔性化等优点,并且能够扩展到当前国内铁道车辆的监控系统中,大大优化车辆的运行策略,并为广大从事该类系统开发的广大工程技术人员提供了很好的借鉴。
  2 系统的结构与功能
  2.1 硬件系统组成
    本系统的总体结构是上、下位机结构。以 PC机作为上位机,通过通信接口连接至可编程控制器,并以可编程控制器作为下位机来控制火车模型。上位机选用Pentum以上机型,组态王作为人机交互的组态软件,由于上位机是以较高档的CPU建立的系统,它在图形处理、复杂计算,以及人机界面上可以很轻松的达到较高的水平,相对于单片机等微处理器来说,处理速度快了好多倍。另外,它有高级语言的支持,有大量已经成熟且应用相当广泛的操作系统应用软件的支持。本系统上位机的监控部分选用组态王,就是充分利用它的编程简单、界面美观友好,更重要的是,它支持许多常用的硬件设备,包括各主要厂家的PLC、智能模块、智能仪表、板卡和变频器等。本系统选用的PLC是日本OMRON公司的C200HE,也在组态王支持的硬件设备之列,这样通过串口依据RS232的通信协议就可以顺利的连接起来,实现组态王和下位机PLC之间准确而实时的数据交换。
    下位机主要负责对火车模型的直接驱动控制,它是由OMRON的可编程控制器各模块组成。整个下位机系统包括电源模块、CPU-42-E模块、ID212模块、OD212模块、DA模块等,分别完成接收数字量的输入、实现控制算法、完成火车模型各段的顺序启停、产生数字量和模拟量的输出等功能。
  2.2 符合RS232协议的电缆连接
    RS232是目前最常用的串行接口标准,用来实现计算机与计算机、计算机与外设之间的数据通讯。RS232串行接口总线适用于:设备之间的通讯距离不大于15m,传输速率最大为20kB/s。本系统中,上位机和下位机之间通过符合RS232通信协议的串口电缆连接起来。硬件的连接重点在于火车模型实验台和PLC各模块之间的连线。其中包括PLC的开关量输入信号线,共22根;PLC的开关量输出信号线,共23根;PLC的模拟量输出信号线,共6根。另外还要引入相应的220V交流电和24V直流电。
  注意:在进行PLC的硬件设置时,DIP开关除引脚4置于OFF外,其它全置于ON,同时,PLC底板上所插的各个模块的设备单元号不能互相冲突。
  2.3 软件系统组成
    首先分析PLC的输入输出信号。由于火车模型在经过不同位置时会使该位置处的红外信号传感器产生光电认别信号的输出,因此整个实验台上的22个红外信号传感器就相应产生了22个开关量的输出(对于PLC来说是输入信号)。而对6个火车叉道的切换控制、1#站、2#站和外围轨道的电压方向控制,还包括对1#站和2#站的红绿灯控制,则必须靠PLC方来完成,属于PLC方的开关量输出。另外,对于车速的调节,则需要PLC方0~10的直流电压输出,这属于PLC方的模拟量输出。
    软件的设计思想是首先将从火车模型引出的开关量信号输入至PLC内部继电器IR区域,然后根据各位的高低电平的不同判断火车模型的不同位置,再在PLC的CPU中由程序处理输出相应的开关量和模拟量信号来作出相应的控制,如切换叉道、改变方向、红绿灯亮灭、蜂鸣器报警、增减速等,同时将相应的数据上传到上位机组态王的画面中,使不同的控制方式以更为直观的方式显示出来供操作人员调节。组态王中要包括监视画面和   控制画面,通过实时数据库的数据更新和交互来产生画面的更新和对火车模型不同控制的实现。软件中比较难实现的就是火车运行路线的最优控制问题。通过分析和动态规划,我们实现了2部以上火车模型同时在轨道上运行时,如何运用不同的叉道和车站,使它们找到各自最优的路线,以最短的时间,最节省的能源,安全顺利的到达各自的目的地,沿途伴随着相应的红绿灯闪烁、蜂鸣器报警、实时的启停和避让,从而在相当大的程度上模拟了火车的实际运行情况,对于实现无人自控火车的研究人员来说,更是具有相当重要的参考价值。
  3 软件的设计
  3.1 PLC控制过程的程序设计
    按照用户的要求,控制系统应具有自动循环、手动、单周期运行过程。其中,手动调节是指火车模型的运行速度、方向、叉道的切换以及启停等均由技术人员通过组态王的控制画面来进行手工调节,主要是为了调试各个输入信号和输出信号的实时和准确性;单周期运行则是在一定的条件下,让一辆或几辆火车模型同时在轨道上运行一个周期,主要是为了对火车模型在各运段的运行速度大小和叉道的切换进行细调,它通常结合手动调节来进行;而自动循环运行方式是在前两种调节方式完全无误的情况下才可以进行,由于实际的运行过程中会发生这样或者那样的干扰,因此这一过程在实际的环境中也要结合手动调节来进行,但只要环境条件不发生特别大的变化,一般不需要手动调节(由于本系统是在实验室中实现的这一过程,所以在这一过程中未考虑手动调节)。
    首先考虑PLC程序是和上位机组态王程序相结合来实现对火车模型的控制,因此最初的运行方式必须由技术人员在人机对话的画面上选中,然后让PLC根据输入的开关量信号执行运算产生开关量和模拟量的输出来控制火车。程序设计的流程图如图3所示。3.2 组态王监控画面的设计及它同PLC的数据交互过程
  组态王是一套以实时数据库为核心的组态软件系统,实时数据库中含有丰富的数据类型,系统在进行刷新、趋势显示、
    报警判断、历史数据记录等工作时所采用的数据皆是取自实时数据库,而实时数据库对用户是开放的,所以用户可以方便的构造适应自己需要的“数据采集系统”。同时由于组态王提供了内嵌的类C语言环境,使用起来更加方便。
    组态王的画面包括监视画面和控制画面。限于篇幅,我们只给出手动的控制画面,如图4所示。
    组态王中的每一个手动控制按钮都对应使PLC中继电器区域中的某个字变化一位或几位(即将该字中的一位或几位置高或低电平)。而该位的变化就可以产生开关量的输出,这只是程序设计的最基本思想。当然在PLC的程序中,包含着对火车模型运行的各个位置的判断,并以此为根据来判断运行的策略,由此作出最佳路线以及车速的运行状态。 注意:在调节车速的时候,不宜将车速调的过高或者过低,以免翻车或者出轨,造成不必要的实验事故,另外,红外线传感器一定程度上受日光中红外成分的影响,所以开始时应该在火车模型实验台下面的硬件电路上调试其红外传感器相对应的放大器微调电位器,使其输出电压低端在5V以下,高端在20V即可。另外叉道由脉冲小于50ms的脉冲信号控制,如果脉冲时间过长,易对叉道造成损坏,这在PLC的程序中必须用TIMH(高速定时器)才能产生这样标准的脉冲。
  4 结束语
    经过一段时间的运行证明,本系统成功的实现了对火车模型的自动控制和监测,并实现了车辆及时进站、准确停车、正反转运行、红绿灯控制以及相向运行或同向车辆的及时避让等功能,并可借助实验盘上所设置的22个红外传感器,采用组态王实现直观跟踪,以便操作人员及时的控制车辆的运行,在控制策略的实现过程中,我们更是利用了优化控制的算法,从而实现了车辆的自动避让和自动选择优化路线的智能功能。
  这种基于PC及PLC和火车模型监控系统的设计,涵盖了现代控制理论中有关决策过程中的最优化问题,对于当前铁路系统客车、货车的上等级、上水平、提高效益创造了技术上的前提。相信随着现代计算机自动控制技术的飞速发展,类似的系统的应用前途将会越来越广泛。
  参考文献
  [1] C200HX/C200HG/C200HE 编程手册.OMRON 内部资料,1997.1
  [2] OMRON 通信板单元操作手册.OMRON 内部资料,1997.1
  [3] 马宏杰等编著.微机通信原理与使用技术.北京:清华大学出版社.1994.10
  [4] 宋泊生编著.可编程控制器配置、编程、联网.北京:中国劳动出版社.1998.12
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