PLC顺序控制系统的几种简易设计方法//

    当前，在所有过程控制领域，最大的发展趋势之一就是Ethernet技术的扩展。PLC也例外，现在，越来越多的PLC供应商开始提供Ethernet接口部件。在最近的几年间，我们已经看到，发展比现有普通小快灵PLC更加强大的PLC是种趋势。Ethernet将会成为PLC的通信标准吗？也许最终结果是这样的，但现在还为时尚早。对于在PLC上提供Ethernet接口将能够解决所有通信问题，人们普遍存在着误解。Ethernet仅仅定义了OSI参考模型底部的几层协议标准，如果上层协议相互之间不能兼容，那么仍然不可能进行相互之间的通信处理。打个比方，这如同一个不懂英语的中国人与一个不懂汉语的美国人之间是不能够通过电话进行对话一样。因此，协议就是设备之间相互通信的语言。    另一方面，前进的步伐已经迈出，我们只有迎着困难而上，为了将Ethernet技术应用到工厂底层的现场过程控制设备中去，ODVA协会为此建立了一套全球性标准技术规范，即Ethernet/IP标准，以便能够解决在实际工作中所遇到的困难。    向Ethernet靠近的一个目的在于通过Internet能够连接到所希望的任何地方。实际上，在一些意想不到的地方，Web服务器正在显露出其应有的威力。几年前，有一些PLC系统已经内藏了Web服务器，这无疑又为PLC系统增加了更多的特点。其他类型的控制设备也正在准备进一步集成Web服务器。例如，Square D公司已经有一个具备Ethernet连接接口的发动机控制中心，并正在准备开发一种内藏Web服务器连接接口的变速装置。    内藏Web服务器所体一风的益处包括开放网络、商业工具的影响、客户机/服务器关系。在过去，工业用户可能会有代表性地询问一些有关PLC方面的信息，但在现在，由于新技术的不断诞生和发展，工业用户很容易就可以得到有关这方面的信息。另一方面，随着芯片和处理器大规模的生产，PLC生产制造商能够生产并提供开放网络的产品，让工业用户花较少的费用就能够购买到功能非常完善的PLC产品。    在为将PLC连接到Ethernet和Web上提供技术支持方面，Schneider公司已经成了先驱者之一。最近，该公司推出了一种运行于Premium PLC平台的新型快速Ethernet(100 Mb/s)模件。该模件为PLC能够连接到TCP/IP的Ethernet提供了全双工自适应10/100Mb/s的连接速度，现场过程控制器之间可以共享实时数据信息，自动扫描Momentum I/O模件和其他任何基于Modbus通信协议的现场控制设备，采用一个嵌入式Web服务器提供HTML通信服务，同时提供了SNMP用于标准网络通信管理。在一次展览会上，Schneider公司还向工业用户展示了他们有关透明工厂的观念。    另外，Schneider公司最近还推出了基于Modicon公司的Momentum MIE系列处理器的适配器，该适配器提供了标准IEC程序控制性能，进一步为e-制造提供了完美的解决方案。该适配器还提供了将智能化I/O系统和其他现场过程控制设备连接到Internet和Ethernet的能力，现场过程控制设备包括所有功能化实时过程控制器。    几年前，Rockwell自动化公司也在其PLC产品中提供了Ethernet接口，而且正在坚定不移地稳步提高Ethernet的功能特性。该公司最近已经公布了一种柔性I/O模件解决方案，这种柔性I/O模件利用非专利版本的Ethernet技术能够提供实时过程控制性能。A-B公司提供的1756型ControlLogix I/O也是基于标准Ethernet TCP/IP和UDP数据传输协议的组件，其应用层使用了一种开放式、面向对象、基于生产者/ 消费者的技术。这种技术在ControlNet、DeviceNet和FF现场总线H1网络系统中也能够找到。三、置位/复位指令型顺序控制系统设计法    1．步进阶梯设计图5a为用置位/复位指令设计的顺序控制系统步进阶梯。其设计依据也是图1所示的控制流程。该步进阶梯结构的特点是每步的辅助继电器都有一个置位线圈和一个复位线圈，二者编号相同。步1利用置位指令S使辅助继电器M1置位（即M1线圈得电后内部自锁），建立步1程序，并为步2提供步进条件信号。当步2的转步主令信号发出（X2闭合），指令S使M2置位，建立步2程序，同时复位指令R使M1复位，撤销步1程序。同理可画出后续各步继电器置位/复位梯形图。当最后一步完成并回到原位（X1闭合）时，指令R使M4复位，系统的工作循环结束。    2．输出阶梯设计图5b为输出阶梯结构，与图4b完全相同，不再赘述。    四、移位指令型顺序控制系统设计    1．步进阶梯设计设计依据如图6所示。图7a为按图6所示要求采用移位指令设计法设计的顺序控制系统步进阶梯，这种步进阶梯由一个8位移位寄存器（由移位指令定义辅助继电器M20～M27而成）作为控制元件。该移位寄存器中的IN为移位数据输入端，CP为移位脉冲输入端，R为复位端。这三个输入端的输入信号均为脉冲上升沿有效。对顺序控制系统来说，输入IN的信号必须是一个单脉冲信号，即移位数据为“1”。起动步1时，IN和CP同时输入按钮信号X0的脉冲上升沿后，在IN端生成的移位数据“1”便移入移位寄存器的M20位，此时该位有输出（即输出M20的常开触点闭合信号），建立步1程序，并为步2提供步进条件信号；M20的常闭触点即时断开IN输入端和CP的步1输入端，完成数据“1”输入和移位脉冲输入。从步2起，本步的转步主令信号一发出（X2接通），便输入一个移位脉冲上升沿，使原来移入M20位的数据“1”移入M21位，建立步2程序，并为步3提供步进条件信号。移位后，M20位的状态变为0，即其相应的步1被撤销，输出为0。依此类推便可实现整个步进阶梯逐步得电和逐步失电。最后一步完成并回到原位（X1接通）时，接通移位寄存器的复位端R，使移位寄存器复位清零，整个控制系统失电停止。    设计这种步进阶梯时要注意以下问题：（1）在一个自动工作循环内，移位寄存器的移位数据输入端IN只允许起动时输入一个单脉冲信号。也就是说起动时只能输入移位数据“1”。步进阶梯的工作原理就是根据输入的数据“1”，在移位寄存器中逐步向高位移位来实现逐步得电和逐步失电。所以输入端IN要串联每个移位输出位的常闭触点；（2）移位寄存器对移位脉冲输入端开关的抖动非常敏感。若开关抖动一次，相当于多输入了一个移位脉冲，移位数据“1”随之多移了一位。由于接点式开关被触发时难免产生抖动。为消除这种影响，在移位脉冲输入端的步1输入回路，必须串联移位寄存器0位（本例为M20）的常闭触点，一旦移位数据移入M20位，便断开步1的输入回路；而从步2开始，每步的输入回路也要串联上一位的常开触点。例如步2的输入回路要串联上一位M20的常开触点。这样，当移位到步2转步主令信号对应的M21位时，便立即断开步2的输入回路。采用这样的移位脉冲输入回路结构，可确保每步的转步输入信号持续时间只有PLC的一个扫描周期（一般只有几Mｓ），因开关的抖动时间远大于PLC的一个扫描周期。所以可有效地消除开关抖动的影响。    2．输出阶梯设计图7b为输出阶梯，其结构与图4b相同，只是辅助继电器编号不同而已。    结束语    上述4种PLC顺序控制系统设计方法的共同特点是：    （1）由输入继电器控制辅助继电器（包括由置位/复位指令和移位指令定义的辅助继电器），按此构成步进阶梯；    （2）由辅助继电器控制输出继电器，以此构成输出阶梯；    （3）无论步进阶梯还是输出阶梯，都是很有规律的回路结构。不管要设计的顺序控制系统有多少步，也不管其输入输出点数有多少，只要弄清各种设计方法所设计的步进阶梯和输出阶梯的回路结构的规律性，根据设计依据，套用其中任一种设计方法的回路结构，就能快速地一次成功设计出较复杂的PLC顺序控制系统。

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