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一、    系統(tǒng)功能概述
M84型可編程序控制器（以下簡稱為PC）、是一神小型PC,僅有1至2K內(nèi)存，一般被用于簡單的控制系統(tǒng)。由于它采用梯形圖編程'具有在線編程和在線浪晶記病功能.在調(diào)試過程中提供了方便的手段。作者已把它用于復(fù)雜的邏輯實時控制系統(tǒng)並獲得成功
該系統(tǒng)控制一個全自動包裝的生產(chǎn)自動線?？梢詫崿F(xiàn)25kg?40kg編統(tǒng)袋或塑料袋化工散料的全自動包裝。適用于中等以上化肥廠、化工廠使用。包裝能力為W0?750袋/小時；自動秤量精度為土1.5%,控制裝置消耗功率為5U0VA。電控系統(tǒng)采用兩臺M84型PC實現(xiàn)了該系統(tǒng)的全部自動控制功能。
整套設(shè)備分布在三個樓層，三樓料倉、排風(fēng)機；二摟兩臺自動秤；一樓給袋機、裝袋機、鮭紉機或熱合機、傳送皮帶。整機可以實現(xiàn)自動落料、自動秤量、卸料排陰、自動送袋、貯袋箱自動切換、自動取袋.開袋.卸料、墩實、抱袋、縫紉封口或熱合封口、輸送等全自動過程。系統(tǒng)信息來自晶體管接近開關(guān)、真空開美、壓力開關(guān)以及單機調(diào)試時的按鈕、開關(guān)'系統(tǒng)執(zhí)行元件有真空電磁闕、空壓電磁閥及九臺交流電動機，另外系統(tǒng)中設(shè)有二十多個信號燈顯示運轉(zhuǎn)狀態(tài)及報警，并設(shè)有音響報警選擇。
以編織袋包裝為例.介紹該系統(tǒng)自動秤、給袋機、裝裝機的控制系統(tǒng)。
上述工藝過程的簡化流程如圖1、圖2、圖3所示。
二、    硬件結(jié)構(gòu)特點
本自動控制系統(tǒng)采用兩臺美國Gould公司的MICRO84型PC實現(xiàn)。為了實現(xiàn)整個自動控制線的協(xié)調(diào)，增加系統(tǒng)的抗干擾能力，減少設(shè)備投資.該控制系統(tǒng)采用了如下措施：
1.以主從控制方式實現(xiàn)通信協(xié)調(diào)
該系統(tǒng)現(xiàn)場信息來源于五十多個元件、受控機行元件有七十多個.而M84型PC最多只能控制114個I/O點-因此該系統(tǒng)釆用爾臺M84型PC實現(xiàn)控制。其中一臺作為上位機，實現(xiàn)系統(tǒng)總控及對兩臺計量機的控制。另一臺作為下位機，受控于上位機，並實現(xiàn)對給袋機、裝袋機、縫紉機的控制。九臺交流電動機的控制由上位機實現(xiàn).報警信號由上位機發(fā)出，下位機的報警要求需經(jīng)上位機允許才能發(fā)出。兩臺PC所構(gòu)成的連信由各自輸入、輸出模塊上的I/O接口實現(xiàn)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示。
2.充分利用現(xiàn)有輸入輸出接口減少設(shè)備投資琰電控系統(tǒng)

使用三個電匣等皺：220VAC、110VAC、24VDC,M財型PC的輸入輸出模塊具有這三個電壓等級。但是，每個模塊上有八個“。接口，可以控制八路輸入或者輸出，而系統(tǒng)中HOVAC被控久件只有三個’為了降低設(shè)備投資，解決的方法是把翅三個接口由220VAC模塊輸出，再經(jīng)中間繼電器轉(zhuǎn)換到110/VAC系統(tǒng)中去控制現(xiàn)場執(zhí)行元件。
現(xiàn)場控制信息來源于晶體管接近開美、行程開關(guān)、壓力開美、真空開關(guān)、轉(zhuǎn)換開關(guān)、按鈕等，晶體管接近開美是24VDC高電平有效元件、需采用24VDC輸入模塊控制。但是，本系統(tǒng)的晶體管接近開關(guān)是十二個。采用2個24VDC輸入模塊控制，還剩下四個輸入接口。為了提高設(shè)備利用率、降低設(shè)備投資，我們把所有的信號分析了一下，把離控制室較近的輸入信號由24VDC模塊箭人，而離控制室較遠(yuǎn)的信號由220VAC模塊輸入。這樣，即降低了設(shè)備投責(zé)又保證了系統(tǒng)可靠運行。
3.在負(fù)載輸出端加過電流保護婚斷器
在M84型PC的輸出模塊中有光電隔離輸出，可以有效地把由輸出端反饋的干擾隔離開。它的末級功率輸出方式有兩種：交流為可控硅輸出；直流為大功率三無管輸出。允許輸出負(fù)載電流為2A.本姦統(tǒng)受控元件多為電感性元件，安裝在包裝機上.環(huán)境惡劣，容易造成短路故障可控硅和三極管的過載能力均很差.為了有效地保護PC,我們在摸塊輸出端均加有小型培斷器，橢絲的選擇考慮到負(fù)載的瞬間電流及短路保護時的熔斷速度在0.5?1A之間。
同樣道理，為了保護輸入模塊，在有些環(huán)境惡劣的輸入元件端加保護熔斷器，也可起到有效的保護作用。
4.増加有效的隔離和保護接地
為了提高系統(tǒng)的抗干擾能力，在電源端加隔離變壓器是很有效的。在M84PC主機接地端子上直接用銅導(dǎo)線可靠接地，使接地電阻小于1口，也有效地保護了系統(tǒng)。
由于采取了一系列的措施，該系統(tǒng)從安裝調(diào)試一直到使用，在純堿的惡劣環(huán)境下一直沒有出現(xiàn)故障，運行可靠。
三、軟件設(shè)計特點

謨系統(tǒng)釆用的是M84002A型PC，僅有2甚內(nèi)存，以18個網(wǎng)絡(luò)的方式體現(xiàn)。每個網(wǎng)絡(luò)有4行x7河=28個編程符號組成。用梯形圖語言編程。網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)之間沒有信息交換。
實現(xiàn)上述功能工藝流程圖所示的全自動包裝控制線的簡化程序流程圖如圖5所示。這里包括兩臺自動秤和縫紉機。
由流程圖可見，實現(xiàn)整個生產(chǎn)過程的全自動控制是一個比較復(fù)雜的過程。為了在有限的內(nèi)存空間實現(xiàn)全部控制功能，我倡著實費了一番腦筋。最后，終于通過下述方法獲得圓滿的解決.
1.釆用模塊式結(jié)構(gòu)，以子程序方式編程
根據(jù)PC掃描速度快，而現(xiàn)場輸入輸出控制信息相對很慢這一特點，為了充分利用內(nèi)存，我捫把程序都編寫成子程序，每個子程序自成一塊。在內(nèi)存空間排布時，不是按邏輯流程的先后，而是按內(nèi)存占有空間來排布。為了適用于M84PC內(nèi)存的網(wǎng)絡(luò)排布方式.毎個子程序模塊編寫成多種梯形圖方式，然后把程序一個一個地排進去。把減少內(nèi)存放在第一位，在不同的組合方式下選擇最能充分利用網(wǎng)絡(luò)的梯形圖圖形，使每個網(wǎng)絡(luò)的28個編程位置能得到最有效的利用，經(jīng)過精心安排實現(xiàn)了在4尺內(nèi)存中寫入所有的程序?，F(xiàn)場調(diào)試結(jié)果表明，這種編程方法是完全可行的.該自動包裝機速度很快，平均館4秒包裝一袋，即完成從秤量、取袋到縫紉封口的一個動作周期。PC解用戶樣形圖即執(zhí)行程序的速度更快、對于上述復(fù)雜的工藝過程，所用程序的掃描周期是0、豹秒。這對于執(zhí)行機械來講就是相當(dāng)快的了一可以想象，上述方法更適用于那些動作不太快的場合。
2.實現(xiàn)總體功能，優(yōu)化子程序設(shè)計
M84型PC采用梯形圖語言編程。它不同于匯編語言和高級語言。它是一種符號，在書寫時有很多規(guī)定。怎樣才能既符合規(guī)定又充分利用內(nèi)存呢？對于樣形圖語言來講，靈活性比較大.同樣實現(xiàn)一個流程,程序長短相差很大。這里就體現(xiàn)了編程技巧。而要充分地發(fā)揮這些技巧，首先要熟悉工藝過程。對于一段子程序，應(yīng)該首先考慮總體功能，然后進行功能分配，抓住控制環(huán)節(jié)的關(guān)鍵因素，最后根據(jù)分配的功能編制程序。要特別注意，安排在同一個網(wǎng)絡(luò)中的幾個子程序不應(yīng)是相互孤立的，這樣可以使之少占內(nèi)存。
3.充分利用該機在功能上的特點巧妙、靈活地進行編程
M84型PC總共可以控制個輸入輸出點：輸入最多為64個,輸出最多也為64個，但兩者之和最多為112個。另外，能控制的輸出點的個數(shù)還受中間變量的限制。因為，中間變量和輸出點的總和不能多于64個。上述要求使該機在應(yīng)用上受到限制，因為，一般控制系統(tǒng)都有輸出點多于輸入點的規(guī)律，而中間變量就是通常所說的暫存器，在編程中是不可缺少的.在這里多使用一個暫存器，輸出點就減少一個，這是很不利的。比較有利的是它們的輸入、輸出信息、中間變量的狀態(tài)及它們的“非狀態(tài)"卻可以多次地不受限制地被使用。為充分地分析、利用上述優(yōu)映點，在編程中我們是這樣處理的，首先計算一下可以使用的中間變量最多是多少個。因為輸入.輸出控制元件往往是在設(shè)計之初由機械設(shè)計人員提出來的，一般必須保證。然后把邏輯功能由已知信息（這里的已知信息是指在前邊程序中已經(jīng)出現(xiàn)的中間變景及所有輸入.輸出信息）及它們的“非狀態(tài)”組成邏輯關(guān)系，然后把邏輯關(guān)系簡化成最簡單浴句，再進一步組成實用培句。盡量避免啟用新的中間變量。經(jīng)過這樣處理之后，兩臺PC總共還剩下三個中間變量，從而給系統(tǒng)留下了擴展的余地，達到設(shè)計要求。
四、系統(tǒng)通信功能的實現(xiàn)
采用小型的、內(nèi)存有限的可編程序控制器實現(xiàn)復(fù)雜系統(tǒng)的控制，上面已經(jīng)把系統(tǒng)概況及軟.'硬件技巧作了介紹。下面以故障處理系統(tǒng)為例來進一步闡述。
在實現(xiàn)全自動包裝過程中，如果出現(xiàn)料倉料位過低、空氣壓力低、給袋機供袋不足、裝袋和開襲口不好、縫紉機斷線等情況，系統(tǒng)中將有相應(yīng)的報警信號發(fā)出。同時，執(zhí)行相應(yīng)的故障處理動作，如：停機：移動貯袋箱：吹掉袋子；重新取袋等。系統(tǒng)設(shè)有報警選擇開關(guān)，通過此開關(guān)可以選擇信號燈閃爍報警或選擇同時發(fā)出音響報警《由于本系統(tǒng)是采用兩臺M84PC實現(xiàn)控制、因此，上述故障處理是通過系統(tǒng)的通信功能實現(xiàn)的，下面進一步說明它的實現(xiàn)方法。
故障信號分別來源于上位機的空氣壓力開美、料位繼電器及下位機的真空繼電器（袋不足信號、開袋信號）、微動開關(guān)（斷線信號L在進行系統(tǒng)軟硬件設(shè)計時，在上位機內(nèi)存中寫入了閃爍信號發(fā)生程序，系統(tǒng)報警信號從上位機發(fā)出。受下位機控制的給僥機、裝袋機.縫紉機上的報警功能的實現(xiàn)是由兩臺PC間的通信實現(xiàn)的。它們之間的通信通過I/。接口實現(xiàn)。有關(guān)報警通信的硬件接線如囲6所示。
首先，以料位低和給袋機供袋不足為例說明故障處理方法。該系統(tǒng)料位信號來自于輯倉下方的料位繼電器。當(dāng)科倉中存料太少時，料位繼電器將發(fā)出信號。系統(tǒng)將啟動物料傳送機構(gòu)送料，同時停止包裝并發(fā)出報警。供袋不足信號來自給袋機的真空繼電器。取袋手靠真空吸盤吸袋，取袋時聯(lián)接在管路上的真空繼電器參與檢測真空壓力。當(dāng)真空壓力達到設(shè)定值時，證明吸盤吸袋良好，允許執(zhí)行下一個動作。當(dāng)袋子用完之后，位于貯袋箱底上的小孔露出來，這些小孔的位置刖好與真空吸盤相對應(yīng)，當(dāng)真空吸盤再次取裝時，空氣將通過小孔進入吸盤，管路里的真空無法建立，真空繼電器不動作，證明袋子用完.系統(tǒng)將發(fā)出報警信號并移箱，匣另一個裝滿袋子的箱子移到取僥手下方。當(dāng)類似上述現(xiàn)象發(fā)生時，系統(tǒng)中設(shè)計了信號燈閃竦報警及蜂鳴器音響報警，操作人員可以從操作臺上選擇兩種報警同時發(fā)生或只選擇出現(xiàn)閃爍信號燈報警。
圖7所示為在上位機內(nèi)存中的閃賂報警程序。第一行上的兩個定時器組成了閃爍信號發(fā)生器。下面介紹它的工作原理。
定時器4。10構(gòu)成1.5秒定時器，4011構(gòu)成1.0秒定時器。線圈0國5的常閉點控制該電路的通斷。當(dāng)系統(tǒng)送電運行后，0045線圏無電，該常閉點為閉合狀態(tài)，閃爍信號發(fā)生程序開始工作。首先，4010定時器開始址時，連接在其下方輸出湍的0005線圈得高電平。L5秒以后4010定時器定時時間到，使4011開始計時，而0005變?yōu)榈碗娖?。此?秒鐘以后4Q11定時時間到，0045線圈得電，它的常閉點位于梯形圖的最左端，控制閃爍信號發(fā)生程序的工作，此時該常閉點斷開，使4010,4011均斷電復(fù)位.與此同時、處盤線圈也斷電。因此.緊接著0045的常閉點又恢復(fù)閉合
狀態(tài)，4010又開始計時。這樣，周而復(fù)始，在0005線圏上得到接通1.5秒、斷開1秒的閃爍信號。其中,各編程元件電位如圖8所示。
在上述梯形圖的0005銭圈箭端，由一根信息線經(jīng)過1002、1003常開點控制0001、0002兩個線圈。此四個元件分別為料位、空壓的故障輸入信號及報警信號燈，見圖6中模塊上17、±D-1上的接線.此梯形圖連在0005線圈之前使它具有和0005線圏相同的閃爍功能當(dāng)該兩信號繼電器其中一個動作時，則1XD或2XD信號燈將發(fā)出閃爍報警。
由閃爍報警線圈產(chǎn)生的閃爍報警信號經(jīng)上模塊上的0005接口送出，并進入下位機下1-2模塊《見圖6〉的1Q10端口。受下位機控制的供袋不足、開口不好、縫紉機斷線等報警信號涇下位機內(nèi)存中的梯形圖(見圖9)控制均可以使用閃爍報警功能。在圖9所示的梯形圖中，左邊這部分即是實現(xiàn)下位機閃嫁報警功能的。1010接點實現(xiàn)信息總控，它受上位機0005輸出線圈控制,每時每刻在進行圖8所示的接通1,5秒、斷開1秒的閃蘇功能。下位機的報警信號由圖6所示的下1-2模塊輸入，由下0-2模塊輸出。只要有故障出現(xiàn)，3—5XD將準(zhǔn)確無誤地出現(xiàn)閃爍報竪
圖6中上1-1模塊上的XK為音響報警選釋開美"當(dāng)XK閉合時，閃爍、音響報警將同時發(fā)生；當(dāng)XF斷開時，無音響報警，只有閃爍報警、圖7中左下角所示梯形圖為音響報警控制程序一其中10U2.1003是在上1-1模決上輸入的信號。1004為由下位機經(jīng)下0-2的0012接口輸出并由上1-11004接口輸入的信息線,它帶來了下位機的音響報警請求信息。在圖9中，右邊的梯形圖程序把下1-2模塊上的音響報警請求信息由0012輸出。這搾，在XK(1001)閉合的前題下，當(dāng)上位機的1001,1002,下位機的1011,1012、1013報警信息有一個出現(xiàn)時，均將接通0003線圈，位于上1-1模塊上的蜂鳴器FQ將發(fā)出音響報警。
上面以報警信號為例把該系統(tǒng)軟硬件設(shè)計思路進行了簡單介紹。報警功能的綜合、處理，每臺PC用了一個梯形圖網(wǎng)絡(luò)程序，是很巧妙的。此外，開機信號、計最信號、排料指令、卸料指令、停機等信號均是通過上、下位機的通信實現(xiàn)的。這些功能均是系統(tǒng)功能的一小部分，本機更主要的功能還是實現(xiàn)全自動包裝。由于渉及到工藝芨機電控制手段，比較復(fù)雜，本文不再贅述。
五、結(jié)束語
綜上所述，通過實例介紹了用小型可編程序控制器控制較復(fù)雜的邏輯實時系統(tǒng)的設(shè)計技巧。其中，著重介紹了把兩臺^^型可編程序控制器聯(lián)機實現(xiàn)系統(tǒng)控制的方法這些技術(shù)在現(xiàn)場經(jīng)過長期考核證明是成功的。很可能有更好的途徑實現(xiàn)上述控制，作者希望和同行1門共同探討。
 

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