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引言

工业自动生产线应用非常普遍，一般生产线的长度是有限的，为把物料从一条生产线搬运到另一条生产线上，常常采用输送线升降机，以提高生产效率。本文以FX-ON系列可编程控制器为例，介绍PLC在输送线升降机中的应用，这种FX-ON系列PLC机以其优的性能价格比受到用户的关注，在改造旧设备、生产线以及替代进口产品方面，取得了很好的经济效益。特别是配上嵌入式全中文MCGS组态软件，可迅速构成下位机监控系统，运行于WinCE嵌入式实时操作系统，内置流程图功能，有庞大的标准工业器件设备图形库，支持各类型PLC等硬件设备，可以完成复杂逻辑控制，并可根据实际工况灵活组态。经生产实践表明，该输送线升降机设计思路正确，运行可靠，能达到实际生产应用的要求。

1、升降机结构图与工作原理

该单元由升降梯与立体仓库二部分组成，升降梯由升降台和链条提升部分组成，由步进电机做驱动电源，由光栅尺对升降梯上升或下降的高度进行准确的定位。

图1所示为传送线升降机结构图，工作原理如下：① 工件由传送线送至一楼升降梯机内；② 工件送达二楼后，升降梯上的传感器检测到工件进入时，升降梯上的传送电机停止工作，工件由动力辊道接出，再送入二楼辊道至二楼传送线，后进入仓库；③ 仓库的传感器检测到工件进入后，传送电机停，同时升降梯开始下降，回到初始位置，等待下一个工件；④整个系统以PLC为主要控制元件，设有手动／自动两种控制方式。

图1 升降机结构图

2、PLC选择及软、硬件设计

（1） 采用24V直流电源，型号选FXon－40MR，输入为24点继电器接点，输出为16点，外部输入电源在机内，内存程序循环扫描控制，处理速度平均为5UμS/bit，程序容量950kbyt。

（2） 在外围设备方面，采用便携式编程器FX-10P/20P或采用RS232通信或RS485通信方式，与上位机连接，外部输入设备有行程开关，按钮和电磁阀等。

（3） 编制程序时，要使用外部输入相应的端子设备号：外部输入接点闭合，操作指示灯亮，输出断开，操作指示灯灭。

（4） 时间定时器当前值设为0，定时器的点数为246，预置值0.1～3276.7s或0.01～327.67s，选用T0，T1等时间继电器。

3、电气控制系统设计

（1） 根据检测单元的检测情况，若检测到的工件为合格产品，则运行至此站，升降梯上的传感器检测到工件，升降梯上的传送电机停，通过步进电机驱动使步进电机转动，经齿轮齿条使升降梯带动工件上升。

（2） 根据前面的检测结果，使用计数器，若为金属销钉且为个工件则升降梯上升至二层时停止，启动升降梯和二层上的传送电机，将工件送入，二层传感器检测到工件进行延时2s后，此层传送电机停。步进电机反方向转动，升降梯下降到初始位置，准备运送下一个工件。

（3） 根据计数器，若为金属且为第二个工件。升降梯仍重复上面的动作，将工件送入二层。

（4） 根据计数器，若为金属且为第三个工件，（在程序中认为每层可装两个工件）升降梯则带工件自动进入三层。以后依次装入工件。

（5） 若为尼龙销钉且为个工件，则升降梯带动工件先垂直上升至二层，然后启动水平电机带动升降梯水平动作，当碰到水平的内限位开关时停止水平动作，启动升降梯和二层上的传送电机，将工件送入，二层传感器检测到工件进行延时2s后，此层传送电机停。水平电机反方向转动，回到外层碰到外限位停，然后启动步进电机使其反方向转动，升降梯下降时碰到底层限位停，回到初始位置，准备运送下一个工件。

（6） 若为尼龙销钉且为第二个工件则重复上一步。

（7） 若为尼龙销钉且为第三个工件，则重复上面步骤，升降梯带动工件先垂直上升至二层，然后水平移动，碰到内层限位时，水平电机停，此时升降梯带动工件继续上升至三层，将工件送入后，启动水平电机，升降梯进行反方向的水平动作，碰到外限位时，水平电机停，步进电机继续工作，带动升降梯下降至初始位置。以后工件依次装入。

（8） 按设计思路编制程序框图如图2所示。

图2 程序框图

（9） 用基本指令有LD，SET，RST，AND，OUT，RET，END和功能指令FROM。

（10） 用外围设备——便携式编程器FX-10P/20P或电脑的PLC软件将其梯形图程序用可写的形式将指令写入，输入后PLC就按设计思路准确地完成各种操作。利用编程器或电脑的三菱PLC软件还可以完成每一条程序的读出，搜索所需要的输入/输出记号或指令，并可以检查写入的程序中有无语法错误，正确无误且用强制输出可以测试运行。

4、监控系统设计

MCGS组态软件可根据司机情况增加、裁减相应的内容，可以组态出动画窗口、曲线、报表等，并可以设置用户权限、安全级别。其结构有主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略五个部分构成，如图3所示。

图3 MCGS组态软件结构图

全中文工控软件MCGS是一套基于bbbbbbs平台，快速构成上位机监控系统的组态软件，可运行于Microsoft bbbbbbs 95\98\ME\NT\2000等操作系统，有庞大的标准的工业器件、设备、图形库，支持各类型PLC可编程器等硬件设备，其软件使用简单，操作方便。共设计了5个界面，分别是：主界面、流程监控、故障报警、报表输出、操作规程。设计中对于I/O的配置选用串行口配置，选择串行口COM1，则弹出设置配置向导，选择PLC设备系列。

设计中动画连接命令语言为IF-ELSE-THEN。通过设置脚本程序可以形成一个按时间循环运行方式的过程。另外运用组态软件进行动画调试运行，会排除现场中很多问题，可对PLC的梯形图程序进行检测，大大缩短了现场调试周期，使设备运行可靠性大大增加。

5、系统特点

智能化

监控系统对智能化的要求越来越高，而此系统采用了嵌入式PC104。实时控制性指标很好。智能化程度很高，PC104模块主要特点是采用低功耗嵌入式CPU，集成度高，功能很强，由于它的实时影响能力，可在时间内把生产信息的各种数据，指标准确无误的反映上来，通过MCGS软件以报表，图形的形式显示出来，因此可视化程度非常高。独特的硬件“看门狗”能对系统运行情况进行监视，发生异常情况，及时采取应急措施。

可靠性

工业监控系统在可靠性方面要求很高，计算机控制系统在发生故障和处于死机状态时对企业的安全性，高效生产方面带来严重的影响。可靠性主要指控制系统本身要连续稳定运行，一旦系统生产故障是要有保证其安全状态的能力。系统采用PC/104标准模块，具有极好的抗震性，能够在各种复杂、恶劣的环境正常运行；存储器采用Flash电子盘，不带硬盘，避免了硬盘的旋转机械故障；其操作系统bbbbbbs CE内核具有内存管理功能，可以检查出应用程序造成的系统异常，能很好的抑制由于应用方面的错误而直接破坏系统的危险性，因而比一般监控系统具有较高的可靠性。在通讯上，由通讯口（RS232C或RS422/485）读写PLC的内部数据。将输入、输出信号读出并送到TPC150L内存，根据TPD150L参数设置，通讯程序采用的协议为：

传输速率 1200 PPS
起始位数 1bit
数据长度 8bits
偶柱校 1bit
停止位数 2bits

通讯口读写PLC的内部数据的接口程序（略）。

6、结束

采用嵌入式MCGS组态软件及其平台，作为良好的上位机人机界面，进行系统的监控和管理，PLC作为下位机执行可靠有效的控制，系统结构简洁，可靠性高，在自动化生产设备中应用越来越广泛。

一、引言

随着工业生产自动化水平的不断加快，对控制系统提出了愈来愈严格的要求。随着大规模集成电路广泛应用，控制系统本身也得到长足发展，已由原来的分立元件、继电器控制，发展成为大规模集成电路的微机控制。控制方式也由原来的分散控制发展为集中控制。正是在这种发展的需求下，可编程控制器应运而生。由于可编程控制器（PLC）具有体积小、抗干扰能力强、组态灵活等优点，因而在工业控制系统中得到非常广泛的应用。

在电缆自动生产线检测控制系统中，可编程控制器主要用作下位机，检测各状态点的状态，直接控制系统的启、停和其他控制单元的投切，并将各点的状态送给上位机——计算机，计算机综合可编程控制器和其他设设备的数据，作出相应的处理和显示。关于整个系统的设计与实现另文介绍，本文主要介绍该系统中用作下位机的可编程控制器的作用、与计算机的通讯及程序设计方法。

二、可编程控制器的性能特点

用于控制系统中的可编程控制器是以循环扫描的方式工作，它不断读取输入点的状态，然后按照既定的控制方式进行逻辑运算，将结果从输出端送出，从而达到控制的目的。它是由工业专用微型计算机、输入/ 输出继电器、保护及抗干扰隔离电路等组成的微机控制装置，具有顺序、周期性工作的特性。由于它具有可编程的功能，且其基本输入/输出点全部使用开关量，因而完全可以替代继电器控制系统和由分立元件构成的控制系统。从应用角度来看，可编程控制器具有如下特点：

1、可靠性高：可编程控制器的输入/ 输出端口均采用继电器或光耦合器件，即基本输入/ 输出点均为开关量，同时附加有隔离和抗干扰措施，使其具有很高的抗干扰能力，因而能在比较恶劣的环境下可靠工作。

2、体积小：在制造时采用了大规模集成电路和微处理器，用软件编程替代了硬连线，达到了小型化，便于安装。

3、通用性好：可编程控制器采用了模式化结构，一般有CPU模块、电源模块、通讯模块、PID模块、模拟输入/ 输出模块等。用这些模块可以灵活地组成各种不同的控制系统。对不同的控制系统，只需选取不同的模块设计相应的程序即可。

4、使用方便、灵活：对于不同的控制系统，当控制对象及输入/ 输出硬件结构选定后，若要改变控制方式或对控制对象作一些改动，只需修改相应程序即可，无须对系统连线作较大的修改。从而减少了现场调试的工作量，提高了工作效率。

三、用作下位机的可编程控制器

由于可编程控制器具有上述特点，因而在检测和控制系统中得到广泛应用。但因其专用性太强以及受输入/ 输出节点数的限制，在由可编程控制器构成的系统中，可编程控制器主要用来完成组合逻辑与时序逻辑的输入/ 输出控制。另外，由于可编程控制器无法以比较灵活的方式显示当前各个输入/ 输出点的状态，不能以多种方式提供整个系统的运行情况，因而，在用可编程控制器构成比较大的检测控制系统时，一般用可编程控制器完成信号的采集和控制，比较复杂的数据处理、图形显示、人机界面等由计算机来完成。

在电缆自动生产线检控系统中，可编程控制器作为下位机用来控制各种电机、风机的启、停，调速器的投切，读取各控制点的状态，然后将各点的状态输入到上位机——计算机。计算机处理可编程控制器和其他设备的信息，以图表的方式显示，使操作者对生产线的工作状态一目了然。计算机和可编程控制器的硬件连接及可编程控制器与各控制端、状态点的连接如图1所示。

图1 可编程控制器接线示意图

图1中，输入到可编程控制器的检测点可分为按键类和光电开关类。按键类主要有：启动、停止、帮助、诊断、查询、复位按键等。光电开关类主要有：张力轮位置、张力杆位置、左右托位置、左右盘位置、抓勾位置、左右防护位置、排线位置、排架位置、光电开关等。可编程控制器的输出用来控制循环水、退火水、吹干风机及各种电机的启停等。

可编程控制器不断读取输入端，按既定的控制方式对输入端的状态进行逻辑运算，然后将运算结果经输出端输出（即进行控制），从而保证生产线的可靠、连续运行，同时将本系统的状态按某种协议反映给上位机，上位机处理可编程控制器和其它设备的信息，作出响应，并以图表的方式显示，使操作者能随时掌握生产线的工作状态，以便在需要时进行调试。

四、通讯连接及程序设计

上位机和下位机进行数据交换的方式有很多，如网络方式、485方式、RS232方式等。由于在电缆生产线中，上、下位机之间距离较近，因而我们选用了RS232方式，其硬件连接如图2所示。

图2 可编程控制器与计算机连接示意图

图2是我们使用三菱公司的FX2可编程控制器与计算机的连接方法。可编程控制器端使用了FX - 232ADP串行通讯模块，即可编程控制器与计算机之间以RS232方式进行数据交换。当可编程控制器与计算机的距离比较远时，也可以485方式进行数据交换，只要在计算机中插一个485接口板，并将可编程控制器的ADP - 232模块换成485模块即可。

1、可编程控制器通讯程序设计

在可编程控制器与计算机通讯之前，必须设置相互认可的参数，这些参数有：波特率、停止位和奇偶校验位等。可编程控制器通讯参数通过寄存器D8120的位组合方式来选择，其各位定义如下：

b0 数据长度：= 0 ，7位； = 1， 8位
b2b1 校验： = 00，无校验； = 01，奇校验； = 10， 偶校验
b3 停止位： = 0， 1位； = 1， 2位
b7b6b5b4 波特率；
= 0011， 300 bps； = 0100， 600 bps；
= 0101， 1200 bps； = 0110， 2400 bps；
= 0111， 4800 bps； = 1000， 9600 bps；
= 1001， 19200 bps；

可编程控制器通讯适配器FX - 232ADP的命令为Ram ò n，其中S设定了传送数据的缓冲区首址，m为从首地址开始的第m个顺序单元，D为接收数据的缓冲区首址，n为接收数据的n个顺序单元。可编程控制器完成一次传送的程序流程如图3 所示。

图3 可编程控制器发送数据流程

M8000是当PLC运行时，处于接通状态的特殊辅助继电器。

可编程控制器是以循环扫描的方式工作（如图4 (b)所示），即按顺序反复地执行一条一条指令。如图4(b)所示，IN为一组输入指令，即一组将接点状态读入可编程控制器的指令，MEM为一组记录接点状态的指令，CAL为若干条完成控制所需的计算、处理指令，OUT为执行控制和一组输出指令，TRN为若干条向串行口发送数据的指令，依次反复执行IN、MEN、CAL、OUT、TRN，从而完成控制和数据交换的任务。由此可见，可编程控制器从串行口送出的数据是一个分段连续的数据流，如图4 (a)所示。

(a) 可编程控制器发送的数据流

(b) 可编程控制的工作流程
图4

图中Dn（n=1, 2……N）为连续从串行口输出的N个数据，在TRN之外的时间里串行口并不工作。这样，当计算机在接收可编程控制器的数据时，就需作如下考虑：

1) 首先应找到数据流的首部，因为计算机对可编程控制器的访问具有很大的随机性，当计算机在读串行口时，有可能读到的是数据流中的任何一个数据，因而，只有找到数据流的首部，然后读到的数据才是正确的、完整的数据。

2) 计算机读串行口时，应有足够的等待时间，如果计算机读串行口时，恰好读到的是数据2（D2），由于本次读到的数据不是完整的，因此计算机大约需要等可编程控制器的一个扫描周期才能读到一组完整的数据。

2、计算机通讯程序设计

在设计电缆自动生产线检测控制系统时，我们已明确了可编程控制器向计算机发哪些数据，即计算机读可编程控制器数据的个数M已知，因此可以用该数据个数M来判断所读数据是否完整。初始化串行口就是将可编程 控制器和计算机串行口的波特率、停止位、校验位、数据位等设置为相同。为了使计算机能够准确找到数据流的首部，我们根据该数据流的特点和可能出现的情况，定义了03FFFF为数据流的首部，即可编程控制器发送的个数据为03，第二个数据为FF，第三个数据为FF，然后依次发送可编程控制器的数据。计算机读取数据时，首先检查读到的是不是03，如果是03，再读下一个数据并检查是否为FF，若是，再读下一个数据并检查是不是FF，若是，则认为读到了数据流的首部，接着读取数据，如果上述任意一项检查不符，则认为没有读到数据流的首部，再重复上述检查，直至读到数据流的首部为止。这样既保证了数据交换的正确性，也保证了数据交换的完整性。

，我们在分析了可编程控制器的工作流程、串行口工作方式和系统工作情况的基础上，设计了数据流的首标志，设定了传送数据的个数，以此来判断计算机所读取数据的位置及数据的完整性，并以这种方式设计了通讯程序，实际证明效果良好。

五、结论

本文简要介绍了可编程控制器的性能、特点，在电缆自动生产线中将可编程控制器与计算机以RS - 232的方式连接，并设计了相应程序。按照这种连接和设计，我们完成了计算机与可编程控制器的通讯，实现了电缆生产线的检测控制系统，实际运行良好