函數(shù)表達(dá)式在PLC編程中的應(yīng)用

1 引言
在對(duì)自動(dòng)化設(shè)備進(jìn)行PLC編程的過程中，由于各種輸入變量、輸出變量及中間變量之間的關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜，開始時(shí)往往毫無頭緒。如果能夠根據(jù)設(shè)備所要實(shí)現(xiàn)的各種功能，列出各種變量之間的函數(shù)表達(dá)式，就可以清楚的分析它們之間的邏輯關(guān)系，繼而根據(jù)表達(dá)式編寫PLC程序，下面以深圳機(jī)場的行李輸送與安檢聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)為例，介紹如何運(yùn)用函數(shù)表達(dá)式來分析各種變量之間的邏輯關(guān)系的。
2 行李輸送與安檢設(shè)備聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)概述
旅客在乘機(jī)前需要辦理登機(jī)手續(xù)，機(jī)場設(shè)有辦理旅客登機(jī)手續(xù)的專用設(shè)備－值機(jī)柜臺(tái)，值機(jī)柜臺(tái)與行李輸送、安檢構(gòu)成旅客行李安檢、輸送聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)，乘客需要托運(yùn)的行李，都必須通過行李安檢系統(tǒng)的安全檢查。如圖1所示，一般情況下，行李輸送與安檢聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)按兩個(gè)值機(jī)柜臺(tái)共用一臺(tái)雙通道X光機(jī)設(shè)計(jì)，兩個(gè)值機(jī)柜按相同的工作模式工作。值機(jī)系統(tǒng)包括值機(jī)柜臺(tái)、稱重皮帶(WEB)、X光機(jī)皮帶(XRB)、注入皮帶(WAB)、腳踏開關(guān)等。安裝在WEB和WAB上光電管(PEC)用作Die-back功能。每條皮帶在同一時(shí)間只能傳送一件行李。

圖1 值機(jī)輸送帶和X光機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成圖

行李輸送與安檢聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)采用上位機(jī)集中、PLC現(xiàn)場分散控制模式進(jìn)行控制。PLC選用Rockwell Control Logix系列，編程軟件采用RSLogix5000。圖1為機(jī)場行李輸送與安檢設(shè)備構(gòu)成的聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)。

圖2 值機(jī)面板圖

2.1 值機(jī)面板
圖2示出了值機(jī)面板圖。使用值機(jī)柜臺(tái)前，打開鑰匙開關(guān)，值機(jī)系統(tǒng)進(jìn)入正常工作狀態(tài)。每個(gè)值機(jī)面板有4個(gè)狀態(tài)指示燈，顯示值機(jī)當(dāng)前行李狀態(tài)。
“CID狀態(tài)”指示燈變常亮，表示該值機(jī)柜臺(tái)已處于工作就緒狀態(tài)，可以辦理登機(jī)
手續(xù)，值機(jī)員依據(jù)值機(jī)面板上狀態(tài)指示燈
進(jìn)行相應(yīng)操作(值機(jī)面板4個(gè)狀態(tài)指示燈功能如表1所示)。

(4) 4#3#2#1#=11××?xí)r，X光機(jī)內(nèi)的B通道已經(jīng)接收到來自WEB的行李，該行李的圖像未送到安檢工作站。此時(shí)，通道B和A的WRB均不得接收來自WEB的行李(B通道自鎖、A通道互鎖)。
(5) 4#3#2#1#=××10時(shí)，經(jīng)X光機(jī)掃描A通道行李的圖像已經(jīng)送到安檢工作站，該行李的圖像未經(jīng)安檢員判讀。此時(shí)，A通道的WRB不得接收來自WEB的行李(A通道的WRB自鎖)，B通道的WRB可以接收來自WEB的行李(B通道的WRB互鎖狀態(tài)解除)。
(6) 4#3#2#1#=10××?xí)r，經(jīng)X光機(jī)掃描B通道的行李圖像已經(jīng)送到安檢工作站，該行李的圖像未經(jīng)安檢員判讀。此時(shí)，B通道的WRB不得接收來自WEB的行李(B通道的WRB自鎖)，A通道的WRB可以接收來自WEB的行李(A通道的WRB互鎖狀態(tài)解除)。
(7) 4#3#2#1#=××00時(shí)，A通道行李的圖像經(jīng)過安檢員判讀，確認(rèn)安全，WAB將該行李注入行李收集皮帶，同時(shí)解除A通道自鎖，允許后續(xù)行李進(jìn)入A通道的WRB。
(8) 4#3#2#1#=00××?xí)r，B通道的行李圖像經(jīng)過安檢員判讀，確認(rèn)安全，WAB將該行李注入行李收集皮帶，同時(shí)解除B通道自鎖，允許后續(xù)行李進(jìn)入B通道的WRB。
(9) 4#3#2#1#=××01時(shí)， A通道的行李圖像經(jīng)過安檢員判讀，確認(rèn)該行李行李可疑，安檢人員應(yīng)將該行李從WAB上取下開包檢，觸發(fā)X光機(jī)上復(fù)位開關(guān)(使4#3#2#1#=××00)，解除A通道的自鎖，允許后續(xù)行李進(jìn)入A通道的WRB。
(10) 4#3#2#1#=01××?xí)r，B通道的行李圖像經(jīng)過安檢員判讀，確認(rèn)該行李行李可疑，安檢人員應(yīng)將該行李從WAB上取下開包檢，觸發(fā)X光機(jī)上復(fù)位開關(guān)(使4#3#2#1# =00××)，解除B通道的自鎖，允許后續(xù)行李進(jìn)入B通道的WRB。
4 列出輸入變量、輸出變量、中間變量及其邏輯關(guān)系表達(dá)式
4.1 列出系統(tǒng)所用到的輸入變量和輸出變量
如表2所示。

~X光機(jī)作為行李安檢系統(tǒng)的核心設(shè)備，在行李安全檢查方面起著決定性的作用。X光機(jī)通過發(fā)射X射線照射，使行李在X光機(jī)電腦屏幕上形成圖像，安檢員根據(jù)電腦屏幕上的成像判斷行李是否安全，確定行李能否通過安全檢查裝上飛機(jī)。行李輸送系統(tǒng)與X光機(jī)接口通過屏蔽電纜(4根信號(hào)線和1根公共線)連接，兩個(gè)行李值機(jī)柜臺(tái)共用一臺(tái)雙通道X光機(jī)。
信號(hào)線名稱、性質(zhì)及邏輯定義:
0# _________ 公共線;
1# _________ 第一號(hào)邏輯控制線;
2# _________ 第二號(hào)邏輯控制線;
3# _________ 第三號(hào)邏輯控制線;
4# _________ 第四號(hào)邏輯控制線。
其中，4#3#用于控制B通道，2#1#用于控制A通道。
1#、2#、3#、4#線對(duì)0#線短路(閉合)定義為“1”態(tài)，1#、2#、3#、4#線對(duì)0#線開路(斷開)定義為“0”態(tài)，×為無關(guān)態(tài)。
3 聯(lián)動(dòng)邏輯功能定義
3.1 信號(hào)線邏輯功能定義
根據(jù)行李輸送系統(tǒng)與X光機(jī)接口通信協(xié)議，對(duì)1#、2#、3#、4#、0#線信號(hào)線邏輯功能定義如下:
(1) 4#3#2#1#=1111時(shí)，X光機(jī)處于關(guān)閉狀態(tài)。4#3#2#1#≠1111時(shí)，X光機(jī)開機(jī)，值機(jī)系統(tǒng)進(jìn)入工作狀態(tài)。
(2) X光機(jī)正常開機(jī)后，自動(dòng)將4#3#2#1#置為0000，值機(jī)系統(tǒng)初始化，值機(jī)人員開始辦理登機(jī)手續(xù)。第一次腳踩腳踏開關(guān)時(shí)，運(yùn)行WEB(在節(jié)能狀態(tài)下，自動(dòng)啟動(dòng)行李輸送系統(tǒng)設(shè)備)，將旅客要求托運(yùn)的行李運(yùn)送到WEB的光眼1處停下，將打印的行李信息條碼掛在行李上;在X光機(jī)允許接收行李的條件下，第二次腳踩腳踏開關(guān)時(shí)，WEB、 XRB和WAB同時(shí)運(yùn)行，旅客行李從WEB進(jìn)入WRB，接受安全檢查。行李完全進(jìn)入WRB后，WEB在系統(tǒng)設(shè)定的時(shí)限內(nèi)自動(dòng)停運(yùn)，XRB和WAB將行李運(yùn)送至WAB的PEC處停止，根據(jù)掃描檢查結(jié)果，確定行李在WAB上等待與否。
(3) 4#3#2#1#=××11時(shí)，X光機(jī)內(nèi)的A通道已經(jīng)接收到來自WEB的行李，該行李的圖像未送到安檢工作站。此時(shí)，通道A和B的WRB均不得接收來自WEB的行李(A通道自鎖、B通道互鎖)。

(4) 4#3#2#1#=11××?xí)r，X光機(jī)內(nèi)的B通道已經(jīng)接收到來自WEB的行李，該行李的圖像未送到安檢工作站。此時(shí)，通道B和A的WRB均不得接收來自WEB的行李(B通道自鎖、A通道互鎖)。
(5) 4#3#2#1#=××10時(shí)，經(jīng)X光機(jī)掃描A通道行李的圖像已經(jīng)送到安檢工作站，該行李的圖像未經(jīng)安檢員判讀。此時(shí)，A通道的WRB不得接收來自WEB的行李(A通道的WRB自鎖)，B通道的WRB可以接收來自WEB的行李(B通道的WRB互鎖狀態(tài)解除)。
(6) 4#3#2#1#=10××?xí)r，經(jīng)X光機(jī)掃描B通道的行李圖像已經(jīng)送到安檢工作站，該行李的圖像未經(jīng)安檢員判讀。此時(shí)，B通道的WRB不得接收來自WEB的行李(B通道的WRB自鎖)，A通道的WRB可以接收來自WEB的行李(A通道的WRB互鎖狀態(tài)解除)。
(7) 4#3#2#1#=××00時(shí)，A通道行李的圖像經(jīng)過安檢員判讀，確認(rèn)安全，WAB將該行李注入行李收集皮帶，同時(shí)解除A通道自鎖，允許后續(xù)行李進(jìn)入A通道的WRB。
(8) 4#3#2#1#=00××?xí)r，B通道的行李圖像經(jīng)過安檢員判讀，確認(rèn)安全，WAB將該行李注入行李收集皮帶，同時(shí)解除B通道自鎖，允許后續(xù)行李進(jìn)入B通道的WRB。
(9) 4#3#2#1#=××01時(shí)， A通道的行李圖像經(jīng)過安檢員判讀，確認(rèn)該行李行李可疑，安檢人員應(yīng)將該行李從WAB上取下開包檢，觸發(fā)X光機(jī)上復(fù)位開關(guān)(使4#3#2#1#=××00)，解除A通道的自鎖，允許后續(xù)行李進(jìn)入A通道的WRB。
(10) 4#3#2#1#=01××?xí)r，B通道的行李圖像經(jīng)過安檢員判讀，確認(rèn)該行李行李可疑，安檢人員應(yīng)將該行李從WAB上取下開包檢，觸發(fā)X光機(jī)上復(fù)位開關(guān)(使4#3#2#1# =00××)，解除B通道的自鎖，允許后續(xù)行李進(jìn)入B通道的WRB。
4 列出輸入變量、輸出變量、中間變量及其邏輯關(guān)系表達(dá)式
4.1 列出系統(tǒng)所用到的輸入變量和輸出變量
如表2所示。

4.2 根據(jù)系統(tǒng)的邏輯功能列出各種中間變量及其與輸入變量、輸出變量之間的關(guān)系，進(jìn)行編程
(1) 首先，根據(jù)X光機(jī)信號(hào)線的邏輯功能定義得到柜臺(tái)A、B通道的各種狀態(tài)與X光機(jī)信號(hào)的關(guān)系表達(dá)式:
X光機(jī)關(guān)閉狀態(tài)(y0)=x1x2x3x4
A自鎖B互鎖(y1)=x1x2
B自鎖A互鎖(y2)=x3x4
A自鎖B解互鎖(y3)=x1x2
B自鎖A解互鎖(y4)=x3x4
安檢正常，A解自鎖(y5)=x1x2
安檢正常，B解自鎖(y6)=x3x4
A行李可疑(y7)=x1x2
B行李可疑(y8)=x3x4
A通道腳踏開關(guān)互鎖SA=A通道腳踏開關(guān)*A通道光眼1
B通道腳踏開關(guān)互鎖SB=B通道腳踏開關(guān)*B通道光眼1
(2) 根據(jù)輸送帶的邏輯動(dòng)作順序得到輸送帶運(yùn)行的關(guān)系表達(dá)式:
腳踏踏下鎖存變量JS(L)=J↑*time1
腳踏踏下解鎖變量JS(U)= C1↑+TC1+E
time1為行李在X光機(jī)皮帶中運(yùn)行時(shí)間過長;
TC1表示行李進(jìn)入X光機(jī)(行李離開光眼1后延時(shí)1秒);
↑表示一次脈沖觸發(fā)信號(hào);
當(dāng)鎖存變量JS(L)為真時(shí)，中間變量“腳踏踏下”JS常為1;當(dāng)解鎖變量JS(U)為真時(shí)，JS常為0;
發(fā)送行李進(jìn)X光機(jī)鎖存變量:
F(L)= JS*c1*y2*y5*SB*p2*c2*key*e*time1
解鎖變量F(U)=C1↑+TC1+E
當(dāng)F(L)為真時(shí)，中間變量“發(fā)送行李進(jìn)X光機(jī)”F常為1;當(dāng)F(U)為真時(shí)，F(xiàn)常為0;
稱重皮帶運(yùn)行:
P1=JS*c1+F;
X光機(jī)皮帶啟動(dòng)鎖存變量
P2(L)=F;
P2(U)=c2+rest+e;
當(dāng)P2(L)為真時(shí)，輸出變量P2常為1(運(yùn)行);當(dāng)P2(U)為真時(shí)P2為0(停止);
注入皮帶啟動(dòng)鎖存變量:
P3(L)=F+y5*c2*WIN*key*e
P3(U)=c2+rest+e;
WIN為中間變量“有預(yù)留窗口”;當(dāng)P3(L)為真時(shí)，輸出變量P3常為1(運(yùn)行);當(dāng)P3(U)為真時(shí)P3為0(停止);
(3) 柜臺(tái)指示燈表達(dá)式
CID指示燈(綠):
中間變量“慢閃條件”:GF=F(L)*y5↑
綠燈閃爍:G=慢閃中間點(diǎn)*GF
綠燈常亮:G=y5*key
X光機(jī)狀態(tài)指示燈(白):
慢閃條件:WF=y3+y4
白燈慢速閃爍:Ｗ＝ＷF*慢閃中間點(diǎn)*time1 *y0*key
白燈快速閃爍:W=time1*快閃中間電*y0* key
白燈常亮:W=x1x2x3x4*time1*WF* y0* key
安檢指示燈(紅):
紅燈慢速閃爍:R=y7*慢閃中間點(diǎn)*e*y0* key
紅燈快閃:R=e*快閃中間點(diǎn)*y0* key
紅燈常亮:R=y7*e* y0* key
超重超長狀態(tài)燈(黃)
行李發(fā)送時(shí)行李在稱重皮帶上3秒內(nèi)仍沒發(fā)送進(jìn)Ｘ光機(jī)則判斷行李超長
“行李超長”:TL=c2* p1* p2*計(jì)時(shí)３秒
超重信號(hào)ＴW由柜臺(tái)電子稱輸出。
黃燈慢閃:YEL＝key *TW*慢閃中間點(diǎn)
黃燈常亮:YEL= key *TL
(4) 據(jù)表達(dá)式畫出梯形圖，進(jìn)行PLC編程。

5 結(jié)束語
從表達(dá)式我們可以清楚的看出各種變量之間的邏輯關(guān)系，再進(jìn)行梯形圖編程就顯得簡單得多了。另外，在維護(hù)設(shè)備時(shí)，很多時(shí)候都要對(duì)設(shè)備的PLC程序進(jìn)行分析，這時(shí)候先列出各種變量之間表達(dá)式，把各種邏輯關(guān)系弄清楚，對(duì)于程序分析式也有很大的幫助。