1、第四章 電鍍生產(chǎn)線系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)是整個電鍍自動控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要一環(huán)。軟件設(shè)計(jì)的好壞直接影響到系統(tǒng)的功能和可靠性。根據(jù)軟件工程的原理,選擇好的設(shè)計(jì)步驟,能夠降低成本、加快開發(fā)進(jìn)度,增強(qiáng)程序的可讀性和可維護(hù)性,最終有助于整個系統(tǒng)開發(fā)流程的順利完成。該控制系統(tǒng)的軟件開發(fā)涉及到編程和觸摸屏組態(tài)編程等多個方面,工作量比較大,速度控制的算法也需要依靠軟件編程實(shí)現(xiàn)。所以,軟件部分在該控制系統(tǒng)中的重要性更是非常大,對軟件編制水平的要求也比較高。本系統(tǒng)是采用三菱FX2N型號,因此PLC程序使用GX DEVELOP8專業(yè)軟件進(jìn)行編程。觸摸屏是三菱GOT系列,其編程軟件為GT DESGIN V2.4.1電

2、鍍控制系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì)在直線式電鍍自動生產(chǎn)線中,行車的基本動作有:前進(jìn)、后退、鉤上升、鉤下降等四種;除此之外還有延時上升、延時下降、延時前進(jìn)等延時動作,總計(jì)有十余種。在這固定流程,行車是按著程序員所指定的路徑行走,流程圖見附錄B。將每一個步驟化為十進(jìn)制數(shù),并對應(yīng)一個數(shù)據(jù)寄存器,每一個步驟執(zhí)行的動作和所行走的目標(biāo)槽位組合成十進(jìn)制數(shù)據(jù)事先存入數(shù)據(jù)寄存器中,形成一個行車運(yùn)動狀態(tài)表。一個步驟結(jié)束,下一個步驟開始,從而演變?yōu)榘错樞蜃x取每一個數(shù)據(jù)寄存器。先利用變址寄存器v0作為偏差值,因此利用變址功D1000V0 可以獲得用于保存下一個工序即步驟的對應(yīng)寄存器地址,利用三菱FX2N指令DECO,將數(shù)據(jù)譯碼,從

3、而對應(yīng)執(zhí)行其動作。圖4.1為流程圖 圖4.1 控制流程Fig 4.1 control flow如圖4.2所示,將D508中的數(shù)據(jù)解碼后,M150M165其中對應(yīng)的一個為1.例如,D508為1,那么M151置一,其余為0;D508為4,那么M154置一,其余為0; M150M151M152M165M156M150M165(24=16圖4.2 DECO 指令功能Fig 4.2 Instruction function of DECO編程首先定義動作執(zhí)行條件,首先設(shè)置PLC 內(nèi)部中間繼電器M151-M158分別作為行車進(jìn)退,上升,下降,延時,完成標(biāo)志的動作執(zhí)行條件.,當(dāng)中間繼電器置1 時,表示該行車

4、動作被選擇,為0 時不選擇。即當(dāng)寄存器中數(shù)字為1時,行車執(zhí)行行走動作;數(shù)字為2時,行車執(zhí)行上升動作;數(shù)字為3時,行車執(zhí)行下降動作;數(shù)字為4時,行車執(zhí)行延時動作;數(shù)字為8時,行車動作結(jié)束。當(dāng)行車在執(zhí)行行走動作時要有目標(biāo)槽位,因此將上面所述的工藝槽位是按順序排列的,幾號槽位就代表數(shù)字幾,如6號槽位(酸脫脂就是數(shù)字6表示。將槽位數(shù)字作為十?dāng)?shù),與作為個數(shù)的動作條件的數(shù)字相結(jié)合,那就會形成大于10的一個數(shù)值。101代表行車行走至10號槽位。將每個動作的數(shù)據(jù)按步驟順序存入相連的數(shù)據(jù)寄存器中,建立成行車動作狀態(tài)表,如圖4.3所示。 圖4.3 行車動作狀態(tài)表Fig 4.3 State chart of dri

5、ving action 圖4.4 行車運(yùn)動程序Fig 4.4 Driving moving program如第二章所述本課題采用數(shù)字式轉(zhuǎn)速測量方法,采用PLC測量電機(jī)轉(zhuǎn)速可以保證測量的穩(wěn)定性和高精度。目前,PLC實(shí)現(xiàn)脈沖信號的測量主要是用PLC的高速計(jì)數(shù)單元來實(shí)現(xiàn)。但是,帶有高速計(jì)數(shù)功能的PLC成本昂貴。為了使用普通PID模塊實(shí)現(xiàn)高速脈沖的計(jì)數(shù), 采用了專用的軟高速計(jì)數(shù)指令,利用多周期頻率測量方法, 測量N周期的待測信號的時間間隔, 再用此時間間隔除以N得到周期, 然后求出頻率 既保證了測量的精度,又簡化了程序。程序流程如下 圖4.5 測量速度流程圖Fig 4.5 speed measure

6、flow chart首先使用立即刷新方式讀出端口狀態(tài), 立即刷新方式可以在執(zhí)行這條語句的同時, 將外部端口當(dāng)時的狀態(tài)讀入到PLC內(nèi)部相應(yīng)的I/O變量。上升沿檢測, 即將此次端口狀態(tài)與上一次此端口狀態(tài)相比較, 如果上一次為0 這一次為1, 則認(rèn)為在此端口產(chǎn)生了一次上升沿。判斷計(jì)時是否超過時間窗, 是將時間窗定時器與時間窗的進(jìn)行比較。時間窗定時器一旦啟動便開始對PLC 內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)1mS 的時鐘進(jìn)行計(jì)數(shù)來實(shí)現(xiàn)計(jì)時, 一旦啟動后定時器的計(jì)時不依賴于程序的執(zhí)行。脈沖計(jì)數(shù)器就是在PLC內(nèi)存中用于存儲待測信號脈沖個數(shù)的變量。每次檢測到待測信號上升沿到來時, 將此變量加1。每次計(jì)時超過時間窗時, 計(jì)算完轉(zhuǎn)速后將

7、此變量清零。電鍍速度控制程序是自動運(yùn)行一部分,是保證系統(tǒng)時間優(yōu)化的關(guān)鍵所在,由于采用了智能控制算法,程序控制的設(shè)計(jì)變的復(fù)雜,涉及到和模糊控制的結(jié)合應(yīng)用,每次運(yùn)行時的參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)的采集與處理、智能算法的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)以及控制輸出等部分。PLC的行車工作過程是當(dāng)行車需要行走時,行車得到目標(biāo)槽位信息后,就不停通過光電感應(yīng)開關(guān)采集位置數(shù)據(jù),與預(yù)置值比較,那么計(jì)算誤差及誤差變化并判斷大小,模糊控制程序?qū)ζ詈推钭兓M(jìn)行模糊化處理,然后計(jì)算輸出量所在速度并查表,根據(jù)查出的參數(shù)進(jìn)行去模糊化并進(jìn)行運(yùn)算,得出輸出量,給出一定合理的速度行駛。其程序流程圖如圖4.6所示57 圖4.6 行車速度控制流程圖Fig 4.6

8、 Speed control flow chart of Driving速度偏差及偏差變化計(jì)算模塊程序中用數(shù)據(jù)寄存器D50存放讀取的從位移傳感器讀取的值,D54存放前一次讀取的數(shù)值,D58存放本次送進(jìn)值,D62存放前一次的送進(jìn)值,D66存放本次偏差值,D70上次偏差值,D74存放偏差變化。在行走時,如果沒有到位(D50不等于位置設(shè)定值D52,表示還需要進(jìn)行繼續(xù)前進(jìn)或后退,這時要進(jìn)行偏差和偏差變化,通過下式計(jì)算D58=D50-D54;D66=D58-D62;D74=D66-D70;根據(jù)上式通過D50,D54,D62,D70中的值求得偏差和偏差變化并放入D66和D74中,并在計(jì)算后讓存放上次值的區(qū)

9、域(D54,D62,D70分別等于對應(yīng)的本次的值(D50,D58,D66,以便進(jìn)行下一次計(jì)算。程序主要實(shí)現(xiàn)部分如下:LDD<> D50 D54 %如果D50不等于D52,則計(jì)算偏差和偏差變化; DMOV D50 D58.ANBD- D62 D66 %求得速度偏差;ANBLPSDMOVE D66 D74 %得到偏差變化;ANBD- D70 D74AENODMOVE D66 D70 %用當(dāng)前偏差變化值代替前次偏差變化值;LPPDMOVE D58 D62 %用當(dāng)前偏差值代替前次偏差值;LPPDMOVE D50 D54 %本次位置值代替上次位置值;CALL fuzzy %調(diào)用模糊量化查詢子

10、程序;.模糊化及查詢子程序模糊量化及查詢子程序用來實(shí)現(xiàn)誤差與誤差變化的模糊量化和查詢模糊控制表,并取出對應(yīng)的輸出量,再進(jìn)行解模糊化得到控制輸出量。對輸入變量e 根據(jù)精度要求和光電編碼器的分辨率,對輸入量e 模糊化處理,量化為7個等級;同理偏差變化的量化也是如此,將其也量化為7個等級;輸出控制量為P K 、I K 、D K 根據(jù)其各自的基本論域已經(jīng)量化在模糊控制表中。這里需要首先確定模糊控制表在中的存貯格式,為了便于查詢查找,模糊控制表必須按順序存儲,由模糊控制表的特點(diǎn)來看,整個模糊控制查詢表可以看成的矩陣,如果求得了誤差的模糊量化值為a(a=-3,3,誤差變化的模糊量化值為b(b=-3,3,并

11、且假定整個模糊控制表的矩陣開始地址為D100,那么輸出控制量的地址我們就可以用下式表示:ij U =D100+D7(a+3+b+3式中ij U (I,j=06表示第i 行第j 列輸出控制量的所對應(yīng)的地址,讀出這個地址中的值乘以規(guī)則因子得到解模糊值。在查詢模糊控制表時,由于查詢的P K 、I K 、D K 。的條件都是誤差和誤差變化,因而同一個誤差和誤差變化對應(yīng)于一個連續(xù)的空間,查到了一個值,另外兩個就可查到,然后存入回路表,調(diào)用指令就求得了輸出控制量。程序?qū)崿F(xiàn)的主要部分如下D+ K3 D120 %偏差模糊量化值7(a+3;ANBD* K7 D120LPP.D+ K3 D124 %偏差變化模糊化

12、值b+3;LD M8000 %7(a+3+b+3得到模糊控制值的位置;DMOV D120 D128ANBD+ D124 D128ANBMOVE D128 AC1 %相對地址送指針AC1;MOVE &D300 AC2 %基地址D300送指針AC2;LD M8000I+ AC1 AC2ANBDMOVE *AC2 D132 %絕對地址中的值送D132DMOVE *AC2 D134 %絕對地址中的值送D134DMOVE *AC2 D136 %絕對地址中的值送D136.在上邊的程序中,由于P K 、I K 、D K 的存放是連續(xù)的,因而其相對地址是一樣的,只是其基地址不同,分別為D300,D30

13、2,D304。而其處理的程序是相似的,它們在模糊控制表中的值最后分別存放在了D132,D134和D136中,把這些值乘以各自的比例因子調(diào)整后即可放入PID 控制指令的回路表中執(zhí)行輸出。PID 計(jì)算模塊三菱FX2N的指令內(nèi)帶PID指令。PID指令可同時多次執(zhí)行(環(huán)路數(shù)目無限制,但一定要注意運(yùn)算使用的軟元件號不能重復(fù)。為了讓PID運(yùn)算以預(yù)想的采樣頻率工作,PID 指令必須用在定時發(fā)生的中斷程序中或者用在主程序中,被定時器所控制以一定頻率執(zhí)行采樣時間必須設(shè)置輸入到PID運(yùn)算中。每個PID回路有兩個輸入量,給定值SV和過程變量PV。給定值通常是一個固定的值,給定值和過程變量都可能是現(xiàn)實(shí)世界的值,它們的

14、大小、范圍和工程單位都可能不一樣。PID指令在對這些量進(jìn)行運(yùn)算以前,必須把他們轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的浮點(diǎn)型實(shí)數(shù)。轉(zhuǎn)換的第一步是把16位整數(shù)值轉(zhuǎn)成浮點(diǎn)型實(shí)數(shù)值,下面的指令序列提供了實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換的方法:用于進(jìn)行PID控制的PID運(yùn)算程序。達(dá)到采樣時間的PID指令在其后掃描時進(jìn)行PID運(yùn)算。S1設(shè)定目標(biāo)值(SVS2設(shè)定測定現(xiàn)在值(PV S3S3+6 設(shè)定控制參數(shù)執(zhí)行程序時,運(yùn)算結(jié)果(MV被存入數(shù)據(jù)寄存器中。PID指令需占有自S3起始的25個數(shù)據(jù)寄存器。此例中占有D100D124.但是,控制參數(shù)ACT設(shè)定,bit1bit2和bit5均為“0”時,只占有S3開始的20點(diǎn)控制用的參數(shù)的設(shè)定值在PID運(yùn)算前必須預(yù)先通

15、過MOV等指令寫入。另外,指定停電保持區(qū)域的數(shù)據(jù)寄存器時,編程控制器的電源OFF之后設(shè)定值仍保持。S3 采樣時間(TsS3+1 動作方向ACT bit0 0:正動作1:反動作bit1 0:輸入變化量報警無1:輸入變化量報警有效bit2 0:輸出變化量報警無1:輸出變化量報警有效bit3 不可使用bit4 0:自動調(diào)諧不動作1:執(zhí)行自動調(diào)諧bit5 0:輸出值上下限設(shè)定無1:輸出值上下限有效bit6 bit15 不可使用S3+2 輸入濾波常數(shù)(S3+3 比例增益(KpS3+4 積分時間(TIS3+5 微分增益(KDS3+6 微分時間(TD程序如下LD M8000MOVP K10 D100 %采樣

16、時間設(shè)定MOVP H0030 D101 %自動調(diào)諧開始MOVP D132 D103 %比例增益設(shè)定MOVP D134 D104 %積分時間設(shè)定MOVP D136 D105 %微分增益設(shè)定PLS M0 %自動調(diào)諧開始LD M0SET M1 %PID指令動作LD M1PID D0 D1 D100 D200 圖4.7 溫度控制程序Fig 4.7 Temperature control program當(dāng)檢測元件故障或者程序出錯不能正常運(yùn)行,如果不采取一定的保護(hù)措施,可能造成嚴(yán)重的設(shè)備損壞或人身傷害,設(shè)置互鎖環(huán)節(jié),可以避免上述情況發(fā)生。行車行走和升降互鎖:當(dāng)行車在升降吊鉤時,如果行車行走,飛巴就會和槽體

17、相撞,產(chǎn)生嚴(yán)重故障,所以當(dāng)飛巴沒有上升或者下降到位時,嚴(yán)禁行車行走。有工件互鎖:當(dāng)工位上還有飛巴時,如果行車放下飛巴,就會產(chǎn)生堆積飛巴現(xiàn)象,產(chǎn)生嚴(yán)重故障,所以當(dāng)有工件傳感器檢測到該工位有工件時,輕故障報警,并停止飛巴下降。行車相撞互鎖:如果兩輛行車都要去行車交接處執(zhí)行任務(wù),就有可能發(fā)生相撞,為防止相撞,當(dāng)一輛行車在交接處或先向交接處運(yùn)動時,另一輛行車的相交接運(yùn)動指令暫時不能執(zhí)行,起吊請求存儲等待,當(dāng)另一輛行車移開時再去執(zhí)行命令。4.2 人機(jī)界面的設(shè)計(jì)本文中使用上位機(jī)是采用的三菱公司開發(fā)的GOT系列的8.7寸觸摸屏,該控制系統(tǒng)監(jiān)控軟件采用三菱公司開發(fā)的GT DEGSIN軟件,其使用于現(xiàn)場控制的P

18、LC控制系統(tǒng)和上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)連接起來。其次,從變量定義和I/O設(shè)備的管理入手,利用GOT多樣化的繪圖工具、強(qiáng)大的腳本語言處理能力和豐富的命令語言函數(shù)開發(fā)出生動、友好的主監(jiān)控界面,以及含蓋報警系統(tǒng)、行車操作,輔助控制等功能齊全的子監(jiān)控界面。(1系統(tǒng)控制主頁面根據(jù)電鍍生產(chǎn)線基本操作功能和自動控制指標(biāo)要求,設(shè)計(jì)8個常用按鈕,分別可以進(jìn)入手動操作畫面,自動操作畫面,行車監(jiān)控畫面,報警記錄畫面,溫度控制畫面,輔助設(shè)備畫面,速度控制畫面以及起返回作用的開始畫面,在畫面中央有時間顯示可以顯示當(dāng)前的時間及日期年月,還有一個用戶密碼輸入,設(shè)置了權(quán)限要求,以防非操作者的錯誤操作,以保證安全,如圖4.8所示 圖4.

19、8 監(jiān)控軟件框圖Fig 4.8 Block diagram of monitoring software(2行車手動操作界面最下一排為常用按鈕,可切換于對應(yīng)的子界面。在中間有對應(yīng)每一部行車的動作方向按鈕,上,下,左,右,而四個方向所包圍的圓形按鈕則是行車加速按鈕。操作人在手動時,只需按想要行車運(yùn)行的方向,行車便會行動。在最右側(cè)則是6輛行車的選擇,圖4.9所示。 圖4.9 行車控制界面Fig 4.9 Driving control interface(3行車自動操作界面在此操作界面里,管理人員不但能根據(jù)需要使行車處于手動或自動狀態(tài),而且可以形象的看出該行車所處的當(dāng)前槽位,以及行車是行走還是上升或

20、下降的狀態(tài),另外還增加了程序復(fù)位和故障復(fù)位,故障復(fù)位是當(dāng)報警發(fā)生后使正在發(fā)生警報的聲音和光燈停止,程序復(fù)位是為了程序出錯后能重新開始。圖4.10所示 圖4.10 行車自動操作界面Fig 4.10 Driving automatic operation interface(4行車監(jiān)控界面作為整個監(jiān)控軟件的主要部分,行車監(jiān)控界面的設(shè)計(jì)形象地反映了極干工件所在的槽位,和極干移動的情況,有極干所在的槽位會顯示粉紅色.管理人員可清楚整個電鍍生產(chǎn)的情52 圖4.11 行車運(yùn)行監(jiān)控畫面Fig 4.11 Driving operation monitoring picture(6溫度控制界面圖4.13所示,在

21、該界面管理人員可在當(dāng)前溫度中看四個工藝的溫度情況,并可以根據(jù)工藝需求在設(shè)定溫度里設(shè)置溫度.而手動按鈕是控制電磁閥的打開,根據(jù)人工來控制溫度的提升,不限制于設(shè)定溫度的高低,自動按鈕是自行控制電磁閥的打開,它是限制與設(shè)定溫度,只有在設(shè)定溫度低于當(dāng)前溫度時才會將電磁閥打開. 圖4.12 溫度控制畫面Fig 4.12 Temperature control picture(7行車速度控制畫面在電鍍工作前,工作人員可在此界面上設(shè)定行車運(yùn)動速度,其中當(dāng)前速度是通過測速裝置檢測反饋回來的實(shí)際速度。下翻和上翻按鈕分別切換所要的行車,見圖4.13。53 圖4.13 行車速度控制畫面Fig 4.13 Choice

22、 picture of plating plot(8輔助設(shè)備操作界面為了全面實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動化,一些輔助設(shè)備如風(fēng)機(jī),陰極移動,廢水噴淋泵,整流器等等的執(zhí)行通過PLC來控制,然而其輔助設(shè)備的操作信號則通過觸摸屏控制在該輔助設(shè)備的操作子界面里面,充分利用GT DESIGN軟件提供的內(nèi)部軟元件,減少了PLC的輸入點(diǎn),從而減少了成本,又增加了可操作性。輔助設(shè)備操作界面如圖4.14所示: 圖4.14 輔助設(shè)備操作界面Fig 4.14Operation interface of auxiliary equipment(9報警系統(tǒng)界面按照系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求當(dāng)行車行走提升、行走熱繼電器等過熱,或者行車行走提升超出要求范圍時,要求監(jiān)控系統(tǒng)能夠做出及時、有效的報警。鑒于此在開發(fā)報警系統(tǒng)時,本設(shè)計(jì)首先建立了系統(tǒng)的報警注釋,將用戶創(chuàng)建的注釋作為報警信息顯示。然后通過報警表跟注釋鏈接,與此同時與PLC中的寄存器鏈接從而儲存。操作人員可通54過上移,下移,檢查等操作來查找以前出現(xiàn)的報警歷史記錄。報警界面如圖 4.15圖4.15 報警界面 Fig 4.15 Alarming int