函數(shù)表達式在PLC編程中的應用

1 引言
在對自動化設備進行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系錯綜復雜，開始時往往毫無頭緒。如果能夠根據(jù)設備所要實現(xiàn)的各種功能，列出各種變量之間的函數(shù)表達式，就可以清楚的分析它們之間的邏輯關系，繼而根據(jù)表達式編寫PLC程序，下面以深圳機場的行李輸送與安檢聯(lián)動系統(tǒng)為例，介紹如何運用函數(shù)表達式來分析各種變量之間的邏輯關系的。
2 行李輸送與安檢設備聯(lián)動系統(tǒng)概述
旅客在乘機前需要辦理登機手續(xù)，機場設有辦理旅客登機手續(xù)的專用設備－值機柜臺，值機柜臺與行李輸送、安檢構成旅客行李安檢、輸送聯(lián)動系統(tǒng)，乘客需要托運的行李，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)動系統(tǒng)按兩個值機柜臺共用一臺雙通道X光機設計，兩個值機柜按相同的工作模式工作。值機系統(tǒng)包括值機柜臺、稱重皮帶(WEB)、X光機皮帶(XRB)、注入皮帶(WAB)、腳踏開關等。安裝在WEB和WAB上光電管(PEC)用作Die-back功能。每條皮帶在同一時間只能傳送一件行李。

圖1 值機輸送帶和X光機系統(tǒng)構成圖

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

圖2 值機面板圖

2.1 值機面板
圖2示出了值機面板圖。使用值機柜臺前，打開鑰匙開關，值機系統(tǒng)進入正常工作狀態(tài)。每個值機面板有4個狀態(tài)指示燈，顯示值機當前行李狀態(tài)。
“CID狀態(tài)”指示燈變常亮，表示該值機柜臺已處于工作就緒狀態(tài)，可以辦理登機
手續(xù)，值機員依據(jù)值機面板上狀態(tài)指示燈
進行相應操作(值機面板4個狀態(tài)指示燈功能如表1所示)。

(4) 4#3#2#1#=11××時，X光機內(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，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，經(jīng)X光機掃描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，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××時，經(jīng)X光機掃描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，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，A通道行李的圖像經(jīng)過安檢員判讀，確認安全，WAB將該行李注入行李收集皮帶，同時解除A通道自鎖，允許后續(xù)行李進入A通道的WRB。
(8) 4#3#2#1#=00××時，B通道的行李圖像經(jīng)過安檢員判讀，確認安全，WAB將該行李注入行李收集皮帶，同時解除B通道自鎖，允許后續(xù)行李進入B通道的WRB。
(9) 4#3#2#1#=××01時， A通道的行李圖像經(jīng)過安檢員判讀，確認該行李行李可疑，安檢人員應將該行李從WAB上取下開包檢，觸發(fā)X光機上復位開關(使4#3#2#1#=××00)，解除A通道的自鎖，允許后續(xù)行李進入A通道的WRB。
(10) 4#3#2#1#=01××時，B通道的行李圖像經(jīng)過安檢員判讀，確認該行李行李可疑，安檢人員應將該行李從WAB上取下開包檢，觸發(fā)X光機上復位開關(使4#3#2#1# =00××)，解除B通道的自鎖，允許后續(xù)行李進入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系表達式
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光機作為行李安檢系統(tǒng)的核心設備，在行李安全檢查方面起著決定性的作用。X光機通過發(fā)射X射線照射，使行李在X光機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。行李輸送系統(tǒng)與X光機接口通過屏蔽電纜(4根信號線和1根公共線)連接，兩個行李值機柜臺共用一臺雙通道X光機。
信號線名稱、性質及邏輯定義:
0# _________ 公共線;
1# _________ 第一號邏輯控制線;
2# _________ 第二號邏輯控制線;
3# _________ 第三號邏輯控制線;
4# _________ 第四號邏輯控制線。
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0#線短路(閉合)定義為“1”態(tài)，1#、2#、3#、4#線對0#線開路(斷開)定義為“0”態(tài)，×為無關態(tài)。
3 聯(lián)動邏輯功能定義
3.1 信號線邏輯功能定義
根據(jù)行李輸送系統(tǒng)與X光機接口通信協(xié)議，對1#、2#、3#、4#、0#線信號線邏輯功能定義如下:
(1) 4#3#2#1#=1111時，X光機處于關閉狀態(tài)。4#3#2#1#≠1111時，X光機開機，值機系統(tǒng)進入工作狀態(tài)。
(2) X光機正常開機后，自動將4#3#2#1#置為0000，值機系統(tǒng)初始化，值機人員開始辦理登機手續(xù)。第一次腳踩腳踏開關時，運行WEB(在節(jié)能狀態(tài)下，自動啟動行李輸送系統(tǒng)設備)，將旅客要求托運的行李運送到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光機允許接收行李的條件下，第二次腳踩腳踏開關時，WEB、 XRB和WAB同時運行，旅客行李從WEB進入WRB，接受安全檢查。行李完全進入WRB后，WEB在系統(tǒng)設定的時限內(nèi)自動停運，XRB和WAB將行李運送至WAB的PEC處停止，根據(jù)掃描檢查結果，確定行李在WAB上等待與否。
(3) 4#3#2#1#=××11時，X光機內(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，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××時，X光機內(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，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，經(jīng)X光機掃描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，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××時，經(jīng)X光機掃描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，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，A通道行李的圖像經(jīng)過安檢員判讀，確認安全，WAB將該行李注入行李收集皮帶，同時解除A通道自鎖，允許后續(xù)行李進入A通道的WRB。
(8) 4#3#2#1#=00××時，B通道的行李圖像經(jīng)過安檢員判讀，確認安全，WAB將該行李注入行李收集皮帶，同時解除B通道自鎖，允許后續(xù)行李進入B通道的WRB。
(9) 4#3#2#1#=××01時， A通道的行李圖像經(jīng)過安檢員判讀，確認該行李行李可疑，安檢人員應將該行李從WAB上取下開包檢，觸發(fā)X光機上復位開關(使4#3#2#1#=××00)，解除A通道的自鎖，允許后續(xù)行李進入A通道的WRB。
(10) 4#3#2#1#=01××時，B通道的行李圖像經(jīng)過安檢員判讀，確認該行李行李可疑，安檢人員應將該行李從WAB上取下開包檢，觸發(fā)X光機上復位開關(使4#3#2#1# =00××)，解除B通道的自鎖，允許后續(xù)行李進入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系表達式
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、輸出變量之間的關系，進行編程
(1) 首先，根據(jù)X光機信號線的邏輯功能定義得到柜臺A、B通道的各種狀態(tài)與X光機信號的關系表達式:
X光機關閉狀態(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通道腳踏開關互鎖SA=A通道腳踏開關*A通道光眼1
B通道腳踏開關互鎖SB=B通道腳踏開關*B通道光眼1
(2) 根據(jù)輸送帶的邏輯動作順序得到輸送帶運行的關系表達式:
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光機皮帶中運行時間過長;
TC1表示行李進入X光機(行李離開光眼1后延時1秒);
↑表示一次脈沖觸發(fā)信號;
當鎖存變量JS(L)為真時，中間變量“腳踏踏下”JS常為1;當解鎖變量JS(U)為真時，JS常為0;
發(fā)送行李進X光機鎖存變量:
F(L)= JS*c1*y2*y5*SB*p2*c2*key*e*time1
解鎖變量F(U)=C1↑+TC1+E
當F(L)為真時，中間變量“發(fā)送行李進X光機”F常為1;當F(U)為真時，F(xiàn)常為0;
稱重皮帶運行:
P1=JS*c1+F;
X光機皮帶啟動鎖存變量
P2(L)=F;
P2(U)=c2+rest+e;
當P2(L)為真時，輸出變量P2常為1(運行);當P2(U)為真時P2為0(停止);
注入皮帶啟動鎖存變量:
P3(L)=F+y5*c2*WIN*key*e
P3(U)=c2+rest+e;
WIN為中間變量“有預留窗口”;當P3(L)為真時，輸出變量P3常為1(運行);當P3(U)為真時P3為0(停止);
(3) 柜臺指示燈表達式
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*GF
綠燈常亮:G=y5*key
X光機狀態(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*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*e*y0* key
紅燈快閃:R=e*快閃中間點*y0* key
紅燈常亮:R=y7*e* y0* key
超重超長狀態(tài)燈(黃)
行李發(fā)送時行李在稱重皮帶上3秒內(nèi)仍沒發(fā)送進Ｘ光機則判斷行李超長
“行李超長”:TL=c2* p1* p2*計時３秒
超重信號ＴW由柜臺電子稱輸出。
黃燈慢閃:YEL＝key *TW*慢閃中間點
黃燈常亮:YEL= key *TL
(4) 據(jù)表達式畫出梯形圖，進行PLC編程。

5 結束語
從表達式我們可以清楚的看出各種變量之間的邏輯關系，再進行梯形圖編程就顯得簡單得多了。另外，在維護設備時，很多時候都要對設備的PLC程序進行分析，這時候先列出各種變量之間表達式，把各種邏輯關系弄清楚，對于程序分析式也有很大的幫助。