函数表达式在PLC编程中的应用

1 引言

　　在对自动化设备进行plc编程的过程中，由于各种输入变量、输出变量及中间变量之间的关系错综复杂，开始时往往毫无头绪。如果能够根据设备所要实现的各种功能，列出各种变量之间的函数表达式，就可以清楚的分析它们之间的逻辑关系，继而根据表达式编写plc程序，下面以深圳机场的行李输送与安检联动系统为例，介绍如何运用函数表达式来分析各种变量之间的逻辑关系的。

 

2 行李输送与安检设备联动系统概述

　　旅客在乘机前需要办理登机手续，机场设有办理旅客登机手续的专用设备－值机柜台，值机柜台与行李输送、安检构成旅客行李安检、输送联动系统，乘客需要托运的行李，都必须通过行李安检系统的安全检查。如图1所示，一般情况下，行李输送与安检联动系统按两个值机柜台共用一台双通道x光机设计，两个值机柜按相同的工作模式工作。值机系统包括值机柜台、称重皮带（web）、x光机皮带（xrb）、注入皮带（wab）、脚踏开关等。安装在web和wab上光电管（pec）用作die-back功能。每条皮带在同一时间只能传送一件行李。

　　行李输送与安检联动系统采用上位机集中、plc现场分散控制模式进行控制。plc选用rockwell controllogix系列，编程软件采用rslogix5000。图1为机场行李输送与安检设备构成的联动系统。

　　2.1 值机面板

　　图2示出了值机面板图。使用值机柜台前，打开钥匙开关，值机系统进入正常工作状态。每个值机面板有4个状态指示灯，显示值机当前行李状态。

　　“cid状态”指示灯变常亮，表示该值机柜台已处于工作就绪状态，可以办理登机手续，值机员依据值机面板上状态指示灯进行相应操作（值机面板4个状态指示灯功能如表1所示）。

　　2.2 x光机

　　x光机作为行李安检系统的核心设备，在行李安全检查方面起着决定性的作用。x光机通过发射x射线照射，使行李在x光机电脑屏幕上形成图像，安检员根据电脑屏幕上的成像判断行李是否安全，确定行李能否通过安全检查装上飞机。行李输送系统与x光机接口通过屏蔽电缆（4根信号线和1根公共线）连接，两个行李值机柜台共用一台双通道x光机。

　　信号线名称、性质及逻辑定义：

　　0# _________ 公共线;

　　1# _________ 第一号逻辑控制线;

　　2# _________ 第二号逻辑控制线;

　　3# _________ 第三号逻辑控制线;

　　4# _________ 第四号逻辑控制线。

　　其中，4#3#用于控制b通道，2#1#用于控制a通道。

　　1#、2#、3#、4#线对0#线短路（闭合）定义为“1”态，1#、2#、3#、4#线对0#线开路（断开）定义为“0”态，×为无关态。

 

3 联动逻辑功能定义

　　3.1 信号线逻辑功能定义

　　根据行李输送系统与x光机接口通信协议，对1#、2#、3#、4#、0#线信号线逻辑功能定义如下：

　　（1） 4#3#2#1#=1111时，x光机处于关闭状态。4#3#2#1#≠1111时，x光机开机，值机系统进入工作状态。

　　（2）x光机正常开机后，自动将4#3#2#1#置为0000，值机系统初始化，值机人员开始办理登机手续。第一次脚踩脚踏开关时，运行web（在节能状态下，自动启动行李输送系统设备），将旅客要求托运的行李运送到web的光眼1处停下，将打印的行李信息条码挂在行李上;在x光机允许接收行李的条件下，第二次脚踩脚踏开关时，web、xrb和wab同时运行，旅客行李从web进入wrb，接受安全检查。行李完全进入wrb后，web在系统设定的时限内自动停运，xrb和wab将行李运送至wab的pec处停止，根据扫描检查结果，确定行李在wab上等待与否。

　　（3）4#3#2#1#=××11时，x光机内的a通道已经接收到来自web的行李，该行李的图像未送到安检工作站。此时，通道a和b的wrb均不得接收来自web的行李（a通道自锁、b通道互锁）。

　　（4）4#3#2#1#=11××时，x光机内的b通道已经接收到来自web的行李，该行李的图像未送到安检工作站。此时，通道b和a的wrb均不得接收来自web的行李（b通道自锁、a通道互锁）。

　　（5）4#3#2#1#=××10时，经x光机扫描a通道行李的图像已经送到安检工作站，该行李的图像未经安检员判读。此时，a通道的wrb不得接收来自web的行李（a通道的wrb自锁），b通道的wrb可以接收来自web的行李（b通道的wrb互锁状态解除）。

　　（6）4#3#2#1#=10××时，经x光机扫描b通道的行李图像已经送到安检工作站，该行李的图像未经安检员判读。此时，b通道的wrb不得接收来自web的行李（b通道的wrb自锁），a通道的wrb可以接收来自web的行李（a通道的wrb互锁状态解除）。

　　（7）4#3#2#1#=××00时，a通道行李的图像经过安检员判读，确认安全，wab将该行李注入行李收集皮带，同时解除a通道自锁，允许后续行李进入a通道的wrb。

　　（8）4#3#2#1#=00××时，b通道的行李图像经过安检员判读，确认安全，wab将该行李注入行李收集皮带，同时解除b通道自锁，允许后续行李进入b通道的wrb。

　　（9） 4#3#2#1#=××01时，a通道的行李图像经过安检员判读，确认该行李行李可疑，安检人员应将该行李从wab上取下开包检，触发x光机上复位开关（使4#3#2#1#=××00），解除a通道的自锁，允许后续行李进入a通道的wrb。

　　（10）4#3#2#1#=01××时，b通道的行李图像经过安检员判读，确认该行李行李可疑，安检人员应将该行李从wab上取下开包检，触发x光机上复位开关（使4#3#2#1#=00××），解除b通道的自锁，允许后续行李进入b通道的wrb。

 

4 列出输入变量、输出变量、中间变量及其逻辑关系表达式

　　4.1 列出系统所用到的输入变量和输出变量

　　如表2所示。

　　4.2 根据系统的逻辑功能列出各种中间变量及其与输入变量、输出变量之间的关系，进行编程

　　（1） 首先，根据x光机信号线的逻辑功能定义得到柜台a、b通道的各种状态与x光机信号的关系表达式：

　　x光机关闭状态（y0）=x1x2x3x4

　　a自锁b互锁（y1）=x1x2

　　b自锁a互锁（y2）=x3x4

　　a自锁b解互锁（y3）=x1x2

　　b自锁a解互锁（y4）=x3x4

　　安检正常，a解自锁（y5）=x1x2

　　安检正常，b解自锁（y6）=x3x4

　　a行李可疑（y7）=x1x2

　　b行李可疑（y8）=x3x4

　　a通道脚踏开关互锁sa=a通道脚踏开关*a通道光眼1

　　b通道脚踏开关互锁sb=b通道脚踏开关*b通道光眼1

（2） 根据输送带的逻辑动作顺序得到输送带运行的关系表达式：

　　脚踏踏下锁存变量js（l）=j↑*time1

　　脚踏踏下解锁变量js（u）= c1↑+tc1+e

　　time1为行李在x光机皮带中运行时间过长;

　　tc1表示行李进入x光机（行李离开光眼1后延时1秒）;

　　↑表示一次脉冲触发信号;

　　当锁存变量js（l）为真时，中间变量“脚踏踏下”js常为1;当解锁变量js（u）为真时，js常为0;

　　发送行李进x光机锁存变量：

　　f（l）= js*c1*y2*y5*sb*p2*c2*key*e*time1

　　解锁变量f（u）=c1↑+tc1+e

　　当f（l）为真时，中间变量“发送行李进x光机”f常为1;当f（u）为真时，f常为0;

　　称重皮带运行：

　　p1=js*c1+f;

　　x光机皮带启动锁存变量

　　p2（l）=f;

　　p2（u）=c2+rest+e;

　　当p2（l）为真时，输出变量p2常为1（运行）;当p2（u）为真时p2为0（停止）;

　　注入皮带启动锁存变量：

　　p3（l）=f+y5*c2*win*key*e

　　p3（u）=c2+rest+e;

　　win为中间变量“有预留窗口”;当p3（l）为真时，输出变量p3常为1（运行）;当p3（u）为真时p3为0（停止）;

　　（3） 柜台指示灯表达式

　　cid指示灯（绿）：

　　中间变量“慢闪条件”：gf=f（l）*y5↑

　　绿灯闪烁：g=慢闪中间点*gf

　　绿灯常亮：g=y5*key

　　x光机状态指示灯（白）：

　　慢闪条件：wf=y3+y4

　　白灯慢速闪烁：ｗ＝ｗf*慢闪中间点*time1 *y0*key

　　白灯快速闪烁：w=time1*快闪中间电*y0* key

　　白灯常亮：w=x1x2x3x4*time1*wf* y0* key

　　安检指示灯（红）：

　　红灯慢速闪烁：r=y7*慢闪中间点*e*y0* key

　　红灯快闪：r=e*快闪中间点*y0* key

　　红灯常亮：r=y7*e* y0* key

　　超重超长状态灯（黄）

　　行李发送时行李在称重皮带上3秒内仍没发送进ｘ光机则判断行李超长

　　“行李超长”：tl=c2* p1* p2*计时３秒

　　超重信号ｔw由柜台电子称输出。

　　黄灯慢闪：yel＝key *tw*慢闪中间点

　　黄灯常亮：yel= key *tl

　　（4） 据表达式画出梯形图，进行plc编程。

 

5 结束语

　　从表达式我们可以清楚的看出各种变量之间的逻辑关系，再进行梯形图编程就显得简单得多了。另外，在维护设备时，很多时候都要对设备的plc程序进行分析，这时候先列出各种变量之间表达式，把各种逻辑关系弄清楚，对于程序分析式也有很大的帮助。