西门子模块6ES7214-2BD23-0XB8当天发货
1引言
在仓库领域中，物资的输送、存储、管理和控制的规模越来越大，靠人工实现已经远不能够需要。自动化仓库技术在物资存储行业中受到人们的重视，其控制重点转向物资的控制和管理要求实时、协调和一体化，计算机之间、数据采集点之间、机械设备的控制器之间以及它们与主计算机之间的通信可以及时地汇总信息，仓库计算机及时地记录订货和到货时间，显示库存量，计划人员可以方便地作出供货决策，管理人员随时掌握货源及需求。信息技术的应用已成为仓库技术的重要支柱。满足了人们速度、精度、高度、重量、重复存取和搬运等要求，使总体效益和生产的应变能力大大超过各部分独立效益的总和，自动化技术逐渐成为仓库自动化技术的核心。
仓库是货储的重要组成部分，它是在不直接进行人工处理的情况下能自动地存储和取出物品的系统。在仓库进货过程中，使用工业输送车将物品存入仓库。在现代大型仓库中货储任务十分繁重，实现了全自动作业后，既可以节省开支，又减少了浪费，建立一个便捷、可靠的自动配货系统是十分迫切和需要的。本例采用PLC实现自动化控制，解决了劳动强度大、经济效益差问题。
2工艺过程动作要求
工业输送车在对8个仓库存储物品时，对输送车有以下的控制要求:
(1) 工作开始后，车此时停在某个仓库。当没有用车呼叫(既呼车)时，各仓库的指示灯亮，表示各仓库可以呼车;
(2) 如果某仓库遇有呼车时，按下本仓的呼车按钮，则其它各仓位的指示灯均灭，表示此后再呼车无效;
(3)在停车位呼车则车不动;当呼车位号大于停车位号时，车自动向高位行驶;当车位号小于停车位号时，车自动向低位行驶，当车到达呼车位时自动停车;
(4) 车到达呼车位时要求停留30s供该仓库使用，不应立即被其他仓库呼走;
(5) 临时停电后再复电，车不会自行起动。
3 程序设计
3.1 I/O分配及PLC机型
每个仓库均设置一个滚轮式限位开关ST和一个呼车琴键按钮SB，ST可自动复位;系统设有用于起动和停机的按钮，这些均为PLC的输入元件。车要用一台电动机拖动，电动机正转时车驶向高位，反转时小驶向低位，电动机正转和反转各需要一个接触器，是PLC的输出执行元件。各仓库还要指示灯作为呼车显示。电动机和指示灯是PLC的控制对象。各自动化仓库的限位开关和呼车按钮的布置如图1所示，图1中ST和SB编号也是各仓库编号。
图1 自动化仓库布置图
由于各仓库的呼车指示灯状态一致，为了尽量减少占用PLC的输入输出点个数，采用小电流的发光元件并联在一起，接在一个PLC输出点上。系统的控制部分选用西门子(SEIMENS)S7200的PLC，工业输送车控制系统的I/O分配表见附表:
附表 I/O分配表
输入信号 输出信号
1号仓ST1 I1.0 6号仓6 I1.5 1号仓SB1 I2.0 6号仓SB6 I2.5 呼车指示灯 Q0.0
2号仓ST2 I1.1 7号仓7 I1.6 2号仓SB2 I2.1 7号仓SB7 I2.6 正转接触器 Q0.1
3号仓ST3 I1.2 8号仓8 I1.7 3号仓SB3 I2.2 8号仓SB8 I2.7 反转接触器 Q0.2
4号仓ST4 I1.3 系统起钮 I0.0 4号仓SB4 I2.3
5号仓ST5 I1.4 系统停钮 I0.1 5号仓SB5 I2.4
3.2梯形图程序设计
为了分析问题方便，先做出系统动作过程的流程图，之后依据工业输送车的工艺要求，设计出相应的控制程序梯形图，流程图和梯形图分别如图2、图3所示。
图2 工业运输车控制系统流程图
图3 工业输送车控制程序梯形图
在程序中，用到了传输指令和比较指令，即先把车所在的仓库号传输到一个内存单元中，再把呼车的仓库号传输到另一内存单元中，将这两个内存单元的内容进行比较。若呼车的位号大于停车的位号，则车向高位行驶;若呼车的位号小于停车的位号，则车向低位行驶。对车的这种控制，是程序设计的主线。
3.3程序控制的其他要求
(1) 若有某仓库呼车则应立即封锁其他仓库的呼车信号;
(2) 车行驶到位后应在该仓库停留一段时间，即延迟一定时间再解除对呼车信号的封锁;
(3) 失压保护程序;
(4) 呼车显示程序。
4结束语
由于自动化控制系统采用可编程控制器为核心，tigao了控制的灵活性及通用性，以适应各种工艺要求的变化，使仓库技术向智能自动化方向发展。
1 引言
近半个世纪以来，经典控制理论和现代控制理论、方法和技术(简称传统控制)，取得了令人瞩目的成就。无论是现代控制理论还是大系统理论，其分析、综合和设计都是建立在严格和jingque的数学模型基础之上的。而在科学技术和生产力高速发展的，人们对大规模、复杂、不确定性系统实行自动控制的要求不断tigao。传统的基于jingque数学模型的控制理论的局限性日益明显。
(1) 传统控制所面临的难题
l传统控制方法的设计和分析是建立在系统的jingque模型基础上的，而实际系统由于存在复杂性、时变性、不确定性和不完全性等，一般无法获得jingque的数学模型;
l采用传统控制理论进行系统设计时，必须提出并遵循一些苛刻的假设，而这些假设往往与实际情况不符，使得所设计的系统性能与实际情况相差很远;
l 对某些复杂的带有时变性与不确定性的系统，获得了良好的控制性能，当环境条件发生变化时，其性能也会显著变差;
l 为了tigao控制性能，传统的控制理论可能变得相当复杂，从而增加了设备投资，降低了系统可靠性。
(2) 传统控制的缺陷与不足
l 对环境的干扰和不确定性缺乏足够的鲁棒性;
l 突发事件的处理需要人工的干预;
l 无法处理非数字和不jingque的信息;
l 无法通过在线学习以tigao自身性能。
以上因素正是传统控制技术需要突破的一些症结，于是，专家控制的基本思想就应运而生了。
2专家控制的基本思想[5][6]
专家控制是智能控制的一个重要分支，它是把专家系统的思想和方法引入控制系统及其工程应用。就其实质而言，专家控制是基于控制对象和控制规律的各种知识的总和，要以智能的方式使用这些知识，求得受控系统更可能地优化和实用化，它反映出智能控制的许多重要特征和功能。
2.1 专家控制的基本思想
专家控制=自动控制理论和方法+人工智能专家系统技术
实际系统中存在的启发式逻辑本质上是实现控制目标的各种规律性的经验知识，这些经验知识难以用一般性的数值形式表达，而适合用符号形式加以描述;这些经验知识既不能简单的罗列，有难以用用解析的方法综合，必须给予恰当的组织，并能自动地进行推理，人工智能中的专家技术恰恰为这种经验知识的表示和处理提供了有效办法。
人工智能领域中发展起来的专家系统是一种基于知识的、智能的计算机程序系统。
(1) 专家系统的两个要素
l 知识库:存储有某个专门领域中事先的按某种格式表示的专家水平的知识条目。
l 推理机制:按照类似专家水平的问题求解方法，调用知识库中的条目进行推理、判断和决策。
专家系统的知识库和推理机制在组织结构上分离建造，而在运行过程中又相互作用，这使得系统具有较大的灵活性:知识的增删、修正和更新独立于推理机制，具有很好的透明性—推理的结论和根据可以与系统外部交互。
专家系统将专门领域的问题求解思路、经验、方式组织成一个实际运行的形式系统，表现出一种拟人的智能性，它与传统的自动控制理论和方法的结合，形成了专家控制的基本思想。
将专家系统技术引入控制领域，必须把控制系统看成一个基于知识的系统，而作为系统的核心部件的控制器则要体现知识推理的机制和结构。
知识库内部的组织结构可采用人工智能中知识表示的合适方法，其中，一部分知识可称为数据，例如事实(先验知识)、证据(动态信息)、假设(由事实、证据推得的中间状态)和目标(离线设定的或在线建立的性能指标)、数据组织在一起，形成数据库。另一部分知识可称为规则，即定性的推理知识，它们往往表示为产生式规则，组成知识库，在专家控制中，定量知识，即各种有关的解析算法，一般都独立编码，按常规的程序设计方法组织。
推理机制的基本功能在于按某种策略选用推理规则，对于专家控制，同样可采用人工智能中的前向推理或后向推理策略。
一种典型的专家控制系统的组织结构如图1所示:
图1 一种典型的专家控制结构
(2) 专家控制的两个特点
l定量知识和定性知识分离构造。数值算法直接与受控对象或过程相连，以便得到快速的控制响应。知识系统处于较高的智能层次，实现以智能启发式逻辑推理为主的控制功能。
l知识库系统。数值算法和人—机通讯三个子过程并发运行，其中，用户通过人—机接口可以直接地与知识库系统，进而间接的与数值算法交互，以便操作人员对于控制系统进行离线的修改或在线的监督、干预。
2.2 专家控制的目标与实现
专家控制系统≠专家系统
专家系统的理想目标是要实现这样一个控制器或控制系统:
(1) 满足复杂动态过程的控制需要，例如任何时变的、非线性的，受到各种干扰的控制过程;
(2) 控制系统的运行可以利用一些经验知识，只需要一些少量的经验知识;
(3) 有关受控过程的知识可以不断的增加、积累，据以改进控制性能;
(4) 潜在的控制知识以透明的方式存放，易于修改和扩充;
(5) 用户可以对控制系统的性能进行定性的说明，例如“速度可能快”、“超调要小”等;
(6)用户可以访问系统的内部信息，进行交互，例如受控过程的动态特性、控制性能的统计分析、限制控制性能等因素，以及对当前采用的控制作用的解释等等。
专家控制的上述目标可以看作是一种比较含糊的功能定义，它们覆盖了传统控制在一定程度上可以达到的功能，但又超过了传统控制技术。作一个形象的比喻，专家控制是试图在控制闭环中加入一个有经验的工程师，系统能为他提供一个“控制工具箱”，即可对控制、辩识、测量、监视等各种算法选择自便，调节自如。专家控制实质上是对一个“控制专家”的思路、经验、策略的模拟、延伸、扩展。
3基于PLC的专家控制系统开发工具[2][4]
3.1 现代PLC技术的发展
可编程序控制器问世以来，经过近30年的发展，产品已经发展到第四代。其技术日臻完善，应用范围也不断扩展。目前，为了适合大中小企业的不同需要，扩大PLC在工业自动化领域的应用范围，PLC正朝着以下两个方向发展:其一是低档PLC向小型、简易、廉价的方向发展，使之能更加广泛地取代继电器控制;其二是中、PLC向大型、高速、多功能方向发展，使之能取代工业控制微机的部分功能，对大规模、复杂系统进行综合性的自动控制。
3.2 基于PLC的专家控制系统开发工具
“基于PLC的专家控制系统开发工具”(ECSTV2.2)所开发出的专家控制系统是用于工业实时控制，它是专家控制与常规控制的集成，即专家控制的控制策略通过常规的控制机构来实现，从而到达智能控制与常规控制相结合。Paradym-31是世界工控厂家Wizdom公司的Paradym-3(P31)工作平台，它有硬件和软件两部分组成，软件部分是基于bbbbbbs操作系统逼供内具备图形化开发环境的工作平台，在图形化的编程界面下，用户可以在其中制作和调试自己的应用程序(如梯形图、顺控图、功能模块图)，编译过的应用程序可下载到硬件部分进行工作;硬件部分拥有独立的CPU模块，具备实时的控制器内核。通用的通讯端口可方便地与外部设备进行RS232、Modbus、及以太网通讯。P31可通过该通讯端口进行监视、暂停、开始、更改某一变量数值等操作，从而达到可视化的控制被控对象的目的。
(1) “基于PLC的专家控制系统开发工具”结构图
“基于PLC的专家控制系统开发工具”结构图如图2所示。与其它开发工具相比，“基于PLC的专家控制系统开发工具”的不同之处是:在主窗口处增加了“导入专家控制器”;在编辑子窗口处，“设计专家系统”菜单下的内容又有所变化，该菜单下各项子菜单的作用如下:“创建专家系统控制器”是创建一个新的专家系统控制器，“导出专家系统控制器”是把创建好的专家系统控制器打开在“多页编辑窗口”。在“创建专家系统控制器”中，“创建功能块对话框”为用户提供了创建输入输出变量以及内部变量的接口，该窗口为用户产生了一个空的专家系统，具体实现要在“多页编辑窗口中”添加。
图2 基于PLC的专家控制系统开发工具结构图
“多页编辑窗口中”共有五项，它们分别是“专家控制头文件”、“专家控制模块”、“控制算法集”、“动态数据库”、“知识库”。其中，需要说明的是“专家控制头文件”是由“创建功能块对话框”产生的，在一般情况下，无须添加和修改。“存储专家控制器到P31”是把编辑或修改后的内容作为P31常规控制的一部分保存起来。
(2) 基于PLC的专家控制器的产生过程
图3讲述了基于PLC的专家控制器的产生过程，该过程有以下几个步骤:
图3 基于PLC的专家控制器的产生过程
l 利用“基于PLC的专家控制系统开发工具”产生一个专家系统;
l 通过相应常规控制的开发平台嵌入到常规PLC控制中，与常规控制的其它模块一起构成了专家控制器;
l 下载专家控制器的程序(梯形图)到常规PLC控制设备中，就能够完成对一实际被控对象的控制任务。如图4所示:
图4 基于PLC的专家控制器对实际过程的控制
4 结束语
本文所介绍的基于PLC的专家控制系统开发工具ECST具有专家控制系统的开发环境，灵活的知识表示和正向、反向的推理方法，可以与常规控制相结合，构成实时专家控制系统。与其它新技术一样，专家控制所要求的目标既难于全面实现，也难于一步到位，它仍需地完善。
1 引言
在供水系统中，恒压供水是指在供水网系中用水量发生变化时，出口压力保持不变的供水方式。本文采用计算机(PC)、可编程控制器(PLC)、变频器组成变频恒压供水监控系统，通过变频调速实现恒压供水、满足节能降耗的要求，有利于实现生产的自动化及远程监测。用水量变化具有随机性，用水高峰时水压不足，低谷时又造成能量浪费。变频恒压供水系统根据公共管网的压力变化，通过PLC和变频器自动调节水泵的增减、水泵电机的运行方式及电机的转速，实现恒压供水，既防止了能量空耗，又避免出现电机启动时冲击电流对设备的影响。
2 工作原理
变频恒压供水系统采用一台变频器拖动两台大功率电动机，可在变频和工频两种方式下运行;一台低功率的电机，作为辅助泵电机。
启动方式:为避免启动时的冲击电流，电机采用变频启动方式，从变频器的输出端得到逐渐上升的频率和电压。启动前变频器要复位。
变频调速:根据供水管网liuliang、压力变化自动控制变频器输出频率，从而调节电动机和水泵的转速，实现恒压供水。如设备的输出电压和频率上升到工频仍不能满足供水要求时，PLC发出指令1号泵自动切换到工频电源运行，待1号泵完全退出变频运行，对变频器复位后，2号泵投入变频运行。
多泵切换:根据恒压的需要，采取无主次切换，即“先开先停”的原则接入和退出。在PLC的程序中，通过设置变频泵的工作号和工频泵的台数，由给定频率是否达到上限频率或下限频率来判断增泵或减泵。在用水量较小的情况下，采用辅助泵工作。
为了避免一台泵长期工作，任一泵不能连续变频运行超过3小时。当工频泵台数为零，有一台运行于变频状态时，启动计时器，当达到3小时时，变频泵的泵号改变，即切换到另一台泵上。当有泵运行于工频状态，或辅助泵启动时，计时器停止计时并清零。
故障处理:能对水位下限，变频器、PLC故障等报警。PLC故障，系统从自动转入手动方式。
3 PLC控制电路
系统采用S7-200PLC作下位机。S7-200PLC硬件系统包含一定数量的输入/输出(I/O)点，还可以扩展I/O模块和各种功能模块。输入点为6个，其中水位上、下限信号分别为I0.0、I0.1。输出点为10个，O0.0-O1.0对应PLC的输出端子。对变频器的复位是由输出点O1.0通过一个中间继电器KA的触点来实现的。根据控制系统I/O点及地址分配可知，系统共有5个开关量输入点，9个开关量输出点;1个模拟量输入点和1个模拟量输出点。可以选用CPU224PLC(14DI/10DO)，再扩展一个模拟量模块EM235(4AI/1AO)。
4 PLC通信程序
S7-200PLC硬件功能完善，指令系统丰富。可为用户提供多种通讯方式:PPI方式，MPI方式，自由通讯口方式等。应用自由通讯口方式，使S7-200PLC可以与任何通信协议已知，具有串口通讯的智能设备和控制器(如打印机、变频器、上位PC机等)进行通信，也可以用于两个CPU之间简单的数据交换。该通信方式使可通信的范围大大增大，使控制系统配置更加灵活、方便。
采用PLC自由通讯口方案，PLC工作于从站，PC处于主站模式，PLC从站只响应来自主站的申请。主站向PLC从站发送指令格式的报文，读指令00为向从站PLC申请产生于PLC的数据，读取水压，频率，变频泵号，工频台数，辅助泵状态等数据;写指令01为向PLC传送产生于主站的数据，包括压力设定值和控制器输出值。在自由口通信模式下，通信协议完全由用户程序控制。通过设定特殊存储字节SMB30(端口0)或SMB130(端口1)允许自由口模式，用户程序可以通过使用发送中断、接收中断、发送指令(XMT)和接收指令(RCV)对通信口操作。
应用发送指令(XMT)，可以将发送数据缓冲区(TBL)中的数据通过指令指定的通信端口(PORT)发送出去，发送完成时将产生一个中断事件，数据缓冲区的个数据指明了要发送的字节数。应用接收指令(RCV)，可以通过指令指定的通信指定端口(PORT)接收信息并存储与接收数据缓冲区(TBL)中，接收完成也将产生一个中断事件，数据缓冲区的个数据指明了要发送的字节数。
初始化程序:
LD SM0.0 // 开机始终为ON
MOVB 16#9,SMB30
file://自由口通信，选择9600波特，8位数据位，无校验
MOVB 16#2, VB0 file://预设PLC地址
MOVD &VB1000, VD20
file://设置接收缓冲区，将其首地址传给指针VD20
MOVD &VB1200, VD30
file://设置发送缓冲区，将首地址传给VD30
MOVD VD20, VD24 file://指针值保存
MOVD VD30, VD34
MOVB 8, SMB34
file://设置8ms的定时器0时基中断
ATCH 0,8
file://接收字符连接到中断0，连接静止线定时器和接收器
ATCH 1,10
file://定时中断0，连接到中断1
ENI file://开中断
为了保证通讯接收的可靠性，程序采用前导符，PLC地址，静止线接收，结束字符。首字符的确认可通过设置前导符来完成，并且通过比较还可以剔除部分干扰字符。首字符确认:
Network 1 file://判断前导符
LD SM0.0
AB<> SMB2, 16#40
file://不是前导符则跳出中断
RETI
Network 2 file://终止定时中断
LD SM0.0
DTCH 10 file://断开时基中断
Network 3
file://是前导符则连接中断3
LD SM0.0
AB= SMB2, 16#40
ATCH 3, 8
静止线是通讯过程中的一个检测用时间，即设定的数据传输过程中无任何数据的任意2点的间隔时间。静止线的设计和处理包括长度的确定及定时器和接收器的设计。
INT_ // 静止线定时器
LD SM0.0
ATCH 1, 10
file://静止线定时器采用8ms的时基中断。
INT_1 // 静止线接收器
LD SM0.0
ATCH 2, 8 file://开始接收字符
尾字符的确认和校验处理:
Network 1 // 接收及计算校验码
LDN M0.0
LDB<> SMB2, 16#2A
// 判断是否为个结束符
MOVB SMB2，*VD24
file://不是则保存数据并计算异或值
XORW SMW1, AC0
INCD VD24
INCD VB40
Network 2
file://如果是个结束符，则对M0.0置位，并跳出中断，
file://接收下一个字符，看是否为第二个结束符
LDN M0.0
AB＝ SMB2,16#2A
S M0.0, 1
MOVB SMB2, AC1
RETI
Network3
LD M0.0
AB<> SMB2, 16#0A
file://判断第二个结束符，如不是则继续执行
AB<> SMB2,16#2A
file://判断又是个结束符？不是则执行保存数据，
file://异或运算，并对M0.0复位。
XORW AC1, AC0
MOVB VB300, *VD24
INCD VD24
MOVB SMB2, *VD24
XORW SMW1, AC0
INCD VD24
INCD VB40
INCD VB40
R M0.0, 1
RETI
Network 4
file://如果又是个结束符，则上一个是有用的数据，需要保存
LD M0.0
AB= SMB2, 16#2A
XORW AC1, AC0
MOVB VB1300, *VD24
INCD VD24
MOVB SMB2, AC1
RETI
Network 5
file://如前一个为2A，现在接收到0A，则接收完毕，启动延时中断
LD M0.0
AB= SMB2, 16#0A
DTCH 8
file://断开接收状态，准备组织发送
MOVB 20, SMB34
ATCH 5, 10
file://连接中断5，根据接收到的信息组织数据发送
对不方便设置尾字符的，可以采用计数的方式对中间字符进行接收，计数到则执行一个专门中断程序来执行接收结束的处理。对尾字符的判断处理采用以下流程进行处理。校验采用从PLC地址号开始，与数据(不包括两个连续的尾字符)进行异或校验。每接收一个字符就进行尾字符判断，如果不是尾字符则在接收的进行异或校验。
5 监控程序设计
上位机的程序流程图如图1所示。根据接收到的数据进行判断，如接收到的是读写错误，则要求重发。如为写成功，则开启定时器1，定时采样;如读成功，接收到的是采样数据则进行显示和调用神经网络进行数字处理，处理完毕发送频率和设定压力值，并开启定时器2，等待响应。
系统主窗体四个按钮控件，分别为参数设置、实时监测、启动和关闭系统。参数设置界面如图2所示。用户可根据实际情况修改压力设定值。
主要控件功能包括:
(1) 压力设定值:压力设定值范围:0.30-0.60Mpa。
(2) 校正系数:主要是对压力显示进行校正，使压力显示与压力表显示一致。
(3) 复位按钮:运行中按下，将使系统重新启动，各参数回到初始设置。
(4) 设定按钮:在文本框输入压力设定值和校正系数后，按下此按钮，压力设定值和校正系数才能通过串口发送给下位机。
图1 上位机流程图
图2 供水系统参数设置界面
图3 供水系统实时监测界面
图3所示为系统实时监测界面，可显示当前的实际水压和频率值;三个指示灯主要接收PLC回送的信息，实时监测各泵的运行情况，正常显示为绿色;故障时，相应的控件变成红色显示。
6 结束语
投入运行的项目工作稳定，人机界面直观友好。项目充分发挥S7-200 PLC硬件功能完善，指令系统丰富和通讯功能强大的技术特点