CN1189641A - 一种可编程自动控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明将整机生产工艺步骤、工艺参数编成控制程序,将用户对生产工艺步骤、工艺参数的改动、调整的指令编成用户程序,分别通过程序83、86产生逻辑块2和用户程序块3,再经翻译程序84产生相应的数据块9,传输模块85将块9输进可编程自动控制系统,通过对低压电器的自动控制,实现整机的协调运行。本发明设计了用户和主控制两个程序,通过一个单CPU控制单元实现两个程序的控制,主控制单元完全选用通用元件,实现系数的效率高、安全可靠、用户可调整、操作和维护性能好的特点。

Description

一种可编程自动控制系统及其控制方法

一种可编程自动控制方法和系统，该系统是由通用器件构成，而且特别适合于设备制造生产过程的自动化控制。

就可编程自动控制而言，其生产过程的自动化控制是指，(一).能通过该自动控制系统将生产工艺的参数加以设置，并且可以根据生产的需要加以调整(修改)，这些参数如：速度、位置、加速度、角度、角速度……等。(二).能通过该自动控制系统将生产过程中的各个工序，根据需要加以设置，又可以根据生产需要对工序加以调整(修改)，这些工序如：对加工单元能使之设置、加工单元的顺序及控制调整，比如它们的先后次序、排列、组合……等。现有可编程自动控制系统技术，用专用元器件可以保证这些功能。目前能够见到的，能够完成工业自动生产的，使得工艺步骤可以控制、工艺参数可调整可设置的控制系统，多采用专用的工业控制单元来完成，该技术的代表作之一为意大利皮列里公司的子午轮胎成型机控制系统，它所使用的工业控制器件为MCP 53。是一专用设计的工业控制单元4，必须有两台以上的CPU(中央处理单元)，CPU1和CPU2之间设内部信息进行运行协调，(见图1)即：上位计算机系统10分别完成用户程序3的编辑和机器码3｀的翻译；还要完成控制程序2和其相应的机器码2′的编辑和翻译，然后通过上位计算机系统10的用户程序机器码传送模块，将相应的机器码3′传送给专用工业控制单元产生程序41；同样通过控制逻辑机器码传送模块将相应的机器码2传送给专用控制单元4，产生程序42。程序41和程序42分别在各自的CPU上运行，程序41运行产生的数据协调程序42的运行，程序42的运行依据伙伴CPU给定的数据，进行输入映象43的扫描，改变输出映象，驱动低压电气电路5、执行元件7和检测元件6，将被控机器的状态信息通过2｀反馈给专用工业控制单元，改变输入映象表，程序2｀再进行新的循环扫描，从而完成整个系统的控制。这里所说的检测元件，如：行程开关、光电开关、接近开关、差压开关…等等；这里所说的执行元件，如：电磁阀、继电器、换向阀电机…等等。该系统的上位计算机系统是由主菜单100、用户程序编辑模块101、用户程序翻译模块102、用户程序机器码传输模块103、逻辑程序机器传输模块104、驱动辅助模块105、逻辑程序翻译模块106和逻辑程序编辑模块107组成。(见图5)。该系统是按如下方式实现其程序控制的，即(见图1)CPU1运行工艺程序并完成系统的通讯、诊断、运行状态显示、运行参数设置等功能，并把有关CPU2运行中所需的参数存入存贮器中；CPU2运行另一个程序，它是一个单纯逻辑控制程序，执行并扫描存贮器中的参数及输入状态，如某一逻辑满足，则这一逻辑所对应的程序段的输出为“1”，即有输出。就是这样完成了一个循环的控制。这种控制系统有以下特点：a)能实现工业自动生产的需要，使工艺步骤可控、工艺参数可调整；b)拥有良好的用户界面；c)主控单元必须是专用设计的工业控制单元；d)但，维护性能差，主控单元如产生故障，一般只能请生产厂家进行维护，使用户感到极不方便并带来许多困难；e)专用设计的工业控制单元的电路板块，由于考验和设计制造的局限性，要比通用工业控制单元(已经成批量投入市场的)可靠性差，因此一般认为这类采用专用工业控制单元的系统运行可靠性不高；f)该系统的成本高，由于专用设计的主控单元没有批生产，加上制造方式等造成高成本，从而使整个系统成本提高。此技术用在子午轮胎成型机的控制系统，都是一系统对一专门工艺，专门的工业主机，这类控制系统能够完成基本的控制任务，但严重限制了工艺的改进，很难适应成型机一机可生产多种型号轮胎的要求，设备使用效率很难提高，反过来却增加了生产的投资。目前现有技术中，还没有用通用元件构成的可编程自动控制系统。

本发明的目的是，设计一种通用元件构成的可编程自动控制系统。通用元件如：西门子的S5 115U编程控制器；美国AB公司的PLC 5 25可编程控制器、日本立石公司(OMRON)C 2000 H可编程控制器等。功能上能实现工艺步骤的用户设置和调整，实现工艺参数的用户设置和调整；这套系统具备良好的维护性，保持运行的可靠性，其成本要低于目前已知的同类系统，有很好的可扩展性，以保证其有广泛的工业实用性。

本发明是通过独特的方法、结构、程序的设计来实现的。现就各自的设计叙述于后：

在方法上：以两个程序同运行于一套单CPU的PLC(可编程控制器)主控单元中，即用户程序和主控程序共同完成对被控设备的控制，用户程序是给设备的使用方(工厂的工艺人员)编辑的，主要用来完成设备的初始化、工艺步骤、工艺参数的设置、改动、调整等等。用户程序以数据码的方式贮存在主控单元中，提供了主控程序和用户程序的联接，实现了用户程序对被控设备运行的设置功能，即采用准自然语言的用户程序提供了主控制程序的控制(加工工艺的设置、控制、工艺参数的设置、控制)。主控程序识别用户程序，调用功能原程序，完成用户程序编定步骤控制和工艺参数的控制。实现了加工设备的程序控制、工艺参数的控制。并且具有操作简单、维护特性好、运行可靠，扩展性强等特点。本发明在方法上的特征是：采用一个单CPU主控制单元来实现两个程序运行的控制方法。这种控制方法的具体内容是：设计了用户程序、主控制程序两个控制程序，其中，用户程序主要负担控制步骤、控制参数的任务；主控制程序主要负担数据识别和处理、功能库的调用、控制逻辑(参数的设定、修改、调整，如设备的初始化、工艺步骤、工艺参数的设置、修改、调整，)的处理；用户程序以数据的形式存在于主控制单元的存储器中，主控程序对其读入识别并进行处理，调用功能库程序、扫描输入映象，设置新的输出映象，完成一次循环的控制任务。

本发明的通用元件构成的可编程自动控制系统的控制方法，其特征在于，采用一个单CPU主控单元来实现两个程序运行的控制方法，即

1).设计了用户程序和主控制程序；

2).上两程序运行在一个单CPU主控制单元中；

3).用户程序负担控制步骤、参数的设定、修改、调整，包括设备的初始化、工艺步骤、工艺参数的设置、改动、调整，主控制程序负担数据识别、处理，功能库的调用，控制逻辑的处理；

4).用户程序以数据的形式存在于主控制单元的存储器中，实现用户程序对被控设备运行状态的设置功能，实现以准自然语言对被控设备的控制；

5).实现主控制程序识别用户程序，调用功能程序，完成用户程序编定步骤控制和工艺参数的控制，实现扫描输入映象，设置新的输出映象，完成一次循环的控制任务的控制方法。

本发明在结构上、硬件上是这样实现的，本系统由以下部分组成(见图2)，计算机1和可编程控制器13中的一部分组成上位计算机系统11；可编程控制器13的另一部分组成本发明的主控制器，要特别说明的是，本发明的主控制器是由通用元件构成的。比如用西门子的S5115U编程控制器；美国AB公司的PLC 5 25可编程控制器、日本立石公司(OMRON)HC 2000 H等。上位计算机系统提供了用户程序的编辑环境、存储介质、用户程序数据码的翻译及向主控单元的传送使系统的初始化、工艺步骤，参数的调整变的准确、简捷、可靠，主控制器识别用户程序数据码，并依次调用功能库，并根据检测元件6和低压电路5的状态，完成一个循环的控制任务。本发明所说的上位计算机系统11是一个生产准备型的系统，他不参加主控制程序的直接控制，为系统运行做各种准备、设置，以提高设备运行的质量。

就上位计算机而言，①.它是一个依附于386个人计算机为硬件平台来运行。②.在首页图画模块81运行后转入主菜单参数输入模块82，可根据需要选择以下各项，并完成以下功能：

A.选择系统支持数据编辑模块(辅助模块)86，完成控制逻辑块2的编辑功能，控制逻辑块2支持主控逻辑库块的逻辑分析，指导故障的排除。

B.选择用户程序逻辑模块83，可重新编辑或修改用户程序，产生用户程序块3，完成运行参数优化、工艺步骤的设定等功能。

C.选择用户程序翻译模块84，产生数据块码9，实现对用户程序的数据码转换功能。

D.选择数据码传输模块85，完成数据码块9向PLC的传输功能；在主单元14中产生141数据块。

E.辅助模块86还可以完成控制逻辑块2、用户程序块3、数据码块9的打印功能，完成用户程序的比较功能。

本设计提供支持数据，它提供了主控制程序的控制逻辑、输入、输出器控制内容的定义，支持数据为整个控制系统的调试、排故提供了指导性的信息。

图3给出了和硬件对应的逻辑框图，即上位计算机程序是由本发明设计的计算机程序8、用户程序3、用户程序数据码9和控制逻辑程序2组成，是按如下设计方案进行的，即计算机程序8完成用户程序3的编辑，并把用户程序翻译成数据码9，由通讯驱动程序完成数据码向主控制器14的传送。用户程序3是以准自然语言编辑的，用户要求的工艺步骤、工艺参数等都是以程序语言的方式编入用户程序3的。用户程序相对应的数据码9，在主控制器中是以数据块的形式存储。本发明设计了数据码结构。数据码的结构采用特征码设计方式，使得系统识别简便并有较强地扩展能力。本发明还设计了带有识别功能和功能库调用特点的主控单元程序。这一控制程序突破了传统的开关量、模拟量控制的模式，实现了可编程控制器上双程序运行，实现了程序识别，功能库调用功能。完全实现了结构编程，使系统控制能力有较强的扩展性能。从另一个角度来讲，计算机的软件系统完成了用户程序的编辑、数据码的翻译，产生相对于用户程序的数据码，由通讯驱动程序完成对可编程控制器的传递，这里通讯驱动程序是紧紧依靠硬件通讯模板而运行的  (如西门子公司的S 5 115U上配置的CP 525通讯模板)。为方便用户，计算机软件系统还设有系统支持数据编辑、系统运行参数显示、打印，用户程序比较等模块辅助功能软件模块。用户程序的准自然语言的方式，实现用户对控制顺序的设置，实现了用户对工艺参数的设置。用户程序的数据码以数据块的方式定地址，定容量地存储于主控单元的用户程序存储器中。主控程序访问数据码，并对其进行识别和初始化处理，置相应的主控标识位，扫描输入映象区，根据用户程序，实现对控制功能库的调用，最后完成输出映象的置位，并继续进行新一轮的扫描。低压电器电路、执行元件根据主控单元的输出模块的状态，完成输出状态定义的机械运动，检测元件将运动的状态、运动的结果反馈给主控单元的输入模块，一个新的输入映象形成，为新的控制扫描做好了准备。可编程自动控制系统，是由上位计算机系统11、主控制单元14、打印机12、低压电路5、检测单元6和执行单元7组成，本发明的特征在于：其上位计算机系统11是由计算机程序块8、控制逻辑块2用户程序块3、用户数据码块9组成，其主控制单元14由数据块141、PLC主控模块142、I/O映象块143和I/O逻辑功能库块150组成；其计算机程序块8运行其逻辑程序产生控制逻辑块2和用户程序块3；运行计算机程序块8的翻译程序产生用户数据码块9；经传输程序将用户数据码块9输送给主控制单元14，以数据块141方式存储；PLC主控模块142运行，识别数据块141，调用I/O映象块143和I/O逻辑功能库块150，更新I/O映象块143，通过I/O模块驱动低压电气电路实现自动控制。

从硬件的角度说，图6给出了主控制器原理方框示意图，即CPU模块的一部分存贮器分配给数据模块141，另一部分为PLC主控制模块142，通过总线联接器149将电源块145、通讯块144、输入模块147、输出模块146和模拟量模块148联接起来。主控制器中的主控制程序142(见图6)在完成了系统初始化和系统运行状态的处理以后，在自动的状态下，对数据块依次进行识别，然后进行相应的运行标识位的处理，调用功能库子块，扫描输入映象表，最后完成输出映象的置位本发明建有控制系统的功能库，它的建立和运行是这样进行的，首先按系统逻辑关系把各输出功能以程序方式实现，并把这些实现输出的程序存储在主控单元存储器中，组成了功能库150。在主控制程序运行后(即已完成初始化)，首先对数据码进行识别，置内部标识位及各驱动参数，然后调用功能库(使功能库程序运行)，按照标识位及输入状态，当功能库某些功能逻辑满足，则产生输出，即完成了一个控制循环。主控制程序以上述方式循环工作，直到遇到数据码结束符为止。主控程序以数据码为序进行控制周期的大扫描，并以传入新的用户程序方式，改变控制步骤和控制参数，实现了可编程自动控制系统对所控制设备的自动控制。总之其特征在于主控制器14由数据块141、CPU主控程序142、通讯模块144、模拟量模块148、总线连接器149、输出模块146、输入模块147、电源模板145、主基板168、扩展基板170、169基板间联接模板组成；电源模板145、CPU主控程序142都接在主基板168上，通过总线联接器140、160、165驱动访问扩展基板168上的输入模块147输出模块146，CPU主控程序142运行、识别数据块141，扫描输入模块147，调用I/O逻辑功能库块150，更新模拟量模块148、输出模块146，驱动低压电气电路实现自动控制。

图4给出了本发明所设计的计算机程序和主控制程序逻辑方框示意图。计算机程序8是由启动首页图面模块81，调用主菜单模块82，这时屏幕显示主菜单，选择其中的用户程序编辑项，以定通道的方式存储用户程序3；此时系统又回到主菜单模块82，选择其用户程序翻译项，系统进入用户程序翻译模块84，完成用户程序的翻译，产生相应的数据码9，并以内约名字存储，系统回到主菜单模块82，选择数据码传送项，系统进入用户程序传送模块85，完成数据码的传送；可编程控制器中的相应DB块14(数据块)由数据码9填写，主控程序142进入运行扫描状态，识别数据块141，进行内容标识位置位，调用功能程序库，扫描输入映象143进行输出映象143的置位，驱动执行元件7，设备进入新的状态，检测元件6，测出检测信号并将新的设备运行状态反馈主控单元142，改变输入映象143，主控程序开始下一步骤的新的扫描。由本发明的计算机程序和可编程控制器逻辑图(图4)可以看出，本发明的设计原理，即计算机的软件系统完成了用户的设计的编辑、数据码的翻译、产生相对于用户程序的数据码，由通讯驱动程序完成对主控单元传递。为了方便用户，计算机软件系统还没有系统支持数据编辑模块，系统运行参数显示，打印模块，用户程序比较模块，辅助功能软件模块。用户程序以准自然语言的方式，实现用户对控制明序的设置，实现用户对工艺参数的设置。用户程序的数据码，以数据块的方式定地址，定址地存贮于主控制单元的用户程序中。主控制程序访问数据码，并对其进行识别、初始化处理，置相应的控标识位，扫描联入映象区，根据用户程序，实现对控制逻辑函数库的调用，最后完成输出映象的置位。并继续进行新的循环扫描。低压电器电路5、执行元件7、根据主控单元的输出模块的状态，完成输出状态定义的机械运动，检测元件6将运动的状态，运动的结果反馈给主控单元的输入模块，一个新的输出映象形成，为新的控制扫描作好了准备。

本发明的可编程自动控制系统，是由上位计算机系统11、主控制单元14、打印机12、低压电路5、检测单元6和执行单元7组成，本发明的特征在于：其上位计算机系统11是由计算机程序块8、控制逻辑块2用户程序块3、用户数据码块9组成，其主控制单元14由数据块141、PLC主控模块142、I/O映象块143和I/O逻辑功能库块150组成；其计算机程序块8运行其逻辑程序产生控制逻辑块2和用户程序块3；运行计算机程序块8的翻译程序产生用户数据码块9；经传输程序将用户数据码块9输送给主控制单元14，以数据块141方式存储；PLC主控模块142运行，识别数据块141，调用I/O映象块143和I/O逻辑功能库块150，更新I/O映象块143，通过I/O模块驱动低压电气电路实现自动控制。

本发明的自动控制系统，其特征在于主控制器14由数据块141、CPU主控程序142、通讯模块144、模拟量模块148、总线连接器149、输出模块146、输入模块L47、电源模板145、主基板168、扩展基板170、169基板间联接模板组成；电源模板145、CPU主控程序142都接在主基板168上，通过总线联接器140、160、165驱动访问扩展基板168上的输入模块147输出模块146，CPU主控程序142运行、识别数据块141，扫描输入模块147，调用I/O逻辑功能库块150，更新模拟量模块148、输出模块146，驱动低压电气电路实现自动控制。

为完成以上的设计方案，我们设计了以下关键程序：

1).本发明设计的数据码逻辑程序系统是由数据码传输程序，主控制程序，用户程序和翻译程序实现其自动程序控制。

2).整个8是一个单板机，其计算机程序块8，是由系统起动首页图面模块81，主菜单参数输入块82，用户程序编辑块83，用户程序翻译模块84，用户程序传输模块85和辅助模块86组成。其计算机程序块8启动，首先起动首页图面模块81，然后进入主菜单参数输入块82，用户可根据需要通过输入参数的方式选用主菜单的各项，即选择运行用户程序编辑块83，或者用户程序翻译模块84，或者选择运行用户程序传输模块85、辅助模块86，以完成用户程序的编辑、翻译、传输及逻辑块的编辑等工作任务。

其主要程序，我们分别叙述如下：

(一)数据码传输程序；

其数据码传输程序是：

程序开始先把GWBASIC 2.0执行程序调入内存，以后该模块的所有程序在此环境下运行；串行口初始化和数据发送子程序事先已用宏汇编语言做成了子程序，以送数据之前需调入内存，并执行串行口初始化子程序，设置好波特率等参数；从数据文件中读入要发送的数据，数据分手动数据和自动数据两类，读入时为了判断处理的方便采用字符形式读入，处理完后把它们转换成数值形式；接下来进行数据的发送。首先发送手动数据(两类数据发送到的地址不同)；每次调用发送子程序发送一帧(64个数据字)，每次调用后判断子程序的返回值看发送是否正确。若正确则继续发送下一帧，直到此类数据发送完；若发送不正确，则再把此帧数据发送一次，看是否还不正确，若还不正确则结束发送，给出失败提示，退出程序；若正确则继续发送；手动数据发送完后发送自动数据；自动数据发送完后给出整个数据正确发进完的提示，退出运行环境，整个模块程序结束。

(二)主控程序；

其主控制系统的程序是：

首先运行两个初始化程序之一，然后进入主控制程序循环运行；即每次启动后初始化程序仅运行一次之后主控制程序循环不断地运行；

一、初始化程序I

    当电源恢复时执行此程序

    电源恢复

    检测输入、输出模板及系统其他模板是否正常；

    在存贮区内设定工艺程序存贮空间；

    将系统的工艺程序的初始部分作相应的处理，执行有关操作；

    与通讯模板CP525建立初始化设定；

    设定工艺程序有关的定时控制及其他定时控制；

    转到主控制程序；

二、初始化程序II

    当电源保持不断，CPU模块由停止状态转为运行状态后进行

此程序；

    停止状态转入运行状态；

    在存贮区内设定工艺程序存贮空间；

    清除所有的标志位；

    工艺程序的所有工步号地址被存贮在系统标志字中，及数据

字中；

    与通讯模板初始状态建立；

    工艺程序的初始部分在此被处理；

    有关的定时控制设定；

三、主控制程序的运行

    判断是否有通讯请求；

    若有通讯请求则执行通讯运行程序，然后返回第1步；

    若没有通讯请示则进行如下程序；

    有关报警的标志位清除；

    系统第一单元状态标志设定；

    系统第二单元状态标志设定；

    整个系统的辅助标志生成；

    表格元素生成；

    第一单元表格生成；

    第二单元表格生成；

    伺服装置，电机的驱动处理；

    工艺程序的工步设定，状态显示的控制；

    状态及标志的输出；

    返回第1步，结束一次扫描；

(三)翻译程序；

其翻译程序是：

程序开始运行，依据主文件名，建立XXX DAT、XXX LST文件初始化运行过程中各参数数组，打开.DAT，.LST为扩展名的文件，访问XXX.CIC文件，该文件不存在，填写错误标识位，显示屏幕提示并关闭有关文件运行结束；该文件存在依顺序读取N个记录，对记录中的操作码部分进行识别，语法检查，如有错误则填写.LST文件，做记录数加一处理，没有错误，则填写数据的高位于.DAT文件中，请取当前记录的操作数部分并做数字化处理，识别操作数是否有错误，如有错误则设置错误标识位并填写.LST文件的相应记录；没有错误，则对操作数进行二进制变换，位处理；并对其做十六进制处理填写.DAT，.LST文件的当前记录，内控记录码加一，并检查当前记录是不是.CIC文件的最后一个记录，如不是最后记录，则程序跳转回读取下一个记录，并循环做操作码、操作数的处理；结束处理首先对程序运行的错误标识进行识别；有错误标识则删除.DAT文件，在屏幕上显示运行结果，最后关闭剩余的文件，整个程序完成功能。

(四)用户程序；

其用户程序是：

[1]、打开其用户程序；读入已有文件；若此文件名以前不存在；则创建一新文件；程序各参数初始化；

[2]、根据页号和行号，将文件一页(每页21行)显示在屏幕上；

[3]、程序等待从键盘输入程序文本或编辑命令；输入是程序文本则转去[4]；否则跳转执行[5]；

[4]、若当前为插入状态则将输入文本字符插入在光标所在处；否则在光标处字符变为输入字符，将原内容覆盖；并转去执行[2]；

[5]、A、若编辑命PgUp或F1，则控制光标位置向前翻一页，转去

     执行[2]；

  B、若编辑命令是F2，则控制光标位置到指定行号，转去执行

     [2]；

  C、若编辑命令是PgDn或F3，则控制光标位置向后翻一页，转

     去执行[2]；

  D、若编辑命令是F4，则当前编辑文件存盘，转去执行[2]；

  E、若编辑命令是F5，则查找一个字符串，光标到该字串位置，

     转去执行[2]；

  F、若编辑命令是Tab，则继续查找该字符串，光标到该字串位

     置，转去执行[2]；

  G、若编辑命令是F6，则请用户输入另一编辑文件名，转去执

     行[1]；

  H、若编辑命令是F9，则显示各功能键使用说明，显示完成后，

     转去执行[2]；

  I、若编辑命令是则控制光标上移一行，转去执行[2]；

  J、若编辑命令是则控制光标下移一行，转去执行[2]

  K、若编辑命令是则控制光标左移一个字符，转去执行[2]；

  L、若编辑命令是则控制光标右移一个字符，转去执行[2]；

  M、若编辑命令是Return，则控制光标到下一行，若是在插入

     状态，则在光标处下一行插入一空行，转去执行[2]；

  N、若编辑命令是Ins，则改变插入状态ON/OFF，转去执行[2]；

  O、若编辑命令是Backpace，则删除光标所在处一个字符，转

     去执行[2]；

  P、若编辑命令是Del，则删除光标所在处一个字符，转去执行

     [2]；

  Q、若编辑命令是Ctrl+Y，则删除光标所在行，转去执行[2]

  R、若编辑命令是Home，则控制光标到文件第一行，转去执行

     [2]；

  S、若编辑命令是End，则控制光标到文件最后一行，转去执

     行[2]；

  T、若编辑命令是其它功能键，则响铃，用以提示输入无效，

     转去执行[2]；

  U、若编辑命令是Clrl+F8，则若当前编辑未存盘，提示存盘

     后，退出用户程序编辑，返回调用程序。

本发明有以下几大优点：

和现有技术相比较，现有技术可以实现对工艺参数的设置、修改进行可编程设备的自动控制，就控制系统而言，它依赖于设计和出生产专用的电子器件，正因为如此，才带来了一系列的不可克服的困难，如成本高、可靠性低，更加上用户自身无法对专用设计的电路维护，维修，须请制造厂方专程解决…。到目前本发明人还未见到用通用元器件完成的可编程自动控制系统。

本发明的特点是：A、采用通用元器件，设计特殊的程序，用通用元器件来完成可编程自动控制系统的任务，因此而带来设备控制可靠性提高、成本低，便于维护、维修。B、本发明创立了用两个程序运行于一套单CPU主控单元的设计方法，使通用元器件可以完成更复杂设备的自动控制，两个程序是用户程序和主控程序；为完成这个设计思想，本发明述设计了计算机系统和主控制系统，并设计了相应的电路。C、本发明满足了用户，对工艺步骤、工艺参数设置、调整的要求，极大的方便了用户。D、本发明扩展了功能提高了整机的自动控制的能力。E、本发明创立了用户程序指令及其相应的数据码转换的格式规则，应用了指令码设计的技术，具有简捷易识别的特点。F、本发明的PLC主控程序，运行于通用元件的CPU模块，(比如，西门子公司的S5 115U 944 CPU模块)  使系统具有识别功能、功能库调用功能，以及通讯服务激活功能，有很强的工艺实用性和扩展性。总之本发明给程序控制设备生产过程的自动化，开出了一条新的途径。

本发明有如下附图：

图1为现有专用元器件构成的自动控制系统示意方框图；

该系统是由可控逻辑系统2、可控逻辑机器码(CPU可执行机器码系统2′、上位计算机系统10、用户程序系统3、用户程序机器码3′、专用主控制系统4(使用专用元件如WCP 53)、系统逻辑控制单元(CPU1)41、用户控制单元(CPU2)42、映象块43、电器电路5、检测元件6及执行元件7组成。

图2是本发明的硬件总体构成方框示意图；

它是由以下部件组成：计算机系统1、可编程控制器13、通用元器件构成的上位计算机系统11、由通用元器件构成的主控单元14、打印机12、低压电器电路5、检测元件6和执行元件7组成。

图3是本发明和硬件对应的(和图2对应的)逻辑框总示意图；

图中各标号指的是如下程序，由本发明设计的计算机程序块8、用户程序3、可控制逻辑程序2、用户数据码9组成了上位计算机程序11、。

图4是本发明的软件功能模块示意图；

由起动首页图面模块81、主菜单参数模块82、用户程序编辑模块83、用户程序翻译模块84、用户程序传送模块85和辅助模块86构成计算机程序块8；由数据块141、PLC主控制模块142、I/O逻辑功能库(块)150、I/O映象块143构成了主控制单元14，要特别说明的是各模块都是由通用元器件制成的。

图5是公知技术的计算机程序和主控程序逻辑示意图(功能模块示意图)；

由主菜单模块100、用户程序编辑模块101、用户程序翻译模块102、，用户程序机器码传输模块103、逻辑程序机器码传输模块104、辅助模块105、逻辑程序翻译模块106、和逻辑编辑程序模块107构成了上位计算机系统10；由CPU1 41、CPU2 42和I/O映象块43构成的专用(元器件)主控制系统4，可控逻辑程序2及其机器码2｀、用户程序3及其机器码3｀。

图6是为本发明主控制单元结构方框示意图。

本发明的通用元器件构成的主控制单元14，是由以下部件构成的，(这些通用元器件可以用西门子公司生产的S5 115U可编辑控制器，或是美国AB公司生产的PLC 5 25可编程控制器，或选用日本立石公司(OMRON)C 2000H可编程控制器，由数据块141，PLC主控程序142、I/O映象块和功能块150构成的CPU，由通讯模块144、电源块145、总线连接器149及输出模块146、输入模块147、模拟量模块148所构成的I/O映象块143构成。输出模块146联接有低压电器电路5和执行元件7；输入模块147联接有低压电器电路5和检测元件6；模拟块148联接有执行元件7。通讯模块144联接着用户程序传送模块85。

图7-1及图7-2为本发明的数据码传输程序流程图；

图8-1、图8-2为及图8-3为本发明的主控程序流程图；

图9-1、图9-2及图9-3为本发明的翻译程序流程图；

图10-1、图10-2、图10-3及图10-4为本发明的用户程序编辑流程图；

图11为本发明的主控制器单元实施例示意图。

本发明实施例之一就是选用西门子公司生产的通用元器件，即CPU选用6ES5-944-7UA12，输入模块147选用6ES5-430-7LA12，输出模拟模块146选用ES5-454-7LA11及6ES5-451-7LA12，电源块145选用6ES5-951-7LD12，模拟量模块148选用6ES5-470-7LB12，总成联结器149选用6ES5-705-0AF00，扩展基板6ES5-701-1LA12，通讯模块144选用6ES5-525-3UA21和6ES5-306-7LA11。

图12为本发明主控制器总配置的实施例。

编号说明：

131为电源模块，选用6ES5-951-7LD12；

132为CPU模块，选用6ES5-944-7UA12；

133为通讯模块，选用6ES5-525-3UA21；

134为模拟输出模块，选用6ES5-470-7LB12；

135-139为输入模块，选用6ES5-430-7LA12；

140为总线终端阻抗模块，选用6ES5-306-7LA11；

151-153为输入模块，选用6ES5-240-7LA12；

154-159为输出模块，选用6ES5-454-7LA11；

160为总线扩展连接模块，选用6ES5-306-7LA11；

161-163为输出模块，选用6ES5-454-7LA11；

164为输出模块，选用6ES5-451-7LA12；

165为总线扩展联接模块，选用6ES5-306-7LA11；

166-167为联结电缆，选用6ES5-705-0AF00；

168为主基板，选用6ES5-700-2LA12；

169-170为扩展基板，选用6ES5-701-1LA12。

图13为本发明的实施例：全钢丝载重子午胎一次法成型机结构方框示意图。

图中编号说明：

21为胎面供料装置，22为主机头及驱动装置，23为辅助粘合鼓及驱动装置，24为传递环，25为主供料装置，26为辅助鼓供料装置，27、28、29为胎倒供料装置，30为反压及反气装置，31为自动控制箱。

现结合附图，对本发明的实施例作进一步的描述：

全钢丝载重子午胎一次法成型机电控系统是应用本发明的一个成功的实施例。本电控系统的应用对象是全钢丝载重子午胎一次法成型机(以下简称成型机)。该成型机主要完成全部钢丝子午胎的一次成型。该成型机由以下十个部分组成(见图13)：主机头及驱动装置22；辅助粘合鼓及驱动装置23；传递环24；主供料装置25；反压及反气装置30；辅助鼓供料装置26；胎倒供料装置29；胎面供料装置21，27和28，本发明所说的可编程自动控制系统就安装在自动控制箱31中。主机由22、23和24组成，按照生产所需要的参数，在可编程自动控制系统的控制下，完成生产全钢丝轮胎的各种工序、生产工序个各个步骤。相配合自动生产的设备还有主供料装置25、辅助鼓供料装置26和胎面供料装置21，27、28胎倒供料装置29，反压及反气装置30按工艺的需要(如：时间、位置、速度、供料品种的选择等)，将原料供主机使用。对该机的控制则体现在，生产品种的选定、初始生产工艺步骤的选定和生产参数的设置上，体现在已设置好的生产工艺步骤和生产工艺参数，用户可以根据实际设计和生产的需要，再次改动和调整。就成型机整体而言，它是一个离散型的但各部件动作相当严密、协调的大型专用生产设备。其控制类型我手动控制和自动控制。在该成型机上又要完成五种不同规格的轮胎的成型，因此要求控制系统具有良好的调整性能；具有满足工艺要求的工作前骤的设置功能；具有工艺参数(转数、定转、转角……)的设置功能。要求二十四小时连续运行，因此要求控制系统有较高的可靠性及良好的维护性能。为了完成该成型机所设定的任务，设计了本发明实施例所述的可编程自动控制系统。现在结合附图具体加以说明。

本实施例的硬件结构示意图见图2，其中上位计算机系统11，主要完成生产准备功能，如用户程序的编辑，数据码的翻译，数据码的传输；支持数据的编辑，如输入输出表的编辑，主控制表的编辑，支持数据用于整个系统的分析1故障的排出，并为系统进一步开发智能型故障诊断的分析功能在好了准备；系统的辅助功能，如用户程序、支持数据的打印，用户程序的比较功能等。系统主控制单元14，完成系统运行过程中步骤、逻辑的控制。上位计算机11和主控制单元14的联系由上位计算机的并行口，传输系统，及主控制单元14上的通讯模板组成。主控制单元14中的各种元件选用目前已经商品化了的PLC组成，在本实施例中是选用德国西门子公司生产的S5 115U型PLC产品。从电路上说，硬件的模块是：电源模板145、CPU模板142、141、通讯模板144、模拟量输出模板148、数字量输入模板147、数字量输出模板146、总线联接器149、分基板168及扩展基板169、170，基板间联接模板组成。图11是主控制单元电路结构示意图，图12是主控制单元的实际配置图，也就是说：输入模块一共有八块，它们是135、136、137、138、139、151、152、和153。输出模块一共有十块，它们是154、155、156、157、158、159、161、162、163和164。模拟模块134，电源模块131，CPU模块132和通讯模块133。从具体结构上说：在总线基础基板149上的扩展基板A 170和扩展基板B 169，它们选用子门子公司生产的PLC系列产品(以下同，不再重复)中的6ES5-701-1LA12元件，其上的主基板168，它是选用6ES5-700-2LA12元件。在扩展基板170上插有，输出模块161、162和163，它们选用6ES5-454-7LA11元件；输出模块164，它选用6ES5-451-7LA12元件。在扩展基板B169上插有输入模块151、152和153，它们选用6ES5-240-7LA12元件；输出模块154、155、156、157、158和159，它们选用6ES5-454-7-LA11元件。在主基板168上插有，电源模块131，，它选用6ES5-951-7LD12元件；CPU模块132，选用6ES6-944-7UA12元件；通讯模块133选用6ES5-625-3UA21元件；模拟输出模块134，选用6ES5-470-7LB21元件；输入模块135、136、137、138和139，它们选用6ES5-430-7LA12元件。三个基板模板分别选用6ES5-306-7LA11元件的总线连接器140、160、165相联接。在扩展基板A 170、扩展基板B 169主基板168间，分别有联结电缆166、167联接，它们选用6ES5-705-0AF00元件。低压电器控制柜，主要包括三个部分，低压电器控制电路5，执行驱动电路7和检测电路6。

上位计算机系统的软件结构和功能如下：

(一).系统启动屏幕模块。

(二).系统总菜单模块，功能是完成各模块的连接、调用及参数的输入。

(三).系统控制逻辑表编辑模块，功能是对主控逻辑进行编辑，提供系统运行支持数据。

(四).系统I/O表编辑模块，功能是对I/O进行定义及编辑，提供系统支持数据。

(五).用户程序编辑模块，功能是提供编辑用户程序的工具。

(六).用户程序翻译模块，功能是将用户程序翻译成数据码。

(七).数据码传输模块，功能是将数据码传送给主控制单元。

(八).系统数据打印模块，功能是将系统中所有有用计算机数据打印出来。

(九).用户程序比较模块，功能是为用户编辑用户程序提供相应的确认工具。

主控制单元控制模块，功能是系统运行所有逻辑控制，显示驱动，通讯功能的激活及服务功能。

本实施例独创的程序流程如下：

(一)数据码传输程序流程；

(二)主控程序流程；

(三)翻译程序流程；

(四)用户程序编辑流程。

Claims (10)

1.一种通用元器件构成的可编程自动控制系统，可编程自动控制系统，是由上位计算机系统(11)、主控制单元(14)、打印机(12)、低压电路(5)、检测单元(6)和执行单元(7)组成，本发明的特征在于：其上位计算机系统(11)是由计算机程序块(8)、控制逻辑块(2)用户程序块(3)、用户数据码块(9)组成，其主控制单元(14)由数据块(141)、PLC主控模块(142)、I/O映象块(143)和I/O逻辑功能库块(150)组成；其计算机程序块(8)运行其逻辑程序产生控制逻辑块(2)和用户程序块(3)；运行计算机程序块(8)的翻译程序产生用户数据码块(9)；经传输程序将用户数据码块(9)输送给主控制单元(14)，以数据块(141)方式存储；PLC主控模块(142)运行，识别数据块(141)，调用I/O映象块(143)和I/O逻辑功能库块(150)，更新I/O映象块(143)，通过I/O模块驱动低压电气电路实现自动控制。

2.根据权利要求1所述的自动控制系统，其特征在于主控制器(14)由数据块(141)、CPU主控程序(142)、通讯模块(144)、模拟量模块(148)、总线连接器(149)、输出模块(146)、输入模块(147)、电源模板(145)、主基板(168)、扩展基板(170)、(169)基板间联接模板组成；电源模板(145)、CPU主控程序(142)都接在主基板(168)上，通过总线联接器(140)、(160)、(165)驱动访问扩展基板(168)上的输入模块(147)输出模块(146)，CPU主控程序(142)运行、识别数据块(141)，扫描输入模块(147)，调用I/O逻辑功能库块(150)，更新模拟量模块(148)、输出模块(146)，驱动低压电气电路实现自动控制。

3.根据权利要求1所述的自动控制系统，其特征在于主控制器14是由通用元件如S5115U可编程控制器，或者是PLC5.25可编程控制器，或者是(OMRON)C2000 H可编程控制器。

4.根据权利要求1所述的自动控制系统，其特征在于当该自动控制系统用来作子午轮胎一次法成型机的可编自动控制系统时，当选用S5115U可编程系列元件时，CPU选用6ES5-944-7UA12，输入模块(147)选用6ES5-430-7LA12，输出模拟模块(146)选用ES5-454-7LA11及6ES5-451-7LA12，电源块(145)选用6ES5-951-7LD12，模拟量模块(148)选用6ES5-470-7LB12，总成联结器(149)选用6ES5-705-0AF00，扩展基板6ES5-701-1LA12，通讯模块(144)选用6ES5-525-3UA21和6ES5-306-7LA11；

其主控单元块由以下结构组成：

①在总线基础基板(149)上装有扩展基板A(170)和扩展基板B(169)，它们选用S5 115U可编程控制器系列元件PLC系列产品(以下同，不再重复)中的6ES5-701-1LA12元件，装有主基板(168)，它是选用6ES5-700-2LA12元件；

②在扩展基板(170)上插有，输出模块(161)、(162)和(163)，它们选用6ES5-454-7LA11；输出模块(164)，它选用6ES5-451-7LA12；

③在扩展基板B(169)，上插有输入模块(151)、(152)和(153)，它们选用6ES5-240-7LA12；输出模块(154)、(155)、(156)、(157)、(158)和(159)，它们选用6ES5-454-7LA11；

④在主基板(168)上插有，电源模块(131)，它选用6ES5-951-7LD12；CPU模块(132)，选用6ES5-944-7UA12；通讯模块(133)选用6ES5-525-3UA21；模拟输出模块(134)，选用6ES5-470-7LB21；输入模块(135)、(136)、(137)、(138)和(139)，它们选用6ES5-430-7LA12；

⑤三个基板模板分别由都选用6ES5-306-7LA11的总线终端阻抗模块(141)，总线扩展连接模块A(160)和总线扩展连接模块B(165)相联接；

⑥在扩展基板A(170)、扩展基板B(169)主基板(168)间，分别联结有电缆(166)、(167)，它们选用6ES5-705-0AF00元件；

⑦低压电器控制柜，主要包括三个部分，低压电器控制电路(5)，执行驱动电路(7)和检测电路(6)。

5.一种通用元器件构成的可编程自动控制系统的程序，其特征在于：

1).本发明设计的数据码逻辑程序系统是由数据码传输程序，主控制程序，用户程序和翻译程序实现其自动程序控制；

2).计算机程序块(8)，是由系统起动首页图面模块(81)，主菜单参数输入块(82)，用户程序编辑块(83)，用户程序翻译模块(84)，用户程序传输模块(85)和辅助模块(86)组成；其计算机程序块(8)启动，首先起动首页图面模块(81)，然后进入主菜单参数输入块(82)，用户可根据需要通过输入参数的方式选用主菜单的各项，即选择运行用户程序编辑块(83)，或者用户程序翻译模块(84)，或者选择运行用户程序传输模块(85)、辅助模块(86)，以完成用户程序的编辑、翻译、传输及逻辑块的编辑等工作任务。

6.根据权利要求5所述的自动控制系统的程序，其特征在于，其数据码传输程序的流程是：

程序开始先把GWBASIC 2.0执行程序调入内存，以后该模块的所有程序在此环境下运行；串行口初始化和数据发送子程序事先已用宏汇编语言做成了子程序，以送数据之前需调入内存，并执行串行口初始化子程序，设置好波特率等参数；从数据文件中读入要发送的数据，数据分手动数据和自动数据两类，读入时为了判断处理的方便采用字符形式读入，处理完后把它们转换成数值形式；接下来进行数据的发送。首先发送手动数据(两类数据发送到的地址不同)；每次调用发送子程序发送一帧(64个数据字)，每次调用后判断子程序的返回值看发送是否正确。若正确则继续发送下一帧，直到此类数据发送完；若发送不正确，则再把此帧数据发送一次，看是否还不正确，若还不正确则结束发送，给出失败提示，退出程序；若正确则继续发送；手动数据发送完后发送自动数据；自动数据发送完后给出整个数据正确发进完的提示，退出运行环境，整个模块程序结束。

7.根据权利要求5所述的自动控制系统的程序，其特征在于，其主控制系统的程序流程是：

首先运行两个初始化程序之一，然后进入主控制程序循环运行；即每次启动后初始化程序仅运行一次之后主控制程序循环不断地运行；

一、初始化程序I

    当电源恢复时执行此程序

    电源恢复

    检测输入、输出模板及系统其他模板是否正常；

    在存贮区内设定工艺程序存贮空间；

    将系统的工艺程序的初始部分作相应的处理，执行有关操作；

    与通讯模板CP525建立初始化设定；

    设定工艺程序有关的定时控制及其他定时控制；

    转到主控制程序；

二、初始化程序II

    当电源保持不断，CPU模块由停止状态转为运行状态后进行

此程序；

    停止状态转入运行状态；

    在存贮区内设定工艺程序存贮空间；

    清除所有的标志位；

    工艺程序的所有工步号地址被存贮在系统标志字中，及数据

字中；

    与通讯模板初始状态建立；

    工艺程序的初始部分在此被处理；

    有关的定时控制设定；

三、主控制程序的运行

    判断是否有通讯请求；

    若有通讯请求则执行通讯运行程序，然后返回第1步；

    若没有通讯请示则进行如下程序；

    有关报警的标志位清除；

    系统第一单元状态志设定；

    系统第二单元状态标志设定；

    整个系统的辅助标志生成；

    表格元素生成；

    第一单元表格生成；

    第二单元表格生成；

    伺服装置，电机的驱动处理；

    工艺程序的工步设定，状态显示的控制；

    状态及标志的输出；

    返回第1步，结束一次扫描；

8.根据权利要求5所述的自动控制系统的程序，其特征在于，其翻译程序的流程是：

程序开始运行，依据主文件名，建立XXX DAT、XXX LST文件初始化运行过程中各参数数组，打开.DAT，.LST为扩展名的文件，访问XXX.CIC文件，该文件不存在，填写错误标识位，显示屏幕提示并关闭有关文件运行结束；该文件存在依顺序读取N个记录，对记录中的操作码部分进行识别，语法检查，如有错误则填写.LST文件，做记录数加一处理，没有错误，则填写数据的高位于.DAT文件中，请取当前记录的操作数部分并做数字化处理，识别操作数是否有错误，如有错误则设置错误标识位并填写.LST文件的相应记录；没有错误，则对操作数进行二进制变换，位处理；并对其做十六进制处理填写.DAT，.LST文件的当前记录，内控记录码加一，并检查当前记录是不是.CIC文件的最后一个记录，如不是最后记录，则程序跳转回读取下一个记录，并循环做操作码、操作数的处理；结束处理首先对程序运行的错误标识进行识别；有错误标识则删除.DAT文件，在屏幕上显示运行结果，最后关闭剩余的文件，整个程序完成功能。

9.根据权利要求5所述的自动控制系统的程序，其特征在于，其用户程序编辑流程是：

[1]、打开其用户程序；读入已有文件；若此文件名以前不存在；则创建一新文件；程序各参数初始化；

[2]、根据页号和行号，将文件一页(每页21行)显示在屏幕上；

[3]、程序等待从键盘输入程序文本或编辑命令；输入是程序文本则转去[4]；否则跳转执行[5]；

[4]、若当前为插入状态则将输入文本字符插入在光标所在处；否则在光标处字符变为输入字符，将原内容覆盖；并转去执行[2]；

[5]、A、若编辑命PgUp或F1，则控制光标位置向前翻一页，转去

     执行[2]；

  B、若编辑命令是F2，则控制光标位置到指定行号，转去执行

     [2]；

  C、若编辑命令是PgDn或F3，则控制光标位置向后翻一页，转

     去执行[2]；

  D、若编辑命令是F4，则当前编辑文件存盘，转去执行[2]；

  E、若编辑命令是F5，则查找一个字符串，光标到该字串位置，

     转去执行[2]；

  F、若编辑命令是Tab，则继续查找该字符串，光标到该字串位

     置，转去执行[2]；

  G、若编辑命令是F6，则请用户输入另一编辑文件名，转去执

     行[1]；

  H、若编辑命令是F9，则显示各功能键使用说明，显示完成后，

     转去执行[2]；

  I、若编辑命令是则控制光标上移一行，转去执行[2]；

  J、若编辑命令是则控制光标下移一行，转去执行[2]

  K、若编辑命令是则控制光标左移一个字符，转去执行[2]；

  L、若编辑命令是则控制光标右移一个字符，转去执行[2]；

  M、若编辑命令是Return，则控制光标到下一行，若是在插入

     状态，则在光标处下一行插入一空行，转去执行[2]；

  N、若编辑命令是Ins，则改变插入状态ON/OFF，转去执行[2]；

  O、若编辑命令是Backpace，则删除光标所在处一个字符，转

     去执行[2]；

  P、若编辑命令是Del，则删除光标所在处一个字符，转去执行

     [2]；

  Q、若编辑命令是Ctrl+Y，则删除光标所在行，转去执行[2]

  R、若编辑命令是Home，则控制光标到文件第一行，转去执行

     [2]；

  S、若编辑命令是End，则控制光标到文件最后一行，转去执

     行[2]；

  T、若编辑命令是其它功能键，则响铃，用以提示输入无效，

     转去执行[2]；

  U、若编辑命令是Clrl+F8，则若当前编辑未存盘，提示存盘

     后，退出用户程序编辑，返回调用程序。

10.一种通用元件构成的可编程自动控制系统的控制方法，其特征在于，采用一个单CPU主控单元来实现两个程序运行的控制方法，即：

1).设计了用户程序和主控制程序；

2).上两程序运行在一个单CPU主控制单元中；

3).用户程序负担控制步骤、参数的设定、修改、调整，包括设备的初始化、工艺步骤、工艺参数的设置、改动、调整，主控制程序负担数据识别、处理，功能库的调用，通讯激活及通讯服务，控制逻辑的处理；

4).用户程序以数据的形式存在于主控制单元的存储器中，实现用户程序对被控设备运行状态的设置功能，实现以准自然语言对被控设备的控制；

5).实现主控制程序识别用户程序，调用功能程序，完成用户程序编定步骤控制和工艺参数的控制，实现扫描输入映象，设置新的输出映象，完成一次循环的控制任务的控制方法。

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