ANY指針編程在多變量大數(shù)據(jù)處理中的應用

董 令，慕小喬，李巖，劉克平

（長春工業(yè)大學　控制科學與工程，長春　130012）

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ANY指針編程在多變量大數(shù)據(jù)處理中的應用

董 令，慕小喬，李巖，劉克平

（長春工業(yè)大學控制科學與工程，長春130012）

摘 要：針對工業(yè)現(xiàn)場多變量大數(shù)據(jù)特點，提出了一種西門子可編程控制器ANY指針編程方法。與傳統(tǒng)邏輯控制編程方法相比，ANY指針編程可以對大量的數(shù)據(jù)進行批處理，速度快，實時性好，是對傳統(tǒng)控制更好的應用和創(chuàng)新。以某汽車公司側圍生產(chǎn)線為例，給出了ANY指針編程方法的應用實例，詳述了FB101功能塊創(chuàng)建、ANY指針引用和定義以及ARRAY、STRUCT、UDT及多背景數(shù)據(jù)塊的使用等方法，運用高級語言編程技巧顯示人機界面，直觀靈活的展現(xiàn)工業(yè)實時狀況，很好地實現(xiàn)了結構化編程。應用結果表明該系統(tǒng)性能穩(wěn)定，運行可靠，人機界面操作簡便。

關鍵詞：大數(shù)據(jù)；ANY指針；可編程控制器編程；汽車生產(chǎn)線

0　引言

西門子PLC廣泛應用于工業(yè)控制，尤其在汽車生產(chǎn)線上，汽車生產(chǎn)工藝越來越復雜，人機化要求越來越高，精度要求越來越苛刻，所需求的變量隨之增加，普通的一條生產(chǎn)線變量就要成千上萬個，批量數(shù)據(jù)的傳送與處理，給工業(yè)控制提出了難題，針對大數(shù)據(jù)多變量問題，設計可靠、方便、易讀的控制程序尤為重要，充分合理的利用PLC控制技術，是實現(xiàn)自動化汽車生產(chǎn)的關鍵。在此，對于多變量系統(tǒng)，程序上進行了研究與驗證，傳統(tǒng)的PLC尋址方式［1］，包括直接尋址，存儲器、寄存器間接尋址以及POINTER指針［2］數(shù)據(jù)類型都滿足不了多變量大數(shù)據(jù)的控制，而且傳統(tǒng)控制穩(wěn)定性低，停臺時間長等?；谀称噦葒a(chǎn)線上西門子PLC S7-400控制平臺，利用ANY數(shù)據(jù)指針作為變量，開發(fā)出一種新應用。

ANY指針數(shù)據(jù)類型是10字節(jié)指針類型，用來傳遞DB塊號、數(shù)據(jù)地址、數(shù)據(jù)數(shù)量以及數(shù)據(jù)類型。靈活采用高級編程語言中的一些技巧，實現(xiàn)變量的批量處理與控制，解決了傳統(tǒng)PLC編程難以實現(xiàn)此控制的難題［3］。

1　汽車側圍生產(chǎn)線工作過程

1.1側圍生產(chǎn)線簡介

側圍生產(chǎn)線為提高生產(chǎn)節(jié)拍是由若干個工位組成，每個工位根據(jù)生產(chǎn)工藝，成一定數(shù)量的沖壓件焊接，最后完成側圍生產(chǎn)的半自動生產(chǎn)線。由于側圍沖壓件多，為固定零件方便焊接，需要的氣缸數(shù)量龐大且種類繁多。每個氣缸需要檢測原位和終點信號。側圍生產(chǎn)線控制除了氣缸還有多種檢測信號，比如零件占位檢測，側圍外板檢測，氣源檢測等，而且需要人工參與的協(xié)調控制。

1.2側圍生產(chǎn)線硬件系統(tǒng)配置

某汽車側圍生產(chǎn)線包括左右兩側，38個工位，16塊觸摸屏，左右各8塊，選擇HMI 2為例，如表1HMI 2控制工位氣閥，表2HMI 2控制工位開關數(shù)量所示，HMI2控制三個工位，分別為AF03010，AF03015，AF03020，共96個氣缸，19個檢測信號，共需要211個輸入點，20個輸出點。從表中三個工位可以看出控制所需硬件和傳感器繁多。據(jù)不完全統(tǒng)計，此側圍生產(chǎn)線共需要1300個氣缸，180個檢測信號，4000多組報警顯示。

表1　HMI2控制工位氣閥

表2　HMI2控制工位開關

1.3側圍生產(chǎn)線軟件系統(tǒng)簡介

首先，滿足側圍生產(chǎn)工藝上的基本控制功能。要求人性化的HMI［3］（人機操作界面）。清晰的實時狀態(tài)顯示。準確的故障診斷，縮短故障的排除時間，減少停臺時間［5］。這都大大增加了數(shù)據(jù)處理與傳送的繁瑣。在生產(chǎn)線中，各個工位的控制是相似的，因此對于所有工位的邏輯控制是一致的，可以將其提煉為一個公共的FB控制塊，在所有工位控制中調用此FB塊，實現(xiàn)邏輯控制。但由于各個工位在控制對象的數(shù)量、形式以及邏輯步驟之間的連接差異等，需要在調用FB塊時給出不同的形參值，為此設計了圖1工位控制參數(shù)設定畫面。所以上述功能的實現(xiàn)都需要以大量的數(shù)據(jù)交換作為基礎，為了達到上述目的，在程序中使用了ANY指針變量。

圖1　工位控制參數(shù)設定畫面

2　西門子ANY指針

2.1軟件ANY指針聲明

ANY指針是一種傳遞指針［6］的形參數(shù)據(jù)類型，用于邏輯塊（FB、FC）之間傳遞參數(shù)，可以傳遞DB塊號、數(shù)據(jù)地址、數(shù)據(jù)數(shù)量及數(shù)據(jù)類型。

在ANY數(shù)據(jù)類型參數(shù)中，數(shù)據(jù)區(qū)的含義如表3所示。

表3　數(shù)據(jù)區(qū)含義［2］

ANY指針由10個字節(jié)組成。其指針數(shù)據(jù)格式如表4所示，指針變量的數(shù)據(jù)格式，表5絕對（相對于地址等于0的地址指針對應指針數(shù)據(jù)格式的）地址分配。

表4　指針變量的數(shù)據(jù)格式

表5　絕對地址分配

2.2舉例說明ANY指針賦值形式

1）對數(shù)據(jù)類型參數(shù)進行賦值時可以選擇指針顯示方式直接賦值，與其他指針相比，ANY類型指針可以表示一段長度的數(shù)據(jù)。例如：P#DB10.DBX0.0 BYTE 654，表示指向DB10.DBB0～DB10.DBB654 654個字節(jié)。

2）當在FB FC接口中定義了輸入ANY指針變量時，指針按照指針的數(shù)據(jù)格式形式賦值。以模式命令指針為例：

3）I/O起始地址進行自定義指針#PLC_Use.HMI_ Setting.IO_Start_Address

3　程序應用實現(xiàn)

3.1程序結構分析

針對側圍生產(chǎn)線大數(shù)據(jù)多變量的問題，程序采用結構化編程［4，7］和ANY指針實現(xiàn)，在編程時需要規(guī)劃整體結構［8，9］，采用層次化分別對每個工位進行控制，控制程序結構如圖2所示。以FC101為例，F(xiàn)C101對應于觸摸屏HMI2，可以實現(xiàn)AF03010，AF03015，AF03020工位的自動控制，與FB101，F(xiàn)B102，F(xiàn)B103分別對應，AF03010的控制包括FB95（Led_Exist_Sub），F(xiàn)B96 （Exist_check_Avail），F(xiàn)B97（Orig_Complete_sub），F(xiàn)B98（Orig_Valve_Control）等，其余FC102，F(xiàn)C103，F(xiàn)C104，F(xiàn)C105等為其他工位的控制。結構與FC101相似。

圖2　控制程序結構

3.2ANY指針interface

根據(jù)工位具體情況，每塊觸摸屏控制的工位數(shù)不同，側圍生產(chǎn)線操作員通過觸摸屏選擇，控制不同工位。

以HMI的設計為例說明ANY指針［10］的應用。HMI是生產(chǎn)線上的重要部件，主要完成指令的輸入和運行狀態(tài)的顯示及故障的報警輸出。從數(shù)據(jù)流［11］向來看分為從HMI到PLC CPU的控制指令輸出和從PLC CPU到HMI的顯示數(shù)據(jù)的輸入。在圖3［3］中，按鈕和模式選擇是到PLC的輸出數(shù)據(jù)，各種狀態(tài)顯示及報警是輸入的數(shù)據(jù)，因此在FB101的接口定義中定義了Mode_Command_P、Ex_ Var_Button_P等到PLC的輸出數(shù)據(jù)指針和LED_Point、HMI_IO_Dis_Point等到HMI的數(shù)據(jù)輸入指針。

FB101［12～14］調用過程如圖4所示。

在接口信號的輸入端設置HMI_IO_Dis_Point為ANY指針數(shù)據(jù)變量，數(shù)據(jù)長度設置為320 byte，此時的ANY指針為形參變量，由于PLC內部的邏輯運算需要定義相應的臨時變量，把臨時變量賦值給輸入的指針，使HMI_IO_Dis_Point 指針指向實際地址DB10. DBX1768.0，程序通過SFC20（塊傳送）把邏輯運算結果傳送至臨時變量temp T_HMI_IO_Dis_Point指針所指位置。并顯示至觸摸屏上。

圖4　功能塊FB101的調用

舉例說明，設置兩組閥分別設置4個氣缸，設置MZ11夾緊，MZ12松開，I/O狀態(tài)顯示變量設置為整型量，當數(shù)值為2時顯示黃色閃爍，代表氣缸伸出或縮回的過程中，當數(shù)值為3時黃色不閃爍，代表縮回到位，當數(shù)值為4時，代表氣缸報警。邏輯運算結果轉化成數(shù)字量送入指針地址寄存器。I/O狀態(tài)顯示［3］如圖5實例I/O狀態(tài)顯示所示。

圖5　實例I/O狀態(tài)顯示

4　結束語

某汽車側圍生產(chǎn)線采用ANY指針方法的控制程序兩年來得到了良好的效果，相比采用傳統(tǒng)［15］的控制方法，CPU的工作內存明顯減少，在CPU選型上可節(jié)省成本達25萬元，再者，甲乙兩班生產(chǎn)的停臺時間由原來的平均每班組30分鐘降低為5分鐘，按10分鐘兩臺側圍左右骨架計算，每個側圍骨架估價12000元，成本2000元。兩年因減少停臺而增加的利潤為（30-5）×2×30×12×2÷5×（12000-2000）=7200萬。

不僅在經(jīng)濟效益上有所提高，而且采用結構化和ANY指針編程的方法，易于調試，可移植性強，易讀性強，易于分析邏輯關系，程序代碼效率高，結構化編程和ANY指針的使用可簡化程序設計過程，減小代碼長度，提高編程效率，比較適合于較復雜自動化控制任務的設計。

參考文獻：

［1］ 李琦.數(shù)據(jù)結構和指針在PLC編程中的靈活運用［J］.儀器儀表學報，2002（23）：125-130.

［2］ 苗虎.POINTER指針在連續(xù)平壓機程序設計中的應用［J］.木材加工機械，2014（2）：27-29.

［3］ 鄒偉，楊平，徐德.基于MCGS組態(tài)軟件的上位機控制系統(tǒng)設計［J］.制造業(yè)自動化，2008，12，2007（9）：1235-1255.

［4］ 修志強，李陽，許國峰，任傳敏.礦用蓄電池電動機車PLC程序模塊化設計［J］.工礦自動化，2010（9）：102-104.

［5］ 陸廣平，王秀琳.自動送料系統(tǒng)桶裝計量自控系統(tǒng)設計［J］.計算機測量與控制，2009（11）：2213-2215.

［6］ 陳玉俊.指針在西門子S7系列PLC信號處理中的應用［J］.冶金自動化，2011（2）：832-836.

［7］ Oscar Ljungkrantz，Knut Akesson，Martin Fabian，Amir Hossein Ebrahimi.An empirical study of control logic specifications for programmable logic controllers.Empirical software engineering 2014，19（3）.

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［9］ 李佳，王廣林.PLC編程中數(shù)據(jù)結構和指針的應用數(shù)字技術與應用［J］.數(shù)字技術與應用，2013：44.

［10］ 譚錦潔，程良鴻.嵌入式PLC梯形圖的一種數(shù)據(jù)結構描述方法［J］.計算機工程，2004（10）：85-87.

［11］ 楊進才，楊雅琴.基于緩存與指針推進的混合移動性管理策略［J］.計算機工程與應用，journal6，2007，43（8）：46-48.

［12］ 李明.制造業(yè)中多工步組合機床監(jiān)控系統(tǒng)設計［J］.制造業(yè)自動化，2012（20）.

［13］ 裴元方，馮萍，康繼昌.PLC梯形圖的一種數(shù)據(jù)結構描述方法［J］.計算機工程與科學，2009，31（12）：87-89.

［14］ 秦緒平，張萬忠.西門子S7系列可編程控制器應用技術［M］.北京化學工業(yè)出版社，2011.

［15］ 王志芳.指針邏輯的擴展與應用［D］.中國科學技術大學，2009.

［16］ 劉麗華，李笑.基于PLC與觸摸屏的玻璃清洗機控制系統(tǒng)設計［J］.制造業(yè)自動化，2008（6），2012，48（14）：68-73.

制造軟件

控制技術

ANY pointer programming in multivariable big data processing

DONG Ling， MU Xiao-qiao， LI Yan， LIU Ke-ping

中圖分類號：TP399

文獻標識碼：A

文章編號：1009-0134（2016）05-0001-04

收稿日期：2015-11-12

作者簡介：董令（1990 -），女，山東菏澤人，碩士，研究方向為工業(yè)機器人建模與控制。