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本文介绍一种符合电工IEC1131语言 标准的通用逻辑集成化编程平台ISaGRAF的结构和编程特点，并讨论了ISaGRAF在MAXl00+PLUS分散控制系统中的应用实现。 

1.ISaGRAF简介

ISaGRAF为法国CJ International公司(1990年成立)所开发的符合标准IEC1131—3、具有立于PLC硬件实现、包括逻辑控制的软件模型、数据模 型，图形化编程和文本语言结合的开关量逻辑处理，并集成了模拟信号处理功能的过程软件。IEC—1131为电工的通用逻辑信号监控开发 标准，具有面向对象开放性特点，目前正广泛应用于各种型号的PLC的逻辑编辑和DCS分散控制系统。

IEC—1131包括五个部分，1131—1为关于通用逻辑编程的一般性描述和介绍，讨论逻辑编程的一些基本的概念、术语和定义;1131—2为通用逻辑 编程对硬件设备的要求和测试，包括机械和电气两大部分1131—3为适用于各种PLC的通用逻辑组态编程语言，IEC提供了五种语言参考标准，即 SFC(连续功能图)、FBD(功能块图)、LD(梯形图)、IL(指令表)和ST(组态文本)。IEC1131—4为关于PLC的选择、安装和维护的信息资料和用户指导手册;1131—5规定了逻辑控制设备与其它装置的通信联系规范。目前ISaGRAF运行版本为3.20版以上。ISaGRAF在世界各 地拥有广泛的用户，至1997年底止有86个国家在5000套系统上运行ISaGRAF，有50000多个正式版权的用户。美国的TranSyslnc公 司、德国和澳大利亚的IQ自动化公司、南韩的UNItop公司、日本的Komatsu公司和CJ Inermational一起，形成ISaGRAF的开发销售维护体系。

ISaGRAF由两大部分组成：在PIE等实时现场设备或I/O卡件上运行的“软件”和在以太网上运行的工作站软件平台。软件适用于各种C编译 器，可在16/32位的如68xxx，80xx6，i960等CPU中，通过OS9，MS-- DOS，VxWorks，WinNT，VRTX，PSOS，VMEexec，QNX，LynxOS，iRMX等操作系统运行;工作站的环境可以是各种MS —bbbbbbs系统，如bbbbbbs3.1，Win95，bbbbbbsNT，OS/2等;工作站和软件间的连接通信可以采用MODBUS/以太 网/Netbios及Fip，Profibus.Canbus及LonTalk等网络结构。工作站上的ISaGRAF软件平台可给过程控制提供编程工具， 生成运行代码并进行调试及进行项目的组织和管理等，软件平台包括采用面向对象技术的控制过程数据库、元件库、对数据库的各种处理运算及对控制系统的管理等。

控制过程数据库中存放着具有不同格式而相互连在一起的对象，元件库中存放着具有相同格式而*联系的各种对象。元件库中的大量的通用对象方便了用户的编程组态。如构建复杂模型，隐藏复杂模件的内部处理过程，跟踪过程控制与PLC和计算机的发展等。通过采用连续功能图(SFC)，功能块图(FBD)或几等 编程语言，ISaGRAF生成立于硬件的可执行代码，从工作站平台下装到现场设备后实现对过程设备的监测、控制和管理。

2.ISaGRAF 的变量和功能块

ISaGRAF中的变量由变量字典定义。变量没有物理，但可以有网络地址，并可以驻留内存中。变量可按类型分为布尔型、模拟型、时间型、信息型和功能块。变量也可按作用域分为全局型和局部变量两类。ISaGRAF的变量有内部、输入、输出、整型或实型(对模拟量)等属性。硬件设备I/O具有全局范围。 变量的名称可由16个字母和数宇组成的符号表示。

(1) 布尔型变量：

布尔型变量取值True及False·两种。

(2) 模拟型变量

模拟型变量的取值为32位带符号的整数，如123，——12，16#FCE，8#1756，2#010等;也可取32位带符号的浮点格式，如 123.0，1.765E+03等。变量值可以直接转换到各模拟I/O点，并可由点名表域C函数予以描述。

(3) 时间型变量

时间型变量的基本单位为1毫秒。用于t#1h450ms的格式来描述，且在范围0-t#23H59m59s999ms之内。时间变量由定时器实现启停控 制，时间变量值一般只能增加而不能下降。

(4) 信息变量

以单引号括住的任意字符串(除O外)都可以作为信息变量，大长度为25个字符。

(5) 元件库

元件库由功能子程序和功能块子程序两大类构成。功能子程序(Functions)可以有多达31个的调用函数，但只能有一输出参数，返回值一般就是这个参 数值，且用该功能名来命名。功能块(F.Block)可以接受32个VO输人参数，可以有多个输出参数，且每一个功能块在使用中都应定义的名字。功能 块可以由FBD、①、Sr及IL等写成，也可由C语言编写生成。

3.FBD编程简介

虽然梯形图(LD)编程具有直观的特点，但因ID只能用于布尔型，所以目前较常用的是FBD功能块编程。FBD可以采用布尔型和模拟型等变量，适用于广泛 的工业过程监控和管理，并且有大量的功能块库函数供编程使用。FBD编程中使用公用Common、全局bbbbbb和局部Local三种变量域。公用和全 局之间的区别是公用可以由任意程序调用，而全局变量只能由一个程序来调用。用ISaGRAF进行程序开发的步骤如下：步：建立程序组和选择实现方法 (SFC、FBD等);

二步：定义程序结构，如主循环、主顺序结构、各功能块等;

三步：定义变量，如全局变量、布尔变量、时间变量等;

四步：设计程序，如编制非SFC程序代码，绘制FBD或ID图等;

五步：连接输入和输出，如定义PLC I/O模件，将IlO变量与通道连接等;

六步：运行代码生成，如进行编辑选项设置、生成列表、调试等;

七步：验证并下装运行。功能可由ISaGRAF的模拟功能提供。ISaGRAF可提供模拟的I/O点信号。

ISaGRAF可以用图1的项目管理器来进行编程开发。选择creation可新建一个项目，选择procl进行该项目的编程管理。选择菜单条的EDIT 时打开项目编程管理窗口如图2所示。该图中示出了ISaGRAF程序组织运行的五个部分即Begin(开始)、Sequential(顺序执行)、 end(结束)、Functions(功能调用)、F.Blocks(功能块)。

5.ISaGRAF在MAXl000+PLUS分散控制系统的应用实现

MAXl000+PLUS分散控制系统在其组态工具MAXVlJE中集成了ISaGRAF，构成MCS公司的IEC1131—3 ToolSet。该TooLSet由向OInternational公司购买的ISaGRAF和MCS公司对其所做扩充构成。该ToolSet可提供对 IECll31--3五种程序语言的工作站图形组态功能，以及在分散处理单元DPU上的调试和文本管理功能。扩充部分主要功能为：

(1) PIID和项目代号

数据标识FrlD(Pointldentifier)和项目代号(ItemNumber)是MAX系统利用ISaGRAF的两个基本术语和概念。PTID 和Item与MAX系统中的对象属性区别不大，其英语描述易于记忆。简单来说，PTID是对数据对象的描述，而Item是对该对象特性的一种规定。

(a) PTID

PTID是对数据对象的描述，如1# 槽/控制块对象，5#数据点/块，44#模入缓冲区等，都是FTID可描述的对象。FTID一般由DPU中双字节定义，其中高位字节定义I/0卡型号或点 的类型，低位字节点定义点的编号，如OX3000的高字节30表示DPU系统/硬件标志，低字节00表示运行状态(RIJNSTATE);

(b) ITEM

项号ITEM编号从0至255(即0x00至 0xFF)，用以描述一个MAX对象的属性，如PID算法对象的PV值、信号限值等(注意，此处将算法也看作一个对象)。例如0xA0项号，表示一个功能块的模拟输出属性，无论该功能块为数据计算功能块还是PID功能块均适用。

(2) MCS的扩充功能块

在MCS的逻辑控制中大量使用了扩充功能块，如GEF功能块C—g

  文对一种基于OMRONPLC的磨削数控系统进行了介绍，这种数控系统 装备的位置控制单元可以实现两轴联动，并可根据实际需要，任意扩展控制轴数;触摸屏人机界面可以根据操作需要灵活设计;还可通过DeviceNet、 Controller bbbb和TCP / IP协议单元进行多层次的网络互连。这种数控系统目前已在3MZ2120磨床数控技术改造中获得成功应用。 

引言

近年来，PLC技术发展迅猛，新产品层出不穷。PLC以其性高、逻辑控制功能强、体积小、适应性强和与计算机接口方便等优势在工业测控领域广泛运用，已大量替代由中间继电器和时间继电器等组成的传统电器控制系统。PLC不仅擅长开关量检测和逻辑控制，而且能够处理模拟信号、进行位置控制和回路控制，还可以连接各种触摸屏人机界面并具有强大的网络功能。PLC配备适当的位置控制单元和触摸屏人机界面，并根据计算机集成制造系统(CIMS) 或柔制造系统( FMS) 的具体要求，配置相应的网络模块或网络单元，即可实现网络互连，构成开放的数控系统。

本文对一种基于OMRONPLC的磨削数控系统进行了介绍，这种数控系统 装备的位置控制单元可以实现两轴联动，并可根据实际需要，任意扩展控制轴数;触摸屏人机界面可以根据操作需要灵活设计;还可通过DeviceNet、 Controller bbbb和TCP / IP协议单元进行多层次的网络互连。这种数控系统目前已在3MZ2120磨床数控技术改造中获得成功应用。

1、数控系统的开放特征与典型模式

开放式数控系统一般基于PC平台，具有模块化、标准化、平台无关性、可二次开发和适应联网工作等特征。基于PC平台的开放式数控系统目前有3种典型模式。 种为衍生型(NC + PC) ，在传统CNC中插入专门开发的接口板，使传统的CNC带有PC的特点。此种模式是由于数控系统制造商不能在短期内放弃传统的CNC技术而产生的 折中方案，尚未实现NC内核的开放，只具有初级开放性;二种为嵌入型( PC +NC控制卡) ，将基于DSP的高速运动控制卡(NC控制卡)插在PC的标准扩展槽中，由PC机执行各种非实时任务，NC控制卡处理实时任务。是目前基于PC平台的开放 式数控系统的主流;三种为全软件数控系统，PC机不仅能够完成管理等非实时任务，也可以在实时操作系统的支持下，执行实时插补、伺服控制、机床电器控制等实时性任务。这种模式的数控系统实现了NC内核的开放和用户操作界面的开放，可以直接或通过网络运行各种应用软件，是真正意义上的开放式数控系统。与 PC平台开放式数控系统相比，基于PLC的数控系统的开放性主要体现在网络层面和系统扩充层面。PLC采用类似于PC的总线结构和面向操作的梯形 图语言编程，模拟量处理单元、位置控制单元、回路控制单元、网络模块或网络单元等部件都有控制语句，具有系统构建灵活、扩充能力强、应用软件设计便捷等优点。编程语言标准化和部件可互换性的不断增强，现场总线技术和工业以太网络标准的普遍采用，都使基于PLC的数控系统变得加开放，将成为面向CIMS或FMS的设备层的重要组成部分。

2.1 开关信号监测与逻辑控制

当前系统输入输出单元是PLC的基本组成部分，在磨削数控系统中承担所有开关信号的监测和全部逻辑控制功能。监测信号主要有：机械手进出、机械手上下、料盘正反转、修整器起落等动作的位置信号，磨削设备和辅助装置上的各种工作状态信号和异常报警信号。系统输出单元控制磨削设备上所有电磁阀和机床电器系统 等，通过磨削设备上的液压系统，控制机械手、料盘、工件卡盘、砂轮轴、床身、修整器等基本部件和冷却、润滑、过滤等辅助装置按照磨床动作和磨削工艺要求工作，实现磨削加工过程的自动化。

2.2 工件与砂轮运转速度控制

保持工件与砂轮转动速度恒定，对提高磨削加工质量十分有利。为此系统配备了2台带RS - 485串口变频器，分别驱动工件轴和砂轮轴。PLC采用联机随动控制保两者之间速度的配合与稳定。操作人员依据磨削加工要求设定工件轴变频器速度参 数，PLC接收该参数后，参照砂轮直径(设定或记忆值) 和转动速度比例关系，计算并自动设定砂轮轴变频器的速度参数。在磨削加工过程中，PLC对砂轮在磨削及修整过程中的损耗给予速度自动补偿。PLC多可以 控制32台变频器，不同厂家的变频器可采用协议宏通信联接。PLC按照变频器地址( 0 - 31) 、指令代码和相关数据顺序向变频器传送命令，对变频器运行、停止、正转、反转等实施控制;PLC还可以监视变频器运行状态，当变频器发生过电流、过电压、 变频器过载、硬件异常、电机过载、过力矩检测、电源异常、通信时等情况，可将异常参数传输给PLC，由PLC作出相应处理。

2.3 位置控制单元(PCU) 与位置控

制PLC配备单轴位置控制单元，与步进电机或交流伺服电机驱动器配套使用，可以完成开环或半闭环位置控制及速度控制，配备两轴联动位置控制单元可以进行实时插补控制，实现直线和圆弧曲面等加工控制。目前各主要PLC制造商都已推出与PLC配套的PCU，具备高速和的位置控制功能。 OMRON公司的CJ1MCPU 自带PCU 的位置脉冲速度为1kBPS，PCU 的速度可达到500kBPS，松下PP2 或PP4 系列的位置控制速度高达1MBPS。采用PLC设计数控系统，需根据控制精度、运行速度和运行轨迹要求选择适合的位置控制单元( PCU) 。磨削数控系统控制精度要求较高(F1μm) ，一般选择数字交流伺服系统。OMRONPLC指令控制脉冲输出，可选择梯形、S形或三角形速度曲线运行，实现定程、点动、返回原点和原点搜 索等运动控制。程序设计可选择相对坐标系或坐标系，按照图2 所示的梯形图编程运行，可实现各种磨削加工所应遵循的运行曲线。

图2 位置控制编程示例

    

图3表示该数控系统准确实现铁路轴承内套挡边粗、精、光磨削加工和3MZ2120磨床进、快退几个阶段的速度控制和位置控制的运动轨迹。

图3 磨削加工中的砂轮运动轨迹

    

2.4 触摸屏人机界面设计

基于PLC的磨削数控系统可选用触摸屏人机界面( Programmable Ter2minal，PT) ，采用组态工具软件和图形库(开关、灯、棒图等) 以及动画功能等，按照磨削工艺流程要求进行系统操作界面设计。下面以3MZ2120磨削数控系统操作界面为例介绍设计过程和效果。根据磨削数控操作和显示 的需要，该系统主界面下设8个子画面(图4) 。

    

图4 界面转移关系示意图

系统上电自动进入主界面，核对操作密码后弹出主菜单，在主界面上点击操作可转移相应的子界面。加工参数和修整参数设置界面提供设置数控磨削相关参数提示;手动操作和手动修整界面用于前、快退、慢前、慢退、返回等手动位置控制和手动修整砂轮操作，为设备调试提供便利;自动报警界面利用触摸屏人机界面本身具 有的报警功能设计，对油雾润滑、液压系统、机床电器系统、料槽状态、冷却系统和伺服电机等实施监测和自动报警，当发生故障时触摸屏立刻弹出报警信息(报警 时间、故障代码及应对措施等) ;自动运行界面(图5) 采用棒图显示当前磨削余量值;采用动画方式实时显示加工状态和加工位置等。还设有“紧急停车”等应急按钮。PT有RS232 /422 /485 通讯口，能够兼容众多厂家的PLC。人机界面应用程序可脱机编制和调试，然后下载到PT上运行，PLC一般通过RS232接口与PT相连。许多PT还配备 并行接口，可直接与打印机连接，实时打印数据或进行屏幕拷贝。

     

图5 自动运行界面示意图

2.5 网络结构与联网功能

灵活的网络结构和强大的联网功能是PLC的重要特征。OMRONPLC配有标准RS232接口连接触摸屏人机界面、上位机或编程工作站。还可扩展 DeviceNet通信单元，使各种符合DeviceNet通信协议的产品都可以连入系统中，以构成基于DeviceNet开放式现场总线的数控系统;系统与车间管理层计算机及车间其它PLC 的连接可以采用Controllerbbbb方式，在PLC中扩展Controller bbbb 通信单元，车间管理层计算机装备Controller bbbb支持卡即可实现互连，由底层DeviceNet设备、基于PLC的数控系统或其它测控设备和车间管理层计算机构成3层递阶结构的网络测控系统。PLC一般都可配置符合TCP / IP协议标准的以太网单元，支持远程监控等应用。

3、结束语

广泛建立计算机集成制造系统(CIMS) ，提高制造自动化水平是我国制造业发展的重要方向。基于PLC的数控系统具有系统构建灵活，应用软件设计便捷等优点。灵活的网络结构、强大的联网功能和系统扩充能力使这种数控系统具有一定的开放性，将成为CIMS设备层的重要组成部分。本文所述基于OMROMPLC的磨削数控系 统已成功应用于3MZ2120 磨床数控技术改造，使原来手工操作的磨削设备成为的数控磨削设备，并在铁路轴承内套挡边磨削加工中发挥了重要作用。

 采用可编程控制器对循环除盐水系统进行控制，**了循环除盐水系统的、、稳定的运行，对于聚酯化纤的连续稳定生产起着重大作用，故值得推广。

1、引言

近年来，随着我国化纤工业的飞速发展与进步，连续线聚酯生产也步入了一个全新的阶段。这就要求聚酯生产的工艺方法不断的完善及设备运行的性不断提高。冷却水循环系统在整个聚酯切粒的生产过程中的系统设备，它们对切粒生产过程中的冷却水的温度、压力按工艺所规定的要求进行恒定并可调节;使切处于状态下运行，并要求给中控室dcs系统进行通讯。

以前传统的循环除盐水控制系统是采用继电器控制电路，并利用pid调节仪表来控制压力及水温，随着工艺要求的不断提高传统的控制系统已远远不能满足。根据 新的工艺要求，我们充分利用可编程控制器(PLC)的逻辑控制性、简便性和性，将其作为主要的控制元件，设计制造出一套使用pid控制器，可控制冷却水的温度及压力，并与中控室进行profribus-dp通讯。

2、循环除盐水系统简介

循环除盐水电控系统对聚合造粒所需冷却水温度、压力、液位、过滤器报警信号等进行采集，由可编程控制器对数据进行处理运算后，运用pid控制器，再控制调 节阀、电磁阀、水泵、带式过滤器等器件来实现冷却恒温等控制功能;循环除盐水电控系统可与中控室dcs系统由profribus协议通讯。图1是循环除盐 水系统原理图。水箱中除盐水由浮球阀根据液位进行自动补液。由温度度传感器t检测管道中水温，运用pid控制气动调节阀v4调节冷冻水的流量使除盐水温度 始终保持在设定温度。带式过滤器上有液位传感器h1，用来判断过滤器是否被堵，当过滤器被堵后，要启动过滤器电机拖动滤布走动，到设定的时间后停止。水箱 里有低液位传感器，用于与水泵联锁。为了使除盐水到达切粒系统水压在设定值，由压力传感器p2检测管道水压，运用pid控制气动调节阀v3。由于板式换热 器容易被堵，要经常清理，系统要求对板式换热器进行在线切换，当板式换热器1工作时，电磁阀v1工作，电磁阀v2关闭，当压力传感器p1值大于p2值在某 设定值后，表明板书式换热器1已被堵，这时电磁阀v2工作，v1关闭，切换到板式换热器2工作。整个项目对除盐水循环系统性的要求非常高，要求系统每 年连续运行时间不8000小时，而且由于整个系统工艺对水温的高低也有严格的要求，所以也要求水温的调节精度比较高，系统的自动化程度也比较高，现场无人维护，所有数据与此中控室进行交换，使得中控室(dcs)能对设备做到全程监控

 采用PIC改造C7632车床后，车床的电气故障减少以上，工作效率大大提高。由于PLC的控制功能强，使机床的自动化程度提高，又因为程序编制时增加了各种保护功能，使机床不会因误操作而造成损坏。 

C7632液压半自动多车床是机械行业拥有量较多的一种半自动机床。它采用二管矩阵顺控装置及继电器逻辑控制系统，液压驱动上下架作纵横两个方向的运动，装有液压卡盘。其加工自动化程度及生产效率较高，适用于较大批量工件的车削加工。但由于该机床系统采用的是分立元件，易出故障，且维修比较麻烦，影响了机床性能的正常发挥。

我们根据该机床的问题，采用可编程序控制器改造其控制系统，克服了上述缺点，使机床工作、维修方便，大大提高了机床的工作效率，了较好的经济效益。

1.PLC选型

(1)控制对象的输入、输出点数输入点即为机床的控制按钮、工作选择开关、行程开关、接近开关等。输出点是控制电动机的接触器、控制液压动作的电磁阀及指示灯等。

    

考虑到节省改造费用，应尽量压缩输入、输出点数。在某些场合，输入点可以一点两用。如某行程开关只在自动循环时有用，而某按钮只在手动调时用，当输入点不够时，则可将上述两个输入信号共用一个PLC输入点，利用PLC的转移标号指令，不会使两个信号混淆。同样，为节省输出点，也可将与自动控制无关的输出点，如电动机的起动、停止，仍用强电回路控制。

(2)控制对象的输入、输出类型一般的机械加工设备，采用开关量控制，选用直流输入，继电输出型的PLC。输入还有交流型和TTL电平型，而输出则有晶闸管型及直流晶体管型，可适应不同的需要。另外还有各种特殊类型的模块，如A/D、D/A模块，外部可调计时/计数器模块，高速计数器模块等。

2.PLC程序编制步骤

(1)编制开关表即将机床的各输入输出元件分配到PLC输入输出点上，即分配。以C7532车床的部分开关表为例，见附表。

(2)按照加工工艺要求，编制动作流程图或开关动作表以C7632车床的下架的一种加工流程为例，动作流程图如图1所示。

    

(3)拟订程序框图程序框图可参照计算机程序框图的编制方法。以C7632车床的程序框为例，如图2。

    

(4) 编制梯形图程序根据程序框图，开关表及动作表即可直接在编程器键盘上键人程序。编制程序可分段进行，先编制自动循环程序段、手动调整程序段、初始化程序段，后分段模拟运行调试后串联起来。运用转移、标号指令，可将复杂的程序分解成功能程序段，有利于程序编制及调试。以半自动车床自动循环与手动调整程序为例，若开关1127为手动/自选择开关，可按如下方法编制程序(见图3)：

    

当开关1127接通时，程序按下列顺序扫描执行：1、3、…、20、40，再返回到开头，执行手动调整程序;反之，开关1127断开，程序扫描顺序为2、21、…、40，再返回至开头，执行自动循环程序。

其自动循环工作段的程序，可采本控制器编程语言中特地为顺序控制设计的步进器功能编制。

梯形图编制完成，并通过模拟器模拟运行后，通过打印机打印梯形图文本。当PLC安装在现场设备上后，可通过编程器与其联机，采用“故障检测”方式逐点检查现场设备的输入、输出元件是否连接正确，工作是否正常。在联机状态下，运行梯形图程序，并对运行进行监测、修改，直至程序运行符合要求，即可使 PLC控制设备正常工作。

3.结语

采用PIC改造C7632车床后，车床的电气故障减少以上，工作效率大大提高。由于PLC的控制功能强，使机床的自动化程度提高，又因为程序编制时增加了各种保护功能，使机床不会因误操作而造成损坏。

整个改造过程历时不到一周，停机时间只有两天，费用不到3000元。因此我们认为，采用PLC改造C7632车床及类似的机床，是可行且易见成效的技改捷径。