董 令，慕小喬，李巖，劉克平

（長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)　控制科學(xué)與工程，長(zhǎng)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(yīng)用

董 令，慕小喬，李巖，劉克平

（長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)控制科學(xué)與工程，長(zhǎng)春130012）

摘 要：針對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)多變量大數(shù)據(jù)特點(diǎn)，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(duì)大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行批處理，速度快，實(shí)時(shí)性好，是對(duì)傳統(tǒng)控制更好的應(yīng)用和創(chuàng)新。以某汽車公司側(cè)圍生產(chǎn)線為例，給出了ANY指針編程方法的應(yīng)用實(shí)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(yùn)用高級(jí)語(yǔ)言編程技巧顯示人機(jī)界面，直觀靈活的展現(xiàn)工業(yè)實(shí)時(shí)狀況，很好地實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)化編程。應(yīng)用結(jié)果表明該系統(tǒng)性能穩(wěn)定，運(yùn)行可靠，人機(jī)界面操作簡(jiǎn)便。

關(guān)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(yīng)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(lái)越復(fù)雜，人機(jī)化要求越來(lái)越高，精度要求越來(lái)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(wàn)個(gè)，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(duì)大數(shù)據(jù)多變量問(wèn)題，設(shè)計(jì)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(shù)，是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化汽車生產(chǎn)的關(guān)鍵。在此，對(duì)于多變量系統(tǒng)，程序上進(jìn)行了研究與驗(yàn)證，傳統(tǒng)的PLC尋址方式［1］，包括直接尋址，存儲(chǔ)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(tái)時(shí)間長(zhǎng)等?；谀称噦?cè)圍生產(chǎn)線上西門子PLC S7-400控制平臺(tái)，利用ANY數(shù)據(jù)指針作為變量，開發(fā)出一種新應(yīng)用。

ANY指針數(shù)據(jù)類型是10字節(jié)指針類型，用來(lái)傳遞DB塊號(hào)、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(jí)編程語(yǔ)言中的一些技巧，實(shí)現(xiàn)變量的批量處理與控制，解決了傳統(tǒng)PLC編程難以實(shí)現(xiàn)此控制的難題［3］。

1　汽車側(cè)圍生產(chǎn)線工作過(guò)程

1.1側(cè)圍生產(chǎn)線簡(jiǎn)介

側(cè)圍生產(chǎn)線為提高生產(chǎn)節(jié)拍是由若干個(gè)工位組成，每個(gè)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(cè)圍生產(chǎn)的半自動(dòng)生產(chǎn)線。由于側(cè)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(gè)氣缸需要檢測(cè)原位和終點(diǎn)信號(hào)。側(cè)圍生產(chǎn)線控制除了氣缸還有多種檢測(cè)信號(hào)，比如零件占位檢測(cè)，側(cè)圍外板檢測(cè)，氣源檢測(cè)等，而且需要人工參與的協(xié)調(diào)控制。

1.2側(cè)圍生產(chǎn)線硬件系統(tǒng)配置

某汽車側(cè)圍生產(chǎn)線包括左右兩側(cè)，38個(gè)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(guān)數(shù)量所示，HMI2控制三個(gè)工位，分別為AF03010，AF03015，AF03020，共96個(gè)氣缸，19個(gè)檢測(cè)信號(hào)，共需要211個(gè)輸入點(diǎn)，20個(gè)輸出點(diǎn)。從表中三個(gè)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(jì)，此側(cè)圍生產(chǎn)線共需要1300個(gè)氣缸，180個(gè)檢測(cè)信號(hào)，4000多組報(bào)警顯示。

表1　HMI2控制工位氣閥

表2　HMI2控制工位開關(guān)

1.3側(cè)圍生產(chǎn)線軟件系統(tǒng)簡(jiǎn)介

首先，滿足側(cè)圍生產(chǎn)工藝上的基本控制功能。要求人性化的HMI［3］（人機(jī)操作界面）。清晰的實(shí)時(shí)狀態(tài)顯示。準(zhǔn)確的故障診斷，縮短故障的排除時(shí)間，減少停臺(tái)時(shí)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(gè)工位的控制是相似的，因此對(duì)于所有工位的邏輯控制是一致的，可以將其提煉為一個(gè)公共的FB控制塊，在所有工位控制中調(diào)用此FB塊，實(shí)現(xiàn)邏輯控制。但由于各個(gè)工位在控制對(duì)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(diào)用FB塊時(shí)給出不同的形參值，為此設(shè)計(jì)了圖1工位控制參數(shù)設(shè)定畫面。所以上述功能的實(shí)現(xiàn)都需要以大量的數(shù)據(jù)交換作為基礎(chǔ)，為了達(dá)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(shè)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(hào)、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(gè)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(duì)（相對(duì)于地址等于0的地址指針對(duì)應(yīng)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(duì)地址分配

2.2舉例說(shuō)明ANY指針賦值形式

1）對(duì)數(shù)據(jù)類型參數(shù)進(jìn)行賦值時(shí)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(zhǎng)度的數(shù)據(jù)。例如：P#DB10.DBX0.0 BYTE 654，表示指向DB10.DBB0～DB10.DBB654 654個(gè)字節(jié)。

2）當(dāng)在FB FC接口中定義了輸入ANY指針變量時(shí)，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(jìn)行自定義指針#PLC_Use.HMI_ Setting.IO_Start_Address

3　程序應(yīng)用實(shí)現(xiàn)

3.1程序結(jié)構(gòu)分析

針對(duì)側(cè)圍生產(chǎn)線大數(shù)據(jù)多變量的問(wèn)題，程序采用結(jié)構(gòu)化編程［4，7］和ANY指針實(shí)現(xiàn)，在編程時(shí)需要規(guī)劃整體結(jié)構(gòu)［8，9］，采用層次化分別對(duì)每個(gè)工位進(jìn)行控制，控制程序結(jié)構(gòu)如圖2所示。以FC101為例，F(xiàn)C101對(duì)應(yīng)于觸摸屏HMI2，可以實(shí)現(xiàn)AF03010，AF03015，AF03020工位的自動(dòng)控制，與FB101，F(xiàn)B102，F(xiàn)B103分別對(duì)應(yīng)，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(jié)構(gòu)與FC101相似。

圖2　控制程序結(jié)構(gòu)

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(cè)圍生產(chǎn)線操作員通過(guò)觸摸屏選擇，控制不同工位。

以HMI的設(shè)計(jì)為例說(shuō)明ANY指針［10］的應(yīng)用。HMI是生產(chǎn)線上的重要部件，主要完成指令的輸入和運(yùn)行狀態(tài)的顯示及故障的報(bào)警輸出。從數(shù)據(jù)流［11］向來(lái)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(bào)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(diào)用過(guò)程如圖4所示。

在接口信號(hào)的輸入端設(shè)置HMI_IO_Dis_Point為ANY指針數(shù)據(jù)變量，數(shù)據(jù)長(zhǎng)度設(shè)置為320 byte，此時(shí)的ANY指針為形參變量，由于PLC內(nèi)部的邏輯運(yùn)算需要定義相應(yīng)的臨時(shí)變量，把臨時(shí)變量賦值給輸入的指針，使HMI_IO_Dis_Point 指針指向?qū)嶋H地址DB10. DBX1768.0，程序通過(guò)SFC20（塊傳送）把邏輯運(yùn)算結(jié)果傳送至臨時(shí)變量temp T_HMI_IO_Dis_Point指針?biāo)肝恢谩２@示至觸摸屏上。

圖4　功能塊FB101的調(diào)用

舉例說(shuō)明，設(shè)置兩組閥分別設(shè)置4個(gè)氣缸，設(shè)置MZ11夾緊，MZ12松開，I/O狀態(tài)顯示變量設(shè)置為整型量，當(dāng)數(shù)值為2時(shí)顯示黃色閃爍，代表氣缸伸出或縮回的過(guò)程中，當(dāng)數(shù)值為3時(shí)黃色不閃爍，代表縮回到位，當(dāng)數(shù)值為4時(shí)，代表氣缸報(bào)警。邏輯運(yùn)算結(jié)果轉(zhuǎn)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(shí)例I/O狀態(tài)顯示所示。

圖5　實(shí)例I/O狀態(tài)顯示

4　結(jié)束語(yǔ)

某汽車側(cè)圍生產(chǎn)線采用ANY指針?lè)椒ǖ目刂瞥绦騼赡陙?lái)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(nèi)存明顯減少，在CPU選型上可節(jié)省成本達(dá)25萬(wàn)元，再者，甲乙兩班生產(chǎn)的停臺(tái)時(shí)間由原來(lái)的平均每班組30分鐘降低為5分鐘，按10分鐘兩臺(tái)側(cè)圍左右骨架計(jì)算，每個(gè)側(cè)圍骨架估價(jià)12000元，成本2000元。兩年因減少停臺(tái)而增加的利潤(rùn)為（30-5）×2×30×12×2÷5×（12000-2000）=7200萬(wàn)。

不僅在經(jīng)濟(jì)效益上有所提高，而且采用結(jié)構(gòu)化和ANY指針編程的方法，易于調(diào)試，可移植性強(qiáng)，易讀性強(qiáng)，易于分析邏輯關(guān)系，程序代碼效率高，結(jié)構(gòu)化編程和ANY指針的使用可簡(jiǎn)化程序設(shè)計(jì)過(guò)程，減小代碼長(zhǎng)度，提高編程效率，比較適合于較復(fù)雜自動(dòng)化控制任務(wù)的設(shè)計(jì)。

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制造軟件

控制技術(shù)

ANY pointer programming in multivariable big data processing

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

中圖分類號(hào)：TP399

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-0134（2016）05-0001-04

收稿日期：2015-11-12

作者簡(jiǎn)介：董令（1990 -），女，山東菏澤人，碩士，研究方向?yàn)楣I(yè)機(jī)器人建模與控制。