应用个人电脑构筑阶梯图的可编程监控系统

摘要

本发明涉及一种应用个人电脑构筑阶梯图的可编程监控系统，在个人电脑上建立阶梯图设计功能及可编程控制器执行功能，并增加及时存档、打印、全屏幕监控功能，成为超级控制数据收集监控系统。在个人电脑中插入各种控制卡，并配合各种驱动接口卡，可直接输入阶梯图。设定控制点与逻辑输出入点对应，一方面执行控制信号输出，另一方面全屏幕监视所设定的参数，向电脑直接输入阶梯图，将编辑、控制及监视功能合为一体。

说明书

本发明涉及一种计算机的应用技术，更确切地说是涉及一种用个人电脑完成PLC功能，并以全屏幕阶梯图编辑设计该功能的可编程监控系统。

PLC可编程控制器和个人电脑问世已十余年了，它们在控制领域中各自独立发展着。而一般的PLC可编程控制器为了全屏幕显示而特别开发出电浆型屏幕，采用单独的通讯模式，编辑的程序也需另用写入器逐条输入或借助于电脑完成，但PLC可编程控制器本身没有及时存挡、打印等功能，必须连接个人电脑才能执行，而个人电脑在完成这些功能时需使用C语言、Basic或汇编语言，因此一般操作人员是难以完成这种工作的。正如调查结果表明的那样，使用PLC可编程控制器且要作监控、及时存档、打印的工作人员中没有一个会使用上述语言的，加之培训、费用、完成工期、日后维修等诸多问题，都是PLC可编程控制器的设计人员所必须考虑改进的问题。

本发明的目的是设计一种应用个人电脑构筑阶梯图的可编程监控系统，是一种以个人电脑直接输入阶梯图、可直接作近、远控制及全屏幕监视的监控系统。

本发明的系统将通常是独立执行的PLC功能移入个人电脑，并且以全屏幕阶梯图程序设计功能来取代个人电脑使用Basic、C、Pascal、汇编语言的过程，插入一般输出输入控制卡，或远方通讯控制模块，并加入PLC可编程控制器无法实现的及时存挡、打印及全屏幕监控功能，成为功能强大的监控系统。如此直接以阶梯图方式输入电脑，使用者不必逐条记忆指令，可由电脑直接接受执行，解决以往电脑仅作编辑器、本身无法执行需再转传到另一独立的PLC可编程控制器上才能执行的弊端，特别是可在全屏幕上监视所设定的参数是否正确，收到直接控制及监视的双重效果，此外还可随时变换。

本发明应用个人电脑构筑阶梯图的可编程监控系统，包括与控制、地址、数据总线连接的键盘控制器、微处理器、存贮有各执行程序及运算状态变数的RAM存贮器、只该存贮器、与打印机连接的打印机驱动接口、与软硬碟磁碟机连接的软硬碟控制卡、通讯收发数据接口、与全屏幕监视器连接的显示数据暂存接口卡和一输出输入端子，本发明系统还设置有分别与输出输入端子及控制、地址、数据总线连接的控制卡，具有锁定暂存功能，用于程序控制输出输入。控制卡可自带或不带CPU，本发明系统有光电耦合阵列电路与输出输入端子连接，光电耦合阵列电路输入端连接工作于开关状态的电气元件或工作于程度变化状态的模拟电气元件或另一光电耦合电路，光电耦合阵列电路输出端连接耦合功率电路或继电器电路。

本发明系统还包括有硬件设定模块、阶梯图编辑模块、阶梯翻译与PLC程序监控模块，电脑控制卡具有可弹性使用及扩充控制点的功能，以自定义输入方式设定控制点与逻辑输出入控制点对应，而对不规则的模拟量输出入控制，则外加驱动接口卡执行，通过键盘操作按一般文书编辑构筑阶梯图，实现电脑输入，描绘控制顺序并设定各元件参数，使电脑一方面可直接执行输出入控制，另一方面可通过屏幕监视所设定硬件参数的正确与否，使监控一体。

本发明的功能编辑可监控画面及显示活点位置，程序自动读取活点地址并配合PLC程序执行状况作监控显示。

本系统的具有开关状态的电气元件包括接近开关、压力阀等，具有程度变化状态的模拟电气元件包括温度计、测力计等，控制设备包括马达、变频器等。本系统除具有传统PLC可编程控制器的人机界面功能外，还具有打印、全屏幕环境、硬碟，各种类型通讯网路界面、光碟、语音、存挡等控制功能。下面结合实施例及附图进一步说明本发明的技术

图1为本发明系统硬件结构方框原理图；

图2为本发明系统软件结构方框原理图；

图3为本发明硬件设定流程图；

图4为本发明阶梯图程序设计流程图；

图5为本发明元件编辑流程图；

图6为本发明的阶梯翻译与PLC监控流程图；

图7为本发明的翻译执行档阶梯流程图；

图8为本发明的PUSH-POP演算控制流程图；

图9为本发明的硬件设定模块画面示意图；

图10为本发明可编程翻译模块的档案管理示意图；

图11为本发明可编程翻译模块选定界面卡种类及地址设定示意图；

图12为本发明阶梯式控制动作程序编辑图；

图13为本发明的阶梯式控制动作程序编辑画面方框示意图；

图14为本发明阶梯式控制动作程序编辑图存档后所显示的控制监视除错画面；

参见图1，本发明系统硬件结构包括键盘输入器1、全屏幕监视器2、软硬磁碟机3、打印机4、输出端子5、输入端子5′、显示数据暂存接口卡6、软硬碟控制卡7，通讯收发数据接口8、打印机驱动接口9、锁存型暂存器的程序控制输出入控制卡10、微处理器11、储存有各执行模块的读写存贮器12(RAM-1)、储存计算状态结果的读写存贮器13(RAN-2)和只读存贮器14(ROM)。

本系统阶梯式执行程序又可包括如图5所示的编辑模块、如图7所示的翻译模块和如图8所示的指令群演算控制模块。

图1中锁存型暂存器的程序控制输出入控制卡10，其输入端子5′连接光电耦合阵列电路(OPTO)，可与工作于开关状态如接近开关、压力阀等的电气元件连接，或与具有程度变化状态如温度计、测力计(LOAD CELL)等的模拟电气元件连接，也可再连接光电耦合电路。输出端子5也通过光电耦合阵列电路OPTO与功率电路、继电器连接，或用模拟信号控制动作的设备，如伺服马达、变频器等。

可编程编辑模块及翻译模块的数据资料，可预先存入软硬磁碟机3内，也可事先录入ROM14内，供使用者编辑构筑阶梯图和将阶梯程序翻译成PLC可编程控制器使用的指令。图1所示的结构可完成阶梯程序的编辑、翻译、控制输出输入、作全屏幕监视、及时存档及打印等功能。图1中15为地址、数据，控制总线的汇流排。

参见图2，本系统的功能模块，主要包括硬件设定模块20、阶梯图编辑模块21和阶梯翻译与PLC程序监控模块23。其中，硬件设定模块20用于设定硬件环境及执行PLC或阶梯编辑，其设定后会产生所设定的参数档供阶梯翻译与PLC监控使用；阶梯图编辑模块22可产生所设定的编辑档，作为阶梯翻译与PLC监控的控制程序；阶梯翻译与PLC程序监控模块23另以设定档进入PLC程序，将执行中的监控点数据25显示于如图12所示的全屏幕监控环境中，该阶梯图及其监控点28、26，均可由打印机打出，也可及时存档于软硬磁碟机中。阶梯翻译与PLC程序监控模块23，也可作为本系统与不同硬件接口的驱动模块，不管将来新增加什么接口或与远方控制模块的特殊通讯，只需修改或增加该模块，因此现有的各种PLC均可接入本系统内，本系统具有较强的兼容性及开放性。

参见图3，为硬件设定模块流程图，图中30为程序入口，并通过硬件所设定的参数开始(31)，经选定后的信息显示32及键盘扫描后，执行环境设定33或阶梯图编辑34或PLC程序控制监视35或储存/清除显示36。

参见图4，为阶梯图设计流程图，图中40为程序入口，经过启始数据结构及画面与功能判断41后，可由操作者选择一种模式进行，包括学习模式42、正常设计模式43和展示模式44。其中学习模式42记录设计过程并存入另一文档，使用者可利用展示模式44展示这种学习过程；正常设计模式43先显示本页阶梯程序45，再扫描键盘供选择功能；元件编辑模块45包括常开、常闭/或画线(—)，若为画线，则用OR逻辑演算其前后上下元件种类，自动布好游标位置的连线种类(—、、、、)，存档、取档、打印、删除、插入、拷贝或移动位置模块47具有方向及标示功能；结束程序48返回上层母程序。

参见图5，为元件编辑流程图，该程序由扫描键盘41输入，通过右移键461、下移键462、上移键463实施元件编辑及以OR运算连接或空一格，达到阶梯图的编辑目的，而变数的识定是以FLAG为识别码，由索引元件库Symbo〔〕所阵列的元件设定给光标所指的编辑结构Src〔〕.CH〔〕464。

参见图6，为阶梯翻译与PLC监控执行流程，50为程序入口，经检查及配置记忆区51，以读取要执行的阶梯程序挡，通过翻译、检查阶梯程序语法52，以显示启始画面53，再由功能扫描及显示画面判断54，以进入全屏幕逻辑监控区55、或自定义画面监控区56、或变换画面57、或储存数据及清除显示58。其中全屏幕逻辑监控区55是以推导演算方式执行各指令群产生的逻辑状态(如图14所示)，作为输出条件判断，并以0/1代表条件的假/真，将所有各点状态显示在屏幕上。自定义画面监控区56是由用户自行设定的，自行布置显示的活点位置(如图14所示)。活点所代表的意义亦由用户按需要输入，本程序先将监视点之值以自定义的公式换算后显示到该点的位置上。变换画面57用于切换全屏幕逻辑监控区55与自动画面监控区56的画面。执行完成全屏幕逻辑监控区55或自定义画面监控区56或变换画面57或储存数据及清除显示58后，再扫描由通讯接口59进入的远方模块控制点状况，更新内部条件标志，作为下一循环控制的条件。

参见图7，为翻译执行挡阶梯程序流程图，由翻译执行挡52分单一与多行模式形成一命令群，以检查语法是否正确，再配合判断逻辑件前后连接线型态521，若为分岔元件(如、、、)，则视为逻辑件的代号LD，否则为AND形态，并将其运算元置于MC〔〕阵列内，再依其逻辑件位置换算为操作元种类522(如计时器、计数器、输出点、输入点、辅助接点、保持接点等)。当连线元件为OR型态时，即设定此逻辑件为ORB，并将该运算元置于MC〔〕阵列523内，当前连线元件为分岔元件，即设定此逻辑件为ANDB，并将该逻辑件为ORB，并将该运算元置于MC〔〕阵列524内。当为一输出运算元时，依其种类设定执行输出OUT、存挡(SAVEIN)、打印(PRINT)、上微分(DIFUP)或下微分(DIFDN)525，执行至最后一列526时，随即转换为MC〔〕阵列存贮器内进行控制程序，即图5中的显示选定监控画面53，继续进行前述操作。

参见图8，图8为系统PUSH-POP演算可编程控制流程图，经选定逻辑监控区55和自定义画面监控区56后，即进入演算控制，步骤如下：

一、读取控制卡输入暂存器设定存贮器RAM-2(图1中13)的旗标565；

二、读取下一组MC〔〕阵列指令566；

三、判断第一运算元种类，使操作元现状旗标处于FG〔〕存贮单元内567；

四、判断此运算元种类，若FG〔〕的标志为0时，其旗标为真/假，作输出动作；

五、该输出动作可分别进入四种演算状态；

(569)判断OR、ORB、ORI、AND、ANI、ANB、当为其中之一时即作FG〔〕旗标运算，同时与前一旗标做逻辑“与”运算，并将运算结果置于FG〔〕内；

(570)当判断为LD、LDI时，该组操作元即置于FG〔〕内；

(571)当判断为输出OUT时，则按该组操作元判断种类，再将旗标设于RAM-2中(图1中13)，输出0/1至控制卡暂存器(图1中10)，再传送给与输出端子连接的输出元件(图1中5)上。

(572)当判断为上微分时(DIFUP)，即出现“真”条件，上升沿输出一时间循环的脉冲；若为下微分(DIFDN)，即“真”条件消失，下降沿输出一时间循环的脉冲；若为“打印”(PRINT)时，则“真”条件出现，将指定数据输送给打印机；若为“存档”(SAVEIN)时，“真”条件出现，将指定数据送入软/硬磁碟机内。

参见图9、为本系统硬件设定模块画面示意图，其主要动作流程仍依据前述结构，步骤如下：

一、启动程序可由软/硬碟内启始，将执行命令读入RAM内；

二、设定控制卡的地址67；

三、功能启始控制卡种类的输出/输入工作模式66，并将功能控制卡控制参数以一文件名先存于软碟或硬碟中65；

四、进入阶梯式控制程序编辑器60，其控制程序可事先存于软/硬碟3内(图1)，也可事先录在ROM14内(图1)，用户依事先的规划作编辑。五、按图4所示的阶梯图程序进行阶梯控制设计。六、元件编辑功能46按图5流程完成，其阶梯图程序存放于Src〔〕结构变数存贮器13内(图1的RAM-2)(如、、、｜、、的标示为自动连线元件逻辑件表或/而其输出件表示如〔OUTR〕的输出点)。

七、经过以上步骤，设计完成的阶梯程序由微处理器11(图1)存入软硬碟3内储存。

八、阶梯程序可通过打印机接口打印。

九、进入可编程翻译模块(图9中61)，

1、可编程翻译模块数据可事先存在软硬碟3(图1)中，也可录在ROM14中；

2、程序将用户的阶梯程序翻译成指令；其详细的执行步骤如图7所示，操作元如计时器、计数器、输出点、输入辅助接点、保持接点；运算元如置入LD、反置入LDI、与AND、与非ANDI、或OR、或非ORI、方块与ANB、方块或ORB、上微分DIFUP、下微分DIFDN、输出OUT、存档SAVEIN、打印PRINT；分岔元件如、、、连线符号；分岔方块，即由分岔元件组成的阶梯图，如图12中的03列、004列，并由800、207、206组成一方块(BIOCK)。

十、将图12的阶梯图程序由Src〔〕结构变数存贮器内转入MC〔〕阵列变数存贮体内存贮，其步骤为：

1、可编程控制模块存放在MC〔〕阵列变数存贮器13内，经读取、判断、设定、输出、显示的步骤循环执行；

2、程序进入如图6所示的阶梯翻译与PLC监控中，经键盘扫描54，选择全屏幕逻辑监控55或自定义画面监控56或变换画面57或储存数据及清除显示58，以监视通讯位置数据或远方控制站的连线数据59，用户可执行可编程控制程序；

3、通过全屏幕逻辑监控55及自定义画面监控56(图6)，以推导演算方式作为可编程控制的主要执行程序(图8)，按读取、判断、设定、输出作循环动作，即读取存贮器13的旗标，再读取下一组MC〔〕阵列指令，并判断第一运算元种类，将代表操作元现状的旗标存于存贮器13的PUSH-FG〔〕存贮单元中，当判断运算元，若为PUSH-FG〔〕的指标为0时，其旗标为真/假，执行输出。

经图12所示的阶梯程序设计后存档，进入Run模式环境，即会出现图13、图14所示的操作画面，其中，

一、显示经阶梯翻译后的指令群(从图1的13中读取)，循环地显示在窗口80上(如图14的STEP TRACE)，用户可以跟踪方式逐步测试程序及执行结果；

二、引导用户使用命令模式88；

三、本控制系统内的输出入虚拟接点状态显示区，可分为无记忆式虚拟接点-俗称内部一般辅助接点89(图12中的AUX)及记忆式虚拟接点一俗称内部保持式辅助接点，断电后仍能保持原逻辑状态。

实际输入点状态显示区81，各输入状态为1字节，等于8Bits为8点输入，所以编号0-7、10-17、20-27……其实际相对位置由图9的671/O-CH1。内部设定(同图10、图11的相同位置)。而当选定接口卡后，该地址就自动设定，除非接口卡不止一个，或者其位置特殊，才需用户调整，用户通过监视此区81，即可了解外界配线实际接点的输入状态，一假设的时间继电器接点区82即为计时器区，如图14所示，表中80即从800至807，81即810至817，810处即0#7，#左侧O表示该计时器在0状态时能关(OFF)，7表示计时剩0.7秒，当计时为0时，左侧0转态为1(ON)，故本系统的计时器均为开时计时(ON DELAY)，计数单位0.1秒。计数区83，记录共有多少次计数操作，如生产数量的计数控制。如图13中的计数区83，图14中90的位置，90表示地址900至907，91表示910-917，是可供使用的计数器，如900处的“0#21”，表示目前该通道累计有21个计数，状态仍为0(OFF)，还未达到程序设定的计数终值(用户对各计数器的控制需预先设定)。实际接点输出状态显示区84(如图14中1＝ON，0＝OFF)，用户可在此画面监视实际机台控制点动作的实际状态，该输出区84内，200表示200至207，210表示210-217……依据实际接口卡的位置，向用户提供另一弹性使用空间。由用户自定义的显示画面85，活点显示位置标示区，用户按需要用Ctrl-U进入特定画面，在自定义的画面下及时反映控制点现状，便于用户迅速下达命令。显示区86用于显示与目前程序执行相关的环境信息，避免发生给出错误参数却不知的情况。显示系统运行中的现况则在87区中显示，使用户了解系统运行中有无错误。

上述画面的显示功能，经阶梯程序翻译后自行执行，具有于个人电脑上作阶梯设计、PLC可编程控制器的功能，可提供监控及结果的及时显示、存档、打印，而不需从语言设计、控制器本身人机界面等执行。

本发明不仅可供学习，还可供工业界作为实现自动化的工具手段。