混合控制技术及其应用

1.混合控制算法

本章第1节已介绍了基本的混合控制算法要点。此外混合控制也可有分支，而且也还可有不同的分支结构。图2-64所示为较常用的一种分支算法框图。

从图2-64可知，它在主干程序中，每次步动作完成，都要判是否进入分支程序。如进入分支程序，一旦分支步完成，则工作停止。而若未进入分支程序，如自动工作，将周而复始地执行主干程序。一般讲，这里的主干程序用于系统正常工作，而分支程序则当系统不正常时才使用。与流程图算法一样，除了条件分支，还可并行分支。

2.混合控制程序实现

根据所用PLC提供的资源，可以有多种方法用于程序实现。较常用的是：

（1）用间接寻址（指针）实现的梯形图程序

图2-65所示的是与图2-1对应的梯形图程序。

从图2-65知，它由工作控制、集中控制器、虚拟输出及虚拟输入几部分组成。

图2-64 分支算法的框图

1）集中控制器。对图2-65a：使用一个可逆计数器（CNTR 000，减计数不用）。当“工作”ON时，每次“步进”ON，则CNT 000加1，实现步进。计数到设定值（存于符号地址“总步数”中）后，再加1，CNTR 000现值又回到0，同时，其常开触点ON，常闭触点OFF。这时，如自动工作OFF，其常闭触点将使“工作”OFF，工作停止；否则，又将从0开始计数。而“步进”什么时候ON，取决于“计算输入”通道的内容与DM998值指向的DM地址的内容进行比较的结果。当这两者相等时，即得到了应有的反馈信号，表示动作完成，则“步进”ON。

对图2-65b：使用一个增计数器（C0）。当“工作”ON时，每次“步进”ON，则C0加1，实现步进。计数到设定值（存于符号地址“总步数”中）后，C0常开触点ON，C0常闭触点OFF。前者使C0复位，现值又回到0。如自动工作OFF，后者将使“工作”OFF，工作停止；否则，又将从0开始计数。而“步进”什么时候ON，取决于“计算输入”通道的内容与VD993作指针，指向的VW的内容进行比较的结果。当这两者相等时，即得到了应有的反馈信号，表示动作完成，则“步进”ON。

对图2-65c：也是使用一个增计数器（C0）。当“工作”ON时，每次“步进”ON，则C0加1，实现步进。计数到设定值（存于变量名“总步数”中）后，C0常开触点ON，C0常闭触点OFF。前者通过程序，用复位指令（RST）使C0复位，现值又回到0。如自动工作OFF，后者将使“工作”OFF，工作停止；否则，又将从0开始计数。而“步进”什么时候ON，取决于“计算输入”的内容与D900V0（900+V0的值作D的地址）的内容进行比较的结果。当这两者相等时，即得到了应有的反馈信号，表示动作完成，则“步进”ON。

2）虚拟输入。对图2-65a：用“虚拟输入”及“反虚拟输入”两个通道。两者内容相反，其对应位，如前者为1，则后者为0；如前者为0，则后者为1。而使用其中哪一位作为虚拟输入，由∗DM998确定。∗DM998的哪一位设为1，即使用哪一位作为反馈输入。而这个反馈输入是用正（ON），还是用反（OFF）信号，则取决于∗DM996与∗DM998的对应的位是怎么设的。设为1，反馈输入用的是反虚拟输入（用OFF信号）；设为0反馈输入用的是正虚拟输入（用ON信号）。

为此，在该图的程序中，要先进行∗DM996与#0比较，如相等，则使用ON信号；反之，使用OFF信号。使用ON信号时，“计算输入”为∗DM998直接与“虚拟输入”通道的内容作“与”运算；用OFF信号，“计算输入”为∗DM998与“反虚拟输入”通道的内容作“与”运算。这个“计算输入”与∗DM998比较，如相等，即收到应有的反馈，从而产生“步进”信号，并将引起计数器CTRN 000加1、步进。

DM998的值等于CNT 000现值与DM991之和，所以，DM991决定了指针DM998的初值。DM996值等于CNT 000现值与DM992之和，所以，DM992决定了指针DM996的初值。

对图2-65b：使用“虚拟输入”及“反虚拟输入”两个字。两者内容相反，其对应位，如前者为1，则后者为0；如前者为0，则后者为1。而使用其中哪一位作为虚拟输入，由∗VD993确定。∗VD993的哪一位设为1，即使用那一位作为反馈输入。而这个反馈输入是用正（ON），还是用反（OFF）信号，则取决于∗VD985与∗VD993的相对应的位是怎么设的。设为1，反馈输入用的是反虚拟输入（用OFF信号）；设为0反馈输入用的是正虚拟输入（用ON信号）。

为此，在该图的程序中，要先进行∗VD985与0比较，如相等，则使用ON信号；反之，使用OFF信号。使用ON信号时，“计算输入”为∗DM993直接与“虚拟输入”通道的内容作“与”运算；用OFF信号，“计算输入”为∗DM993与“反虚拟输入”通道的内容作“与”运算。这个“计算输入”与∗DM993比较，如相等，即收到应有的反馈，从而产生“步进”信号，并将引起计数器C0加1、步进。

在程序中，先把VB500的地址赋值给VD993，VB700的地址赋值给VD985，然后与C0现值乘2（指针地址以字节计，而本程序用的是以字计）后相加。这意味着这些设定值放在V区的开始位置为VB500、VB700。

对图2-65c：用“虚拟输入”及“反虚拟输入”两个字。两者内容相反，其对应位，如前者为1，则后者为0；如前者为0，则后者为1。而使用其中哪一位作为虚拟输入，由D700V0（700+V0的值作D的地址）确定。D D700V0的哪一位设为1，即使用那一位作为反馈输入。而这个反馈输入是用正（ON），还是用反（OFF）信号，则取决于D900V0（900+V0的值作D的地址）与D700V0的相对应的位是怎么设的。设为1，反馈输入用的是反虚拟输入（用OFF信号）；设为0反馈输入用的是正虚拟输入（用ON信号）。

为此，在该图的程序中，要先进行D900V0与0比较，如相等，则使用ON信号；反之，使用OFF信号。使用ON信号时，“计算输入”为D700V0直接与“虚拟输入”字的内容作“与”运算；用OFF信号，“计算输入”为D700V0与“反虚拟输入”字的内容作“与”运算。这个“计算输入”与∗DM998比较，如相等，即收到应有的反馈，从而产生“步进”信号，并将引起计数器C0加1、步进。

在程序中，V0是由C0传送来的。这说明，这些设定值放在D区的开始位置为D700、D900。

以上所用的虚拟输入用计算方法处理，虚拟输入可于书记输入完全对应。输入程序转换简单。

图2-65 混合控制逻辑梯形图程序

3）虚拟输出。对图2-65a：使用“虚拟输出”通道。其值是由以DM999值为地址DM字的内容传来的。这个DM字的内容设成什么样，“虚拟输出”就有什么样的输出。DM999的值为DM995的值加CNT 000的现值。故DM999的初值由DM990内容确定。

对图2-65b：使用“虚拟输出”字。其值是由以VD999值为指针指向的VW字的内容传来的。这个字的内容设成什么样，“虚拟输出”就有什么样的输出。在程序中，先把VB300的地址赋值给VD999，然后与C0现值乘2（指针地址以字节计，而本程序用的是以字计）后相加。这意味着这些设定值放在V区的开始位置为VB300。

对图2-65c：使用“虚拟输出”字。其值是由D800V0（800+V0的值作D的地址）的内容传来的。这个字的内容设成什么样，“虚拟输出”就有什么样的输出。在程序中，在程序中，V0是由C0传送来的。这说明，这些设定值放在D区的开始位置为D800。

4）程序工作过程。当“起动”信号ON，“工作”输出将ON，并自保持，系统进入工作状态。“虚拟输出”将从∗DM999、∗VD989活V800V0传来数据，将根据前者的内容产生虚拟输出，如要产生实际输出，可把此输出再作传递。

随着实际输出控制的推进，系统的实际输入将传递给“虚拟输入”（有关程序另附）。程序将根据∗DM998、∗DM996，或∗VD993、∗VD985，或D900V0、V700V0的设定，把“虚拟输入”进行逻辑处理，然后得到“计算输入”。再把“计算输入”与∗DM998、∗VD993或D900V0的设定进行比较。直到两者相等，说明已完成此步控制，进而产生步进信号，使CTRN 000，或C0加1计数。DM998、VD993或V0也随之赋以新值（加1），实现了步进，其虚拟输出则是新一步的设定值。

这样延续，直到CTRN 000计到“总步数”，再计入1，或C1计数到“总步数”，其输出ON，并自身复位（现值回到0）。这时，如“自动”ON，则开始新的循环，继续工作；如“自动”OFF，“工作”OFF，“虚拟输出”置0，系统工作停止。

（2）用数组寻址实现的梯形图程序

它比前者更简明。但要求PLC能设定数组，而且所设定数组能用下标变量访问。图2-66所示为与图2-1对应的梯形图程序

本程序除了用数组代替间接寻址，还用新的算法处理反馈输入。具体是把输入分为ON有效输入及OFF有效输入，分别用2个数组设定，而不是先设哪个为输入位有效位，再设所用的有效输入是ON还是OFF。

表2-17所示为上述程序定义的符号变量或标签。有的用中文，有的不能用中文则用英文。其含义见注释。

这里共同都是定义了3个数组，即sdOut（设定输出）、sdONin（设定ON输入）和sd-OFFin（设定OFF输入）。都是100（下标从0～100，实际101个字）。分别用于设定控制输出及设定ON、OFF反馈输入。其它变量与间接寻址程序雷同。

图2-66a为和利时PLC程序。它的编程软件变量名用英文。图2-66中节1为工作起、停控制。这时，“start”ON，可使“work”ON，使系统进入工作状态。

图2-66中节2为生成步进控制信号。只要控制动作完成，即生成脉冲信号。

图2-66中节3为调用增计数功能块。每完成1步控制，计数功能块加1。到100步，计数功能块复位。并使C1.Q常闭触点OFF，以实现系统工作控制。

图2-66中节4为生成虚拟输出。

图2-66 与图2-1对应的梯形图程序

表2-17 图2-66程序定义的符号变量或标签

图2-66中节5为设定ON反馈输入与ON虚拟输入先与，后再比较，以确定设定的ON输入是否完成。如完成则ON_wfchON。

图2-66中节6为设定OFF反馈输入与OFF虚拟输入先与，后再比较，以确定设定的OFF输入是否完成。如完成则OFF_wfchON。

以上两者均ON，则说明步动作完成。将在节2起动Step（步进）信号，是及技术功能块加1。步控制前进1步。

图2-66中节7为不工作时，逻辑关系复原。

其工作过程是：当系统启动，进入工作，计数功能块C1按每得到“STEP”脉冲一次，则作一次增计数。计数到设定值（total最大可设为100），C1.Q的常开触点ON，通过计数功能块的“RESET”端，使计数功能块复位，计数值恢复到0。如“Auto”OFF，其常闭触点C1.Q将使“work”线圈OFF，工作停止；否则，又从0开始，又执行第1步。

具体工作过程是分步实现的。先是第0步（对应于计数现值为0）。随着计数值的增加而一步步推进。如第0步工作，则虚拟输出取自数组“sdOut[0]”的值，ON、OFF虚拟输入取决于数组“sdONin[0]”及“sdOFFin[0]”的值。一旦“sdONin[0]”与xnONin相等及“sdOFFin[0]”与xnOFFin相等，则使“ON_wfsh”及“OFF_wfsh”ON，说明动作完0成。将在节2，生成步进信号“STEP”。进而在节3，使计数功能块增1，进入第1步。第1步的虚拟输出取自数组“sdOut[1]”的值，反馈输入的设定则取自数组“sdONin[1]”及“sdOFFin[1]”的值。一旦这两个比较又相等，说明动作1完成。有将实现步进，进入第2步。如此直到步总数完成，系统或停止工作，或从头开始，重复这个过程。

要提到的是如果用ABBPLC上述程序也完全使用。(www.xing528.com)

图2-66b为欧姆龙PLC程序。它的高档或新型机虽可设定数组，但它的梯形图语言对数组访问时，其下标不能用变量。而它的ST语言可以，但只能在功能块中才可使用这个语言。为此，本程序定义了一个用ST语言编写的功能块。用下标变量动态访问数组，以取得不同步的设定控制输出及ON、OFF设定。而这个功能块除了定义变量，只有3个语句，即

其功能就是根据下标变量转换为设定控制输出、设定ON反馈输入及设定OFF反馈输入。功能块的定义有内部、输入及输出3种变量。内部变量为AT（与地址关联）变量，直接可访问实际数组所使用的地址，见表2-18。

输入变量idd，为功能块读取的下标（inDx）值。输出变量见表2-19。用以输出设定控制输出、设定ON反馈输入及设定OFF反馈输入。

表2-18 功能块内部变量

表2-19 功能块输出变量

调用此功能块（该程序使用名称为mm）后，这里yOO、xON及xOFF实际即为sdOut[indx]、sdONin[indx]、sdOFFin[indx]。

它的梯级从0开始，而不是和利时从1开始。其它说明略。

图2-66c为ABPLC程序。它的标签名用英文。此外，它的计数功能块的计数预设值只能用即时数（immediate），这里指定100。为此，它增加了设定输出判断。如设定输出位0，说明控制完成，将使计数功能块复位，并用OfchON去取代其它程序的计数完成信号。

图2-66d为三菱PLC程序。但使用的是它的Works2编程软件。因为此软件支持数组编程。它的变量名可以用中文。

图2-66e为施耐德PLC程序。标签名为英文。因为step为其关键字只好用stp代替。

所有程序在workOFF都要复位。所不同的是，欧姆龙的只使虚拟输出复位，其它的还要使反馈完成位复位。这与各自比较指令特点有关。前者不比较，这个完成位将OFF，不必另作复位；后者不比较将保持原比较的结果值，所以需复位。

图2-67 输入输出程序

3.混合控制程序实例

[应用例1] 用的是本章第3节的例3，其要求与其完全一样。

本例用图2-65程序。并新增图2-67所示实际输入输出程序。图2-65a的“虚拟输出”实际地址设为220；“虚拟输入”实际地址设为200。实际输入、输出用符号地址。图2-65b的“虚拟输出”实际地址设为MW1（使用M2.0～M2.7及M1.0～M1.7，共16位，但实际仅用其中2位）；“虚拟输入”实际地址设为MW3（使用M3.0～M3.7及M4.0～M4.7，共16位，但实际仅用其中4位）。图2-65c的“虚拟输出”实际地址设为K4M200（使用M201到M216，共16位，但实际仅用其中2位），“虚拟输入”实际地址设为K4M300（使用M301到M316，共16位，但实际仅用其中4位）。

有关数据区的设定见表2-20：

表2-20 数据区参数选择

做了以上设定后，再运行图2-65加图2-67梯形图程序，经测试证明，它完全可实现所要求的功能。

[应用例2]：用的也是本章第3节的例3，其要求与其完全一样。但本例用图2-66程序。并新增图2-68所示实际输入输出程序。

其控制逻辑使用数组设定控制输出及设定ON、OFF反馈输入，即图2-68逻辑。其转换程序很简单，以和利时、ABPLC为例，见图2-68。此程序功能只是把虚拟输出转好为实际输出，把实际输入转换为虚拟输入。

其设定数据也很简单，除了Total设为6，数组设定如表2-21所示。

有了上述数组设定，执行图2-66和2-68程序，即可实现本例控制功能。

[应用例3]：设计要求同本章第3节的例1。其I/O分配也略，并也使用相应符号地址，即XX1、XX2、XX3、QQ、TT、MM、HH、II、LL，时间继电器符号为TM、TL等。其含义同上述例1。这里的关键是，把工作过程分成“步”，每“步”对应一个输出，然后用输入对“步”作控制。本例共分5步：

1）打开阀门XX1，直到行程开关IION；

2）关闭XX1，同时打开阀门XX2，直到行程开关HHON；

3）关闭XX2，接通MM，使搅拌机工作，并保持6s；

4）MM工作6s（用定时器TM）后，停止工作，并打开阀门XX3，到行程开关LL从ON到OFF。

5）再延时2s（用定时器TL），工作停止，或又重复此过程。

表2-21 应用例2数组设定

图2-68 输入输出转换程序

针对此例用图2-65梯形图程序。但也要增加实际输入、输出及定时逻辑。见图2-69。

对图2-65和图2-69有关地址设定是：

图2-65a：“虚拟输出”实际地址也设为220；“虚拟输入”实际地址设为230。

图2-65b：“虚拟输出”实际地址设为MW1（使用M2.0～M2.7及M1.0～M1.7，共16位，但实际仅用其中4位）；“虚拟输入”实际地址设为MW3（使用M3.0～M3.7及M4.0～M4.7，共16位，但实际仅用其中3位）。

图2-65c：“虚拟输出”实际地址设为K4M200（使用M201～M216，共16位，但实际仅用其中4位），“虚拟输入”实际地址设为K4M300（使用M301～M316，共16位，但实际仅用其中3位）。

3种PLC的实际输入的符号地址都用HH、MM、LL、QQ、TT。实际输出的符号地址都用XX1、XX2及XX3。而QQ即为图2-29的“起动”，TT即为图2-29的“停止”。

此外，还要对有关数据区作设定。具体设定值，见表2-22。

增加了以上实际输入、输出及定时程序，再按上各表对数据区做了设定，运行图2-65及图2-69程序，完全可实现设计的要求。

图2-69 第三节设计例一新梯形图程序

表2-22 数据区参数选定