基于PLC的智能仓库控制系统的设计论文

基于PLC的智能仓库控制系统的设计

摘 要

随着国民经济的飞速发展，智能仓库必然会在各行各业中得到越来越广泛的应用。智能仓库系统是现代物流系统的一个重要组成部分，广泛应用于各行各业中。目前，它已经成为企业生产和管理信息化的标志之一。

该系统采用PLC控制，通过PLC输出的脉冲信号来控制步进电机的运行，两者之间通过步进电机驱动器连接，此外还用到一些传感器，如微动开关和反射式传感器。此次设计的效果可以改变参数输入，通过模拟生产情况与波动对系统造成的冲击，从而避免了在理想化状态下系统设计所无法预料的各种因素，对系统的堵塞有着形象和直观的解决方案。

总之，智能仓库因其较小的占地面较佳空间利用率，应用正逐渐普与。为满足现代化生产和流通的需要，就必须采取以计算机控制主要手段的智能仓库。

关键词：智能仓库；PLC；步进电机；传感器

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Design of Intelligent Warehouse System Based on PLC

controlled

ABSTRACT

Along with the rapid development of national economy, Intelligent warehouse in all walks of life will get more and more widely. Automatic warehouse system of modern logistics system is an important part of, is widely used in industries. At present, it has become the enterprise production and management, one of the symbols of informatization.

The system adopts PLC controlled by PLC, the output pulse signals to control the operation of the step-motor between through the stepping motor drive connections, also used as some sensors, micro switch and reflex sensor.

We can alse see the place where the block and bottle-neck have taken place and state how they develop, reflecting by the system of simulation. By changing the input of the parameters and simulating the process of production and the impulsion of system arosed by flactuation, we can avoid various unforeseen factors of system design in the state of idealization, have visual and intuitionistic solving way for the block of the system..

In conclusion, The application of automatic warehouse with less floor space and better space utilization ratio has been popularizing gradually. To meet the requirement of the modern production and negotiation, it should use the warehouse with the computer control technology

KEY WORDS:Intelligent warehouse, PLC, Stepping motor, Sensors,

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. . . 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

原创性声明

本人重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作与取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得与其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了意。

作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日 期：

使用授权说明

本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部容。

作者签名： 日 期：

学位论文原创性声明

本人重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下进行研究

. . . 所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

作者签名： 日期： 年 月 日

学位论文使用授权书

本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

涉密论文按学校规定处理。

作者签名： 日期： 年 月 日

导师签名： 日期： 年 月 日

指导教师评阅书

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. . . 指导教师评价： 一、撰写（设计）过程 1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神 □ 优 □ 良 □ 中 □ 与格 □ 不与格 2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度 □ 优 □ 良 □ 中 □ 与格 □ 不与格 3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力 □ 优 □ 良 □ 中 □ 与格 □ 不与格 4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性 □ 优 □ 良 □ 中 □ 与格 □ 不与格 5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况 □ 优 □ 良 □ 中 □ 与格 □ 不与格 二、论文（设计）质量 1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 与格 □ 不与格 2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订与附件）？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 与格 □ 不与格 三、论文（设计）水平 1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 □ 优 □ 良 □ 中 □ 与格 □ 不与格 2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 与格 □ 不与格 3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 □ 优 □ 良 □ 中 □ 与格 □ 不与格 建议成绩：□优 □良 □中 □与格 □不与格 （在所选等级前的□画“√”） 指导教师： （签名） 单位： （盖章） 年 月 日 3 / 83

. . . 评阅教师评阅书

评阅教师评价： 一、论文（设计）质量 1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 与格 □ 不与格 2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订与附件）？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 与格 □ 不与格 二、论文（设计）水平 1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 □ 优 □ 良 □ 中 □ 与格 □ 不与格 2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 与格 □ 不与格 3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 □ 优 □ 良 □ 中 □ 与格 □ 不与格 建议成绩：□优 □良 □中 □与格 □不与格 （在所选等级前的□画“√”） 评阅教师： （签名） 单位： （盖章） 年 月 日 . . .

教研室（或答辩小组）与教学系意见

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. . . 教研室（或答辩小组）评价： 一、答辩过程 1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况 □ 优 □ 良 □ 中 □ 与格 □ 不与格 2、对答辩问题的反应、理解、表达情况 □ 优 □ 良 □ 中 □ 与格 □ 不与格 3、学生答辩过程中的精神状态 □ 优 □ 良 □ 中 □ 与格 □ 不与格 二、论文（设计）质量 1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 与格 □ 不与格 2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订与附件）？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 与格 □ 不与格 三、论文（设计）水平 1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 □ 优 □ 良 □ 中 □ 与格 □ 不与格 2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 与格 □ 不与格 3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 □ 优 □ 良 □ 中 □ 与格 □ 不与格 评定成绩：□优 □良 □中 □与格 □不与格 （在所选等级前的□画“√”） 教研室主任（或答辩小组组长）： （签名） 年 月 日 教学系意见： III / 83 系主任： （签名） 年 月 日 . . .

目 录

前 言1

第1章智能仓库2

1.1智能仓库的概述2

1.2 智能仓库的的优点与分类2

1.2.1 智能仓库的优点2 1.2.2 智能仓库的分类4

第2章系统控制方案的确定6

2.1智能仓库系统设计的基本步骤6 2.2 智能仓库的系统控制方案7 2.3 智能仓库技术参数的确定9 第3章硬件设计10

3.1 控制系统的结构设计10 3.2 PLC的选型11

3.2.1 PLC概述11 3.2.2 PLC的选型13 3.3 步进电机的选择15

3.3.1 步进电机的原理15 3.3.2 步进电机的选择15

3.3.3 步进电机驱动器的选择18 3.4 传感器的选择22

3.4.1 反射式传感器的选择22 3.4.2 微动开关的选择23 3.5 PLC输入输出I/O的分配24 3.6 电气原理图的设计25

第4章智能仓库系统控制软件设计27

4.1 PLC梯形图概述27 4.2 系统流程图28

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4.3梯形图的设计29

4.3.1 初始化主控指令29 4.3.2位置检测指令30

第5章系统调试33

5.1梯形图程序的下载33 5.1程序运行过程记录34 结 论36 辞37

参考文献38 附 录38

外文资料翻译45

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前 言

可编程控制器（简称PLC或PC）是一种新型的具有极高可靠性的通用工业自动化控制装置。它具有控制能力强、可靠性高、配置灵活、编程简单、使用方便、易于扩展等优点。目前，可编程控制器成为工业自动化领域中最重要、应用最多的控制装置，居工业生产自动化三大支柱（可编程控制器、机器人、计算机辅助设计与制造）的首位。其应用的深度和广度成为衡量一个国家工业自动化程度高低的标志。应用PLC成为世界的潮流，PLC将在我国得到更全面的推广应用。

随着企业现代化生产规模的不断扩大和深化，使得仓库成为生产物流系统中的一个重要且不可缺少的环节。智能仓库正以它最小的占地面积和最佳的空间利用率，逐步替代面积利用率极低且旧落后的平面仓库，这种替代促使仓储物流业的水平提高。为满足现代化生产与流通的需要，就必须采用的计算机控制技术为主要手段组成的智能仓库。智能仓库为现代物流系统的主要设备，是一种多层存放货物的高层仓库系统。也是CIMS的集成环节之一，在FMS和FAS中占有非常重要的地位

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第1章 智能仓库

1.1 智能仓库的概述

智能仓库简称高架仓库，一般是指采用几层、十几层乃至几十层的货架来储存单元货物，并用一样的搬运设备进行货物入、出库作业的仓库。由于这类仓库能充分利用空间储存货物，故常形象地将其称为“智能仓库”。根据国际自动化仓库会议的定义，所谓智能仓库就是采用高层货架存放货物，以巷道堆垛起重机为主，结合入库出库周边设备来进行作业的一种仓库。它把计算机与信息管理和设备控制集成起来，按照控制指令自动完成货物的存取作业，并对库存货物进行管理。显而易见它是物流系统的核心之一，并在自动化生产系统中占据了非常重要的地位。 20世纪60年代中期，日本开始兴建智能仓库，并且发展速度越来越快，从1965年到1977年短短的12年间，日本全国建立了18833座智能仓库，存货总数达到262万托盘，目前是世界上拥有智能仓库最多的国家之一。我国智能仓库的起步比较晚，1974年纺织机械厂建成了国第一个智能仓库。20世纪80年代到90年代，智能仓库产品的设计与制造有了很大的发展，全国有几十家科研单位和生产单位在进行智能仓库的开发、设计、制造。近年来，仓储物流行业的学术组织定期在国交流学术经验，针对目前我国智能仓库的设计制造水平，参照国外标准制定了一系列行业标准、规，使智能仓库的设计制造进入了规化发展阶段

不同的智能仓库，高度、货架形式、通道宽度都和现代化仓库是不同的，仓库设备的配置应与仓库的类型相适应。

1.2 智能仓库的的优点与分类

1.2.1 智能仓库的优点

智能仓库的优越性是多方面的，主要在以下几个方面。

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1.提高空间利用率

早期智能仓库构想的基本出发点是提高空间利用率，充分节约有限且昂贵的场地，在西方有些发达国家提高空间利用率的观点已有更广泛、深刻的含义，节约土地已与节约能源、保护环境等更多方面联系起来。有些甚至把空间利用率作为考核仓库系统合理性和先进性的重要指标。仓库空间利用率与其规划紧密相连，一般来说，智能仓库的空间利用率为普通仓库的2～5倍。

2.先进的物流系统提高企业生产管理水平

传统的仓库只是货物的储存场所，保存货物是其唯一的功能，属于静态储存。智能仓库采用先进的自动化物料搬运设备，不仅能使货物在仓库按需要自动存取，而且还可以与仓库以外的生产环节进行有机地连接，并通过计算机管理系统和自动化物料搬运设备使仓库成为企业物流中的重要环节。企业外购件和自制件进入智能仓库短时储存是整个生产的一个环节，是为了在指定的时间自动输出到下一道工序进行生产，从而形成自动化的物流系统环节，属于动态储存，是当今智能仓库发展的明显技术趋势。以上所述的物流系统又是整个企业生产管理系统(从订货、设计和规划、计划编制和生产安排、制造、装配、试验以与发运等)的一个子系统，建立物流系统与企业生产管理系统间的实时连接是目前智能仓库发展的另一个明显技术趋势。

3.加快货物存取，减轻劳动强度，提高生产效率

建立以智能仓库为中心的物流系统，其优越性还表现在智能仓库具有快速的入出库能力，妥善地将货物存入智能仓库，与时自动地将生产所需零部件和原材料送达生产线。同时，智能仓库系统减轻了工人综合劳动强度。

4.减少库存资金积压

通过对一些大型企业的调查，我们了解到由于历史原因造成管理手段落后，物资管理零散，使生产管理和生产环节的紧密联系难以到位。为了达到预期的生产能力和满足生产要求，就必须准备充足的原材料和零部件，这样，库存积压就成为较大的问题。如何降低库存资金积压和充分满足生产需要，已经成为大型企业面对的大问题。智能仓库系统是解决这一问题

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的最有效手段之一。 5.现代化企业的标志

现代化企业采用的是集约化大规模生产模式，这就要求生产过程中各环节紧密相连，成为一个有机整体，要求生产管理科学实用，做到决策科学化。建立智能仓库系统是其有力的措施之一。由于采用计算机管理和网络技术使企业领导宏观快速地掌握各种物资信息，且使工程技术人员、生产管理人员和生产技术人员与时了解库存信息，以便合理安排生产工艺，提高生产效率。国际互联网和企业部网络更为企业取得与外界在线连接，突破信息瓶颈，开阔视野与外引联提供了广阔的空间和坚实强大的技术支持。

以上所述的物流系统又是整个企业生产管理大系统（从订货、必要的设计和规划、计划编制和生产安排、制造、装配、试验、发运等）的一个子系统，建立物流系统与企业大系统间的实时连接，是目前自动化高架仓库发展的另一个明显的技术趋势。

现代化企业对管理提出了更高的要求， “管理出效益”的思维方式已成为大多数的现代企业管理者的共识。

1.2.2 智能仓库的分类

1.按照智能仓库的高度分类

（1）低层智能仓库。低层智能仓库高度在5米以下，主要是在原来老仓库的基础上进行改建的，是提高原有仓库技术水平的手段。

(2)中层智能仓库。中层智能仓库的高度在5～15米之间，由于中层智能仓库对建筑以与仓储机械设备的要求不高，造价合理，是目前应用最多的一种仓库。

(3)高层智能仓库。高层智能仓库的高度在15米以上，由于对建筑以与仓储机械设备的要求太高，安装难度大，应用较少。 2.按照货架结构进行分类

(1)货格式智能仓库。货格式智能仓库是应用较普遍的智能仓库，它的

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特点是每一层货架都由同一尺寸的货格组成，货格开口面向货架之间的通道，堆垛机械在货架之间的通道行驶，以完成货物的存取。

(2)贯通式智能仓库。它又称为流动式货架仓库，这种仓库的货架之间没有间隔，不设通道，货架组合成一个整体。货架纵向贯通，贯通的通道具有一定的坡度，在每一层货架底部安装滑道、锟道等装置，使货物在自重的作用下，沿着滑道或锟道从高处向低处运动。

(3)自动化柜式智能仓库。自动化柜式智能仓库是小型的可以移动的封闭智能仓库，有柜外壳、控制装置、操作盘、储物箱和传动装置组成，主要特点是封闭性强、小型化和智能化、有很强的性。

(4)条形货架智能仓库。是专门用于存放条形和筒形货物的智能仓库

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第2章 系统控制方案的确定

2.1智能仓库系统设计的基本步骤

智能仓库系统设计与调试的主要步骤，如图2—1所示：

图2-1 智能仓库控制系统结设计步骤

确定课题 研究课题内容 确定方案查找资料 设计电气原理图 根据控制要求确定硬件配置 根据控制要求编写系统结构的设计 调试程序 记录运行结果并分析 总 结 6 / 83

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在深入了解和分析智能仓库控制系统的设计过程中主要考虑到以下几点：

1、深入了解和分析智能仓库的工艺条件和控制要求。

2、确定I/O设备，根据智能仓库控制系统的功能要求确定系统所需要的用户输入、输出设备。

3、根据I/O口的点数选择合适的PLC类型。

4、分配I/O点以与PLC的输入输出点，编制输入输出分配表与输入输出端子的接线图。

5、设计智能仓库控制系统的梯形图程序，根据工作要求设计出完整的梯形图程序，这是整个智能仓库系统设计的核心工作。

6、将程序输入PLC进行软件测试，查找错误，是系统程序更加完善。 7、智能仓库整体调试，在PLC软硬件设施和现场施工完成后，就可以进行整个系统的练级调试，调试中发现的问题可以逐一排除，直到调试成功。

2.2 智能仓库的系统控制方案

该智能仓库有十二个仓库位、有物品出入口与输出口位，个仓位能自检，其结构示意图如图2—2和图2-3所示：

图2-2 智能仓库系统结构

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图2-3 智能仓库结构示意图

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本课题设计的智能仓库具有一下的功能：

1、堆垛机要有三个自由度，即前进、后退；上、下；左、右； 2、堆垛机的运动由步进电机驱动；

3堆垛机前进（后退）运动和上（下）运动可以同时进行； 4、堆垛机前进、后退和上、下运动时必须有超限位保护；

5、每个仓位必须有检测装置（微动开关），当操作有误时会发出错误报警信号；

6、当按完仓位号后，没按入或取前，可以按取消键进行取消该操作； 7、整个电气控制系统必须设置急停按钮，以防止发生意外情况。

2.3 智能仓库技术参数的确定

智能仓库的具体参数如表2—1所示：

表2-1 智能仓库技术参数

出入货柜台最重物品 每个仓位的高度 仓位的上下距离 仓位的平行距 仓位的体积 PLC电源 堆垛机电源

20Kg 4.5CM 0.5CM 0.5CM 4 24V DC 220V AC，50Hz 9 / 83

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第3章 硬件设计

3.1 控制系统的结构设计

本设计是运用PLC控制系统来控制智能仓库的运动的方式。能快速的对输入信号做出反应控制智能仓库，便于检修。控制系统结构图如图3—1所示：

图3-1 控制系统结构图

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3.2 PLC的选型

3.2.1PLC概述

1、PLC概述

自二十世纪六十年代美国推出可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）取代传统继电器控制装置以来，PLC得到了快速发展，在世界各地得到了广泛应用。同时，PLC的功能也不断完善。随着计算机技术、信号处理技术、控制技术网络技术的不断发展和用户需求的不断提高，PLC在开关量处理的基础上增加了模拟量处理和运动控制等功能。今天的PLC不再局限于逻辑控制，在运动控制、过程控制等领域也发挥着十分重要的作用。

作为离散控的制的首选产品，PLC在二十世纪八十年代至九十年代得到了迅速发展，世界围的PLC年增长率保持为20%～30%。随着工厂自动化程度的不断提高和PLC市场容量基数的不断扩大，近年来PLC在工业发达国家的增长速度放缓。但是，在中国等发展中国家PLC的增长十分迅速。综合相关资料，2004年全球PLC的销售收入为100亿美元左右，在自动化领域占据着十分重要的位置。

PLC是由摸仿原继电器控制原理发展起来的，二十世纪七十年代的PLC只有开关量逻辑控制，首先应用的是汽车制造行业。它以存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和运算等操作的指令；并通过数字输入和输出操作，来控制各类机械或生产过程。用户编制的控制程序表达了生产过程的工艺要求，并事先存入PLC的用户程序存储器中。运行时按存储程序的容逐条执行，以完成工艺流程要求的操作。PLC的CPU有指示程序步存储地址的程序计数器，在程序运行过程中，每执行一步该计数器自动加1，程序从起始步（步序号为零）起依次执行到最终步（通常为END指令），然后再返回起始步循环运算。PLC每完成一次循环操作所需的时间称为一个扫描周期。不同型号的PLC，循环扫描周期在1微秒到几十微秒之间。PLC用梯形图编程，在解算逻辑方面，表现出快速的优点，在微秒量级，解算

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1K逻辑程序不到1毫秒。它把所有的输入都当成开关量来处理，16位（也有32位的）为一个模拟量。大型PLC使用另外一个CPU来完成模拟量的运算。把计算结果送给PLC的控制器。

一样I/O点数的系统，用PLC比用DCS，其成本要低一些（大约能省40%左右）。PLC没有专用操作站，它用的软件和硬件都是通用的，所以维护成本比DCS要低很多。一个PLC的控制器，可以接收几千个I/O点（最多可达8000多个I/O）。如果被控对象主要是设备连锁、回路很少，采用PLC较为合适。PLC由于采用通用监控软件，在设计企业的管理信息系统方面，要容易一些。

近10年来，随着PLC价格的不断降低和用户需求的不断扩大，越来越多的中小设备开始采用PLC进行控制，PLC在我国的应用增长十分迅速。随着中国经济的高速发展和基础自动化水平的不断提高，今后一段时期PLC在我国仍将保持高速增长势头。

通用PLC应用于专用设备时可以认为它就是一个嵌入式控制器，但PLC相对一般嵌入式控制器而方具有更高的可靠性和更好的稳定性。实际工作中碰到的一些用户原来采用嵌入式控制器，现在正逐步用通用PLC或定制PLC取代嵌入式控制器。

2、PLC的特点

（1）可靠性高，适用于工业现场环境

原因：PLC在软件和硬件上采取了提高可靠性的一些措施：硬件措施：屏蔽、滤波、电源调整与保护、联锁、模块化结构、环境检测与诊断电路；软件措施：自诊断程序、故障检测、信息保护与恢复 （2）编程简单，使用方便

（3）控制程序可变，具有很好的柔性 （4）直接带负载能力强 （5）接口简单、维护方便

（6）功能完善、便于实现机电一体化

（7）通信、网络技术趋于标准化，便于实现计算机网络控制

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3.2.2 PLC的选型

在PLC系统设计时，首先应确定控制方案，下一步工作就是PLC工程设计选型。工艺流程的特点和应用的要设计选型的主要依据。因此，工程设计选型和估算时，应分析工艺过程的特点、控制要求，明确控制任务和围确定所需要的操作和动作，然后根据控制要求，估算输入输出点数、所需存储器容量、确定PLC的功能、外部设备的特性等，最后选择有较高性价比的PLC和设计相应的控制系统。

1、输入输出I/O点数的估算

I/O点数估算适应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，在增加10%~20%的扩展。最终换需要根据制造厂商PLC的产品特点，对输入输出点数进行圆整。根据估算该智能仓库的I/O口的点数为输入40点，输出21点。

2、存储器容量的估算

存储器容量是PLC本身能提供的硬件存储单元大小，程序容量是存储器中用户应用项目使用的存储单元的大小，因此程序容量小于存储容量。设计阶段，由于用户应用程序还未编制，因此程序容量在设计阶段还是未知的，须在程序调试之后才知道。为了设计选型时能对程序容量有一定的估算，通常采用存储器容量的估算来替代。

存储器的估算没有固定的公式，许多文献资料上给出了不同的公式，大体上都是按数字量I/O点数的10~15倍，加上模拟I/O点数的100倍，以此数为存的总字数（16位一个字），另外再按此数的25%考虑余量。因此该课题的PLC存容量选择应为能存储5000条梯形图，这样才能在以后的改造过程中有足够的空间。

3、控制功能的选择

该选择包括运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度等特性的选择。

根据该课题设计的需要，主要介绍以下几种功能的选择： （1）控制功能

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PLC主要用于顺序逻辑控制，因此，大多数场合常采用单回路或多回路控制器解决模拟量的控制，有时也采用专用的智能输入输出单元完成所需要的控制功能，提高PLC的处理速度和节省存储器容量。

（2）编程功能

离线编程方式：PLC和编程器共用一个CPU，编程器在编程模式时，CPU只为编程器提供服务，不对现场设备进行控制。完成编成后编程器切换到运行模式，CPU对现场设备进行控制，不能进行编程。离线编程方式可以降低系统的成本，但使用和调试不方便。在线编程方式：CPU和编程器有各自的CPU，主机CPU负责现场控制，并在一个扫描周期与编程器进行数据交换，编程器把在线编制的程序或数据发送到主机上，下一扫描周期主机就根据新收到的程序运行。这种方式成本较高，但系统调试和操作方便，在大中型PLC中常采用。

（3）诊断功能

PLC的诊断功能包括硬件和软件的诊断。硬件诊断通过硬件的逻辑判断确定硬件的故障位置，软件诊断分为诊断和外诊断。通过软件对PLC部的性能和功能进行诊断是诊断，通过软件对PLC的CPU与外部输入输出等部件信息交换功能进行诊断是外诊断。

PLC的诊断功能的强弱，直接影响对操作和维护人员的技术能力的要求，并影响平均维修时间。

4、PLC机型的选择 （1）PLC的类型

FX2系列可编程控制器主机分为16、24、32、、80/128点六档，还有各种输入和输出扩展单元，这样在增加I/O点数时不必改变机型，可以通过扩展模块实现，降低了经济投入。该智能仓库的控制系统有输入信号40个，输出信号21个。其中，外部输入元件包括：检测元件、按钮、取、送、急停、限位开关、超限位保护等等;输出有三个步进电机的正反向、动作指示、错误显示等等。按照上述配置，所选I/O点应不得低于61点，结合实际情况，所选I/O点为80点。因此选择FX2N-80MR型号的PLC。

（2）经济性考虑

选择PLC时，应考虑性价比。考虑经济性的同时应考虑其可扩展性、

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可操作性、投入产出比等因素，来进行比较和兼顾，最终选出比较满意的产品。

输入输出点书对价格有直接的影响。当点数增加到某一数值后，相应的存储器容量相应增加，因此点数的增加对CPU选用、存储器容量、控制功能围等选择都有影响。在估算和选用时应充分考虑，以便使整个控制系统有较合理的性价比。该智能仓库属于小型控制系统，结合经济性的考虑选择整体型PLC。

根据其输入点数为40点，输出点数为21点，所以选择FX2N-80MR型号的PLC。

3.3 步进电机的选择

3.3.1 步进电机的原理

步进电机是数字控制系统中的执行电动机，当系统将一个电脉冲信号加到步进电机定子绕组时，转子就转一步，当电脉冲按某一相序加到电动机时，转子沿某一方向转动的步数等于电脉冲个数。因此，改变输入脉冲的数目就能控制步进电动机转子机械位移的大小；改变输入脉冲的相序，就能控制步进电动机转子机械位移的方向，实现位置的控制。当电脉冲按某一相序连续加到步进电动机时，转子以正比于电脉冲频率的转速沿某一方向旋转。因此，改变电脉冲的频率大小和通电相序，就能控制步进电动机的转速和转向，实现宽广围速度的无级平滑控制。步进电动机的这种控制功能，是其它电动机无法替代的。步进电动机可分为磁阻式、永磁式和混合式，步进电动机的相数可分为：单相、二相、三相、四相、五相、六相和八相等多种。增加相数能提高步进电动机的性能，但电动机的结构和驱动电源就会复杂，成本就会增加，应按需要合理选用。

3.3.2 步进电机的选择

1、步进电动机的特点

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（1）步进电动机时一种作为控制用的特种电机，它的旋转是以固定的角度（步距角）一步一步运行的，其特点是没有积累误差（精度为100%），所以广泛应用于各种开环控制。

（2）步进电机的转速与脉冲信号的频率成正比。

（3）步距值不容易因为电气、负载、环境条件的变化而改变，使用开环控制（或半闭环控制）就能进行良好的定位控制。

（4）起制动、正反转、变速等控制方便。 （5）价格便宜，可靠性高。

（6）步进电动机的主要缺点是效率较低，并且需要配上适当的驱动电源。

（7）步进电机带负载惯性的能力不强，在使用时既要注意负载转矩的大小，又要注意负载转动惯量的大小，只有当两者选取在合适的围时，电机才能获得满意的运行性能。

（8）由于存在失步和共振，因此步进电机的加减速的方法根据利用状态的不同而复杂多变。

2、步进电动机的选择计算

在选择步进电动机时首先应考虑的是步进电动机的类型的选择，其次才是具体的品种选择，在该智能仓库控制系统中要求步进电动机电压低、电流小、有定位转矩和使用螺栓机构的定位装置，确定步进电动机采用2相8拍混合式步进电动机；在进行电动机的品种选择时，要综合考虑速比i、轴向力F、负载转矩Tl、额定转矩TN和运行频率fy，已确定步进电机的具体规格和控制装置。

由于我们使用螺栓机构的定位装置，已知条件和要求条件为： 移动部分总重 M=25kg 外力 Fa=4kg.cm 摩擦系数 μ=0.04 螺栓机构的效率 η=0.9 螺栓轴径 D=1.2cm 螺栓长 L=42cm 螺距 P=3mm

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分辨率 L1=0.01mm 移动距离 S=0.0075mm/步 速度 V=2m/min 计算：

设拟选用2相、1.8度步距角的HB型电动机，速比（设使用直接驱动方式）速比 i=m×1.8/（360×L1）=2×1.8/（360×0.01）=1

轴向力 F= Fa+μM=4+0.04×25=5kg.cm

负载转矩 Tl=F×P/(2×3.14×η)+（μ0×F0×P）/（2×3.14） =5 ×0.3/(2×3.14×0.9)+（0.3×1.67×0.3）/（2×3.14） =0.2kg.cm

螺栓的惯量 =（3.14×7.9×10×42×1200）/32=0.0675kg.c㎡ 移动体的惯量 Jt=M×（P/2×3.14） = 25×（0.3/2×3.14） =0.0571 kg.c㎡ 负载惯量为JL= + Jt

=0.0675+0.00571 =0.1246 kg.c㎡

根据以上计算可以初步选定步进电动机，其惯量为JM=0.03 kg.c㎡，空载起动频率fs=3000Hz

有要求的速度可以求出运行的频率： f=V/L=2000/（60×0.01）=3333Hz 可知需要加减速的驱动方式。

齿轮比：G=0.0075×360/（1.8×0.01）=150 换算到电机轴的负载转矩为： T=G×L（Tl+F）/(2×3.14η)

= 150×0.01（0.2+5）/(2×3.14×0.9) =1.40kg.cm

队首次设计的装置来讲，所选用的电动机通常留有2~3倍的余量，所以电机转矩TN=3T=3×1.40=4.2 kg.cm=0.41N.M

所以控制系统中的步进电动机采用混合式步进电机，它的主要特点是：

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3 . . .

体积小、大转矩等优点。型号：42BYGH101。

42BYGH101型号的步进电机的电气技术数据如表3—1所示：

表3-1 步进电机的电气技术数据

电机型号 42BYGH101

3.3.3 步进电机驱动器的选择

1、步进电机驱动系统的基本组成

与交直流电动机不同，仅仅接上供电电源，步进电机是不会运行的。为了驱动步进电动机，必须由一个决定电动机速度和旋转角度的脉冲发生器（在该智能仓库控制系统中采用PLC作脉冲发生器进行位置控制）、一个使电动机绕组电流按规定次序通断的脉冲分配器，一个保证电动机正常运行的功率放大器，以与一个直流功率电源等组成一个驱动系统，如图3—2所示：

相数 2 步距角 1.8 相电流 1.7A 驱动电压 额定转矩 重量 DC24V 0.44N.M 0.24kg

图3-2 步进电机驱动部分的组成

2、步进电机驱动器

步进电机要有一种电子装置进行驱动，这种装置就是步进电机的驱动

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器，他是把控制系统发出的脉冲信号转化为步进电机的角位移，或者说是控制系统每发出一个脉冲信号，通过驱动器就使步进电机旋转一步距角。所以步进电机的转速与脉冲信号的频率成正比。

所有型号的驱动器的输入信号都一样，共有三路信号，它们是：步进脉冲信号CP、方向电平信号DIR、脱机信号FREE（此端为低电平有效，这时电机处于无力矩状态；此端为高电平或悬空不接时，此功能无效，电机可正常运行）。它们在驱动器部的接口电路都一样，如图3—3所示：

图3-3 输入信号接口电路

OPTO端为三路信号的公共端，三路输入信号在驱动器部接成共阳方式，所以OPTO端须接外部系统的VCC，如果VCC是+5V则可直接输入；如果VCC不是+5V则须外部另加限流电阻R，保证给驱动器部光耦提供8~18mA的驱动电流，如图3-3和表3-2所示。在在智能仓库中由于FP0提供的电平为24V，而输入部分的电平为5V，所以需外部另加1.8K的限流电阻R。

表3-2 外接限流电阻R

信号幅值 5V 12V 24V

步进电机驱动器的输出信号有两种：

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外接限流电阻R 不加 680Ω 1.8K . . .

（1）初相位信号：驱动器每次上电后将使步进电机起始在一个固定的相位上，这就是初相位。初相位信号是指步进电机每次运行到初相位期间，此信号就输出为高电平，否则为低电平。此信号和控制系统配合使用，可以产生相位记忆功能，其接口如图3-4所示：

图3-4 初相位信号接口电路

（2）报警输出信号：每台驱动器都有多种保护措施（如：过压、过流、过湿等）。当保护发生时，驱动器进入脱机状态使电机失电，但这时控制系统可能尚未知晓。如要通知系统，就要用到报警输出信号，此信号占两个接线端子，此两端为一继电器的常开点，报警时触电立即闭合。驱动器正常时，触电为常开状态。触电规格有：DC24V/1A、AV110V/0.3A。

一般来说，对于两相四根线电机，可以直接和驱动器相连，如图3-5所示：

图3-5 电机与驱动器接线图

所以在此采用SH系列步进电机驱动器，型号为SH-2H057。主要由电源输入部分、信号输入部分、输出部分组成。SH-2H057步进电动机驱动器采用铸铝结构，此种结构主要用于小功率驱动器，这种结构为封闭的超小型结构，本身不带风机，其外壳即为散热体，所以使用时要将其固定在较

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厚、较大的金属板上或较厚的机柜，接触面之间要涂上导热硅脂，在其旁边加一个风机也是一种较好的散热办法。此步进电机驱动器的电气技术数据如表3-3所示：

表3-3 步进电机驱动器的电气技术数据表

驱动器型号 SH-2H057 二相或四相 混合式 相数 类别 细分数通最大相电 过拨位开流开关设关设定 二相八拍 定 3.0A 一组直流DC（24~40） 工作电源 步进电动机驱动器接线示意图如3-6所示：

图3-6 步进电动机驱动器接线示意图

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3.4 传感器的选择

3.4.1 反射式传感器的选择

在智能仓库中采用欧姆龙EE-SPY402凹槽型、反射型接插件式传感器作货物检测，它是日本欧姆龙公司的产品，采用能抗周围外来光干扰的便调光式。采用表那调光式与直流光式相比，不易受外来光干扰影响；电源电压为DC5~24V的大量程电压输出型；带有容易调整光的光轴标识；带有便于调整动作确认的入光显示灯；反射式传感器的时间图和输出回路如图3-7所示：

图3-7 反射式传感器的时间图和输出回路图

它有三根连接线（红、蓝、黑），红色接电源的正极，黑色接电源的负极，蓝色为输出信号，当与挡块接近时输出电平为低电平，否则为高电平。需要注意检测距离不要离传感器太近，否则传感器不能动作；连接是采用插件方式，千万不要对端子（读出头）进行焊接。

EE-SPY402型传感器的电气技术参数如表3-4所示：

表3-4 EE-SPY402型传感器的电气技术参数表

型号 形状 检测方式 EE-SPY402 立式 反射型 22 / 83

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应差距离 检测距离 0.2mm（检测距离3mm，横方向） 5mm（反射率90%15X15mm） 光源（发光波长） GaAs~红外发光二极管（940mm） 显示灯 电源电压 消耗电流 控制输出 入光时灯亮（红） DC5~24V 脉动（p-p）5%以下 平均值15mA~50mA NPN电压输出 负载电源电压DC5~24V 负载电流80mA以下 残留电压1.0以下（负载电流80mA时） 残留电压0.4以下（负载电流10mA时） 应答频率 使用环境照度 100Hz 受光面照度、白炽灯、太各3000ex以下 动作时：-10 ~55oC ，保存时-25~65oC（不结冰） 动作时：5~85%RH，保存时-5~95%RH（不结露） 10~55Hz上下振幅1.5mmXYZ个方向2h 500m/s2 X、Y、Z各方向三次 IEC规格IP50 接插件式 约2.6g 聚碳酸酯（PC） 环境温度 环境湿度 耐久振动 耐久冲击 保护构造 连接方式 质量 外壳材料

3.4.2 微动开关的选择

在该智能仓库控制系统有13个仓位（四层十二个仓位加0号仓位）分别采用13只微动开关作为货物检测，当有货物时相应开关动作，其信号对应PLC的输入点是X22-X36；另外为保险起见，在X轴的左限位和Y轴的下限位出乎安分别加装了1只微动开关作限位保护，以确保智能仓库在

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程序出错时不损坏；微动开关原理如图3-8所示：

图3-8 微动开关原理图

3.5 PLC输入输出I/O的分配

根据该智能仓库PLC输入输出的控制要求，可以得出PLC输入输出I/O的分配，如表3-5所示：

表3-5 I/O口分配表表

X0 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X10 X11 X12 X13 X14 X15 启动 手动或自动 取出 送进 取消 急停 1号仓库的键 2号仓库的键 3号仓库的键 4号仓库的键 5号仓库的键 6号仓库的键 7号仓库的键 8号仓库的键 X25 X26 X27 X30 X31 X32 X33 X34 X35 X36 X37 X40 X41 X42 检验3号仓库 检验4号仓库 检验5号仓库 检验6号仓库 检验7号仓库 检验8号仓库 检验9号仓库 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 Y10 向上 向下 送进 取出 显示取出 显示送进 显示操作错误 显示1仓库 显示2仓库 显示3仓库 显示4仓库 显示5仓库 显示6仓库 显示7仓库 检验10号仓库 Y11 检验11号仓库 Y12 检验12号仓库 Y13 前进 后退 后退超过 向上 24 / 83

Y14 Y15 Y16 Y17 . . .

X16 X17 X20 X21 X22 X23 X24

9号仓库的键 10号仓库的键 11号仓库的键 12号仓库的键 检验0号仓库 检验1号仓库 检验2号仓库 X43 X44 X45 X46 X47 Y0 Y1 向下 向下超过 前时 取出 取出超过 前进 后退 Y20 Y21 Y22 Y23 Y24 显示8仓库 显示9仓库 显示10仓库 显示11仓库 显示12仓库 3.6 电气原理图的设计

根据该智能仓库的设设计要求，可以总结出该智能智能自动定位控制系统的电气原理图，改图由PLC、步进电机、步进电机驱动器、等构成。示意图如图3-9所示，具体情况见附图！

图3-9 电气原理图

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第4章 智能仓库系统控制软件设计

4.1 PLC梯形图概述

梯形图是使用的最多的图形编程语言，被称为PLC的第一编程语言。梯形图与电气控制系统的电路图很相似，具有直观易懂的优点，很容易被工厂电气人员掌握，特别适用于开关逻辑控制。梯形图被称为电路或程序梯形图的设计称为编程。

PLC梯形图中的某些编程元件沿用了继电器这一名称，如输入继电器、输出继电器、部辅助继电器等，但是它们不是真实的物理继电器，而是一些存储单元（软继电器），每一软继电器与PLC存储器中映像寄存器的一个存储单元相对应。该存储单元如果为“1”状态，则表示梯形图中对应软继电器的线圈“通电”，其常开触点接通，常闭触电断开，称这种状态的软继电器的“1”或“ON”状态。如果该存储单元为“0”状态，对应软继电器的线圈和触点的状态与上述的相反，称该软继电器为“0”或“OFF”状态。使用中也常将这些“软继电器”成为编程元件。

开关量 按电压水平分为：220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分为：有继电器隔离和晶体管隔离。

模拟量 按其精度可分为12bit、14bit、16bit等；按信号类型可以分为电流型（4~20mA，0~20mA）、电压型（0~10V，0~5V，-10~10V）等。

除了上述通用I/O口外，还有特殊I/O模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。

梯形图两侧的垂直公共线称为母线。在分析梯形图的逻辑关系时，为了借用继电气电路图的分析方法，可以想象左右两侧之间有一个左正右负的直流电源电压，母线之间有“能流”从左向右流动。右母线可以不画出。

根据梯形图中各个触点的状态和逻辑关系，求出与图中各线圈相对应的编程元件的状态，称为梯形图的逻辑解算。梯形图中逻辑解算是按从左至右、从上到下的顺序进行的。解算的结果马上可以被后面的逻辑解算所利用。逻辑解算是根据输入映像寄存器中的值，而不是根据解算瞬时外部

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输入触电的状态来进行的。

PLC与电气回路的接口是通过输入输出部分（I/O）完成的。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反应输入信号的状态，输出点反应输出锁存器的状态。输入模块将电信号转变为数字信号进入PLC系统，输出模块相反。I/O分为开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO）等模块。

4.2 系统流程图

根据系统工作过程分析可以得出，该控制系统的流程图如图4-1所示：

图4-1 系统流程图

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4.3梯形图的设计

PLC硬件电路连接完毕后，控制功能的完成还要依靠软件程序的运行，两者缺一不可。

该智能仓库的梯形图程序分析如下：

4.3.1 初始化主控指令

该段程序主要是用来控制其部的通用辅助继电器触点，如图4-2所示。当X000和X001接通时执行MC和MCR之间的指令，其间的输出点有辅助继电器触点M0、M1、M2、M30和计数器C0、C1、C3、C7等，当X000接通、X001断开时执行MC和MCR之间的指令，其输出点为M31、M32、M33、M34、M35和M36都是用来控制后面的输出的。

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图4-2 初始化梯形图

4.3.2位置检测指令

当M30接通或M40而X002、X003、X004断开时输出M101，之后M101接通开始对各个动作进行检测判断，以便确定正确的位置来完成货物的存取，如图4-3所示。此时前面主控程序之间的输出开始起作用，如当M1接通，Y001断开，输出的动作为Y000前进。其它的动作执行和其相似，具体情况详见梯形图：

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图4-3 位置检测梯形图

当出现错误时可以通过以下程序来控制系统的运行，通过输出操作错误，然后再改变操作来确保货物存取的正确性。详细程序如图4-4所示：

图4-4 检测错误梯形图

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当没有出现错误时，则输出Y011、Y012、Y013、、、、、、Y024，显示出仓库的位置，如图4-5所示：

图4-1 动作输出梯形图

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第5章 系统调试

5.1梯形图程序的下载

1、要将GX Developer7.0中编制好的程序下载到PLC,必须先进行网络传输设置。先将PLC与计算机的串口互连，然后可以进入[传输设置]对话框，进行FX2n PLC设备与网络传输参数设定，可以进行PLC和计算机的串口通信方式的设定，可以进行其他网络电的设定，还可以实现通信测试。

2、梯形图写入PLC

单击[在线]-[PLC写入]，就可以打开“PLC写入”对话框，进行相关设置并执行，就可以将GX Developer7.0中已编制好的程序写入PLC，如图5-1所示：

选中要下载到PLC的容，单击[执行]就可以将写好的梯形图程序下载到PLC的CPU中。

图5-1 程序的调试

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5.1程序运行过程记录

……带程序全部写入PLC之后，首先运用PLC的编程软件进行模拟调试，模拟调试成功后，接上外部接线进行现场调试，现场调试的具体情况如表5-1所示：

表5-1 程序运行过程记录

PLC元件 X0 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X10 X11 X12 X13 X14 X15 X16 X17 X20 X21 X22 X23 X24 X25 状态 ON ON ON ON ON ON ON ON ON ON ON ON ON ON ON ON ON ON ON ON ON ON 34 / 83

运行结果 启动 手动、自动 取出 送进 取消 急停 1号仓库的键 2号仓库的键 3号仓库的键 4号仓库的键 5号仓库的键 6号仓库的键 7号仓库的键 8号仓库的键 9号仓库的键 10号仓库的键 11号仓库的键 12号仓库的键 检验0号仓库 检验1号仓库 检验2号仓库 检验3号仓库 . . .

X26 X27 X30 X31 X32 X33 X34 X35 X36 X37 X40 X41 X42 X43 X44 X45 X46 X47 ON ON ON ON ON ON ON ON ON ON ON ON ON ON ON ON ON ON 检验4号仓库 检验5号仓库 检验6号仓库 检验7号仓库 检验8号仓库 检验9号仓库 检验10号仓库 检验11号仓库 检验12号仓库 前进 后退 后退超过 向上 向下 向下超过 前时 取出 取出超过 35 / 83

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结 论

本系统主要以PLC为核心，利用PLC强大的控制功能，具有接线简单、编程直观、扩展容易等特点。当机械手的功能增加时，硬件接线上只需要增加行程开关输入信号，原来的接线不需要改变，软件上只需要增加相应程序以与输出的功能，要改动的地方也较少。

通过本设计，我学到了很多东西，对待工作要的耐心、细心、严谨和求精。并且，更了解了有关可编程控制器的功能。

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辞

经过两个多月的忙碌和工作，毕业设计已经完成，作为一个专科生的毕业设计，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有导师的督促指导，以与一起工作的同学们的支持，想要完成这个设计是难以想象的。该系统设计是在党保华的亲切关怀和悉心指导下完成的。党老师平日里工作繁多，但在我做毕业设计的每个阶段，从课题选择到资料查阅，设计草案的确定和修改，中期检查，后期详细设计等整个过程中都给予了我悉心的指导。他严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。几个月多来，党老师不仅在学业上给我以精心指导，同时还在思想、生活上给我许多值得我学习和借鉴的品质，并将积极影响我今后的学习和工作。 在此谨向党老师致以诚挚的意和崇高的敬意。 然后还要感读书以来所有的老师，不仅授我以文，而且教我做人，给以终生受益无穷之道。对老师们的感激之情是无法用言语表达的。其次要感511全体寝室成员，如果没有他们的帮助、鼓励和陪伴，学习生活将变得非常困难。

也要感我的学校，为我提供了良好的学习环境和生活环境，让我的学生生活丰富多姿，为我的人生留下精彩的一笔。最后，向我的亲爱的家人和亲爱的朋友表示深深的意，他们给予我的爱、理解、关心和支持是我不断前进的动力。 气有浩然 ， 学无止境。

Z070209班19号 梁帅令

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参考文献

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年7月第1版

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机械工业，2009.8

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专系列规划教材)

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附 录

附录题目

指令表

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END

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外文资料翻译

Visualization of PLC Programs using XML

Abstract - Due to the growing complexity of PLC programs there is an increasing interest in the application of formal methods in this area. Formal methods allow rigid proving of system properties in verification and validation. One way to apply formal methods is to utilize a formal design approach in PLC programming. However, for existing software that has to be optimized, changed, or ported to new systems .There is the need for an approach that can start from a given PLC program. Therefore, formalization of PLC programs is a topic of current research. The paper outlines a re-engineering approach based on the formalization of PLC programs. The transformation into a vendor independent format and the visualization of the structure of PLC programs is identified as an important intermediate step in this process. It is shown how XML and corresponding technologies can be used for the formalization and visualization of an existing PLC program.

I. INTRODUCTION

Programmable Logic Controllers (PLCs) are a special type of computers that are used in industrial and safety critical applications. The purpose of a PLC is to control a particular process, or a collection of processes, by producing electrical control signals in response to electrical process- related inputs signals. The systems controlled by PLCs vary tremendously, with applications in manufacturing, chemical process control, machining, transportation, power distribution, and many other fields. Automation applications can range in complexity froma simple panel to operate the lights and motorized window shades in a conference room to completely automated

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manufacturing lines.

With the widening of their application horizon， PLC programs are being subject to increased complexity and high quality demands especially for safety-critical applications. The growing complexity of the applications within the compliance of limited development time as well as the reusability of existing software orPLC modules requires a formal approach to be developed [I]. Ensuring the high quality demands requires verification and validation procedures as well as analysis and simulation of existing systems to be carried out [2]. One of the important fields for the formalization of PLC programs that have been growing up in recent time is Reverse-engineering [3]. Reverse Engineering is a process of evaluating something to understand how it works in order to duplicate or enhance it. While the reuse of PLC codes is being established as a tool for combating the complexity of PLC programs, Reverse Engineering is supposed to receive increased importance in the coming years especially if exiting hardware has to be replaced by new hardware with different programming environments

Visualization of existing PLC programs is an important intermediate step of Reverse Engineering. The paper provides an approach towards the visualization of PLC programs using XML which is an important approach for the orientation and better understanding for engineers working with PLC programs.

The paper is structured as follows. First, a short introduction to PLCs and the corresponding programming techniques according to the IEC 61131-3 standard is given. In Section Ⅲan approach for Re-engineering based on formalization of PLC programs is introduced. The transformation of the PLC code into a vendor independent format is identified as an important first step in this process. XML and corresponding technologies such as XSL and XSLT that can be used in this transformation are presented in Section IV. Section V presents

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the application of XML for the visualization of PLC programs and illustrates the approach with an example. The final Section summarizes the results and gives an outlook on future work in this ongoing project.

ⅡPLC AND IEC 61131

Since its inception in the early ‘70s the PLC received increasing attention due to its success in fulfilling the objective of replacing hard-wired control equipments at machines. Eventually it grew up as a distinct field of application, research and development, mainly for Control Engineering.

IEC 61 131 is the first real endeavour to standardize PLC programming languages for industrial automation. In I993 the International Electrotechnical Commission [4] published the IEC 61131 Intemational Standard for Programmable Controllers. Before the standardization PLC programming languages were being developed as proprietary programming languages usable to PLCs of a special vendor. But in order to enhance compatibility, openness and interoperability among different products as well asto promote the development of tools and methodologies with respect to a fixed set of notations the IEC 61131standard evolved. The third part of this standard defines a suit of five programming languages:

Instruction List (IL) is a low-level textual language with a structure similar to assembler. Originated in Europe IL is considered to be the PLC language in which all other IEC61 131-3 languages can be translated.

Ladder Diagram (LO) is a graphical language that has its roots in the USA. LDs conform to a programming style borrowed from electronic and electrical circuits for implementing control logics.

Structured Text (STJ is a very powerful high-level language. ST borrows its syntax from Pascal, augmenting it with some features from

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Ada. ST contains all the essential elements of a modem programming language.

Function Block Diagram (FBD) is a graphical language and it is very common to the process industry. In this language controllers are modelled assignal and data flows through function blocks. FBD transforms textual programming into connecting function blocks and thus improves modularity and software reuse.

Sequential Function Chart (SFC) is a graphical language. SFC elements are defined for structuring the organization of programmable controller programs.

One problem with IEC 61 131-3 is that there is no standardized format for the project information in a PLC programming tool. At the moment there are only vendor specific formats. This is also one reason for the restriction of formalization approaches to single programs or algorithms. However, recently the PLC users’ organization PLCopen (see .plcopen.org) started a Technical Committee to define an XML based format for projects according to IEC 61131-3. This new format will ease the access of formalization tools to all relevant information of a PLC project.

Ⅲ. RE-ENGINEERING APPROACH

The presented approach towards re-engineering (cf. Fig.1) is based upon the conception that XML can be used as a medium in which PLC codes will be transformed.

This transformation offers the advantage of obtaining avendor independent specification code. (Even if the PLCopen succeeds in defining a standardized format for PLC applications, there will remain a lot of existing programs that do not conform to this standard.)

Based on this code a step-wise transformation to a formal model (automata) is planned. This model can then be used for analysis, simulation, formal verification and validation, and finally for the

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re-implementation of the optimized algorithm on the same or another PLC.

Since re-engineering of complete programs will, in most cases, be only a semi-automatic process, intermediate visualization of the code is an important point. At different stages of the process different aspects of the code and/or formal model have to be visualized in a way that a designer can guide the further work. XML with its powerful visualization and transformation tools is an ideal tool for solving this task.

IV. XML AS A TOOL FOR VISUALIZATION

XML (extensible Markup Language) is a simple and flexible meta-language, i.e， a language for describing other languages. Tailored by the World Wide Web Consortium (W3C) asa dialect of SGML [S], XML removes two constraints which were holding back Web developments [6]. The dependence on a single, inflexible document type (HTML) which was being much abused for tasks it was never designed for on one side; and the complexity of full SGML, whose syntax allows many powerful but hard-to-program options on the other side.

While HTML describes how data should be presented, XML describes the data itself. A number of industries and scientific disciplines-medical records and newspaper publishing among them-are already using XML to exchange information across platforms and applications. XML can be tailored to describe virtually any kind of information in a form that the recipient of the information can use in a variety of ways. It is specifically designed to support information exchange between systems that use fundamentally different forms of data representation, as for example between CAD and scheduling applications.

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Using XML with its powerful parsers and inherent robustness in

terms of syntactic and semantic grammar is more advantageous than the conventional method of using a lexical analyzer and a validating parser (cf. Fig. 2, [7]).

The conventional method of analysis of program code requires a scanner (lexical analyser) which generates a set of terminal symbols (tokens) followed by a parser that

checks the grammatical structure of the code and generates an object net. In the object net the internal structure of the program is represented by identified objects and the relations between them. Both the scanner and the parser to be used in this method are document oriented which implies that analysis of different types of documents requires rewriting the generated code for the scanner and the parser. Anexample of an application of this method can be found in [8].

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The most promising aspect of using XML instead is that XML and its complementary applications for transformations are standardized so as to provide maximum flexibility to its user.

The XML based method is advantageous, since the lexical specification is an invariant component of XML; therefore the well-formedness is independent from the respective individual application.

Hence, an XML-Parser also can transfer well-shaped XML documents in an abstract representation called Document Object Model (DOM) without using a grammar. DOM is an application programming interface

(APII) for valid HTMLand well-formed XML documents. It defines the logical structure of documents and the way a document is accessed and manipulated. In the DOM specification, the term \"document\" is used in a broad sense increasingly. XML is used as a way of representing many different kind of information that may be stored in diverse systems, and much of this would traditionally be seen as data rather than asdocuments. Nevertheless, XML presents this data as documents, and the DOM can be used to manage this data［5］.

XSLT, the transformation language for XML is capable of transforming XML not only to another XML or HTML but to many other user-friendly formats. Before the advent of XSLT, the transformation of XML to any other format was only possible through custom applications developed in a procedural language such asC++, Visual Basic or, Java. This procedure lacked the generality with respect to the structural variation of XML documents. Capitalizing on the concept that the custom applications for the transformations are all very similar, XSLT evolved as a high-level declarative language [9].

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XSLT functions in two steps. In the first step, it performs a

structural transformation so as to convert the XML into a structure that reflects the desired output. The second stage is formatting the new structure into the required format, such as HTML or PDF (cf. Fig. 3 ). The most important advantage of this transformation is that it allows a simple and easily-conceivable representation of the document or data structure embedded inside the well-structured but hard-to-understand XML to be produced. When HTML is chosen as the format of the transformed produce it is possible to use the extensive ability of HTML to produce an easily-conceivable and attractive visualization of a program.

Every XML document has its own syntax and vocabulary. Therefore, in addition to being well-formed, the XML document needs to conform to a set of rules. According to W3C recommendations this set of rules has to be defined either through a Document Type Definition (DTD) or an XML Schema. The rules defined in a DTD or an XML Schema state the hierarchical and structural constraints of the XML document.

The DTD is for defining the document grammars; more recently a number of alternative languages have been proposed. The W3C XML

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Schema language replicates the essential functionality of DTDs, and adds a number of features: the use of XML instance syntax rather than an ad hoc notation, clear relationships between schemas and namespaces, a systematic distinction between element types and data types, and a single-inheritance form of type derivation. In other words schemas offer a richer and more powerful way of describing information than what is possible with DTDs. Fig. 4shows the XML technologies discussed above and the connection between them.

V. AN APPROACH FOR THE VISUALIZATION OFPLC PROGRAMS

A. Overview Since Instruction List (IL) is the most commonly used PLC language in Europe, the presented approach is based on this language.

The proprietary IL dialect Siemens STEP 5and the standardized version according to IEC 61131-3 are considered.

The generation of XML documents showing different aspects of a PLC program is realized in the following three steps (cf. Fig. 5):

1.Transformation of the PLC program to an XML document

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2.Validation of the XML against the XML Schema which sets the syntax of the XML

3.Identification of the Instruction elements of the transformed XML according to the instruction set of the source PLC

These three steps are discussed in sub-sections B to D respectively. Sub-section E explains the visualization of the different XMLs obtained during the preceding steps.

Throughout this Section an example is used to illustrate the presented concepts. Fig. 6shows a PLC code written in Instruction List Siemens S5. The PLC code is written in atabular form where each row element is either a delimited list consisting of address, label, instruction, operand and description or a comment.

Kommentar : Autor

Erstellt :15.07.2003 Geaendert am: B1B:O NETZWERK 1 EMPFANGEN SLAVE 3 VON MASTER NAME :EMPE'MAST

0005 :U M98.7 ABFRAGE OB EMPFANG MOEGLICH 0006

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0007 :SPB= MOOl 0008

0009 :A DB140 EMPFANGSFACH IST DB 140 OOOA :L KF+20 LAENGE DES DATENPAKETS oooc :T DLO

OOOD :L KF+O ZIELNUMMER O=MASTER OOOF :T DRO 0010

0011 :UNM98.7 FANGEN WIEDER ERLAUBEN 0012 :S M98.7 0013 MOOl :NOP 0 0014

0015 :BE BAUSTEIN ENDE

Fig. 6 APLC program written in Siemens S5 Instruction List

B. Conversion of a PLC Program inio a well-formed XML Given a PLC program in ASCII format and in a tabular structure with separate columns for addresses, labels, instructions, operands and descriptions delimited by whitespaces, XSLT can convert it into a well-formed XML document. The XML document obtained through this transformation is a hierarchically structured document.

Fig. 7 shows the XML document obtained through the transformation of the PLC code of Fig. 6. The XML document is structured in a hierarchy in which the root element isthe IL Code Block representing the whole PLC code. Each of the rows of the PLC code is contained within a corresponding ILRow element which is M e r smtctured into child elements.

Note: The structure chosen for the XML representation of IL-Code is oriented at the working proposal of the PLCopen.

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. . .

C. XML Validation against the XML Schema The XML obtained asa result of the previous processing can be validated using a validating parser that confirms that the XML document in addition to being well-formed conforms to the set of syntactic rules defined in context of the PLC programming language.

D. rdenhpcation of instructions This step in the process of visualization of PLC programs using XML ensures that the XML document to be used for visualization contains only valid instructions.XSLT can be used to transform the well-formed and valid Xh4Ltoanother XML which as a result of identification on instructions has an additional attribute appended to the instruction tags. This attribute notifies whether the instruction is a valid instruction of the concerned instruction set. This transformation procedure is also capable of attaching attributes

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to the instruction tags that declares a classification of the instructions into predefined classes.

The instruction identification of the transformed XML proofs the semantic of the XML in accordance with the operation types of the PLC programming language.

In the example of this section, (cf. Fig. 8), the new XML contains additional attributes which classify the instructions according to the type of operation it represents. The STEPS instructions are categorized into eleven different types of operations e.g. logical, jump, load or transfer operation assignment, etc.

(Instruction instructionId='Logical Operation\") U -.

SPB-

BE

Fig. 8 Anew transformed XML showing only the inslructions and the corresponding instruction ID

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E. Visualization of XML Both of the XML documents generated above can be transformed into HTML or other readable documents with the help of XSL. Aningenious XSL can be designed so as to produce an HTML which can convey the logical and other features of the PLC program in an easily conceivable form. Moreover, the DOM structure embedded in the XML (cf. Fig. 9), also enables the user to navigate through the PLC programs in an easy way. For the example the visualization is done in HTML. This visualization is done for the transformed XML after the validation of it's syntax asa table where the child elements of the ILRow are the columns of this table.

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The XML after the instruction identification istransformed using the XSL, where the instruction and the instruction Id, obtained after extracting the XML according to the type of operations are visualized in a table containing two columns (Instruction, Instruction Id) in HTML.

The HTML structures suggested here are not the only possibilities, with which the XML can be visualized, but they give a very easy practical option for the user's grasp of the PLC code.

Fig. IO shows the same PLC code asshown in Fig. 4 as a HTML document

converted &om the XML document shown in Fig. 7 using XSL. This visualization enables a better understanding of the PLC program. Fig. 11shows the special visualization of instruction ids given in the XML of Fig. 6.

VI. CONCLUSIONS AND OUTLOOK

Re-engineering of PLC programs needs a formal approach to be developed. In this paper one way to solve this task is introduced. Based on a given PLC program written in Instruction List a step-wise transformation to a formal representation isproposed. Since this process will not be fully automatic, the need forflexible visualization of intermediate steps is derived. XML is presented as a flexible, standardized means to serve as data format for the

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description of the PLC code. The corresponding technology of XSL transformations and the Document Object Model are presented as tools for the variety of customized visualization tasks during the re-engineering process.

Based on the XML description of PLC programs further transformations will be applied to finally derive a completely formalized description of the original PLC code. This will be in the form of a finite automaton. During this process it is planned to identify common ILstructures and formalize them via a library.

Gaining the Benefit of the XML Metadata Interchange (XMI) as an open industry standard that applies XML to abstract systems such as UML and referring to the classification of the instructions of IL

into the eleven categories mentioned above. We can extract UML classes from this classification, as it resembles the action semantics of UML.

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可视化的PLC程序使用XML

摘要:由于P LC程序日益复杂,在PLC应用方面有越来越多的兴趣爱好者。形式化方法，让僵化的证明系统属性被核查和验证。一个传统思路的方法就是在PLC编程中设立一个正式的设计方法。不过，现有的软件已被优化，改变，或移植到新系统.有需要找到从某一PLC程序开始的方法。因此，规PLC程序是一个现在研究的热点。该文章概述了基于形式化的PLC程序基础上从新启动的方法。转型成为一个的格式和可视化的结构，在这个过程中，PLC程序的确定是作为这项措施的重要中间步骤。这表明如何XML和相应的技术可用于形式化和可视化现有的PLC程序。

一 导言

可编程逻辑控制器（PLC ）是一种特殊类型的计算机，它应用于工业和安全的关键地方。应用PLC的目的是控制某一特定的或可选择的过程，它是通过产生的电控制信号回应电器中相关的输出信号来实现的。应用在制造业和化工过程控制，机械加工，交通，电力分配，以与其他许多领域。PLC控制有着极大的不同，自动化应用围的复杂性从一个简单的小组运作到控制一个会议室的的灯光和自动窗成为一个全自动化的生产线。

随着他们应用PLC知识的增加，他们把PLC应用到复杂性和品质要求高的地方，特别是对安全性要求特别严格的地方。由于在有限的时间里PLCD的发展应用日益复杂，现有的软件或PLC的模块也在迅速发展，以此，需要一个正式的办法加以规 。为了确保高品质的要求，我们需要检查和验证程序，以与分析和模拟现有系统[ 2 ] 。其中一个重要的领域就是已经在最近的时间成长在规化的PLC程序是逆向工程[ 3 ] 。逆向工程是通过评估达到了解它的运转过程，以达到重复或加强的目的。而重用的PLC守则正在建立，作为一种打击复杂PLC程序的工具，逆向工程在今后几年将得到越来越多的重要性，特别是如果现有的硬件被适用于各种不同程序环境的新硬件所取代

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的情况下。

现有的PLC程序的可视化是逆向工程一个重要的中间步骤。本文章提供了一个方法，使用XML使PLC程序可视化，让PLC程序工程师更容易把握方向和更好地了解。

该文件的结构如下。首先，简单的介绍了PLC（根据国际电工委员会61131-3的标准是给予）和相应的编程技巧，。在第三部分，在现有基础上用形式化PLC程序重新设计方法的介绍。PLC代码转型成为一个的格式被确定为在这个过程中重要的第一步。XML和相应的技术，例如XSL和XSLT（第四节可以使用的这种转变）。第五部分提出了应用XML的使PLC程序可视化的方法并用一个例子做出说明。最后一节总结了结果，并就今后的工作在这方面正在进行的项目做了一个前景的展望。

二 PLC和IEC 61131

自从七十年代初期公布于世，由于它的成功的完成目的，取代了机器上的硬连线控制设备，PLC日益受到重视，。最终它作为一个独特的应用领域成长起来，它的研究和开发，主要是为控制工程。

IEC61131是为工业自动化第一次真正的努力来规PLC的编程语言。在1993国际电工委员会[ 4 ]上公布了IEC 61131作为可编程控制器标准。在标准化PLC的编程语言之前，正在制定为了个别PLC实用的专有编程语言。为了提高不同产品的兼容性，开放性和互操作性以与为了促进工具和方法的发展,国际电工委员会61131标准设立固定的一套符号。第三部分，定义了一个适合5种编程语言标准：

Originated (IL)语言是一种低层次的文本语言, 其结构类似于汇编语言。Originated语言L被视为PLC的在所有其他IEC61 131-3语言都可以翻译语言。

梯形图(L0)是一种被认为起源于于美国的图形语言。LDS符合从电子与电器电路实施控制逻辑的编程风格。

结构化文本（ ST）是一个非常强大的高层次的语言。圣借从帕斯卡尔那里借用了它的语法，充实它的一些特点。圣包含一个现在编程语言多要求的所有要素。

功能块图（FBD）是一种图形语言，在工业流程里是非常常见的。在这种语言中，控制器被认为是可在功能块之间流动的信号和数据。FBD把换文本编程转变为功能块编程，因而提高了模块化和软件重用性。

顺序功能图（SFC）是一个图形化的语言。SFC要素的定义是为了构建可编程序控制器程序的组织。

其中在IEC 61 131-3中出现的一个问题就是在PLC的编程工具的工程信息中没有一个标准化的格式。目前，每个厂商都在运用他们各自的具体的不同格式。这亦是其中一个原因就是被了的形式化的做法，以单一的程序或算法。不过，最近的PLC用户组织PLCopen （见 plcopen.org ）

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阻止了一

个技术

委员会，以确定一个基于格式accordingto的IEC 61131-3的XML项目 。这种新格式将缓解形式化的工具，使之成为 PLC项目的所有相关的信息。

三 重新设计的方法

对于重新设计所提出的态度，（参见图1 ）是基于认为XML可作为一种中间媒体语言用来改造PLC的代码。

这种转变提供了取得avendor规格代码优势，。 （即使PLCopen成功地确定了一种标准化的格式为PLC所应用，仍将有很多现有的程序不符合这个标准） 。

在此代码基础上的一个明智步骤转型到一个正式的模型（自动机）正在计划之中。这个模型可以用来进行分析，模拟仿真，正式的检查和验证，最终对同一PLC或其他产品重新执行该优化算法。

一个很大的可能就是这个完成编程的逆向启动只能是一个半自动的过程，中间可视化的代码是最重要的一点。在过程中的不同阶段，代码或形式化模型不同方面的都必须是可视化的设计方式，只有这样设计者才可以进一步的指导工作。XML以其强大的可视化和改造工具，成为解决这方面的工作的一种理想的工具。

四 作为一种可视化工具的XML

XML （可扩展标记语言）是一种简单而灵活的元语言，即一种描述其他语言的语言。由万维网协会（ W3C ）裁定（W3C）作为一个方言SGML分支语言， XML的删除两个阻碍网络发展[ 6 ]制约因素。依赖于一个单一的，一成不变的文件类型（ HTML ），这种文件类型部分被滥用任务，这是从来没有设计为对一方有利。充满了SGML的复杂性，他的语法，让许多强大的并且努力到计划方案到了另一个方向。

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当HTML描述了数据本身是怎样显现的同时， XML描述了数据本身。一些行业和学科、医疗记录与报纸出版，其中已使用XML交换信息，可以跨多

个平台来应用。在一个信息获取人可以使用各种不同的方式形式下，XML可可裁定描述几乎任何种类的信息。它是专门设计用于支持从根本上使用不同形式的数据的系统之间的信息交流，例如民航处与调度之间的应用。使用拥有强大的解析器和固有的简单性的条款XML，句法和语义语法比常规词汇分析器和验证分析器的使用更有利，（参见图2 .7 ） 。

常规的程序代码分析方法需要一个扫描仪（词法分析仪）由剖析器检查语法结构的代码产生了一套终端符号（令牌），并生成一个对象网。在该对象的部结构的程序代表的确定对象和两者之间的关系。双方扫描器和分析器将使用的这种方法是面向文件的，这就意味着，分析不同类型的文件，需要重新生成的代码为扫描仪和分析器。一个应用这种方法的方法的例子可以在[ 8 ] 发现 。

使用XML的最有前途的方面，就是XML与其应用的互补性转变为标准化，以便给它的用户提供最大的灵活性。基于该XML的方法是十分有利的，因为词汇的规格是不变的组成部分，因此XML良好的形式从各自的个别申请是的。因此， XML的解析器也可以吧XML文件在一个抽象的代表性换成以所谓的文档对象模型（ DOM ） ，不需使用语法。 DOM的是一个应用程序编程接口（ apii ）对HTML和格式良好的XML文件有效。它定义的逻辑结构文件和文件的方式访问和操纵。在DOM中的规格，任期“文件”是中被越来越多广泛使用的意识。 XML被用来作为一种代表许多不同种的信息可能在不同的系统中存储以与许多传统上，这将被看作是数据而不是作为文件。不过， XML介绍了此数据文件，并且DOM可以用来管理这方面的数据[ 5 ] 。

XML的转型语言XSLT的是能够不仅转换XML到另一个XML或HTML ，还能够转换到许多其他友好的用户格式。前XSLT的来临以前 ，改造XML成为

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任何其他格式只有通过在一个程序语言如C + + ， Visual Basic或 Java定制开发的应用程序来实现。这个程序与尊重的结构性变化XML相比文件缺乏一般性。XSLT的演变，作为一个高层次的宣示性的语言，[ 9 ]对利用的观念，习俗申请的变革都是十分相似的。

XSLT的功能分为两个步骤。在第一步，它执行的结构性转型，以便为转换成XML的结构，反映了所需的输出。第二阶段是格式化的新架构成所需的格式，如HTML或PDF （参见图3 ） 。这个转变最重要的优势是它允许一个可以想象的简单而容易的文件或数据结构良好嵌入部结构，以了解XML来制作。当HTML被选择作为格式转化的产生的时候，是有可能使用HTML的广泛能力来产生出可想象的和有吸引力的可视化程序。

每一个XML文件都有自己的语法和词汇。因此，除了作为良好的形式， XML文件需要符合一套规则。根据W3C建议，这套规则已通过文件型态定义（ DTD ）或一个XML架构加以界定。该定义的规则在一个DTD或一个XML Schema的国家层次和结构制约的XML文件。

近期，一些另类语言已提出，DTD是用以界定文件文法。W3C XML Schema的语言重复了重要的功能DTDS ，并增加了一些特点。使用XML的语法，例如，明确之间的关系架构和命名空间，一个有系统的区分元素的种类和数据类型，和单继承的形式，类型的推导。在其他的话架构提供了更丰富和更强大的方式描述的信息，比什么是可能的与DTDS 。图 4显示了XML技术讨论上述之间的联系。

五 方法的可视化OFPLC程序A.概况

由于Instruction List (IL)是在欧洲最常用的PLC编程语言，现在展示的介绍的做法是在此基础上的语言。西门子第5步和标准版根据的IEC 61131-3正在被考虑。

XML文件显示的生成显示了不同方面的PLC程序，实现了在以下三个步骤（参见图5 ） ：

1.PLC程序到XML文件的转换

2. XML的的可行性和确定了语法的XML的XML架构，

3. 根据该指令集的来源，临立会，转换的XML介绍元素的定义

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这三个步骤是讨

论分别

分节B至D。小组E节解释了在前一阶段期间不同的XMLS的可视化取得的成绩。

在整个这一节的一个例子是用来说明所提出的概念。图 6显示了在西门子公司中S5Z中PLC的代码的书面指示。临立会的代码是写在形式的地方，每列的元素，是一种地址，标签，指示，操作和说明或评构成的分隔清单。

Kommentar : Autor

Erstellt :15.07.2003 Geaendert am: B1B:O NETZWERK 1 EMPFANGEN SLAVE 3 VON MASTER NAME :EMPE'MAST

0005 :U M98.7 ABFRAGE OB EMPFANG MOEGLICH 0006

0007 :SPB= MOOl 0008

0009 :A DB140 EMPFANGSFACH IST DB 140 OOOA :L KF+20 LAENGE DES DATENPAKETS oooc :T DLO

OOOD :L KF+O ZIELNUMMER O=MASTER OOOF :T DRO 0010

0011 :UNM98.7 FANGEN WIEDER ERLAUBEN 0012 :S M98.7

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0013 MOOl :NOP 0 0014

0015 :BE BAUSTEIN ENDE

Fig. 6 APLC program written in Siemens S5 Instruction List B PLC程序转换成为格式良好的XML

由于ASCII格式PLC程序加上一个结构与单独列地址，标签，指示，运算和说明划定的表格，XSLT的可以把它转换为格式良好的XML文件。通过这种转变 获得的XML文件是一个分层结构的文件。

图 7显示通过XML文件获得改造的PLC。XML文件是在结构上的等级，其中的根元素是ilcodeblock是代表全PLC的代码。每行的PLC代码是包含在相应的ilrow元素，这是米呃子元素。注：结构选择的XML代表性的IL代码是面向在工作的建议，该plcopen 。

C. XML验证和XML架构

由于前处理，除了正在完善被确认XML文件，可以验证的使用验证解析器取得的XML，形成符合一套句法规则所界定的背景下的PLC编程语言。

D. 介绍的认可 这一步，可视化的PLC程序在这个过程中使用XML确保XML文件将用于只包含有效可视化，可以用来变换，以与形成有效的另一个XML ，这是由于对鉴定指示拥有一个额外的属性附加到指示标记。此属性通知是一个有效的指示，指示是否是有关的指令集。这个转变的程序，也能指示附加属性的标记，

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宣布一项分类的指示到预定义类。 转换的XML的指示识别的证明了XML的语义是与PLC的编程语言的操作类型相一致的。

在本节中的例子中， （参见图8 ） ，新的XML包含额外的根据它所代表的类型分类指示的运作属性。步骤指示分为11不同类型的操作如合乎逻辑的，跳转，负载或转让的运作转让等等。

(Instruction instructionId='Logical Operation\") U -.

SPB-

BE

Fig. 8 Anew transformed XML showing only the inslructions and the corresponding instruction ID

E. 可视化的XML

上述所产生的两种XML文件可转化为HTML或在XSL的帮助下转换为其他可读的文件。一个巧妙的XSL可以被设计用来产生一个可以容易想象的转达PLC程序的逻辑或者其他特征的HTML文件。此外， DOM的结构在嵌入在XML中 （参见图9 ） ，也可让使用者用一个简单的方法浏览PLC程序。

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例如在HTML中做的可视化程序 。这可视化已经完成XML的转换，他作为一个表中的子元素去验证的语法。

指示鉴定后的XML被转化成使用XSL转化，取得那里的指示和身份指示后，根据该行动的类型提取的XML在 HTML表载列了两栏（指示，指令编号）

是在可视化的。

HTML结构的建议，这不是唯一的可能性，其中的XML可以可视化，但他们提供一个很容易的切实可行的方案，那就是为用户把握的PLC代码。

图 10显示了一样的PLC的代码，在图 4他作为一个HTML文档转换XML文档，显示的图 7使用的XSL 。这可视化，更好地了解PLC程序成为可能。图 11显示了在图 6中的XML教学入侵检测系统特殊的可视化。

六 结论和展望

重新设计的PLC程序需要一个正式的办法加以发展。在本文章中，是来解决这个任务一个方法的介绍。在给出了书面指示PLC程序的基础上，在清单的通过一个明确步骤转型为被建议的正式代表。由于这个过程不会完全自动，有必要采取灵活的可视化中间步骤。XML是作为一种灵活的，标准化的手段来充当数据格式来描述的PLC代码。相应的XSL转换和文档对象模型的技术是作为工具，在重整过程为各种定制可视化任务。

基于XML的描述PLC程序的进一步转变，将适用于最后得出一个完全形式化描述原PLC的代码。这将是在成立一个有限自动机。在这个计划过程中，他们通过一个知识库确定共同的介素的结构和正规化。

学位论文原创性声明

本人重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行的研究工

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作所取得的成果。尽我所知，除文中已经特别注明引用的容和致的地方外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明并表示感。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。

学位论文作者（本人签名）： 年 月 日

学位论文出版授权书

本人与导师完全同意《中国博士学位论文全文数据库出版章程》、《中国优秀硕士学位论文全文数据库出版章程》(以下简称“章程”)，愿意将本人的学位论文提交“中国学术期刊（光盘版）电子杂志社”在《中国博士学位论文全文数据库》、《中国优秀硕士学位论文全文数据库》中全文发表和以电子、网络形式公开出版，并同意编入CNKI《中国知识资源总库》，在《中国博硕士学位论文评价数据库》中使用和在互联网上传播，同意按“章程”规定享受相关权益。

论文密级： □公开 议)

□（___年__月至__年__月）(的学位论文在解密后应遵守此协

作者签名：_______ 导师签名：_______

_______年_____月_____日 _______年_____月_____日

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独创声明

本人重声明：所呈交的毕业设计(论文)，是本人在指导老师的指导下，进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。尽我所知，除文中已经注明引用的容外，本设计（论文）不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。

本声明的法律后果由本人承担。

作者签名: 二〇一〇年九月二十

日

毕业设计（论文）使用授权声明

本人完全了解滨州学院关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定。

本人愿意按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版，同意学校保存学位论文的印刷本和电子版，或采用影印、数字化或其它复制手段保存设计（论文）；同意学校在不以营利为目的的前提下，建立目录检索与阅览服务系统，公布设计（论文）的部分或全部容，允许他人依法合理使用。

（论文在解密后遵守此规定）

作者签名:

二〇一〇年九月二十

日

致

时间飞逝，大学的学习生活很快就要过去，在这四年的学习生活中，

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收获了很多，而这些成绩的取得是和一直关心帮助我的人分不开的。

首先非常感学校开设这个课题，为本人日后从事计算机方面的工作提供了经验，奠定了基础。本次毕业设计大概持续了半年，现在终于到结尾了。本次毕业设计是对我大学四年学习下来最好的检验。经过这次毕业设计，我的能力有了很大的提高，比如操作能力、分析问题的能力、合作精神、严谨的工作作风等方方面面都有很大的进步。这期间凝聚了很多人的心血，在此我表示由衷的感。没有他们的帮助，我将无法顺利完成这次设计。

首先，我要特别感我的知道郭谦功老师对我的悉心指导，在我的论文书写与设计过程中给了我大量的帮助和指导，为我理清了设计思路和操作方法，并对我所做的课题提出了有效的改进方案。郭谦功老师渊博的知识、严谨的作风和诲人不倦的态度给我留下了深刻的印象。从他身上，我学到了许多能受益终生的东西。再次对周巍老师表示衷心的感。

其次，我要感大学四年中所有的任课老师和辅导员在学习期间对我的严格要求，感他们对我学习上和生活上的帮助，使我了解了许多专业知识和为人的道理，能够在今后的生活道路上有继续奋斗的力量。

另外，我还要感大学四年和我一起走过的同学朋友对我的关心与支持，与他们一起学习、生活，让我在大学期间生活的很充实，给我留下了很多难忘的回忆。

最后，我要感我的父母对我的关系和理解，如果没有他们在我的学习生涯中的无私奉献和默默支持，我将无法顺利完成今天的学业。

四年的大学生活就快走入尾声，我们的校园生活就要划上句号，心中是无尽的难舍与眷恋。从这里走出，对我的人生来说，将是踏上一个新的征程，要把所学的知识应用到实际工作中去。

回首四年，取得了些许成绩，生活中有快乐也有艰辛。感老师四年来对我孜孜不倦的教诲，对我成长的关心和爱护。

学友情深，情同兄妹。四年的风风雨雨，我们一同走过，充满着关爱，给我留下了值得珍藏的最美好的记忆。

在我的十几年求学历程里，离不开父母的鼓励和支持，是他们辛勤的劳作，无私的付出，为我创造良好的学习条件，我才能顺利完成完成学业，

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感激他们一直以来对我的抚养与培育。

最后，我要特别感我的导师达睿老师、和研究生助教熊伟丽老师。是他们在我毕业的最后关头给了我们巨大的帮助与鼓励，给了我很多解决问题的思路，在此表示衷心的感激。老师们认真负责的工作态度，严谨的治学精神和深厚的理论水平都使我收益匪浅。他无论在理论上还是在实践中，都给与我很大的帮助，使我得到不少的提高这对于我以后的工作和学习都有一种巨大的帮助，感他耐心的辅导。在论文的撰写过程中老师们给予我很大的帮助，帮助解决了不少的难点，使得论文能够与时完成，这里一并表示真诚的感

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