函数表达式在PLC编程中的应用
1 引言
在对自动化设备进行PLC编程的过程中，由于各种输入变量、输出变量及中间变量之间的关系错综复杂，开始时往往毫无头绪。如果能够根据设备所要实现的各种功能，列出各种变量之间的函数表达式，就可以清楚的分析它们之间的逻辑关系，继而根据表达式编写PLC程序，下面以深圳机场的行李输送与安检联动系统为例，介绍如何运用函数表达式来分析各种变量之间的逻辑关系的。
2 行李输送与安检设备联动系统概述
旅客在乘机前需要办理登机手续，机场设有办理旅客登机手续的专用设备－值机柜台，值机柜台与行李输送、安检构成旅客行李安检、输送联动系统，乘客需要托运的行李，都必须通过行李安检系统的安全检查。如图1所示，一般情况下，行李输送与安检联动系统按两个值机柜台共用一台双通道X光机设计，两个值机柜按相同的工作模式工作。值机系统包括值机柜台、称重皮带(WEB)、X光机皮带(XRB)、注入皮带(WAB)、脚踏开关等。安装在WEB和WAB上光电管(PEC)用作Die-back功能。每条皮带在同一时间只能传送一件行李。
图1 值机输送带和X光机系统构成图
行李输送与安检联动系统采用上位机集中、PLC现场分散控制模式进行控制。PLC选用Rockwell Control Logix系列，编程软件采用RSLogix5000。图1为机场行李输送与安检设备构成的联动系统。
图2 值机面板图
2.1 值机面板
图2示出了值机面板图。使用值机柜台前，打开钥匙开关，值机系统进入正常工作状态。每个值机面板有4个状态指示灯，显示值机当前行李状态。
“CID状态”指示灯变常亮，表示该值机柜台已处于工作就绪状态，可以办理登机
手续，值机员依据值机面板上状态指示灯
进行相应操作(值机面板4个状态指示灯功能如表1所示)。
(4) 4#3#2#1#=11××时，X光机内的B通道已经接收到来自WEB的行李，该行李的图像未送到安检工作站。此时，通道B和A的WRB均不得接收来自WEB的行李(B通道自锁、A通道互锁)。
(5) 4#3#2#1#=××10时，经X光机扫描A通道行李的图像已经送到安检工作站，该行李的图像未经安检员判读。此时，A通道的WRB不得接收来自WEB的行李(A通道的WRB自锁)，B通道的WRB可以接收来自WEB的行李(B通道的WRB互锁状态解除)。
(6) 4#3#2#1#=10××时，经X光机扫描B通道的行李图像已经送到安检工作站，该行李的图像未经安检员判读。此时，B通道的WRB不得接收来自WEB的行李(B通道的WRB自锁)，A通道的WRB可以接收来自WEB的行李(A通道的WRB互锁状态解除)。
(7) 4#3#2#1#=××00时，A通道行李的图像经过安检员判读，确认安全，WAB将该行李注入行李收集皮带，同时解除A通道自锁，允许后续行李进入A通道的WRB。
(8) 4#3#2#1#=00××时，B通道的行李图像经过安检员判读，确认安全，WAB将该行李注入行李收集皮带，同时解除B通道自锁，允许后续行李进入B通道的WRB。
(9) 4#3#2#1#=××01时， A通道的行李图像经过安检员判读，确认该行李行李可疑，安检人员应将该行李从WAB上取下开包检，触发X光机上复位开关(使4#3#2#1#=××00)，解除A通道的自锁，允许后续行李进入A通道的WRB。
(10) 4#3#2#1#=01××时，B通道的行李图像经过安检员判读，确认该行李行李可疑，安检人员应将该行李从WAB上取下开包检，触发X光机上复位开关(使4#3#2#1# =00××)，解除B通道的自锁，允许后续行李进入B通道的WRB。
4 列出输入变量、输出变量、中间变量及其逻辑关系表达式
4.1 列出系统所用到的输入变量和输出变量
如表2所示。
信号线名称、性质及逻辑定义:
0# _________ 公共线
1# _________ 第一号逻辑控制线
2# _________ 第二号逻辑控制线
3# _________ 第三号逻辑控制线
4# _________ 第四号逻辑控制线。
其中，4#3#用于控制B通道，2#1#用于控制A通道。
1#、2#、3#、4#线对0#线短路(闭合)定义为“1”态，1#、2#、3#、4#线对0#线开路(断开)定义为“0”态，×为无关态。
3 联动逻辑功能定义
3.1 信号线逻辑功能定义
根据行李输送系统与X光机接口通信协议，对1#、2#、3#、4#、0#线信号线逻辑功能定义如下:
(1) 4#3#2#1#=1111时，X光机处于关闭状态。4#3#2#1#≠1111时，X光机开机，值机系统进入工作状态。
(2) X光机正常开机后，自动将4#3#2#1#置为0000，值机系统初始化，值机人员开始办理登机手续。第一次脚踩脚踏开关时，运行WEB(在节能状态下，自动启动行李输送系统设备)，将旅客要求托运的行李运送到WEB的光眼1处停下，将打印的行李信息条码挂在行李上在X光机允许接收行李的条件下，第二次脚踩脚踏开关时，WEB、 XRB和WAB同时运行，旅客行李从WEB进入WRB，接受安全检查。行李完全进入WRB后，WEB在系统设定的时限内自动停运，XRB和WAB将行李运送至WAB的PEC处停止，根据扫描检查结果，确定行李在WAB上等待与否。
(3) 4#3#2#1#=××11时，X光机内的A通道已经接收到来自WEB的行李，该行李的图像未送到安检工作站。此时，通道A和B的WRB均不得接收来自WEB的行李(A通道自锁、B通道互锁)。
(4) 4#3#2#1#=11××时，X光机内的B通道已经接收到来自WEB的行李，该行李的图像未送到安检工作站。此时，通道B和A的WRB均不得接收来自WEB的行李(B通道自锁、A通道互锁)。
(5) 4#3#2#1#=××10时，经X光机扫描A通道行李的图像已经送到安检工作站，该行李的图像未经安检员判读。此时，A通道的WRB不得接收来自WEB的行李(A通道的WRB自锁)，B通道的WRB可以接收来自WEB的行李(B通道的WRB互锁状态解除)。
(6) 4#3#2#1#=10××时，经X光机扫描B通道的行李图像已经送到安检工作站，该行李的图像未经安检员判读。此时，B通道的WRB不得接收来自WEB的行李(B通道的WRB自锁)，A通道的WRB可以接收来自WEB的行李(A通道的WRB互锁状态解除)。
(7) 4#3#2#1#=××00时，A通道行李的图像经过安检员判读，确认安全，WAB将该行李注入行李收集皮带，同时解除A通道自锁，允许后续行李进入A通道的WRB。
(8) 4#3#2#1#=00××时，B通道的行李图像经过安检员判读，确认安全，WAB将该行李注入行李收集皮带，同时解除B通道自锁，允许后续行李进入B通道的WRB。
(9) 4#3#2#1#=××01时， A通道的行李图像经过安检员判读，确认该行李行李可疑，安检人员应将该行李从WAB上取下开包检，触发X光机上复位开关(使4#3#2#1#=××00)，解除A通道的自锁，允许后续行李进入A通道的WRB。
(10) 4#3#2#1#=01××时，B通道的行李图像经过安检员判读，确认该行李行李可疑，安检人员应将该行李从WAB上取下开包检，触发X光机上复位开关(使4#3#2#1# =00××)，解除B通道的自锁，允许后续行李进入B通道的WRB。
4 列出输入变量、输出变量、中间变量及其逻辑关系表达式
4.1 列出系统所用到的输入变量和输出变量
如表2所示。
4.2 根据系统的逻辑功能列出各种中间变量及其与输入变量、输出变量之间的关系，进行编程
(1) 首先，根据X光机信号线的逻辑功能定义得到柜台A、B通道的各种状态与X光机信号的关系表达式:
X光机关闭状态(y0)=x1x2x3x4
A自锁B互锁(y1)=x1x2
B自锁A互锁(y2)=x3x4
A自锁B解互锁(y3)=x1x2
B自锁A解互锁(y4)=x3x4
安检正常，A解自锁(y5)=x1x2
安检正常，B解自锁(y6)=x3x4
A行李可疑(y7)=x1x2
B行李可疑(y8)=x3x4
A通道脚踏开关互锁SA=A通道脚踏开关*A通道光眼1
B通道脚踏开关互锁SB=B通道脚踏开关*B通道光眼1
(2) 根据输送带的逻辑动作顺序得到输送带运行的关系表达式:
脚踏踏下锁存变量JS(L)=J↑*time1
脚踏踏下解锁变量JS(U)= C1↑+TC1+E
time1为行李在X光机皮带中运行时间过长
TC1表示行李进入X光机(行李离开光眼1后延时1秒)
↑表示一次脉冲触发信号
当锁存变量JS(L)为真时，中间变量“脚踏踏下”JS常为1当解锁变量JS(U)为真时，JS常为0
发送行李进X光机锁存变量:
F(L)= JS*c1*y2*y5*SB*p2*c2*key*e*time1
解锁变量F(U)=C1↑+TC1+E
当F(L)为真时，中间变量“发送行李进X光机”F常为1当F(U)为真时，F常为0
称重皮带运行:
P1=JS*c1+F
X光机皮带启动锁存变量
P2(L)=F
P2(U)=c2+rest+e
当P2(L)为真时，输出变量P2常为1(运行)当P2(U)为真时P2为0(停止)
注入皮带启动锁存变量:
P3(L)=F+y5*c2*WIN*key*e
P3(U)=c2+rest+e
WIN为中间变量“有预留窗口”当P3(L)为真时，输出变量P3常为1(运行)当P3(U)为真时P3为0(停止)
(3) 柜台指示灯表达式
CID指示灯(绿):
中间变量“慢闪条件”:GF=F(L)*y5↑
绿灯闪烁:G=慢闪中间点*GF
绿灯常亮:G=y5*key
X光机状态指示灯(白):
慢闪条件:WF=y3+y4
白灯慢速闪烁:Ｗ＝ＷF*慢闪中间点*time1 *y0*key
白灯快速闪烁:W=time1*快闪中间电*y0* key
白灯常亮:W=x1x2x3x4*time1*WF* y0* key
安检指示灯(红):
红灯慢速闪烁:R=y7*慢闪中间点*e*y0* key
红灯快闪:R=e*快闪中间点*y0* key
红灯常亮:R=y7*e* y0* key
超重超长状态灯(黄)
行李发送时行李在称重皮带上3秒内仍没发送进Ｘ光机则判断行李超长
“行李超长”:TL=c2* p1* p2*计时３秒
超重信号ＴW由柜台电子称输出。
黄灯慢闪:YEL＝key *TW*慢闪中间点
黄灯常亮:YEL= key *TL
(4) 据表达式画出梯形图，进行PLC编程。
5 结束语
从表达式我们可以清楚的看出各种变量之间的逻辑关系，再进行梯形图编程就显得简单得多了。另外，在维护设备时，很多时候都要对设备的PLC程序进行分析，这时候先列出各种变量之间表达式，把各种逻辑关系弄清楚，对于程序分析式也有很大的帮助。