（控制理论与控制工程专业论文）轮胎成型机计算机监控系统设计.pdf

摘要计算机监控系统是计算机控制系统的重要组成部分，是整个自动控制系统的数据收集和处理中心以及远程监控和数据转发的中心，而本项目所要完成的工作就是轮胎成型机的计算机监控系统的研究和开发工作。该项目是北京纺普电力电子有限公司为台州市三益纺机公司开发的两鼓轮胎成型机电气控制系统的一部分，包括上位机的监控软件和编译软件编写工作。其中，编译软件要实现的功能对工艺人员编写的工艺程序进行编译、代码转换和下载：监控软件要实现的功能是把编译软件嵌入到该软件中，使工艺人员在该软件的运行状态下调用编译软件，还有就是对现场采集上来的数据进行处理和显示。编译软件的结构主要有文本文件的处理部分、词法和语法的检查部分、代码转换和代码的下载部分以及错误检查部分。工艺程序语言的编译和执行方法是对工艺语句逐条检查和转换最后把转换后的代码打包下载到下位机存储器中。监控软件使用西门子公司的w i n c c ( w i n d o w sc o n t r o lc e n t e r ) 来编写的，主要完成轮胎成型机各部件的工作状况显示、用户的在线管理、历史数据报表的定时打印的功能。经过现场的调试和试运行，编译软件和监控软件均实现了当初用户所要求的功能，方便了现场的操作人员对工艺程序的修改和对数据的管理，提高了工作效率。关键词：轮胎成型机编译软件w i n c ca b s t r a c tt h ec o m p u t e rm o n i t o rs y s t e mi sm a i np a r to fc o m p u t e rc o n t r o ls y s t e m ，i ti st h ec e n t e ro fd a t ac o l l e c t i o na n dr e m o t em o n i t o r i n g t h et a s ko fm yp r o j e c ti st h er o s c a r c hw o r k s & t i r eb u i l a i n gm a c h i n e sc o m p u t e rm o n i t o rs y s t e m t h i sp r o j e c ti st h ep a r to ft h ee l e c t r i cc o n t r o ls y s t e mo ft i r eb u i l d i n gm a c h i n ew h i c hb e i j i n gt e x - p o we l e c t r i cc o l t dr e s e a r c hf o rt a iz h o us a ny it e x t i l em a c h i n ec o l t d , t h i sp r o j e c ti n c l u d et h ep r o g r a m m e rw o r ko ft h ec o m p i l es o t h r a r e sa n dm o n i t o rs o f t w a r e7s t h i sp a p e ro nt h ec o m p u t e rs y s t e mo ft y r eb u i l d i n gm a c h i n ei sw r i t e do u tb a s eo i lal o to fh a r dr e s e a r c hw o r k t h ef u n c t i o no fc o m p i l es o f t w a r ei sc o m p i l i n gt h et e c h n o l o g i cl a n g u a g e ，w h i c hp r o g r a m m e db yt e c h n o l o g i s t , a n dd o w n l o a d i n gt h ec o n v e r t e dc o d ei n t ot h em e m o r yo fp l c ；a n dt h ef u n c t i o no fm o n i t o rs o f t w a r ei se m b e d d i n gt h ec o m p i l es o f t w a r ei n t ot h et h i sr u n n i n gm o n i t o rs o t t w a r ea n dd i s p l a ya n dm a n a g i n gt h ec o l l e c t e dd a t af r o mt h ef i e l do f m a c h i n e t h es t r u c t u r eo fc o m p i l es o f t w a r ei n c l u d et h em a n a g i n gp a r to ft e x tf i l e 、t h ec h e c kp a r to fs y n t a xa n da c c i d e n c e 、t h ec o d ed o w n l o a dp a r ta n dt h ee l t o rc h e c k i n gp a r t ，t h em e t h o do ft h et e c h n o l o g i cl a n g u a g e sc o m p i l i n ga n de x e c u t i n gi sc h e c k i n ga n dt r a n s l a t i n gt h et e c h n o l o g i cl a n g u a g es e n t e n c ef o rs e n t e n c ea n dd o w n l o a dt h ec o n v e r t e dc o d ei n t op l c sm e m o r yi nb a l i n gw a y t h em o n i t o rs o f t w a r ep r o g r a m m e di nw i n c cc o n f i g u r es o f t w a r em a d eb ys i e m e n sa u t o m a t i ca n dd r i v ec o l t d t h em a i nf u n c t i o no ft h i sm o n i t o rs o t l w a r ei st h ed i s p l a yo fw o r k i n gc o n d i t i o no ft h ee v e r yp a r to f m a c h i n e 、t h em a n a g i n go f o p e r a t o r 、t h eh i s t o r yd a t at a b l ep r i n ta n ds oo n a f t e rt h ed e b u g g i n ga n dc o u r s i n go ft h em o n i t o rs y s t e m ，t h ef u n c t i o nw h i c hc o n s u m e rr e q u i r e dh a v e b e e nc a r r i e do u t ，a n dt h eo p e r a t o rc l l r lc h a n g et h et e c h n o l o g i cf u n c t i o na n dm a n a g et h ed a t ai ne a s yw a y , t h ee f f i c i e n c yh a sb e e ni m p r o v e d k e yw o r d ：3 3 , r eb u i l d i n gm a c h i n ec o m p i l es o f t w a r ew i n c c独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得丞洼王些态堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。虢膨择黼吣日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解丞洼工些太堂有关保留、使用学位论文的规定。特授权丞洼王些太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明)学位论文作者签名：尿劣签字日期：扩歹年月钐7 日导师签名：龙，如签字日期：万r 年月学位论文的主要创新点一、在上位机中编写编译程序，解决了在轮胎生产过程中在工艺参数不固定的条件下，如何去灵活方便地改变控制程序的问题，由于轮胎的规格和生产工艺的经常改变，如果经常去改写p l c 中的控制程序，不仅麻烦，而且需要工艺师和程序维护人员之间的相互配合，效率低；采用上位机的工艺程序编译软件，只要工艺人员在上位机中改写工艺程序即可实现，实现起来高效简单。二、使用s t e p7 的语句表语言编写c r c 检验程序，采用循环冗余( c r c ) 校验法，循环冗余校验的主要原理是用待发送的二进制数据t ( x ) 除以生成多项式g ( x ) ，将最后的余数作为c r c 校验码。发送时把数据和校验码一起发送，接收方利用以相同方法生成的多项式去除所接收到的数据和校验码，如果余数为零，则表示传输过程没有错误；如果余数不为零，则在传输过程中肯定存在错误。三、v b 编译软件嵌入到w l n c c 的运行环境中，编写好的编译软件嵌入运行状态的w i n c c 监控软件中，作为监控软件的一部分来实现对工艺程序的编译和下载。嵌入编译软件的方式就是在监控的主画面中组态一个按钮，在按钮鼠标按下事件中编写c 脚本，即可实现编译软件的嵌入。第一章前言第一章前言1 1 计算机监控系统概述计算机监控系统集自动化技术、网络通讯技术、智能仪表等先进技术于一身，是计算机控制系统的有机组成部分，是计算机技术发展到一定阶段的产物。它是整个自控系统的数据收集和处理中心以及远程监控和数据转发的中心，主要完成如下的任务：( 1 ) 查看生产现场的实时数据及流程画面。( 2 )自动打印各种实时和历史数据报表。( 3 )自由流览各种实时和历史趋势画面。( 4 ) 及时获得并处理各种过程报警和系统报警。( 5 ) 在需要时人为干预生产过程，修改生产过程参数和状态。( 6 ) 和管理部门联网，为管理部门提供生产实时数据。它的发展经历了以下五个发展阶段：( 1 ) 集中式监控系统：集中式监控系统以单板机为控制装置，与上位机通过串口相联，所有模块都集中在控制柜内，这类技术比较落后，不符合分布开放的趋势。( 2 ) 基于模拟仪表的监控系统：这类监控技术采用模拟量的仪表，以“传感器、变送器、控制器和执行机构”为系统模型组成，变送装置将传感器测得的各种信号转换成o - 5 v 或4 - 2 0 m a 电信号向上位机传送，供监控系统显示。控制装置为工控机、p l c 、直接现场控制器和其它数据采集设备。d c s 主要由四层结构：i o 层、控制器层、人机接口层和信号层。后两层采用以太网，其它层采用专用网络，专用控制设备和专用软件。这类系统开放性不足，系统维护和升级不便。( 3 ) 基于智能仪表的监控系统：智能仪表集远程数据采集和系统控制功能于一体，具有完备的通讯联网能力。该系统一般由监控主机、c p u 模块、u o模块、智能仪表、带电执行机构、m o d b u s 等组成。( 4 ) 基于现场总线的监控系统：现场总线控制系统运用数字通讯、计算机、自动控制、网络、智能仪表等先进技术，突破传统的“点对点”模拟信号控制的局限性，具有全分散、开放性、全数字化、智能、双向互联等特点。现有的现场总线标准有p r o f i b u s 、c a n 、l o n w o r k s 、w o r l d f i p 、f f 等。( 5 ) 基于计算机网络的监控系统：基于计算机网络的监控系统采用“t c p i p 以太网协议标准”，系统变得结构清晰简单、开放性强、建模和仿真容易。在该类系统中，直接将u o 设备连接到以太网或连接到兼容的i o 数据第一章前言集中器上，保留以太网的物理层和数据链路层协议，应用层使用现场总线定义的协议。现代的以太网采用星形连接及交换式h u b ，交换式h u b 提供数据缓冲并具有接收数据的网段数据逻辑，使数据碰撞及重发的机会最小化。千兆以太网的发展及网络冗余技术使以太网更适应于实时应用。以太网控制器不仅可以实现简单接入，与主控制室计算机进行控制信息交换；并能在企业的i n t r a n e t上进行硬实时控制。工业以太网有日渐取代现场总线的趋势。监控软件也称组态软件，它的作用是配置各种现场的系统资源，完成对现场数据的实时采集、处理和实时控制，满足使用者的要求。虽然现在组态软件在互联性开放性实时性方面有了很大的进展，但是大部分的组态软件仍是与硬件相关和不可替代的。随着计算机技术和掰络技术的发展，组态软件将出现下面的发展趋势：( 1 ) 专业化是其发展的必然趋势：随着社会的发展，社会的分工越来越细，这就要求从事工业控制的每个厂商把主要精力放在自己擅长和熟悉的领域，大而全的生产方式很难保证自己在竞争中处于优势。( 2 ) 现场总线技术的成熟促进了监控软件的发展：先进的现场总线技术以其易于组态稳定性可靠性好赢得了广大使用者的信赖，其在工业监控领域与组态软件的结合更促进了组态软件的快速发展。( 3 ) 能够兼容多种操作系统平台是组态软件的发展方向之一：随着微软公司在操作系统市场上的垄断逐渐被打破，未来的组态软件应能兼容多个操作系统。s y c - a 型轮胎成型所使用的计算机监控软件是在西门子公司的w i n c c ( w i n d o w sc o n t r o lc e n t e r ) 开发平台上来编写完成的，在实时采集、处理和实时控制等方面可以满足客户的需求。1 2 本课题研究的内容：本课题来源于本人参与的北京纺普电力电子有限公司为台州市三益纺机公司开发的s y c a 型轮胎成型机电气控制系统的上位机监控软件和编译软件开发项目，主要包括以下内容：( 1 ) 使用v b ( v i s u a lb a s i c ) 编写的编译软件，实现对工艺程序的语法检查和代码转换功能。( 2 ) 使用w i n c e ( w i n d o w sc o n t r o lc e n t e r ) 编写的现场监控软件，完成现场数据处理和显示等功能。( 3 ) 为实现代码的快速可靠下载，自己定义了上下位机通讯协议并编写了上位机发送程序和下位机接收程序。1 3 课题研究的意义：第一章前言目前国内轮胎成型机的研制与生产主要是模仿意大利的技术，当轮胎的生产工艺改变时，上位机只能下载规格参数的配方，另外程序维护人员还需在p l c中改变控制程序。本课题解决了在轮胎生产过程中在工艺参数不固定的条件下，如何实现控制程序的灵活性的问题，由于轮胎的规格和生产工艺的经常改变，如果经常去改写p l c 中的控制程序，不仅麻烦，而且需要工艺师和程序维护人员之间的相互配合，效率低：采用上位机的工艺程序编译软件，只要工艺人员在编译软件中文本编辑器中改写工艺程序即可实现轮胎生产工艺的改变，实践证明它是一种方便快捷的方法。第二章轮胎成型机简述第二章轮胎成型机简述2 1 引言随着中国经济的快速发展，在汽车工业的带动下，轮胎生产这一行业也进入了一个高速发展的阶段。轮胎成型机作为轮胎生产的关键设备由于其本身所具有的巨大潜在市场也吸引了众多的科研机构和生产厂家的注意力。于是越来越多的厂家或是自己研究或是和其它科研机构合作，把大量的人力物力投入到轮胎成型机的开发研制中来。国内的轮胎成型机在九十年代前一直依赖进口，进入九十年代后才有国内科研机构如北京航空工艺研究所( 6 2 5 所) 在消化吸收该技术的基础上经过多年的努力研制出第一台两鼓轮胎成型机。2 0 0 3 年天津赛象公司又研制出第一台三鼓成型机并且都产生出巨大的经济和社会效益；2 0 0 3 年。北京航空工艺研究所售出的轮胎成型机就达上百台，利润过亿；而天津赛象公司研制的三鼓成型机还走出国门，成为国际上具有竞争力的产品。2 0 0 2 年北京纺普电力电子有限公司在经过周密的市场调研后决定与浙江省台州市三益纺机公司合作开发s y c a 型轮胎成型机，其中纺普公司负责电气控制部分的研究开发：三益公司负责机械部分的研究开发。2 0 0 2 年9 月，纺普公司成立了专门的开发小组，并将其作为2 0 0 3 年的重点项目。在经过前期的人员培训和技术储备后，2 0 0 3 年7 月进入了正式的开发研制阶段。经过6 个月的艰苦努力，2 0 0 3 年年底项目的开发基本完成，进入了现场调试阶段。2 2 系统概述2 2 1 成型机工艺简述轮胎成型的工艺过程复杂，生产一个轮胎，须经过如下的工艺过程：胎侧，由侧供料架供料。内衬层。裁刀定长裁好，由主供料架的内衬层托架供料。子口包布，由主供料架的包布托架供料。钢丝帘布，由主供料架的帘布托架供料，手工裁断并缝合。垫胶，由侧供料架供料。胎豳由两边的左右胎圈支架供料。鼓肩移动，中心胶囊充气，同时传递环带着胎冠层移至中间位置，贴合后传递环返回；冠带层，由传递环供料，辅机制作，由第一至第四带束层和胎冠组成。滚压轮完成胎面压合，反包臂完成胎圈压合。第二章轮胎成型机简述上下胶囊充气再放气，由反包臂进行胎侧反包。胶囊剥离，传递环动作卸胎。2 2 2s y c - a 型轮胎成型机结构轮胎成型机一般由床身、主轴箱、成型鼓、辅鼓、辅鼓传动箱、滚压装置和传递环组成，另外，还有主供料架、辅供料架、胎面供料架和侧供料架构成供料部分。2 2 2 1 床身：( 1 ) 功能：支撑成型机主机各部件，并用于传递环定位。( 2 ) 结构说明：床身主体为一件长的焊接构件；左右两端分别设有安装和调整辅鼓和主鼓的接口；中间有供传递环移动的标准直线导轨：前侧装有齿条和减震定位机构，以实现传递环的移动和辅鼓上的准确定位；后侧具有液压系统定位及连接接口；床身前部装有脚踏板两个，内置多个控制成型鼓和辅助鼓旋转的脚踏开关。2 2 2 2 主轴箱：( 1 ) 功能：支撑成型鼓转动和移动并支撑右胎圈支架使其移动。( 2 ) 结构：主轴箱由箱体、主轴系统、驱动系统、胎圈支撑机构和润滑系统组成。2 2 2 3 成型鼓( 主鼓) ：( 1 ) 功能：实现内衬层、包布、胎侧、垫胶料的贴合，接收，锁紧两胎圈并通过鼓肩的距离调整和胶囊充气使其成型为胎丕形状。( 2 ) 结构：胎侧反包鼓：( 左右两件) 上下双层反包胶囊；多组快速排气阀：安全阀；定位和锁紧胎圈的扇形块组件有一环型活塞通过连杆滑块机构驱动；鼓的外侧段装有胎圈支架定位锥环；鼓侧端有调整反包胶囊进气速度的节流阀，用以平衡左右两侧鼓的反包速度；中心鼓：三层套桶式结构，左右两端固定于反包鼓上并随之运动，中心套连接在主轴的中心套桶上，轴向不位移，外圆表面具有对准中心灯标的刻线。2 2 2 4 传递环卸胎装置：( 1 ) 功能：为完成轮胎成型，将贴合在辅助鼓的带束层和胎面组件传送到成型鼓。另一功能是通过卸胎装置从成型鼓上取下已成型的轮胎。( 2 ) 结构：传递环，卸胎装置由主架及驱动机构，胎面及带柬层夹持组件和卸胎组件构成。主架为一带环的焊接构件：驱动部分位于主架底部由伺服电机减速器组经离合器后驱动齿轮在齿条上移动实现主架左右移动：胎面及夹持组件由1 2 个扇型块组成的环型件，其中心线与辅助鼓和成型鼓一致。扇型块通过1 2个气缸分别驱动使其张开闭合，其开合状态由气缸上的开关检测：卸胎装置由6第二章轮胎成型机简述个气缸驱动6 个扇型块组件，使其收缩或扩张从轮胎外圆夹取已成型的生胎，再通过传递环移动将生胎从成型鼓上取下，由起吊机吊走。2 2 2 5 辅助鼓( 辅鼓) ：( 1 ) 功能：缠绕带束层和胎面形成组件，通过扇型块收缩使组件能移到传递环上。( 2 ) 结构：1 2 个梳状扇型块均带有独立的导向支撑杆，形成一个直径可变化的圆环；两套环形活塞驱动连杆滑块机构使扇型块张开或闭合。2 2 2 6 辅鼓传动箱：( 1 ) 功能：支撑辅鼓并使其旋转，实现辅鼓的角度定位，支撑左胎圈支架并使其移动。( 2 ) 结构：主体为箱体。固定于床身左端，箱中的芯轴用于支撑辅助鼓，轴内孔有一气缸使左胎圈支架移动：箱的左端有一五通阀，压缩空气经此阀到气缸和左胎圈支架使之工作；芯轴内伺服电机减速器组通过链条传动使其旋转，用于贴合带束层和胎面：位于箱体后端的零位开关及伺服电机的编码器控制辅助鼓的角度位置。以适应不同的角度。2 2 2 7 滚压装置( 1 ) 功能：同时对胎面和胎侧进行滚压。( 2 ) 结构：滚压装置由主体支撑，胎面滚压组件和反包滚压组件组成。2 2 2 8 胎侧供料架( 1 ) 功能：将已切到一定尺寸的胎侧和带束层下垫胶贴合到成型鼓上。( 2 ) 结构：胎侧面板组件分为四个滚道，里面两个用于垫胶，外面两个用于胎侧，在胎侧和垫胶卷取到成型鼓上时可进行限宽和导向；到贴合位置时，胎侧面板由气缸控制旋转到与成型鼓相切。2 2 2 9 主供料架( 1 ) 功能：将内衬层、帘布、包布的半成品料送到成型鼓供料架，并将这些料贴合在成型鼓上。( 2 ) 结构：主供料架由内衬层导开机构、内衬层后端输送机构、旋转切刀、内衬层模板、帘布导开机构、帘布输送机构、帘布模板、包布导开机构、包布输送机构和包布模板组成。2 2 2 1 0 辅供料架( 带束层供料架)( 1 ) 功能：辅供料架专门用于向主机的辅助鼓提供三层带束层和一条零度带束层料。( 2 ) 结构：辅供料架包括立架、卷子装料器、安全装置、托架和带束层供料系统组成。第二章轮胎成型机简述2 2 2 1 1 胎面供料架( 1 ) 功能：胎面供料架用于直接在辅助鼓上提供胎面。( 2 ) 结构：胎面供料装置由一焊接底座组成，底座上装有胎面支撑和对中组件。该装置用一杠杆系统与底座相连，在贴合时向前移动，在准备工序和胎面装料时向后移动，用气缸进行移位。胎面放置在由许多惰轮组成的两个平面上后再将它送入对中组件。轮胎成型机的大致结构如下图所示：图2 - i轮胎成型机整体结构示意图第三章轮胎成型机电气控制系统设计第三章轮胎成型机电气控制系统设计3 1 电气控制系统的发展从十九世纪末直流及交流电动机的问世起，电气控制系统已经走过了上百年的历史。电气控制系统从单独拖动到多电机拖动，再到继电器接触器控制经历了几十年漫长而缓慢的发展。从本世纪三十年代开始，随着机械化流水作业的采用，单纯的继电器接触器控制方式由于其是采用固定接线的，难以满足生产对象频繁改变的要求而且工作效率低。为解决这一问题，六十年代初利用电子技术研制出矩阵式顺序控制器和晶体管逻辑控制器来代替继电器接触器控制系统。但由于这种系统本身存在着天然的不足，未获广泛的应用。1 9 6 9 年，美国数字设备公司应通用汽车公司的要求研制出世界上第一台可编程控制器，并在通用公司的汽车生产线上应用获得成功。随后世界各国特别是德国和日本相继开发出自己的可编程控制器。随着计算机技术和通讯技术的不断发展，功能也不断完善。到八十年代初，可编程控制器在电气控制领域中已占据主导地位。为满足现场控制的实时性和可靠性的需要，在s y c a 轮胎成型机电气控制系统中，使用了西门子公司的以可编程控制器为控制核心的全集成自动化技术，该系统融合了计算机技术和网络通讯技术，使机械现场和控制台的信息实现了共享，保证了系统的可靠运行。32 轮胎成型机电控系统概述在s y c a 型成型机上，共有一个电气控制柜( 主站) 和四个分站及十一个控制面板，用于实现成型机使用中的所有功能。总电源自主控制柜上方进入，总气源由气动柜上方进入。根据成型机的技术要求，每台成型机必须单独配备电源开关一个。用以彻底切断成型机电气柜内的电源。mmmp6mp7mp5ih传主递鼓环jhl ll mp2ilmp3mpil第三三章轮胎成型机电气控制系统设计图3 - 1 分站及控制面板分布图m p l ：主鼓操作面板m p 2 ：辅鼓操作面板m p 3 ：传递环操作面板m p 4 ：内衬层供料区操作面板m p 5 ：内衬层裁断及左侧子口包布区操作面板m p 6 ：帘布导开区操作面板m p 7 ：右侧子口包布区操作面板m p 8 ：第一带束层供料操作面板m p 9 ：第二带束层供料操作面板m p i o ：第三带束层供料操作面板m p l l ：第四带束层供料操作面板3 3 控制系统设计本系统的硬件部分以p l c ( p r o g r a ml o g i cc o n t r o l l e r ) 为控制核心，通过伺服系统、气动元件等执行机构及各种现场开关等信号反馈元件相互配合来完成相应的功能控制。它从上到下可分为监视层、控制层、现场层三个层次，主要出s i 】i _ i a t i cp c 6 7 0 工控机、s 7 4 0 0 p l c 、e t 2 0 0 分布式i 0 模块、$ i m o d r i v e6 11 伺服系统以及伺服电机组成，其结构如下图所示：s i m a t l cp c 6 7 0sj m a t i cs7 - cp u 一4 0 03 3 1 配置u图3 2硬件结构图阏第三章轮胎成型机电气控制系统设计3 3 1 1 控制层部分：p l c 控制系统采用$ 7 - 4 0 0 ，整个p l c 系统( 包括4 个e t 2 0 0 分站) 能够满足现场7 0 0 多个输入点、2 0 0 多个输出点的控制需要。而且，它的c p u 运算速度快，每条指令的执行时间在0 0 6us 2 _ 内，可以满足现场实时控制和处理大量数据的要求。p l c 控制系统具体配置如下：( 1 ) 电源：采用p s 4 0 7l o h 电源模板。( 2 ) 中央处理模块：采用4 1 4 4 h c p u ，内置2 5 6 k 字节的r a m 。使用存储卡可扩展到6 4 m 。( 3 ) 数字量输入模板：采用s m 4 2 1 ：d 1 1 6 x 2 4 v d c ，输入点数1 6 点，3 块。( 4 ) 数字量输出模板：采用s m 4 2 2 ：d 1 1 6 2 “d c 0 5 a ，输出点数1 6 点。2 块。( 5 ) 通讯模板：采用p r o f i b u s d p 主站接口i m 4 6 7 ，1 块，来完成p l c 和伺服系统的通讯。( 6 ) 步进驱动模块：采用f ms t e p d r i v e 步进驱动模块1 块。( 7 ) 伺服系统驱动系统：采用s i m o d r i v e6 1l u 伺服系统，整个系统由电源模块、监控模块和驱动模块组成，通过动力驱动电缆驱动现场的伺服电机，并通过编码器连接电缆和现场的伺服电机相连来监控现场的电机运行情况。( 8 ) e t 2 0 0 分站：采用四套e t 2 0 0 分布式i o 模块分别负责辅鼓区、主鼓区、辅供料架以及主供料架四个分站的数据采集和远程控制。3 3 1 2 现场层部分：整个轮胎成型机现场层部分主要有由信号反馈元件、气动执行元件、电器执行元件组成；其中信号反馈元件包括：接近开关、行程开关、光电开关以及磁性开关，用来监测现场的位置信号，送到p l c 的输入端，供控制程序使用；气动执行元件主要由气动换向阀、气缸等组成，气缸位于成型机的主供料架、辅供料架、胎侧料架、胎面料架以及传递环等机身各处，分别完成内衬层托架、帘布托架、第一至第四带束层托架的抬起和落下等动作以及胎侧料架和胎面料架的伸出和返回等动作；电磁换向阀位于气动框内以及机身各处，完成气路的换向，配合气缸完成上述相应的动作；而电器执行元件则主要包括伺服电机和普通电机，具体功能和配置如下：8 个伺服电机：主轴电机滚压左右平移电机滚压摆转电机滚压前后平移电机1 0第三章轮胎成型机电气控制系统设计鼓肩电机帘布( 包布) 输送电机传递环移动电机辅鼓电机2 个步进电机：主鼓灯标电机辅鼓灯标电机1 0 个普通交流电机：第一、第二、第三、零度带束层导开电机内衬层导开电机帘布导开电机内衬层前部传输电机内衬层后部传输电机裁刀旋转电机润滑油泵电机具体配置如下：伺服电机：采用i f k 系列，6 台：1 f t 系列2 台步进电机：采用1 f l 系列，2 台普通电机：1 0 台3 3 1 3 监控层部分：上位机采用s i e m e n sp c 6 7 0 面板型触摸式工控机，通过m p i 接口与p l c 通讯，完成生产前的工艺程序准备和生产时的监控。3 3 1 4 通讯部分：在本系统中上位工控机和s 7 4 0 0 p l c 之间的通讯采用m p i ( m u l t i p o i n ti n t e r f a c e ) 网络来实现的：而p l c 和伺服系统以及远程i o 模块之间的通讯是由p r o f i b u s - d p 现场总线网络来实现的。3 3 1 4 1 m p i ( m u l t i - p o i n ti n t e r f a c e ) 协议：m p i 是由西门子公司推出的协议，在协议上，i p i 与p r o f i b u s d p 仅在第七层不同。m p i 子网可用在单元级和现场级上，所联接的通讯伙伴必须是s i m a t i cs 7系列的成员。m p i 网络可以非常经济地联接少数分站，最多站数限制在3 2 个。m p i 网络是一种令牌总线式对等网络，其物理介质可以是光纤或双绞线。利用m p i 网可以建立p l c 到p l c ，或p l c 至i j p c 之间的通讯，通讯速率最高可达1 8 7 5 k第三章轮胎成型机电气控制系统设计b p s 。3 3 1 4 2 p r o f i b u s - d p 现场总线：p r o f i b u s 是一种国际化、开放式、不依赖于设备生产商的现场总线标准。广泛适用于制造业自动化、流程工业自动化、楼宇、交通、电力等其他领域自动化。它由三个兼容部分组成，即p r o f i b u s d p ( d e c e n t r a l i z e dp e r i p h e r y ) 、p r o f i b u s p a ( p r o c e s sa u t o m a t i o n ) 、p r o f i b u s f m s ( f i e l d b u sm e s s a g es p e c i f i c a t i o n ) 。( 1 ) p r o f i b u s d p ：是一种高速低成本通信，用于设备级控制系统与分散式i 0 的通信。使用p r o f i b u s d p 可取代办2 4 v d c 或4 - - 2 0 m h 信号传输。( 2 ) p o r f i b u s p a ：专为过程自动化设计，可使传感器和执行机构联在一根总线上，并有本征安全规范。( 3 ) p r o f i b u s - - f m s ：用于车间级监控网络，是一个令牌结构、实时多主网络。与其它现场总线系统相比，p r o f i b u s 的最大优点在于具有稳定的国际标准e n 5 0 1 7 0 作保证，并经实际应用验证具有普遍性。目前已应用的领域包括加工制造、过程控制和自动化等。p r o f i b u s 开放性和不依赖于厂商的设想，已在1 0多万成功应用中得以实现。市场调查确认。在德国和欧洲市场中p r o f i b u s 占开放性工业现场总线系统的市场超过4 0 。p r o f i b u s 有国际著名自动化技术装备的生产厂商支持，它们都具有各自的技术优势并能提供广泛的优质新产品和技术服务。3 3 1 5 控制系统的软件部分：系统的软件部分包括下位机的p l c 控制软件、( 该软件由他人完成) 和上位机的编译软件和监控软件，其中，我完成的是编译软件和监控软件编写工作。编译软件采用v b ( v i s u a lb a s i c ) 语言编写，程序语言的执行方式采用的是解释方式而未采用编译方式，原因是解释方式比编译方式易实现，执行效率高。监控软件采用的是西门子公司的组态软件w i n c c 6 0 ( w i n d o w sc o n t r o lc e n t e r )来实现。相比较人们在使用的其它组态软件，如组态王、i n t o u c h 、i f i x 等。w l n c c 6 0 功能强大，可靠性好，是编写监控软件的合适的选择。第四章编译软件的设计第四章编译软件的设计4 1 编译软件的设计要求轮胎成型机的工艺程序由现场的工艺人员在工控机上用文本编辑器编辑好后。经编译软件编译后，下载到p l c 中去，因此现场要求编译软件具有文本编辑功能、工艺程序的检错功能、代码转换功能和代码下载功能，并且要求生成代码的效率高，下载速度快。4 1 。1 工艺程序的特点s y c - a 型成型机工艺语言共包含1 4 条工艺语句，工艺人员可用这些工艺语句编制不同的工艺程序，通过上位机编译后，下载到p l c 中执行，实现轮胎成型的不同的工艺要求。( 1 ) u x单元号举例：u 1u 2l 一卜2主鼓辅鼓所有主鼓程序( 包括特定工步) 都要编在u 1 后面所有辅鼓程序( 包括特定工步) 都要编在u 2 后面( 2 ) b l x x工步号举例：b l 0 1l o 卜0 9工步1( 3 ) 程序暂停执行到该暂停时，操作员需按一下自动键再往下执行( 4 ) 执行等待指示p l c 它前面的程序( 动作) 都到位后，再往下执行( 5 ) t x x x延时举例：t o i oi - 一0 0 0 9 9 9 ( 单位l o o m s )延时1 0 0 0m s( 6 ) t m x xx x x时间值初始设定举例：t m 0 2 5 0 0：l 0 0 0 9 9 9 ( 单位l o o m s )定时器2 号5 0 0 0i n sl - 一- - - 0 1 5 0定时器号( 7 ) v l x xx x x x x x x x电机自动速度设定l - 0 0 0 0 0 0 0 0 - 9 9 9 9 9 9 9 9 ( 毫米分或度分)1 、3 、6 、8 号电机为度分，其它电机为毫米分l 一一0 1 一l o 电机号举例：v 1 0 1 3 6 0 0l 号电机速度3 6 0 0 度分( 8 ) v b i x x x x ! ；望! j ：整电机手动速度设定第四章编译软件的设计liifl 同上1u o l 一1 5 速度级l 一- 0 1 1 0 电机号举例：v m 0 1 0 2 1 8 0 01 号电机0 2 速度1 8 0 0 度分( 脚踏开关速度)一x x x x x x x x自动定位设定l 0 0 0 0 0 0 0 - 9 9 9 9 9 9 9 ( 毫米分或度分)i1 、3 、6 、8 号电机为度分其它电机为毫米分l 一o l 一1 0 电机号举例：0 1 0 5 1 8 0 51 号电机速度1 8 0 5 毫米处( 1 0 ) q m x x 兰墨l ! ! l 兰墨：丛电机手动速度设定f|ll 同上| l o l 一1 5 位置级l 一卜l o 电机号举例：q m 0 1 0 2 1 0 0滚压平移( 2 号电机) 0 2 位置定位到距零点1 0 0 毫米处( 1 1 ) s x x x动作置位举例：s 0 4 2l o o 卜2 5 6帘布托架：下落( 表格4 2 功能)x x x 为( s y c - a 控制逻辑表 中的表格号，也就是动作号该语句指示p l c 执行该动作( 1 2 ) r x x x动作置位举例：r 0 1 7l o o 卜2 5 6上胶囊停止充气( 表格1 7 功能)x x x 为 中的表格号，也就是动作号该语句指示p l c 停止执行该动作( 1 3 ) s t o p 工步块结束执行到该语句时，程序自动返回到b l 0 1 工步( 1 4 )e n d 程序结束整个工艺程序的最后一句，若后面还有工艺语句则作废1 4第四章编译软件的设计4 2 编译原理4 2 1 编译原理概述编译程序是现代计算机系统的基本组成部分，而且多数计算机系统都含有不止一个高级语言编译程序。它的基本任务是将源程序翻译成等价的目标语言程序。我们可将整个编译过程划分为以下几个阶段；即词法分析阶段、语法分析阶段、语义分析阶段、中间代码形成阶段、代码优化以及目标代码生成阶段，它们之间关系如下图：图4 - 1 编译过程划分示意图上述编译过程的六个阶段的任务，再加上表格管理和出错处理的工作可分别由几个程序完成，它们分别是词法分析程序、语法分析程序、语义分析程序、中问代码生成程序、代码优化程序、目标代码生成程序、表格管理程序和出错处理程序。4 2 2 文法和语言4 2 2 1 基本定义一个程序设计语言是一个记号系统，它的完整定义应包括语法和语义两个方面程序设计语言的语法是指一组规则，运用它可编写出合适的程序。阐明语法的一个工具是文法，所谓文法就是判断句子是否合法的一组规则，具体定义如下：文法g 定义为四元组( v n ，v t ，p ，s )其中v n 为非终结符号：v t 为终结符号：p 为产生式的集合：v n 、v t 、p 是非空有穷集：s 称作识别符号或开始符号，它是一个非终结符，至少要在一条规则第四章编译软件的设计中作为左边出现；v n 和v t 不含公共的元素。为定义文法所产生的语言，引入推导的概念是必要的，如果一b 是文法( v n ，v t ，p ，s ) 的规则，y 和6 是v 中的任意符号，若有符号串v ，w 满足：v = ya6 w = yb8则说v 直接产生1 r ，或者说w 是v 的直接推导。记作：v = w如果存在直接推导的序列：v = w o = w l = w 2 = = w则称v 推导出w ，记作：v + = w若有v + = w 或v = r ，则记作v = w设g i s 是一文法，如果符号串x 是从识别符号推导出来的，即有s 幸= x 。则称x 是文法g s 的句型，文法g 所产生的语言定义为集合( xis = x ，其中s 为文法识别符号，且x v t 。4 2 3 文法的类型根据乔姆斯基的分类方法，文法被分成四种类型，即0 型、1 型、2 型和3 型，这几种文法的差别在于对产生式施加不同的限制。设g - - - - ( v n ，v t ，p ，s ) ，如果它的每个产生式一t 3 是这样一种结构：( v nu v t ) 宰且至少含有一个非终结符，而1 3 ( v n u v t ) 丰，则g 是一个0 型文法。设g = ( v n ，v t ，p ，s ) 为一文法，如果p 中的每个产生式a 一1 3 均满足lbl jnf ，仅仅s e ，则g 是一个1 型文法或上下有关的。设g - - ( v n 。v t ，p ，s ) ，如果p 中的每个产生式n b 满足：a 是一非终结符，b ( v nuv t ) 奉，则此文法是2 型的或上下无关的文法。4 2 4 句型分析所谓句型分析就是识别一个符号串是否为某特定文法的句型，是某个推导过程。进一步说，当给定一个符号串时，试图按照某种文法的规则为该符号串构造语法树，以此识别出它是该文法的一个句型；当符号串全部由终结符号组成时，就是识别它是否为某文法的句子，在编译过程中，把完成句型分析的程序称做分析程序。在句型分析过程中需要某种分析算法，现在的算法大多是从左向右的分析算法，而这种分析算法又分为两大类：即自上而下的的和自下向上的。所谓自上向下分析法就是从文法的开始符号出发，反复使用各种产生式，寻找同输入符号匹配的推导；自下而上的分析法，则是从输入的符号串开始，逐步进行归约，直至归约到文法的开始符号。4 2 5 词法分析词法分析是编译的第一阶段，它的主要任务是从左到右地对源程序扫描，产生第四章编译软件的设计出个个单词符号，用以语法分析。在程序设计中，单词符号分以下几种：1 基本字。也称关键字2 标识符。用来表示各种命令3 常数。各种类型的常数4 运算符5 界符而在本例中，用以设计工艺程序的结构简单，单词符号只有关键字和常数两种。4 2 5 1 单词的描述工具程序设计中所使用的单词符号的语法可以用有效的工具加以描述，且基于这类描述工具。可以建立词法分析技术，进而建立词法分析程序的自动构造方法。( 1 ) 正规文法：多数程序设计语言的单词语法都能用正规文法来描述，正规文法具有以下特征：即p 中的每一条规则都有下述形式：a a b 或a a 其中，a ，b v n a v t * ：正规文法描述的是v t * 上的正规集。( 2 ) 正规式：下面是正规式和它所表示的正规集的递归定义设字母表为，辅助字母表= o ，8 ，i ，( ，) )e 和由都是z 上的正规式它们所表示的正规集分别为fe ) 和由。任何a e ，a 是上的正规式，它们所表示的正规集为 a ) 。假定e 1 和e 2 都是上的正规式，它们所表示的正规集分别为l ( e 1 ) 和l ( e 2 ) ，那么( e 1 ) ，e l le 2 ，e l e 2 ，和e 2 也都是正规式，它们所表示的正规集分别为l ( e 1 ) ，l ( e 1 ) u l ( e 2 ) ，l ( e 1 ) l ( e 2 ) 和( l ( e 2 ) ) 。仅由有限次使用上述三步骤而定义的表达式才是上的正规式，仅由正规式所表示的字集才是上的正规集。( 4 ) 确定的有穷自动机( d f a ) ：一个确定的有穷自动机( d f a ) m 是一个五元组：m = ( k ，f ，s ，z ) 其中1 k 是一个有穷集，它的每个元素称为一个状态。2 是一个有穷字母表，它的每个元素称为一个输入字符，所以也称为输入符号字母表。3 f 是转换函数，是在k 一k 上的映象，即，如f ( k i ，a ) = k j ( k i k ，k jk ) 就意味着，当前状态为k i ，输入字符为a 时，将转换到下状态k j ，我们把k j称为k i 的一个后继状态。4 s k 是唯一的一个初态。5 z c k 是一个终态集，终态也称可接受集或结束状态。( 5 ) 不确定的有穷自动机( d f a ) ：一个不确定的有穷自动机( d f a ) m 是一个五第四章编译软件的设计元组：m = ( k ，f ，s ，z ) 其中1 k 是一个有穷集，它的每个元素称为一个状态。2 是一个有穷字母表，它的每个元素称为一个输入字符，所以也称为输