基于PLC的煤矿皮带控制系统

基于PLC的煤矿皮带控制系统摘要为了保证煤矿井下运输系统的平安、高效、可靠运行，对井下皮带输送机进行自动控制对提高煤矿自动化管理水平具有重要意义。本设计在分析皮带输送机集中控制系统功能根底上，以S7-300型PLC为核心构造了单条皮带和单台给煤机的自动控制系统。该系统由操作台和PLC组成，操作台用来后台管理和实时显示运行信息，PLC主要来完成现场信号的采集和实时控制。本文首先介绍了皮带控制系统的构成和功能，分析皮带输送机常见故障类型及保护，确定控制系统的硬件结构并完成了设备选型，然后对系统进行软件设计；最后提出了皮带控制系统的抗干扰措施。关键词：煤矿；皮带；控制；PLCABSTRACTToensuretheoperationinundergroundtransportsystemreliableandsafeincoalmine,itisveryimportanttocarryoutautomaticcontrolofbeltconveyorforraisingthelevelofautomaticmanagement.Onthebasisofanalyzingcentralizedcontrolfunctionofbeltconveyor,wedesigntheautomaticcontrolsystemwiththesinglebeltandasinglemachinewhichbasedonS7-300typePLC.ThesystemiscomposedbytheoperationflatandthePLC,Theoperationflatisusedtocontrolflatanddisplayrunninginformationreal-time,andPLCisusedtocollectfieldinformationandcontrolbeltreal-time.Inthispaper,thecompositionandfunctionofthebeltcontrolsystemisintroducedfirstly.Structureofhardwareisconfiremedandtheequipmentselectionisalsocompleted.Thenthesoftwaredesignisconducted.Atlast,theanti-jammingmeasuresofbeltcontrolsystemisrepresented.Keywords：coalmine；beltconveyor；control；PLC目录1绪论与液力偶合器相比，CST装置的优点：(1)采用CST可降低30%的胶带张力；(2)采用CST后传动效率可以提高13%；(3)采用CST后，胶带的平安系数可降低1.9，但平安度不变。图人机界面HMI人机界面[23]是工作人员与CPU进行交互的界面，这里我们选用触摸屏和操作台。触摸屏是对带式输送机实施控制操作和监视带式输送机的运行工况。触摸屏可以监视带式机速度、拉线急停和跑偏开关的动作位置等各种保护状况以及显示带式输送机的正常运行工况和各种故障状态。通过操作台的各种控制按钮，可以进行工作方式选择和就地控制带式输送机。触摸屏技术就是使用者只要用手指轻轻地触碰计算机显示屏上的图符或文字，就能实现对主机的操作或查询，这样就摆脱了键盘和鼠标操作，从而大大地提高了计算机的可操作性。触摸屏是一种最直观的操作设备，只要触摸屏幕上的图形对象，计算机便会执行相应的操作。触摸屏具有方便直观、图像清晰、巩固耐用和节省空间等优点。2.2控制系统功能起动流程在皮带机空载情况下，按照煤流顺序由首设备端或故障机端向尾设备端开机。其开机过程为本条皮带机接受到上游皮带机发出的开机指令后，延迟略小于上游整条皮带运行时间后开机，同时对下游皮带机发出开机指令。这种方式能够防止队列中多数皮带机电机长时间空转，到达节能的目的。停机流程1)顺煤流停机正常情况下，按照煤流顺序由首设备端向尾设备端逐台延时停机;故障情况下，按照煤流顺序，由故障机设备下游皮带机开始向尾设备端逐台延时停机，尽量保证多数设备空载停机。2)逆煤流缓停机3)逆煤流急停机用于故障状态下的一种急停机方式，按逆煤流顺序，由故障机设备上游皮带机逐台传递停机信号向首设备端立即停机。皮带机停机后应联动皮带机制动器，使皮带机制动。皮带运输机之间联锁每条皮带机的运行或停止状态要能够通知其上游皮带和下游皮带，并能够与之实现联锁。1)下游皮带停机一一>上游皮带联锁停机;2)上游皮带或给煤机停机一一>下游皮带继续运行本皮带等长距离后，联锁停机。皮带运输机与附属设备之间联锁皮带输送线应与附属设备之间联锁，不同的皮带输送线具有的不同的附属设备，要根据实际情况具体考虑。例如皮带机启动前和皮带机停止后，应与皮带机制动器联动，使皮带机解除制动或使皮带机制动。监控系统要能够对这些附属设备进行控制。皮带运输线运行故障联锁及其处理1)皮带跑偏皮带轻跑偏驱动警铃，翻开警灯；皮带重跑偏①停本机②驱动警铃，翻开警灯。2)电机电流异常电流应划分为3个等级:正常范围、报警范围、危险范围。当电流处于报警范围时驱动警铃，翻开警灯；连续长时间处于报警范围时①停本机②驱动警铃，翻开警灯。(2)当电流处于危险范围时①停本机②驱动警铃，翻开警灯。3〕皮带纵撕皮带纵撕①停本机②驱动警铃，翻开警灯。4〕断带皮带断带①停本机②驱动警铃，翻开警灯。5〕带松带松驱动警铃，翻开警灯，提示操作员启动或调整皮带张紧装置，对皮带进行张紧。6〕皮带打滑皮带打滑驱动警铃，翻开警灯；连续长时间处于皮带打滑时①停本机②驱动鳌铃，翻开警灯。7〕皮带速度异常皮带速度应划分为3个等级:正常范围、报警范围、危险范围当皮带速度处于报警范围时驱动警铃，翻开警灯；皮带速度连续长时间处于报警范围时①停本机②驱动警铃，翻开警灯。当皮带速度处于危险范围时①停本机②驱动警铃，翻开警灯。8〕滚筒温度过高滚筒温度过高①停本机②驱动警铃，翻开警灯。9〕皮带运输线出现烟雾皮带运输线出现烟雾①停本机②驱动警铃，翻开警灯，启动自动洒水装置。10〕堆煤带头堆煤①停本机②驱动警铃，翻开警灯。11〕煤仓煤位检测12〕无联锁。13、急停开关动作急停开关动作①停本机②驱动警铃，翻开警灯。14〕皮带运输系统监控设备自身损坏传感器损坏屏蔽该传感器系统降级使用控制站损坏系统停机系统控制方式转为“现场手动控制〞3基于PLC的皮带控制系统的硬件组态3.1PLC简介可编程序控制器〔ProgrammableLogicController〕，简称PLC，是一种带有指令存储器、数字的或模拟的输入输出接口，以位运算为主，能完成逻辑、顺序、定时、计数和算术运算功能，用于控制机器和生产过程的自动控制装置[16][17][20]。它专为在工业环境应用而设计，应用面广、功能强大、使用方便，已经成为当代工业自动化的主要支柱之一。LC组成PLC由中央处理单元，输入输出单元高速计数单元组成。西门子研制的PLC以其极高的性能价格比，在国内占有很大的市场份额，在我国的各行各业得到了广泛的应用。S7—300属于模块式PLC，主要由机架、CPU模块、信号模块、功能模块、接口模块、通信处理器、电源模块和编程设备组成，各种模块安装到机架上。通过CPU模块或通信模块上的通信接口，PLC被连接到通信网络上。PLC可以认为是由输入局部、控制局部和输出局部等组成，但它是采用大规模的集成电路的微处理器和存储器来代替继电器控制线路，控制作用是通过编制好并存入内存的程序来实现的。PLC的等效电路如下：图3.1.1输入局部：用于接受外部输入信号，与外部输入设备连接。可以等效为一个受控于外部用户输入设备的继电器线圈〔输入继电器〕。控制局部：等效于一个受控于内部逻辑的一个线圈，接点可用于驱动外部输出设备的继电器。输出局部：用于与外部输出设备连接。LC特点PLC具有以下特点[21]：1)灵活、通用PLC是通过在存储器中的程序实现控制功能，假设控制功能需要改变，只需修改程序及少量接线即可。而且，同一台PLC还可用于不同控制对象，通过改变软件那么可实现不同控制的控制要求。因此，PLC具有很大的灵活性和通用性，结构形式多样化，可以适用于各种不同规模、不同工业控制要求。2)可靠性高、抗干扰能力强PLC具有很高的可靠性和抗干扰能力，不会出现继电器一接触器控制系统中接线老化、脱焊、触点电弧等现象，因此，在各种恶劣工作环境和条件下也可以可靠工作，将故障率降至最低。3)编程简单、使用方便PLC采用面向控制过程、面向问题的“自然语言〞编程，容易掌握。目前，PLC大多采用梯形图语言编程方式，它既继承了继电器控制线路的清晰直观感，又考虑到电气技术人员的读图习惯和应用实际，电气技术人员易于编程，程序修改灵活方便。此外，PLC的I/O接口可直接与控制现场的用户设备联接,如继电器、接触器、电磁阀等联接，具有较强的驱动能力。4)接线简单PLC只需将输入设备(如按钮、开关等)与输入端子联接，将输出设备(如接触器、电磁阀等)与输出端子联接。接线极其简单、工作量极少。5)功能强PLC不仅具有条件控制、定时、计数、步进等控制功能，而且还能完成A/D.D/A转换、数字运算和数据处理以及通信联网、生产过程监控等。因此，PLC既可对开关量进行控制，又可对模拟量进行控制；可控制一台单机、一条生产线，也可控制一个机群、多条生产线；可用于现场控制，也可用于远距离控制；可控制简单系统，又可控制复杂系统。6)体积小、重量轻、易于实现机电一体化PLC具有体积小、重量轻、功耗低等特点。由于PLC是专为工业控制而设计的专用计算机，其结构紧凑、巩固耐用，以及有很强的可靠性和抗干扰能力，易于嵌入机械设备内部。因此，PLC在机电一体化产品中被广泛应用.LC应用领域1、开关量的逻辑控制：它是PLC最根本的功能。所控制的逻辑可以是各种各样的，如时序的、组合的、计数的、等待，控制的输入/输出点数可以不受限制，少那么10点，几十点，多那么成千上万点，并可以通过联网来实现控制。2、模拟量的闭环控制：PLC具有A/D、D/A转换及算术运算功能，一次可以实现模拟量控制，有的PLC还具有PID控制或模糊控制的功能。可用于闭环的位置控制、速度控制的过程控制。3、数字量的智能控制：利用PLC能接受和输入高速脉冲的功能，再配备相应的传感器或脉冲伺服装置〔如环形分配器、功放、步进电机〕，就能实现数字量的智能控制，较高级的PLC还专门开发了位控制单元模块、运动单元模块等，可实现曲线插补。现开发的运动单元模块还能识别数控技术的编程语言，为PLC进行数字量的智能控制提供了方便。4、数据采集与监控：PLC实现控制时，可以把现场的数据实时现实出来或采集保存下来，供进一步分析研究。较普遍使用的是PLC加上触摸屏，可以随时观察采集来的数据及统计分析结果。5、通信、联网及集散控制：PLC的通信联网能力很强，除了PLC和PLC之间的通信联网以外，PLC还可以与计算机进行通信和联网，由计算机来实现对其编程和管理。PLC也能与智能仪表、智能执行装置〔如变频器〕进行通信和联网，互相交换数据并对其实施控制。利用PLC的强大的通信功能，把PLC分布到控制现场，并实现各站间及上、下层间的通信，到达分散控制、集中管理，即构成了集散型计算机控制系统(DCS)或现场总线控制系统。PLC的根本工作原理PLC运行时，内部要进行四大类操作[28]：公共操作〔以故障诊断、通信处理为主〕，数据输入和输出操作，执行用户程序的操作，以及效劳于外部设备的操作〔如果外部设备有中断请求〕。其过程示意图如下图。图3.1.2过程示意图PLC接通电源后，在进行循环扫描之前，PLC首先确定自身的完好性，这是起始操作的主要工作。PLC进行清零或复位处理，消除各元件状态的随机性；检查I/O单元连接是否正确；启动监控定时器T0，执行一段涉及到各种指令和内存单元的程序，如果所用的时间不超过T0，那么可证实自身完好，否那么系统关闭。此后，将监控定时器T0复位，允许扫描用户程序。1)公共操作公共操作是在每次扫描程序前进行自检，假设发现故障，除了故障灯外，还可判断故障性质：一般性故障，只报警不停机，等待处理；严重故障，那么停止运行用户程序，此时PLC切断一切输出联系。2)数据I/O操作数据I/O操作也称为I/O状态刷新。它包括两种操作：一个是采样输入信号，即刷新输入状态表的内容；二是送出处理结果，即用输出状态表的内容刷新输出电路。在PLC的存储器中，有一个专门存放I/O的数据区，其中对应于输入端子的数据区，我们称之为输入映像存储器。当CPU采样时输入信号由缓冲区进入映像区，这就是数据输入状态刷新；同样道理，CPU不能直接驱动负载。当前处理的结果放在输出映像存储器区内，在程序执行结束后，才将输出映像区的内容通过锁存器输出到端子上。这步操作称为输出状态刷新。3)执行用户程序操作在程序执行前复位监控定时器T1，即执行程序并开始计时。监控定时器T1就是通常所说的“看门狗〞，它是用来监视程序执行是否正常的，正常时，执行完用户程序所用的时间不会超过T1的设定值，执行完用户程序后立即使“看门狗〞复位，表示程序执行正常。当程序执行过程中因某种干扰使扫描失控或进入死循环时，“看门狗〞会发出超时报警信号，使程序重新开始执行。如果是偶然因素造成超时，重新扫描程序不会再遇到“偶然干扰〞，系统便转入正常运行；假设由于不可恢复确实定性故障，那么系统会自动地停止执行用户程序、切断外部负荷、发出故障信号，等待处理。4)处理外设请求操作每次执行完用户程序后，就进入效劳外设请求命令的操作，外设的请求命令包括操作人员的介入和硬件设备的中断。外设请求一般不会影响系统正常工作，而且可能更有利于系统的控制和管理。如果没有外设请求，系统那么会自动循环地进行扫描。3.2控制系统的总体结构系统采用现场层(远程IO),控制层(PLC)和管理层(工业计算机)组成的三级控制系统来实现皮带的自动控制。工业计算机利用友好人机界面实现人机对话和远程监控功能，PLC作为控制器完成逻辑处理和控制任务，远程I/O实现现场数据的采集和上传。3.2.1下位机集控局部由PLC〔可编程逻辑控制器〕、触摸屏、检测局部〔模拟量和开关量采集〕和执行局部等组成。图控制系统的硬件组成在整个系统的设计过程中，除了现场已有的设备之外，还需要相应的就地控制箱等现场设备，另外，还需要为现场的设备提供相应的保护设备。为实现集中监控的要求，完成实时数据采集、自动控制和上位监控的功能，将监控系统分成两大局部：下层的过程控制级，上层的监控管理级。控制系统I/O点数确实定表3.3.1序号绝对地址数据类型注释1I0.0数字量输入集控方式2I0.1数字量输入就地方式3I0.2数字量输入检修方式4I0.3数字量输入CST启动按钮5I0.4数字量输入CST停止按钮6I0.5数字量输入CST慢动按钮7I0.6数字量输入CST急停按钮8I0.7数字量输入CST输出报警信号9I1.0数字量输入停机信号10I1.1数字量输入跑偏信号11I1.2数字量输入拉线急停12I1.3数字量输入纵撕信号13I1.4数字量输入堆煤保护动作14I1.5模拟量量输入速度检测15I1.6模拟量量输入烟雾传感器16I1.7模拟量量输入温度传感器17Q0.0数字量输出扩音预警18Q0.1数字量输出超温洒水19Q0.2数字量输出CST启动/停止20Q0.3数字量输出CST急停21Q0.4数字量输出CST慢动22Q0.5数字量输出CST复位23Q0.6数字量输出张紧控制24Q0.7数字量输出CST急停指示灯25Q1.0数字量输出CST启动指示灯26Q1.1数字量输出给煤机启动指示灯27Q1.2数字量输出烟雾报警28Q1.3数字量输出堆煤报警29Q1.4数字量输出跑偏报警30Q1.5数字量输出拉线开关报警31Q1.6数字量输出纵撕报警32Q1.7数字量输出张力下降报警33Q2.0数字量输出电机定子超温报警34Q2.1数字量输出滚筒超温报警35Q2.2数字量输出皮带打滑报警36Q2.3数字量输出皮带断带报警37Q2.4数字量输出皮带超速报警LC的硬件配置根据控制系统的要求及I/O点数的估算系统PLC选用SIEMENS公司S7-300。表3.3.名称规格注释CPU模块CPU315-2DPCPU自带存储器电源框架PS307-5A数字量输入模块SM321每个模块有32个输入点数字量输出模块SM322每个模块有32个输出点模拟量输入模块SM331每个模块有8点输入模拟量输出模块SM332每个模块有8点输出CPUS7-300[21][22][27]CPU模块类型多种多样，有CPU312IFM、CPU313、CPU314、CPU314IFM、CPU315/315-2DP、CPU316-2DP、CPU318-2DP等8种不同的中央处理单元可供选择。CPU312IFM、CPU314IFM是带有集成的数字和模拟输入/输出的紧凑型CPU，用于要求快速响应并具有许多特殊功能的装置。CPU313、CPU314、CPU315模块不带集成的I/O端口，其存储容量、指令执行速度、可扩展的点数、计数器/定时器数量、软件块数量等随序号的递增而增加[13]。315-2DP、CPU316-2DP、CPU318-2DP都具有现场总线扩展的功能。因此我们考虑系统以后的扩展，可选择带总线扩展功能的CPU，考虑它们的性价比，最终我们选用315-2DP。CPU315-2DP是具有中到大容量程序存储器和PROFIBUS-DP主/从接口的CPU，它用于包括分布式及集中式I/O的任务中。CPU315-2DP具有48KB的RAM，内置80KB的装载存储器〔RAM〕，可用存储器卡扩充装载存储器，最大容量为512KB，指令执行速度为0.1ms/1000条，最大可扩展1024点数字量或128个模拟量通道，其他特性与CPU314相同。CPU315-2DP是带现场总线〔PROFIBUS〕SINECL2-DP接口的CPU模块，其它特性与CPU315模块相同。电源框架PS307是西门子S7-300的专配24V直流电源，这一系统共有2A、5A、10A三种不同额定输出电流的电源，其工作原理和备用参数均相同。在这个系统中，选择PS3075A电源，它安装在导轨的1号槽，在CPU的左侧，用电源连接线连接到CPU上面。图3.3.1PS3075A负载电源模块连接单相交流系统，将120或是220伏交流电压变为24伏直流工作电压。具有防短路和开路保护的功能。一个带有保护罩的开关可用来选择120伏或220伏交流线电压。安装一小型断路器，以保护电源模块的电源进线电缆，断路器指标应是：220VAC时额定电流是10A，跳闸特性为C类。当输出正常额定电压24V时，绿色LED灯亮；当输出电路过载时，那么LED灯闪烁，输出电流长期在5到6.5A之间时，输出电压下降，缩短电源的使用寿命，当输出电流超过6.5A时，电压跌落，过后可以自动恢复；当输出短路时，那么LED灯暗下来，输出电压为0V，短路故障排除后，电压可以自动恢复；当一次侧低电压时，LED灯暗下，电源自动切断，电压自动恢复；当一次侧发生过压时，LED灯熄灭，电源可能会被彻底毁坏。电源输入功率为138W，效率是87%，功率消耗为18W，输出电压额定值是24VDC，允许误差是24V×5%，上升时间最大为2.5S。PS3072A的输人功率是58W，效率是83%[22]。数字量输入模块根据计算，系统的数字量输入点数为23，为了系统留有余量，选用SM321数字量输入模块。该模块具有32点输入，电气隔离为16组，额定输入电压24VDC，适用于开关及2-/3-/4线接近开关。图3.3.2数字量输出模块SM322数字量输出模块的作用是将S7-300的输出信号传给外部负载〔即用户输出设备〕，并将S7-300内部低电平信号转换成外部所需要电平的输出信号。因此每一个输出点的输出电路可等效为一个输出继电器，可直接用于驱动电磁阀、接触器、小型电机、灯和电动机启动器。按负载回路使用电源的不同，可分为直流输出模块、交流输出模块和交直流两用输出模块三种。按输出开关器件的种类不同又可分为晶体管输出方式、可控硅输出方式和继电器触点输出方式三种。晶体管输出方式的模块只能带直流负载，属于直流输出模块；可控硅输出方式的模块只能带交流负载，属于交流输出模块；继电器触点输出方式的模块可带直流负载，也可带交流负载，属于交直流两用输出模块。从响应速度来看，晶体管响应最快，继电器最慢；从平安隔离效果和应用灵活性角度来看，以继电器触点输出型最正确。图3.3.3模拟量输入模块模拟量输入模块SM331的输入测量范围很宽，它可以直接输入电压、电流、电阻、热电偶等信号，根据型号的不同，各模拟量输入范围的数字化表示以及数字量与不同的模拟输出范围间的对应可以从技术手册中查到。模块与S7-300CPU及负载电压之间是光电隔离的。SM331主要是由A/D转换部件、模拟切换开关、补偿电路、恒流源、光电隔离部件、逻辑电路等组成。A/D转换部件是模块的核心，其转换原理采用积分的方法，积分时间直接影响到A/D转换时间和A/D转换精度。所有模拟量的输入通道共用一个转换部件，通过转换开关，将各通道按顺序一个个转换。输入模块的循环时间是指这一通道开始转换模拟量输入值到下次开始转换的时间，它是模块中所有活动的输入通道的转换时间的总和。因此为了缩短循环时间，应该使用S7组态工具屏蔽不用的模拟量通道，使其不占用循环时间。图3.3.4模拟量输出模块模拟量输出模块选用SM332，该模块为8输入通道，可将输出通道编程为电压或电流输出。图3.3.54基于PLC的皮带控制系统的软件设计4.1控制系统程序及工作方式S7-300的运行程序有两种，操作系统程序和用户程序。操作系统是固化在CPU中的程序，提供了一套系统运行和调度的机制；用户程序是用户自己编制的程序。S7的用户程序是结构化的用户程序，它主要由启动程序、主程序和各种终端响应程序等不同的程序模块组成。控制系统软件流程图如下：图系统流程图控制系统有三种工作方式：集控自动、集控手动和就地控制[22]。集控自动方式下，胶带机和给煤机根据生产工艺流程预先编制的程序来集中控制启停，各种保护均投入；集控手动方式下，胶带机和给煤机也采用手动按钮通过PLC分别控制启停，但是保护可根据需要有选择的进行投入，各故障的投入选择可在显示屏内进行控制；就地控制方式下，胶带机和给煤机由操作员控制手动按钮通过PLC分别控制它们的启停，保护也均投入。此时，其他控制方式闭锁，这也是按照现场情况优先考虑的结果，此时单条皮带闭锁运行，与其他皮带之间没有联锁关系。4.2系统软件实现控制方式选择我们通过控制台的三位置选择开关来选择系统的工作方式，任何时候只能处于一种工作方式。胶带和给煤机在运行的时候，工作方式不可改变。在触摸平屏上可以由显示灯来表示系统当前的工作方式。监控系统是对单条皮带和与其配对的給煤机进行监控，集控方式下，按下显示屏上的启动/停止控制按钮，允许胶带启动或停止。假设是多条皮带集中控制，启动允许信号可以由逆煤流的前一条皮带启动一段时间后给出，停止信号可以由顺煤流的前一条皮带停止一段时间后给出，时间设定与胶带运行速度有关，以胶带上煤流全部卸载完毕为最正确。下面我们以工作方式选择和就地方式启停为例进行程序说明。工作方式选择程序段1：工作方式选择。I0.0、I0.1、I0.2分别是集控方式、就地方式、检修方式信号，当在任一个工作方式下发出CST启动信号Q0.2后，不能再选择其它工作方式。M0.7、M0.6、M0.5分别是三种方式下的自保信号，起自保作用。就地方式启停控制程序段1：I0.3是CST启动按钮，I0.4是CST停止按钮，M4.0是故障急停信号。有任何故障发出急停指令时不允许启动CST。程序段2：启动报警信号。当M0.4闭合时，脉冲定时器T9开始计时，发出30S的报警指令Q0.0。同时启动接通延时定时器T10。程序段3：当30S延时预警成功后，向CST正式发出CST启动指令Q0.2。I1.2、I1.3、I1.4分别是1#、2#、3#电机运行返回信号，起自保作用。Q1.0是操作台CST运行指示灯，PLC_D02是触摸屏CST启动指示灯。程序段4：给煤机启动控制。I4.0是给煤机手动启动按钮信号，I4.2是给煤机运行返回信号。Q4.0是给煤机启动信号，Q1.1是给煤机启动指示灯。程序段5：给煤机停止控制。I4.1是给煤机手动停止按钮信号，Q4.1是给煤机停止信号。就地工作方式下，操作员通过控制台上的手动按钮来控制胶带启停。控制台共设置了四个手动控制胶带运行按钮：CST启动按钮，CST停止按钮，CST慢动按钮，CST急停按钮。在此工作方式下，只有CST启动按钮，CST停止按钮，CST急停按钮有效。按下启动按钮后给PLC送入启动允许信号，按下停止按钮给PLC送入停止允许信号。检修工作方式下，我们也是通过操作台上的手动按钮来控制胶带，但是检修状态下，我们要求胶带运行速度比拟慢，CST工作在慢动状态下，只有按下慢动按钮，胶带才可以运行。启动允许信号发出后，根据现场环境和设备的工艺需求，在启动运行皮带沿线发出预警声响，时间一般是30秒。只有在无故障启动的情况下，预警才会成功。各种常见故障的诊断胶带在煤炭运输中的重要角色，让煤矿无法无视它的运行状况，因此，有效的监测故障，及时采取预防措施，防止重大事故发生，或者尽量减少损失是非常必要的。胶带常见的故障有以下几种：跑偏、打滑、超速、断带、滚筒超温、张紧下滑、纵撕、烟雾、堆煤等，同时我们为了防止一些无法监测的而又非常恶劣的事故发生，在胶带输送机的沿线，我们每隔80～100米设置一个拉线急停开关。在第二章我们已经确定了监测各种故障的传感器类型或方法，并确定了输出信号类型。故障信号分为两类：一类为数字信号，当输出为“1〞时，即是报警信号，收到信号后，对信号进行处理，或是CST紧急停机，或是只发出声光报警。当输出为“0〞时，胶带运行正常，无故障发生；另一类为模拟量信号，传感器输出的模拟量信号是标准的电压或是电流信号，通过模拟输入模块，将电压或电流信号转化成数字形式，但是我们需要知道它所测的真实值，如温度传感器，输出9V，需要得到9V对应的温度值，因此需要对输入PLC的数值进行处理。下面简要介绍一下模拟量数值的采集及转换。1.模拟量数据处理程序段1：将采集到的数值current_value转化为实数型，并存在b3中。程序段2：作b3与量程值相除运算，并将值放入输出值yunsuanzhi中。2.调用模拟量数据处理块程序段1：调用上面两段程序构成的FC块。PIW270是定子温度1的输入值存储地址，PT100测量的实际温度与PLC内数字表示值成100倍关系。AI_7是定子温度1实际温度存储地址变量。在知道模拟量的真实值后，或将其直接输出到显示屏上直接显示出来，或是将其与设定值比拟后再输出布尔变量“0〞或者“1〞。3.故障信号处理在上面我们已经提到，在不同的工作方式下，故障监测是不相同的。集控和就地方式下，所有的保护均投入使用，在检修方式下，各种保护可选择投入或是屏蔽掉，我们可以通过显示屏上的“XX屏蔽〞或是“XX屏蔽取消〞按钮来选择。下面我们以堆煤信号为例说明以下，对故障信号的处理。程序段1：堆煤信号保持。I2.7是堆煤传感器信号，I3.2是系统复位信号。产生故障后，假设系统不复位，故障信号无法消除。程序段2：堆煤屏蔽状态。PLC_DO18是触摸屏堆煤保护屏蔽信号，PLC_DO18是触摸屏堆煤保护屏蔽取消信号。程序段3：检修方式下允许堆煤信号屏蔽,集控和就地方式不允许屏蔽。4.拉线开关地址拉线开关共有5根地址线，地址分别是I1.5、I1.6、I1.7、I2.0、I2.1，一根信号线，拉线开关信号保存在PLC_DI35。下给出了1、2、3号地址确实定方式。4.3触摸屏的软件实现4.3.1触摸屏简介触摸屏是用来显示控制器的I/O状态及各种系统信息，接收并执行操作人员发出的各种命令。触摸屏的按键在屏幕上，总的面积小，每个画面可以设置不同的按键，每个按键的意义可由用户设置，使用直观方便，可以在恶劣的工业现场环境下使用，在工业控制中得到广泛的应用[23][24]。触摸屏是在操作人员和机器设备之间作双向沟通的桥梁，用户可以自由的组合文字、按钮、图形、数字等，来处理或监控不断变化的信息。过去的操作界面需要熟练的操作员才能操作，而且操作困难。使用触摸屏和计算机控制后，能明确告知操作员机器设备目前的状况，给出操作的提示，使操作变得简单生动，可以减少操作失误，即使是新手也可以很轻松的操作整个机器设备。使用触摸屏可以使机器的配线标准化、简单化，用画面上的按钮和指示灯等代替相应的硬元件，减少PLC需的I/O点数，降低系统的本钱。由于显示面板的小型化及高性能，提高了整套设备的附加价值。触摸屏的根本原理如下：用户用手指或其它物体触摸安装在显示器前端的触摸屏时，所触摸的位置的坐标被触摸屏控制器检测，并通过通信接口〔例如RS-232C或RS-485串行口〕送到CPU，从而得到输入的信息。触摸屏系统一般包括两个局部：触摸屏控制器和触摸检测装置。触摸屏控制器的主要作用是接收来自触摸点检测装置的触摸信息，并将它转换成触点坐标，再送给CPU，它同时能接收CPU发来的命令并加以执行，例如动态地显示开关量和模拟量。触摸检测装置安装在显示器的显示外表，用于检测用户的触摸位置，再将该处的信息传送给触摸屏控制器。触摸屏系统的设计触摸屏采用西门子公司可以与STEP7软件集成的PROTOOL软件设计。画面选择基于WINDOWS系统的TP270“6〞。SIMATICTP270型触摸式面板，彩色STN触模屏〔模拟/耐磨〕，5.7英寸。SIMATICTP270多功能面板属于SIMATICHMI产品系列。所有SIMATIC面板都可使用基于Windows的软件SIMATICPROTOOL，进行既简单又高效的组态。基于WindowsCE操作系统，TP270提供有创新性的操作员控制和监视功能以及固有操作员面板的优点：巩固耐用，稳定可靠，简便易用。标准硬件/软件接口保证了极高的柔性度和透明度以及办公环境的访问功能。触摸屏主要显示胶带机和给煤机的运行状况和各种故障发生情况及具体的位置。为了监控系统可视化、明确化，我们的触摸屏共有7个画面，画面1为首页，画面2为启动控制显示画面，用指示灯和数字来显示胶带和給煤机的运行状况和当前的工作方式，如胶带当前的运行速度，CST启动/停止、CST复位、CST急停、CST故障，CST报警，CST满速，CST慢动，给煤机启动，给煤机停止等,同时在集控方式下,通过控制屏上的集控启动或集控停止按钮控制胶带启停。这些输入输出信号是通过设定变量，将PLC内部变量传递到显示屏上来显示或是将屏上的信号送到PLC内部。如指示灯是定义一个圆，通过设定圆变量在不同数字状态下显示不同颜色来实现，如：变量为“0〞时，圆前景颜色显示为灰色，变量为“1〞时，圆前景颜色显示为红色；数值显示是设置一个输出域，将PLC内部变量直接与输出域建立联系就可到达输出效果。界面3是在按照胶带故障监测装置在胶带旁边放置的位置顺序排列显示各种故障信号，当监测到故障时，故障对应指示灯亮。明确了故障的位置，可以方便胶带的维护及故障的及时有效处理。图触摸屏〔界面2、界面3〕界面4可以具体显示9组各定子绕组的温度，其中1到3组分别是1#电机A相、B相、C相绕组温度，4到6组分别是2#电机A相、B相、C相绕组温度，7到9组分别是3#电机A相、B相、C相绕组温度。界面5是红外测温监测到的前后滚筒温度。图4.3界面6和7是检修状态下各种故障保护屏蔽选择界面，按下“XX屏蔽〞，那么此种故障保护屏蔽掉，再按下“XX屏蔽取消〞，那么屏蔽取消掉，保护投入使用。“传感器状态〞是指故障监测的实际信号，“参加屏蔽〞是指检修方式下，参加保护屏蔽或没有参加保护屏蔽时的故障信号输出。当屏蔽没有投入时，两个输出是相同的，当屏蔽投入时，两个输出可能不同，如故障实际检测信号为“1”，假设参加屏蔽，那么“传感器状态〞输出灯亮，“图4.35基于PLC的皮带控制系统的抗干扰措施按照可靠性理论，程序设计最主要的任务是，确保应用程序按照给定的顺序有秩序地运行。有序运行的根底是硬件的可靠性，可靠性高的硬件根底可以保证不会出现硬件故障；但是，在工业现场使用时，大量的干扰源虽然不会造成系统硬件系统的破坏，却常常会破坏数字信号的时序，导致程序进入死循环。因此，在提高硬件可靠性的同时，也需要在程序设计中采取措施，提高软件的可靠性，减少软件错误的发生，并且在发生软件错误的情况下仍能使系统恢复正常运行。即要保证装置可靠工作,并能不间断地运行,就必须提高抗干扰能力,增强装置保护硬件的可靠性及完善软件性能。5.1干扰和干扰源干扰经过一定的耦合通道传输到被干扰的设备，从而对产品正常工作造成不良的影响。干扰的三要素：传导和辐射电磁能量的干扰源；干扰传递的途径；对干扰敏感的接受设备。如图5.1所示。图5.1根据产品性能要求采取有效措施，抑制干扰源，消除干扰的耦合通道，从而提高设备的抗干扰能力。5.2系统抗干扰措施为使系统能更加平安、可靠地工作，在系统中采取一些有效防干扰的措施来消除来自外界或自身的各种干扰是很有必要的。PLC控制系统的抗干扰是一个系统工程，要求制造单位设计生产出具有较强抗干扰能力的产品，且需要使用部门在工程设计、安装施工和运行维护中予以全面考虑，并结合具体情况进行综合设计，才能保证系统的电磁兼容性和运行可靠性。在进行设备选择时，首先选择较高抗干扰能力的产品，它包括电磁兼容性，尤其是抗外部干扰能力，如采用浮地技术、隔离性能好的PLC系统；其次应了解生产厂家给出的抗干扰指标，如共模抑制比、差模抑制比、耐压能力、允许在多大电场强度和多高频率的磁场强度环境中工作等[29]。本文将采取以下几种抗干扰措施。1〕电源干扰的抑制为有效抑制电网中的干扰信号，可使用隔离变压器、滤波器或是频率抑制法等。本系统根据实际情况，在电源的入口使用隔离变压器，并将屏蔽层良好地接地，使系统的电气噪声降到最小。2〕接地防干扰接地是抑制噪声和防止干扰的主要方法。接地的作用有:一是消除各电路电流经一个公共地线阻抗时所产生的噪声电压；二是控制器与控制盘柜与大地之间存在着电位差，良好地接地可以减小由电位差引起的干扰电流；三是混入电源和输入信号的干扰，可通过良好的接地引入大地，从而减少干扰的影响；良好的接地还可以防止由漏电流产生的感应电压。下面介绍两种接地方式抗干扰：a)系统一点接地方式在微机监控系统中，应采用一点接地的方式进行接地。一点接地分为串联接地和并联接地两种:在串联接地方式中，由于三个电阻是串联的，所以各电路间会发生相互千扰，高电平回路将产生较大的地电流并干扰到低电平电路中。因此，应采用并联一点接地方式，即将系统各电路地线，如信号地线、噪声地线等并联后一点接地，这样各电路的地电位只与本电路的地电流和地线阻抗有关，不会因其他电路的电流而起引电路间的祸合干扰。b)综合接地方式从上面分析可知，采用并联一点接地方式对防止各电路间相互祸合是最有效的。但由于这种方式每个电路都要有一根接地线，而一个监控系统里的电路多达上百个，这样就要上百根的接地线，做起来比拟麻烦。所以，应从实际出发，进行分组归类，如把各I/0板弱信号模入、开出等低电平回路的接地线串联起来，作为一组:把较高的电平电路地线作为另一组串联起来，然后再进行并联一点接地，这样既简单方便，又因为使用串联方式的各电路电平相近，相互干扰甚微，所以能解决大局部接地问题。接地还应注意接地点应尽是靠近控制器，接点与控制器间距离不大于50m；接地线应尽量避开强电回路。3〕屏蔽抗干扰a)屏蔽干扰源由于电力线终止于屏蔽体内，所以只要将干扰源的周围加上屏蔽体，并让其一点接地，就可以把电场屏蔽掉，使它不对邻近的导线和回路产生干扰。为此，微机监控装置相邻的电气设备应有密封的金属外壳，以屏蔽自身的电场，并对磁场干扰也有一定的抑制作用。b)使用双绞屏蔽线或电缆一套监控系统总有许多外围采集电路和开出回路，它们一般沿着电缆盘遍布全厂各个角落，途中可能与严重的干扰设备或电缆紧挨着，这些都是监控系统引入干扰的主要途径。所以，虽然在现场已对许多干扰源进行屏蔽、接地等，但还应当使用双绞屏蔽线路，以提高自身的抗干扰能力。双绞屏蔽线或电缆集中了双绞线和同轴电缆的优点:首先，它引用了屏蔽体终止电力线的原理，很好地屏蔽了干扰电场，但这并不等于就能将电场干扰全部消除掉，其原因是电缆端部的引出线总是外露的，所以在现场安装电缆时，一是电缆两端引线要尽量短；二是电缆屏蔽层金属局部要包扎好，以免碰地造成两端接地，影响抗干扰效果。其次，双绞屏蔽线或电缆对磁场也有良好的抑制作用。在实际应用中，所有的PLC机架与机柜柜体绝缘，PLC机柜配有专用接用母线，用以保证信号线屏蔽良好接地，减少各种电磁干扰。在电缆线敷设中，应尽量使过程信号线与动力线分开。4〕配线安排抗干扰电气柜内配线安排应注意:只有带屏蔽的模拟量输入信号线才能与数字量信号线装在同一电缆槽内；直流电压数字量信号线和模拟量信号线不能与交流电压线同在一个电缆槽内；只有带屏蔽的220V电源线才能与信号线装在同一电缆槽内；电气柜外部应注意:在30M以上长距离配线时，输入信号线与输出信号线分别使用各自的电缆:控制器的接地线与电源线或动力线分开；输入输出信号线与高电压、大电流的动力线分开。PLC控制系统中的干扰是一个十分复杂的问题，因此在抗干扰设计中应综合考虑各方面的因素，合理有效地抑制抗干扰，对有些干扰情况还需做具体分析，采取对症下药的方法，才能使PLC控制系统正常工作。控制系统中的抗干扰技术对系统能否可靠运行至关重要，必须依靠现有的理论和经验，结合现场实际情况，认真扎实地做好接地、屏蔽等每一个环节，把干扰抑制到最小程度，以保证系统的平安运行。通过实践证明，以上介绍的几种抗干扰措施是行之有效的。综合运用上述抗干扰措施可大大提高系统的可靠性和平安性，降低系统调试和维护的工作强度。结论煤矿井下皮带运输系统是生产的主要环节，保证其平安、高效运行具有重要意义。为提高井下皮带运输系统的自动化水平，本设计以PLC为核心构造了分布式皮带控制系统，主要工作如下。在分析煤矿皮带运输系统根底上，构造了皮带控制系统的构成和功能。在分析皮带输送机控制原理、常见故障类型及保护根底上，选择西门子S7-300型PLC为就地控制核心，设计了针对单台胶带输送机和给煤机的控制系统。完成了皮带控制系统的硬件设计，PLC和触摸屏的软件设计。提出了皮带控制系统的抗干扰措施。本次设计是对大学所学知识的一次综合运用，锻炼了综合运用所学知识分析问题，解决问题的能力，为以后走向工作岗位打下了坚实的根底。由于本人知识水平、时间、实验条件等方面所限，设计中难免会出现许多缺陷与缺乏。另外，本设计未能就多台皮带的集中控制进行设计，需要以后进一步完善与改良。参考文献[1]王志甫.矿山固定机械与运输设备.徐州:中国矿业大学出版社,2006.[2]武予鲁，带式输送机综合保护装置的工作原理与使用.煤炭工业出版社,2003.[3]杨世兴，煤矿监测监控系统的现状与开展.平安技术,2004,(5):36-41[4]孟凡芹,基于现场总线的带式输送机运行监控系统.煤矿机电,2002,(3):22-24[5]唐传贵.煤矿井下胶带集中控制系统研究与设计.电脑知识与技术,2023,(25):20-22[6]TangXiangyang.Designofanautomaticerrorcorrectionsystemoftobaccosorter’shigh-speedbeltconveyor.2023，16-18[7]姜华.矿井胶带运输计算机控制系统[硕士学位论文].中国矿业大学，2003[8]国家经贸委平安生产局组织.带式输送机操作工.北京,气象出版社,2001，第1版[9]邹爱英,谭永海,李孝忠.CST的调速原理及技术性能特点.山东煤炭科技,2005,(4):21-23[10]马洪礼，CST可控传输系统在长运距带式输送机的应用.煤矿机电,2004,(5):54-57[11]王宏斌,CST在寺河东主斜井的应用.煤炭工程,2002,(9):7-8[12]秦福建，带式输送机常见故障的分析与处理方法.有色冶金节能，2005，22，〔1〕：37-39[13]Loannides,mariaG.DesignandimplementationofPLC-basedmonitoringcontrolsystemforinductionmotor.IEEETransactionsonEnergyConversion,2004,9,(3):469-476[14]史志远，带式输送机断带保护装置分析.煤矿机械,2005,(8):83-85[15]陈松立，控制电器与控制系统.徐州:中国矿业大学出版社,2001，第1版[16]汪志锋，可编程控制器原理与应用.西安,西安电子科技大学出版社,2004，第1版[17]廖常初，大中型PLC应用教程.北京：机械工业出版社，2005，第1版[18]陈竞雄．基于可编程序控制器和变频器的龙门刨床控制系统的研究［硕士论文］．重庆大学，2005[19]XuGuozheng,Zhoujinghui.AutomaticsubstationmonitoringsystembasedonPLC.QinghuaDaxueXuebao,1998,3,(6)[20]郑晟,现代可编程控制器原理与应用.科学出版社,2005,第1版[21]SIEMENS.深入浅出西门子S7-300PLC.西门子(中国)自动化与驱动集团[22]SIEMENS.西门子S7-300技术手册.西门子(中国)自动化与驱动集团[23]朱晓霞,杨根科等.基于CONTROLNET带式输送机监控系统的设计.煤炭机电,2004,(4),17-22[24]PribaPaul,PametickyTerry.PLCapplicationforlargemotormonitoring.2000,8,(5):241-246[25]朱晓霞，CST在带式输送机电控系统中的应用.煤矿机电,2005,(5),57-61[26]LiHongsheng,Lichao.DesignofdistributingmonitorsystembasedonPLCandconfigurationsoftware.wuhanligongDaxueXuebao,2002,24,(3):27-32[27]SIEMENS.SIMATICS7-300可编程序控制器教程.西门子(中国)自动化与驱动集团.[28]宋伯生，PLC与触摸屏控制电路.北京:中国电力出版社,2023[29]黄友锐,井下带式输送机集中监控与控制系统.煤矿机械,2004,(3):90-92[30]zaimeizhang.Parameterscalculationandstructuredesignofpipebeltconveyer22-25Nov.2023:614-617[31]栾振辉.煤矿机械PLC控制技术.化学工业出版社，2023[32]Roger_Folch.GraphicalDevelopmentofSoftwareforProgrammableLogicControllers,Aug.2006：444-449[33]吴丽，基于PLC的皮带运输系统设计与研究.国内外机电一体化技术.2023，3翻译局部英文原文GraphicalDevelopmentofSoftwareforProgrammableLogicControllersAbstract—Graphicallanguagesarestandardinthefieldofcomputerprogramming.Complexsoftwaredevelopmentisbesthandledbygraphicallyconnectingpre-built,fullytestedandhighlyspecializedsoftwarecomponents,insteadofwritinganddebuggingthousandsoflinesofcode.Modernprogrammingenvironmentsincludecompletelibrariesofsuchcomponents.InthefieldofProgrammableLogicControllers(PLCs),thisisnotthecase.PLCprogramscanbedevelopedusinggraphicallanguages,asLadderDiagrams(LD)orFunctionBlockDiagrams(FBD),butthestandardlibrariesareverylimited,sotheprogrammermustdevelophisownlibraries,buildingsoftwareobjectsfromscratch.Inthispaper,aframeworkispresentedforautomaticallybuildingcomplexsoftwaremodulesusingbasedontwokeypillars:ontheonehand,usingobjectorientedconceptsasencapsulation,inheritanceandgenericprogramming,and,intheotherone,closelyfollowingthephysicalmodeloftheobjectsusedinbuildingelectricalcontrolcabinets(ECBs).I.INTRODUCTIONThedevelopmentofPLCprogramsisacrucialpointintheconstructionofmodernautomationinstallations.AsPLCOpenorganizationstatesin[1],“softwareplaysanever-increasingroleinindustrialautomation.Withthis,theassociatedsoftwarecostsincrease,eventothepointthatitbecomesthehighestpartofthetotalsystem〞.Oldprogramminglanguagesgivealimitedsupporttothistask:thecodetendstobeobscure,withlimitedcapabilitiesofflowcontrol,andinternalinterdependenciesmakeanyminormodificationanightmare.Tosolvethisproblem,anewstandardhasbeenestablished,theIEC-61131-3.Itdefineselementsthatcanbeusedasblocksforbuildingnewprograms,suchasFunctionBlocks(FBs),andbringssomeofthebenefitsofOOP,suchasencapsulation,asLewis[2]orJohnandTiegelkamp[3]pointout.Nevertheless,othermajorOOPfeatureslikeinheritance,genericprogrammingandpolymorphismarenotsupportedinthestandard.Inspiteofthislimitedsupport,Brendel[4]developssoftwarecomponentsusingIEC-61131FBmodules.BonfeandFantuzzi[5]presentanobject-oriented(OO)programforamanufacturingmachine,andHVanderWalH[6]developsacompleteOOlibraryofmotioncontrolcomponents,asaresultofPLCOpeneffort.OOP,besidesbeingawayfordevelopingwellstructuredPLCprograms,bringsalsoaddedbenefitsasself-explanatoryprograms,Plompetal.[7],orgraphicalprogramming,Lewis[8].Therearedifferentapproachesforchoosingthesoftwareobjectsthatcanserveasthebuildingblocksforconstructingwellstructured,failure-proofPLCprograms:•Mathematicalmethods,whichformalizethestructureofthesoftwarecomponentsandtheirrelationshipfromamathematicalpointofview.Feldmannetal.[9],PolicandJezernik[10]usePetrinetsasthetoolformodelingdiscreteeventsystems(DES).•Bridgemethods,whichdevelopthecontrolprogramusinghighlevel,objectorientedprogramlanguagesandtranslatetheresultingcodetoIEC-61131-3FBmodules.PlazaandMedrano[11]useClanguageasthesource,HeverhagenandTracht[12]useUnifiedModelingLanguage(UML).JammesandSmith[13]followinsteadthemodelofWebServices.•MIM(ModelIntegratedMechatronics)considerseachobjectasacompleteunitwhichintegratestheelectricalmechanicalandsoftwareaspects.Thramboulidis[14][15]andVyatkin[16]developsuchMechatroniccomponents.Aninteractive“IntelligentMechatronicTestbed〞canbefoundat[17].Archimedes[18],CORFU[19]andOONEIDA[20]aregeneralframeworksbuiltuponthisconcept.TheseapproacheshavedrawbacksfromthepointofviewofthetechnicianthatdevelopsPLCprograms.Mathematicalmethodsareoftentooabstractanddifficulttotrack.RealtimeconstraintsarealientogeneralpurposelanguageprogramssuchasCorJava.AndMechatronicsmodelstendtobefartoocomplex,becausetheytrytomodelallthebehavioralaspectsofaspecificdevice.Whatitisneededisasimple,clear,robustandflexibleOOPmodelthatallowsfortheassemblyofPLCprogramsfollowingthesameprocedureusedtobuildmodernECBs:bycablingpre-built,fullytestedcomponents.That’swayanewframework,ObjectOrientedFrameworkforPLCSoftwareDevelopment(OOPLC),hasbeendevelopedandispresentedinthispaper.ItsgoalistobuildPLCprogramsbyassemblingpre-built,fullytestedsoftwarecomponentsinasimple,graphicalway,analogtothedrawingofelectricalschemas.Thestructureofthispaperisasfollows:sectionIistheintroduction.SectionIIestablishesthemainOOPLCframeworkfeatures,whicharefullydevelopedinsectionIII.InsectionIVanexampleprogramdevelopedwiththeproposedmethodisshown,andinsectionVtheconclusionsarepresented.II.OOPLCFEATURESOOPLCisfoundedonthephysicalcomponentsusedtobuildECBs.AsFarins[21]pointsout,eachideamustberelatedwiththeprincipleonamaterialsystem,howeversimpleandprimitiveitmaylook,onwhichavariablesolutioncouldbebased.TheelectionoftheECBasthephysicalmodelalsoguaranteesthatthesystemcanbeeasilyunderstoodbythepersonnelwhowillapplyandmaintainit.WithOOPLC,buildinganewprogramisjustaprocessofinstallingandconnectingpre-built,fullytestedsoftwaremodules,inagraphicalway(thesameasdrawingelectricalcontrolcabinetdiagrams),insteadofwritinganddebugginglinesofcode.Asitissaid,ashortsketchisbetterthanalongreport.ThebasicelementusedforassemblingECBsistherelay.Ithasbeenakeycomponentofindustrialautomationinstallationssinceitsconception.Infact,themostwidelyusedPLCprogramminglanguageistheladderone,builtaroundtherepresentationofrelayscoilsandcontacts,asinFig.1.Modernrelayshaveevolvedfromtheoriginal,electromechanicalone,andnowtheyareelectronicdevicesthatcanperformcomplexcontroltasks.ThereareeveninthemarketsmallPLCsthataresoldas“intelligentrelays〞.Therearesomecommonfeaturestoallthisvarietyofrelays:•Modulardesign.Modernrelaysarecomposedoftwoparts:the“base〞containstheconnectionswiththeinput/outputconductors,andiscommontoalltherelaysfromagivenseries.Theotherpartisthe“body〞oftherelay,whichcontainstheelementsthatperformthedesiredfunctionality.Differentbodiescanbeconnectedtothesamebase,whichaddsflexibilitytothedesignandmaintenanceofECBs.Besides,oldelementscanbereplacedwithmoreadvancedoneswithoutmodifyingthecablingofthecabinet.•Parallelism.ECBconstructionisspeededusingarraysofrelays,groupedincards,interconnectedwithcablesinsteadofsingleconductors.Theuseofstandardarrayconnectorsallowsforafast,error-freeassemblyofthecabinet.•Communicationcapabilities.ECBsarenotisolatedelementsinamodernautomationinstallation.Theymustcommunicatewithexternaldevices,mainlycomputers,fortheset-upoftheiroperationaldeviceparametersandalsoforsupervisingtheoperationoftheinstallation.Modernrelayshavebuilt-incommunicationcapabilities,andareabletocommunicatethroughstandardindustrialbuses.Therearesomemodulesinthemarketthatcanevenactasautonomouswebservers.Toimplementthesefeatures,OOPLCdefinesthreeelements:relay,cardandconnectors,whicharefullydescribedinthenextsections.Besidescloselyresemblingtheirphysicalcounterparts,OOPLCelementsarebuiltusingasimple,error-freeprocedure,basedonthefeaturesofOOP:•Encapsulation.Anyobjectintegratesboththedataandthemethodsthatprocessit.Externalinputsandoutputsareaccessibleonlythroughwelldocumentedinterfaces.•Inheritance.Newobjectsarederivedfromexistingones,addingnewfeaturestospecializethem.•Polymorphism.Differentobjectscanreacttothesameeventsinadifferentway.•Templateprogramming.Theuseofgenericobjectsandalgorithmsallowsthegenerationofobjectsfrompredefinedtemplates,withanautomatic,error-freeprocess.ThepresentnormforPLCsoftwaredevelopment,theIEC61131-3,offersalimitedsupportforthesefeatures:•TheFBdefinitionestablishesacleardistinctionbetweentheinterface(whichcontainstheexternalinputs,outputs,andtheinternal,hiddenvariablesofthefunction),andthebody,(whichcontainsthealgorithmthatoperatesontheinterfaceelements).Onlyoneprog