淺析PLC程序模塊化的工業(yè)應(yīng)用

經(jīng)鵬/黑龍江龍煤礦業(yè)集團(tuán)股份有限公司雙鴨山分公司信息管理中心

淺析PLC程序模塊化的工業(yè)應(yīng)用

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一、PLC的特點(diǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域

PLC具有通用性強(qiáng)、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾性能強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。PLC在工業(yè)自動(dòng)化控制特別是順序控制中的地位在現(xiàn)在乃至今后一段很長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)將是其他控制系統(tǒng)不能替代的。

目前，PLC在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂等各個(gè)行業(yè)。開關(guān)量的邏輯控制是PLC最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺(tái)設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)群控及自動(dòng)化流水線。如注塑機(jī)、印刷機(jī)、訂書機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。

二、PLC程序模塊化的工業(yè)應(yīng)用

工業(yè)PLC程序的模塊化早有體現(xiàn)，在西門子開發(fā)PLC編程軟件時(shí)，就已經(jīng)制作過一些小的功能塊。在我們編程過程中應(yīng)用這些功能塊，會(huì)使整個(gè)程序變得簡(jiǎn)單且更具有條理性和實(shí)用性。隨著工業(yè)自動(dòng)化水平的飛速發(fā)展，更多先進(jìn)的控制理論和控制方法應(yīng)用到工業(yè)自動(dòng)化發(fā)展中，西門子編程軟件中的小功能塊已經(jīng)無法滿足技術(shù)成熟的大規(guī)模工業(yè)PLC程序的模塊化需求，需要更全面的提升模塊化進(jìn)程，完善具體本行業(yè)的程序模塊化功能。此功能的實(shí)現(xiàn)需要從程序制作初期就對(duì)具體的功能進(jìn)行分類，編制初始的流程圖和中斷嵌套，這樣才可以滿足整體的工藝流程和具體的設(shè)備動(dòng)作之間的有效銜接和具體控制關(guān)系[1]，本文依據(jù)基本的編程理論和一些具體的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)討論工業(yè)PLC程序的模塊化進(jìn)程和具體實(shí)施方法。

1.程序模塊化的必要性及實(shí)施方法。

現(xiàn)在很多大的集團(tuán)公司和企業(yè)都擁有自己獨(dú)立的技術(shù)和豐富的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，他們擁有自己的品牌產(chǎn)品，這些都是工業(yè)技術(shù)成熟的標(biāo)志，但是他們生產(chǎn)或設(shè)計(jì)另一臺(tái)相似的工業(yè)設(shè)備后，還需要程序員重新編寫相似的PLC程序和大量的程序校核，很少有一個(gè)固定的程序模式，更缺少把程序模塊化和系統(tǒng)化，這樣嚴(yán)重影響了設(shè)備的調(diào)試進(jìn)程，更不利于設(shè)備的運(yùn)行和維護(hù)。

下面針對(duì)天津鋼管集團(tuán)有限公司技術(shù)中心中間實(shí)驗(yàn)研究項(xiàng)目CTP440Ⅵ穿軋復(fù)合機(jī)組程序的具體應(yīng)用，來說明PLC程序模塊化和系統(tǒng)化的工業(yè)應(yīng)用。

該項(xiàng)目采用了西門子S7-300的PLC控制系統(tǒng)[2]，在對(duì)S7-300編程過程[3]中可以看出，程序相對(duì)復(fù)雜，而且條件往復(fù)循環(huán)，若沒有中斷子程序進(jìn)行合理化調(diào)用，很容易出現(xiàn)錯(cuò)誤。所以，考慮把具體的程序模塊化編寫PLC程序，最后在需要調(diào)用的模塊中調(diào)用這些模塊化后的子程序，使程序富有邏輯性和可讀性，PLC運(yùn)行和掃描都會(huì)相對(duì)流暢，具體方法實(shí)施如下：

（1）首先把整個(gè)區(qū)域的工藝流程熟悉，并細(xì)心的劃分好整體的塊：前臺(tái)、主機(jī)、后臺(tái)他們各占一個(gè)功能塊。

（2）再把前臺(tái)的各個(gè)設(shè)備細(xì)分出來，單獨(dú)做它們的程序功能塊，具體做該設(shè)備的手動(dòng)、自動(dòng)、半自動(dòng)模式下具體的動(dòng)作觸發(fā)和終止，連鎖條件和啟動(dòng)條件都應(yīng)考慮周到，這樣單獨(dú)對(duì)設(shè)備編寫程序會(huì)使程序結(jié)構(gòu)清楚，邏輯合理，編寫簡(jiǎn)單。然后在前臺(tái)的主循環(huán)功能塊中調(diào)用各個(gè)設(shè)備的程序功能塊。

（3）主機(jī)分為運(yùn)行和調(diào)整兩個(gè)模式：當(dāng)運(yùn)行的時(shí)候，必要的連鎖條件和啟動(dòng)條件是必不可少的，還有一些故障的停車條件也應(yīng)該認(rèn)真考慮，把這些主機(jī)的控制條件有條理性的羅列出來，然后在一個(gè)功能塊中把主機(jī)運(yùn)行的整個(gè)過程編寫出來。當(dāng)把主機(jī)運(yùn)行和調(diào)整兩大功能塊都編寫好以后，在主機(jī)的主循環(huán)功能塊中調(diào)用相應(yīng)子功能塊。

（4）后臺(tái)分為后臺(tái)一段和后臺(tái)二段：后臺(tái)一段和后臺(tái)二段設(shè)備之間關(guān)聯(lián)很多，所以選擇把兩段設(shè)備放在一起編寫應(yīng)用程序，即方便前后關(guān)聯(lián)，也為以后審查程序更容易找到關(guān)聯(lián)項(xiàng)。

（5）在主的循環(huán)功能塊中，調(diào)用前臺(tái)、主機(jī)和后臺(tái)的主循環(huán)功能塊，這樣整個(gè)程序的編寫任務(wù)完成，進(jìn)入程序?qū)彶殡A段。

（6）程序?qū)彶榫蛻?yīng)先對(duì)單體設(shè)備的單個(gè)動(dòng)作進(jìn)行審查，然后前臺(tái)、主機(jī)和后臺(tái)主循環(huán)功能的審查，最后對(duì)主循環(huán)功能塊審查。上述編程給審查帶來合理的審查順序。

這種模塊化編程方法可以提高生產(chǎn)效率，減少勞動(dòng)強(qiáng)度，有效促進(jìn)公司產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

2.模塊化的程序嵌套層次。

模塊化后的PLC程序?qū)⒄麄€(gè)程序簡(jiǎn)單化了很多，程序編寫和修改也方便，并且增強(qiáng)可讀性和實(shí)用性，然而并不是把所有程序模塊化就是最好，程序無限的模塊化的理論是不成立的，這里就應(yīng)該考慮嵌套層次的問題，例如西門子S7-300中允許的嵌套層次最大是8，橫河FA-M3 PLC允許的中斷次數(shù)為4。所以，制作流程圖時(shí)候就應(yīng)該考慮到具體嵌套層次的深度，直接不斷的中斷，不停的跳轉(zhuǎn)，當(dāng)不小心把程序編寫成死循環(huán)的時(shí)候，整個(gè)程序就開始在一塊程序中循環(huán)掃描，對(duì)其他程序的掃描功能就消失，這樣編寫出來的程序是肯定不能正常運(yùn)行的，為了杜絕死循環(huán)，提高程序的利用率，就應(yīng)該減少程序的嵌套層次。建議編寫程序時(shí)考慮好具體的步驟和需要達(dá)到的目的，先有明確的思路，再根據(jù)前期編程的流程圖，劃分好嵌套的層次和等級(jí)，最后規(guī)劃程序的整體結(jié)構(gòu)，這樣編寫出來的程序，即實(shí)用，又簡(jiǎn)潔，層次鮮明，可讀性高，穿軋復(fù)合機(jī)組的程序不僅能滿足了客戶的需要，還實(shí)現(xiàn)了程序的模塊化，層次鮮明。該項(xiàng)目PLC程序在嵌套層次上，關(guān)系明確，層次不深，中斷次數(shù)很少，整體是一個(gè)大的循環(huán)、子程序中大多不存在循環(huán)，更沒有死循環(huán)。這樣的程序在應(yīng)用過程中，既滿足了PLC模塊化的應(yīng)用，又充分利用了PLC的嵌套層次的局限性，

會(huì)影響程序的正常運(yùn)行，程序中的嵌套會(huì)使程序掃描過程中靈活地控制整個(gè)實(shí)驗(yàn)機(jī)組的正常運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)用該機(jī)組進(jìn)行一次穿孔，二次穿孔，限動(dòng)軋管等多個(gè)功能，體現(xiàn)了多功能復(fù)合軋機(jī)在無縫鋼管實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域的強(qiáng)大功用[4、5]。

三、結(jié)語

工業(yè)PLC程序的編寫，需要成熟的模塊化編程思路和合理的嵌套層次，兩者相輔相承，缺一不可。多數(shù)經(jīng)典程序的編寫都是用必要的功能塊加上合理的嵌套來完成的，很多成熟的PLC區(qū)程序都擁有自己獨(dú)立的程序塊，這樣才更容易實(shí)現(xiàn)工業(yè)技術(shù)要求，更方便程序的編寫和應(yīng)用；PLC程序需要合理化的嵌套，這樣程序才可以正常并流暢的運(yùn)行。所以，建議程序員使用符合IEC1131-3國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的FBD功能塊編寫程

【1】廖常初.S7-300/400PLC應(yīng)用技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.

【2】王永華.現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)[M].北京：北京航空航天出版社，2003

【3】廖常初.可編程序控制應(yīng)用技術(shù)[M].（第三版）重慶：重慶大學(xué)出版社，2002.

【4】方承遠(yuǎn)主編.工廠電氣控制技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

【5】阮友德.電氣控制與PLC，北京：人民郵電出版社，2009年.