基于結(jié)構(gòu)化方法的二氧化碳分離控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

張朝++徐正芳++曹國豪

摘 要本文采用結(jié)構(gòu)化思想的可編程控制器程序設(shè)計方法，以排氣分離控制系統(tǒng)為例詳細介紹了在PLC程序設(shè)計中如何構(gòu)造功能塊和塊的封裝及軟件設(shè)計。最后深入地分析了結(jié)構(gòu)化方法在PLC軟件設(shè)計中的優(yōu)越性。

【關(guān)鍵詞】PLC 結(jié)構(gòu)化

1 概述

隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，面向?qū)ο蟮募夹g(shù)不斷發(fā)展成熟，在各個領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用。本文以某二氧化碳分離控制系統(tǒng)為例，克服結(jié)構(gòu)化方法帶來的弊端，從而提高系統(tǒng)的可靠性。二氧化碳分離控制系統(tǒng)是整個系統(tǒng)的核心和大腦，而控制軟件是控制功能實現(xiàn)的核心，本文主要介紹整個系統(tǒng)控制軟件的需求分析、功能塊抽象及實現(xiàn)和控制軟件實現(xiàn)的過程。

2 系統(tǒng)分析

根據(jù)系統(tǒng)執(zhí)行器狀態(tài)又可以將排氣分離控制系統(tǒng)主要分為：氣動閥控制，壓縮機速度控制、潤滑油泵泵的控制、冷凝水電磁閥控制、伺服驅(qū)動器通訊、變量采集、安全報警等七部分。按照面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計的思想，將系統(tǒng)按照執(zhí)行器狀態(tài)進行分類，更方便系統(tǒng)的分析建模，所以本文為方便設(shè)計先按照主要設(shè)備進行分析建模，然后按照四個運行階段進行系統(tǒng)設(shè)計。

3 塊的創(chuàng)建

3.1 功能塊的建立

系統(tǒng)內(nèi)共有8支溫度傳感器，4個氣動截止閥，2個電磁閥，2個泵，1個壓縮機。溫度傳感器全部采用熱電阻進行溫度測量，所以可以將這8支溫度傳感器抽象為一個功能塊，為使此溫度傳感器功能塊具有通用性，設(shè)計該類具有溫度采集量化功能，溫度漂移修正功能，報警功能，傳感器開路、短路故障診斷等功能。除去壓縮機電機控制較為復雜外，其他設(shè)備均為通用執(zhí)行器，每個執(zhí)行器都需要有開啟、關(guān)閉條件，作為每個執(zhí)行器操作的輸入條件。在工程使用中，由于環(huán)境噪聲的影響對于設(shè)備的開啟和關(guān)閉很難進行人為判斷，為了更直觀的幫助使用者了解執(zhí)行器的當前狀態(tài)，就需要設(shè)置執(zhí)行器的開啟狀態(tài)判斷傳感器，所以在設(shè)計通用執(zhí)行器類時增加了對執(zhí)行器狀態(tài)的判斷，作為執(zhí)行器的一個屬性，用于指示執(zhí)行器的當前狀態(tài)，方便用戶使用，提高系統(tǒng)的可靠性。

3.2 封裝的實現(xiàn)

排氣分離控制系統(tǒng)選用的是西門子300系列PLC，由于西門子STEP7軟件提供數(shù)據(jù)與邏輯分離的FB、DB塊的編程方式，所以通過FB和DB模塊進行組合很容易實現(xiàn)數(shù)據(jù)的連接。FB用來編寫類的實現(xiàn)，DB用來存儲對象的參數(shù)。當用FB來實現(xiàn)類的功能時，首先在其內(nèi)部定義輸入變量和輸出變量以及臨時變量，然后用DB來實現(xiàn)化對象。其中DB內(nèi)部的輸入、輸出變量的類型和名稱與FB中定義的變量名稱和類型一一對應(yīng)，使用時只用設(shè)置其參數(shù)即可。程序執(zhí)行過程中的DB模塊會自動調(diào)入內(nèi)存并占有一定的內(nèi)存區(qū)域。當多個不同的對象DB模塊同時調(diào)用執(zhí)行相同的功能的FB時，其輸入輸出變量的執(zhí)行結(jié)果將占用不同的內(nèi)存區(qū)域。從而保證調(diào)用相同功能模塊的不同對象運行時不會產(chǎn)生干擾。

4 控制邏輯設(shè)計

4.1 主運行邏輯設(shè)計

按照系統(tǒng)運行狀態(tài)，和機組啟動運行過程，可以將整個系統(tǒng)分為備車階段、啟動階段、運行階段和停機階段四個階段，控制軟件就按照這個邏輯進行軟件的開發(fā)，系統(tǒng)啟動后，首先進行軟件的初始化，對系統(tǒng)內(nèi)所使用地址進行清零處理，以防止引入異常數(shù)據(jù)。初始化完成后系統(tǒng)開始進行輸入、輸出掃描刷新，同時將采集到的數(shù)據(jù)傳遞至各個進行數(shù)據(jù)的刷新，此過程如果有異常信號，按照已建立的各傳感器類的設(shè)計，將會有故障報警產(chǎn)生，提示相關(guān)安全信息。當系統(tǒng)啟動鍵按下后，控制邏輯開始啟動，自動進行備車處理，備車過程系統(tǒng)自動打開相關(guān)執(zhí)行器，當系統(tǒng)內(nèi)部判斷備車成功后，啟動排氣壓縮機電機，系統(tǒng)根據(jù)壓縮機電機的設(shè)定要求，調(diào)整轉(zhuǎn)速，直至使壓縮機進口壓力恒定在2.2Mpa，當系統(tǒng)停車鍵按下后，壓縮機自動停機，當壓縮機完全停轉(zhuǎn)后系統(tǒng)關(guān)閉冷凝水泵、潤滑油泵等相關(guān)設(shè)備。整個系統(tǒng)運行過程中始終進行報警安全判斷，任意一個二級報警觸發(fā)，系統(tǒng)將自動轉(zhuǎn)入停車階段處理。系統(tǒng)活動圖如圖1。

4.2 報警處理設(shè)計

報警部分是整個系統(tǒng)的重要組成部分，為整個系統(tǒng)的安全可靠運行提供保障。按照需求分析本系統(tǒng)共有6個一級報警，7個二級報警。一級報警觸發(fā)時系統(tǒng)發(fā)出聲光報警，二級報警觸發(fā)時系統(tǒng)發(fā)出聲光報警并同時關(guān)閉壓縮機轉(zhuǎn)入停車階段。各個報警的限制值、級別、延時均在創(chuàng)建好的傳感器類內(nèi)進行了設(shè)定，本部分只需接收相應(yīng)的報警信號，對報警級別進行識別，同時按照不同的報警級別發(fā)出相對應(yīng)的執(zhí)行命令即可。

系統(tǒng)內(nèi)創(chuàng)建功能塊FB250和數(shù)據(jù)塊DB250，分別存放報警處理過程的邏輯指令和數(shù)據(jù)，控制性執(zhí)行的的每個周期都對該模塊進行調(diào)用，確保任一報警都可以可靠的觸發(fā)。

5 結(jié)論

按照結(jié)構(gòu)化的思想將軟件設(shè)計完成后，裝載至硬件設(shè)備，整個排氣分離系統(tǒng)運行正常，性能優(yōu)越，本套軟件經(jīng)受了系統(tǒng)的耐久試驗及性能試驗的考核，證明了軟件的高可靠性。

采用結(jié)構(gòu)化的方法進行軟件編寫，便于對被控對象的理解及方便對控制思路的理解，可以大大減少設(shè)計者在對相同功能的設(shè)備的控制邏輯開發(fā)時間，比傳感器、電磁閥等，開發(fā)人員可以對具有相同功能的設(shè)備作為標準庫，使用時直接調(diào)用庫中的功能塊，從而使得編程風格、編程方法可以得到延續(xù)。

參考文獻

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[2]楊能長，張興毅.可編程控制器PC原理及應(yīng)用[M].重慶：重慶大學出版社，2006：28-79.

作者單位

上海齊耀動力技術(shù)有限公司 上海市 201203