PLC程序模塊化在現(xiàn)代化工廠中的應(yīng)用

孔令鋮，謝冰雪，吳一帆，吳 剛

無錫中糧工程科技有限公司 (無錫 214036)

隨著現(xiàn)代工廠規(guī)?；⒆詣?dòng)化、信息化的不斷發(fā)展，企業(yè)對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)程序的要求也日益提高，而在工業(yè)控制系統(tǒng)程序中，大部分程序可讀性較差，不利于后期系統(tǒng)維護(hù)。本文闡述了PLC程序模塊化對(duì)傳統(tǒng)程序結(jié)構(gòu)化的改善，保證了PLC系統(tǒng)的安全性與穩(wěn)定性。

1 模塊化的概論

所謂模塊化，簡(jiǎn)單地來說就是將每個(gè)設(shè)備當(dāng)成一個(gè)子系統(tǒng)(如電機(jī)，閥門等設(shè)備)，將這個(gè)子系統(tǒng)作為通用性的模塊與其他設(shè)備進(jìn)行多種組合，使其構(gòu)成一個(gè)新的系統(tǒng)，產(chǎn)生多種不同功能或相同功能、不同性能的系列產(chǎn)品。模塊化設(shè)計(jì)是綠色設(shè)計(jì)方法之一，已經(jīng)從理念轉(zhuǎn)變?yōu)檩^成熟的設(shè)計(jì)方法。一方面，可以縮短PLC程序的編寫周期，提高工作效率，對(duì)應(yīng)對(duì)工程工期過短的問題有著很大的幫助；另一方面，在對(duì)公司團(tuán)隊(duì)的發(fā)展有著巨大的作用，模塊化的程序可以使整個(gè)公司團(tuán)隊(duì)的程序編寫風(fēng)格一致，在項(xiàng)目后期的維護(hù)中，其他工程師無需花費(fèi)大量的時(shí)間去了解前人編寫的程序。

模塊化設(shè)計(jì)具有以下特征：相對(duì)獨(dú)立性，可以針對(duì)每個(gè)設(shè)備來進(jìn)行單獨(dú)的程序編寫，例如使用西門子PLC來編程，那么每種設(shè)備可以編寫成一個(gè)FB塊，其可以在程序中多次使用；互換性，程序中模塊的接口可以對(duì)外開放，工程師可以根據(jù)項(xiàng)目的實(shí)際情況來更改模塊的作用，從而使模塊滿足在不同場(chǎng)景下實(shí)現(xiàn)不同的功能；通用性，有利于實(shí)現(xiàn)不同項(xiàng)目之間模塊的通用，實(shí)現(xiàn)跨項(xiàng)目間的模塊通用，可以有效的減少每個(gè)項(xiàng)目在前期對(duì)于程序的開發(fā)。

2 PLC簡(jiǎn)介

PLC即可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller，簡(jiǎn)稱PLC)，一種具有微處理器的數(shù)字電子設(shè)備，用于自動(dòng)化控制的數(shù)字邏輯控制器，可以將控制指令隨時(shí)加載存儲(chǔ)器內(nèi)存儲(chǔ)與運(yùn)行?？删幊炭刂破饔蓛?nèi)部CPU，指令及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、輸入輸出單元、電源模塊、數(shù)字模擬等單元所模塊化組合成。PLC可接收(輸入)及發(fā)送(輸出)多種類型的電氣或電子信號(hào)，并使用他們來控制或監(jiān)督幾乎所有種類的機(jī)械與電氣系統(tǒng)。

簡(jiǎn)單一點(diǎn)來說，假設(shè)我們有一個(gè)設(shè)備有電機(jī)和按鈕。那邊我們希望按下按鈕時(shí)電機(jī)開啟，等再次按下按鈕時(shí)，希望電機(jī)關(guān)閉。這個(gè)功能類似于電視遙控器上按鈕的功能。要做到這一點(diǎn)，我們必須先編寫一個(gè)程序在計(jì)算機(jī)上執(zhí)行此操作，然后將其下載到CPU。及接著我們連接按鈕到輸入模塊，電機(jī)接到輸出模塊?，F(xiàn)在我們按下按鈕，電信號(hào)將被發(fā)送到PLC，PLC輸入將首先將此信號(hào)傳送給CPU，CPU收到信號(hào)后按照事先編寫的程序來控制電機(jī)啟停。所有的PLC都是由3個(gè)主要部分組成：輸入模塊，CPU和輸出模塊(圖1)。

圖1 PLC基本組成部分

3 模塊化程序在PLC編程中的應(yīng)用

PLC程序的整體編寫可分為工藝需求了解、功能設(shè)置、程序編寫、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試以及系統(tǒng)后期的維護(hù)與功能升級(jí)這五個(gè)大的階段。目前，大部分工廠的PLC程序已梯形圖為主，該語言與繼電器控制系統(tǒng)圖相識(shí)，比較直觀，偏重于邏輯設(shè)計(jì)，但是梯形圖的程序?qū)懛ㄓ兄苤氐膫€(gè)人色彩，每個(gè)人的寫法不同會(huì)導(dǎo)致程序的可讀性差，這對(duì)以后程序的維護(hù)與功能升級(jí)帶來了很大的不便。因此模塊化的編程方式能把控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與設(shè)備屬性的設(shè)計(jì)分割出來，各自單獨(dú)進(jìn)行。該方案編寫的程序具有較好的可讀性，便于設(shè)計(jì)、調(diào)試以及后期的維護(hù)等特點(diǎn)，尤其適合多人協(xié)同合作的項(xiàng)目。

1.1 程序模塊化設(shè)計(jì)

模塊化PLC程序的基本原理是把設(shè)備設(shè)計(jì)作為一個(gè)具有各自屬性的單體對(duì)象，把工藝流程設(shè)計(jì)為各個(gè)設(shè)備間的邏輯控制，使其形成一個(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的連鎖關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)控制設(shè)備的啟停和停止邏輯。這種編程思想下我們的程序主要分為兩個(gè)部分。

(1)第一部分是以設(shè)備為主，我們?yōu)槊糠N不同類型的設(shè)備建立各自獨(dú)立的基本功能塊，可以稱為設(shè)計(jì)對(duì)象。其功能塊的功能包含控制對(duì)象的手自動(dòng)切換、啟動(dòng)停止、設(shè)備報(bào)警以及輸入輸出點(diǎn)的使用(如圖2)?；竟δ軌K是直接驅(qū)動(dòng)硬件，控制對(duì)象是現(xiàn)場(chǎng)的電機(jī)或者閥門(注意：功能塊可以根據(jù)具體的使用情況進(jìn)行修改，其沒有固定的形式，如西門子plc中的FB塊或者FC塊)。

圖2 基本功能塊示意圖

(2)第二部分以邏輯控制為主，即按照工藝的控制要求，把所有的單個(gè)設(shè)備建立成一個(gè)有邏輯控制的整體程序，以滿足工藝流程的需求。這一部分是針對(duì)這個(gè)的工藝流程來設(shè)計(jì)的，因?yàn)閱蝹€(gè)的設(shè)備程序無法滿足整體流程，其只有設(shè)備本身的控制邏輯，即只能控制設(shè)備本身的啟停。

1.2 程序的執(zhí)行

對(duì)于一套控制系統(tǒng)來說，其包含了多個(gè)需要控制的電機(jī)與閥門，如有3臺(tái)電機(jī)與1臺(tái)泵需要控制，那么我們需要在這個(gè)4臺(tái)設(shè)備的基本功能塊中增加1個(gè)控制程序，用來把這幾個(gè)設(shè)備實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)。而模塊化編程方式即：主程序讀取控制程序，控制程序讀取子程序，子程序?qū)?yīng)相應(yīng)的設(shè)備。目前大型PLC編程環(huán)境一般都支持子程序功能，子程序的優(yōu)點(diǎn)就是一次編寫，多次調(diào)用，無需重復(fù)編寫相同的設(shè)備程序。但子程序是無法獨(dú)自控制設(shè)備，其內(nèi)部程序無法執(zhí)行設(shè)備啟停功能，它只能被主程序調(diào)用后才能使用，例如：在西門子PLC程序中，我們的設(shè)備塊(FB塊)只有在被主程序調(diào)用后才可以控制設(shè)備。這種編程方式使各個(gè)模塊之間通過中間變量來傳遞數(shù)據(jù)，各自的點(diǎn)號(hào)(如I點(diǎn)與Q點(diǎn))被良好的封裝在各自的子程序中，相互之間不會(huì)干擾。

4 結(jié)束語

PLC程序模塊化的設(shè)計(jì)思路，采用計(jì)算機(jī)高級(jí)語言的編程算法，因此程序靈活性強(qiáng)，且具有一定的通用性，一些類似的設(shè)備，只需修改下子程序或者相應(yīng)的模塊就可繼續(xù)使用，其本身的靈活多變性與程序本體的空間占用率低的優(yōu)勢(shì)有著很好的推廣性。采取此方法后，調(diào)試時(shí)間大幅度減少，同時(shí)也給后期的系統(tǒng)維護(hù)與升級(jí)帶來了方便，具有性能良好，無安全隱患的優(yōu)點(diǎn)。