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)?；?、自動化、信息化的不斷發(fā)展，企業(yè)對自動化系統(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，簡單地來說就是將每個設(shè)備當(dāng)成一個子系統(tǒng)(如電機(jī)，閥門等設(shè)備)，將這個子系統(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)計是綠色設(shè)計方法之一，已經(jīng)從理念轉(zhuǎn)變?yōu)檩^成熟的設(shè)計方法。一方面，可以縮短PLC程序的編寫周期，提高工作效率，對應(yīng)對工程工期過短的問題有著很大的幫助；另一方面，在對公司團(tuán)隊的發(fā)展有著巨大的作用，模塊化的程序可以使整個公司團(tuán)隊的程序編寫風(fēng)格一致，在項目后期的維護(hù)中，其他工程師無需花費大量的時間去了解前人編寫的程序。

模塊化設(shè)計具有以下特征：相對獨立性，可以針對每個設(shè)備來進(jìn)行單獨的程序編寫，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外開放，工程師可以根據(jù)項目的實際情況來更改模塊的作用，從而使模塊滿足在不同場景下實現(xiàn)不同的功能；通用性，有利于實現(xiàn)不同項目之間模塊的通用，實現(xiàn)跨項目間的模塊通用，可以有效的減少每個項目在前期對于程序的開發(fā)。

2 PLC簡介

PLC即可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller，簡稱PLC)，一種具有微處理器的數(shù)字電子設(shè)備，用于自動化控制的數(shù)字邏輯控制器，可以將控制指令隨時加載存儲器內(nèi)存儲與運行?？删幊炭刂破饔蓛?nèi)部CPU，指令及數(shù)據(jù)存儲器、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，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)。

簡單一點來說，假設(shè)我們有一個設(shè)備有電機(jī)和按鈕。那邊我們希望按下按鈕時電機(jī)開啟，等再次按下按鈕時，希望電機(jī)關(guān)閉。這個功能類似于電視遙控器上按鈕的功能。要做到這一點，我們必須先編寫一個程序在計算機(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，電信號將被發(fā)送到PLC，PLC輸入將首先將此信號傳送給CPU，CPU收到信號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)場調(diào)試以及系統(tǒng)后期的維護(hù)與功能升級這五個大的階段。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，比較直觀，偏重于邏輯設(shè)計，但是梯形圖的程序?qū)懛ㄓ兄苤氐膫€人色彩，每個人的寫法不同會導(dǎo)致程序的可讀性差，這對以后程序的維護(hù)與功能升級帶來了很大的不便。因此模塊化的編程方式能把控制系統(tǒng)的設(shè)計與設(shè)備屬性的設(shè)計分割出來，各自單獨進(jìn)行。該方案編寫的程序具有較好的可讀性，便于設(shè)計、調(diào)試以及后期的維護(hù)等特點，尤其適合多人協(xié)同合作的項目。

1.1 程序模塊化設(shè)計

模塊化PLC程序的基本原理是把設(shè)備設(shè)計作為一個具有各自屬性的單體對象，把工藝流程設(shè)計為各個設(shè)備間的邏輯控制，使其形成一個點對點的連鎖關(guān)系，從而實現(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)備建立各自獨立的基本功能塊，可以稱為設(shè)計對象。其功能塊的功能包含控制對象的手自動切換、啟動停止、設(shè)備報警以及輸入輸出點的使用(如圖2)?；竟δ軌K是直接驅(qū)動硬件，控制對象是現(xiàn)場的電機(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，把所有的單個設(shè)備建立成一個有邏輯控制的整體程序，以滿足工藝流程的需求。這一部分是針對這個的工藝流程來設(shè)計的，因為單個的設(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

對于一套控制系統(tǒng)來說，其包含了多個需要控制的電機(jī)與閥門，如有3臺電機(jī)與1臺泵需要控制，那么我們需要在這個4臺設(shè)備的基本功能塊中增加1個控制程序，用來把這幾個設(shè)備實現(xiàn)聯(lián)動。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模塊之間通過中間變量來傳遞數(shù)據(jù)，各自的點號(如I點與Q點)被良好的封裝在各自的子程序中，相互之間不會干擾。

4 結(jié)束語

PLC程序模塊化的設(shè)計思路，采用計算機(jī)高級語言的編程算法，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)勢有著很好的推廣性。采取此方法后，調(diào)試時間大幅度減少，同時也給后期的系統(tǒng)維護(hù)與升級帶來了方便，具有性能良好，無安全隱患的優(yōu)點。