模塊化編程思想應(yīng)用于自動化程序開發(fā)及實踐

徐國主

（銅陵有色銅冠冶化分公司，安徽 銅陵 244000）

0 概述

自動化程序開發(fā)代表性的語言是梯形圖和功能塊兩種，具有方便簡單、易學(xué)易懂的特點，通過搭接梯形圖和功能塊可實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理、邏輯運算等功能，通過逐行掃描方式控制工廠現(xiàn)場設(shè)備運轉(zhuǎn)，但編程者水平不一、梯形圖或功能塊編程沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，大多數(shù)編程者過多地依賴自己的從業(yè)經(jīng)驗，編程隨意性過大，不同的編程人員難以看懂對方的程序，修改和利用別人的程序有較大困難，這種傳統(tǒng)的經(jīng)驗法不適合自動化大中型系統(tǒng)的開發(fā)。

1 模塊化

計算機高級語言（C語言、JAVA語言等）模塊化編程思想就是將一個大型的復(fù)雜的目標(biāo)任務(wù)通過精細合理地劃分成多個相對獨立又相互聯(lián)系的任務(wù)模塊，通過主程序?qū)Ω鱾€模塊（子程序）反復(fù)調(diào)用以實現(xiàn)目標(biāo)任務(wù)的功能，模塊化編程具有結(jié)構(gòu)清晰，避免重復(fù)性編程的優(yōu)點，計算機軟件開發(fā)中，模塊化是解決軟件復(fù)雜問題的手段，有助于降低軟件系統(tǒng)的復(fù)雜性，提高可靠性和可維護性，對問題求解的大量實驗進一步表明，將一個復(fù)雜的問題分解成幾個較小的問題，能夠減小解題所需要的總工作量。用數(shù)學(xué)式來表示，可以寫成：C（P1+P2）＞C(P1)+C(P2);E（P1+P2）＞E(P1)+E(P2),其中 P1，P2 系問題 P1+P2 分解而得，C為問題的復(fù)雜性，E為解題需要的工作量[1]。將計算機高級語言模塊化編程思想應(yīng)用于自動化程序開發(fā)中，不但可以彌補傳統(tǒng)自動化編程的缺陷，對于大中型自動化程序開發(fā)效率顯著提高。

以西門子PLC的STEP7-5.4編程軟件為例，將需實現(xiàn)的功能（如模擬量信號處理、調(diào)節(jié)閥控制、變頻泵控制等）封裝成FB塊（功能塊）通過背景數(shù)據(jù)庫DB進行參數(shù)和值的傳遞，每一段工序可建為一個FC塊視需要分別調(diào)用這些FB塊，如果現(xiàn)場有六十個調(diào)節(jié)閥、十臺變頻泵,只需要分別調(diào)用調(diào)節(jié)閥控制FB塊六十次、變頻泵控制FB塊十次即可，大大地減輕了編程人員的工作量，主程序分別調(diào)用各段工序FC塊，如此則程序的條理性清晰。

2 應(yīng)用

我公司年產(chǎn)120萬噸球團配套設(shè)施再生胺法脫硫工藝系統(tǒng)(已申請專利，專利號：CN102350194A)采用了模塊化編程思想的PLC程序開發(fā)，該系統(tǒng)按工藝流程(如圖1)分為：預(yù)洗滌及SO2吸收子系統(tǒng)、SO2解吸系統(tǒng)、貧胺液過濾回收系統(tǒng)組成：

2.1 預(yù)洗滌及SO2吸收子系統(tǒng)

球團尾氣由主抽風(fēng)機引入脫硫區(qū)域的噴淋塔，與噴淋塔循環(huán)泵送入的洗滌液進行劇烈的氣液兩相物質(zhì)交換和熱量交換。煙氣中的煙塵被洗滌液帶走，煙氣中少量的SO3也溶解在洗滌液中。貧胺液（未吸收SO2的胺液）由貧胺液抽出泵送入SO2吸收塔，與逆向進入的煙氣進行吸收反應(yīng)。脫除了SO2的煙氣進入脫硫尾氣煙囪達標(biāo)排放。吸收了SO2的富胺液自SO2吸收塔底經(jīng)富胺液輸送泵送去SO2解吸塔。

2.2 SO2解吸子系統(tǒng)

在SO2吸收塔中吸收了SO2的富胺液通過富胺液輸送泵，先送入貧富胺液熱交換器，與SO2解吸塔外排的高溫貧胺液進行換熱，將富胺液溫度升高到一定溫度進入SO2解吸塔，富胺液在塔內(nèi)至上而下通過填料層，它與從塔底部上升的蒸汽接觸。蒸汽提供的熱量使吸收反應(yīng)逆轉(zhuǎn)并將SO2變回到氣相（解吸工藝）。氣態(tài)的SO2被蒸汽帶著一同上升到塔頂并最后在SO2解吸塔頂部排出。解吸塔塔底再生后的高溫貧胺液冷卻后通過貧胺輸送泵送往SO2吸收塔進行SO2吸收。在貧胺液輸送管道上設(shè)有支管將少部分胺液送往胺液過濾及凈化部分

2.3 貧胺液過濾回收子系統(tǒng)

通過壓濾機設(shè)備除去胺液中富集的超細粉塵，使得SO2吸收塔及解吸塔不會因胺液的粉塵富集而堵塞填料層，造成填料塔運行阻力上升而影響系統(tǒng)的正常運行,再通過離子交換樹脂用氫氧化鈉溶液置換出胺液中富集的熱穩(wěn)定性鹽，如硫酸鹽、氯化鹽、氟化鹽等，對貧胺液進行凈化,處理后的貧胺液返回貧胺液貯罐循環(huán)使用。

綜上所述，按工藝流程劃分的三個子系統(tǒng)可編寫成三個FC（功能），其中，預(yù)洗滌與SO2吸收子系統(tǒng)、SO2解吸子系統(tǒng)調(diào)節(jié)閥控制液位、變頻泵控制流量較多，可編寫?yīng)毩⒌恼{(diào)節(jié)閥PID控制液位的FB模塊、變頻泵PID控制FB模塊、以及流量累積FB模塊,而貧胺液過濾回收子系統(tǒng)則側(cè)重切斷閥控制較多，可編寫利用8421碼思想循環(huán)有規(guī)律地控制切斷閥的FB模塊，只需要調(diào)用相應(yīng)模塊，從而有序地控制閥門的開關(guān)。再設(shè)公共的模擬信號處理FB、報警信號處理FB、聯(lián)鎖控制FB等模塊供各FC和FB塊調(diào)用。

3 結(jié)束語

計算機編程模塊化思想的核心就是將一個復(fù)雜的項目通過內(nèi)聚和耦合規(guī)則合理地分解成小的模塊，降低工程量和程序復(fù)雜度，采用自頂向下設(shè)計逐層分解,從而將一個復(fù)雜的項目分解成若干個模塊，將這種思想應(yīng)用于自動化編程，也同樣能降低梯形圖或功能塊的編程的難度，提高程序的可讀性和移植性。化工廠工藝流程中涉及到很多聯(lián)鎖、PID控制等復(fù)雜程序。采用模塊化思想對于大中型自動化系統(tǒng)程序開發(fā)顯然更加合適方便。

[1]史濟民,顧春華,李昌武,等.軟件工程-原理、方法與應(yīng)用[M].北京:高等教育出版社,2002.

[2]張博,王志信.模塊化思想在PLC系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].化工及自動化儀表,2013,03-0416-03.