自動化控制系統設計方法探索

朱忠旺

摘要：隨著社會進步，經濟發展，生活水平不斷提高，所以，研究基于計算機控制技術的自動化控制系統，具有重要的現實意義。本文主要介紹自動化系統編程的經驗和方法，總結出在自動化硬件的設計到編程調試的過程中，應該注意哪些問題以及一些要求和方法，重點是試圖找到一個簡單合理快捷維護方便閱讀的現代的設計編程思想，期望能給對今后的工作有一定的幫助指導。

關鍵詞：PLC 網絡拓撲 程序標簽

中圖分類號：TM921.5 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）09-0018-01

在工業控制系統中膠帶機控制是一個主要的控制設備，在運輸控制系統中占據很大的份額，由于膠帶機的控制相當于一個單機設備的啟停控制，往往視為簡單的設備，不被人們重視，但是當多條膠帶機時，那么系統的設計就是一個非常系統的專業的工程，整個工程就需要精心的設計、施工、編程、調試，并且通過一套整體的理論規范，從而達到優質、安全、方便的設備運行。

1 系統硬件設計

系統硬件設計重點在系統的電源設計、網絡拓撲設計。

1.1 系統電源設計，要區分系統電源和信號電源，外部電源和柜內電源

系統電源指處理器電源和模塊自身需要的電源，與外部信號或其他的設備電源無關的電源，該電源一定在設計階段就設計成獨立電源，至少要有獨立的開關控制，盡可能的與外部電源區分，防止外部電源的干擾造成系統電源不穩定，系統電源設計時考慮應用UPS電源。這個問題曾經出現在燒結球團豎爐控制系統中，該系統在設計時為了省錢省事，遠程通訊模塊和外部信號電源設計為同一個電源，由于外部信號的短路導致24V電壓瞬間降低，遠程通訊模塊瞬間失電又恢復正常，造成故障判斷不清。故障恢復困難。

在外部電源設計時，每一個模塊為一個端子排，在每個端子排上設計一個外部電源單極開關，單機開關大小適當，不易過大，以免出現短路及接地時不能及時斷開，影響上級開關。

1.2 控制網絡拓撲設計

隨著通訊技術的發展，現在PLC通訊技術也是非常發大，大型名牌PLC廠家的控制系統都有雙網通訊的設計，因此，在遠程站通訊上要盡可能的選用雙網冗余的系統架構，確保控制系統的通訊可靠。現場總線敷設的路由很重要，在設計和敷設總線是時要與高壓線路分離，尤其與變頻電機的動力線分離，并做好屏蔽，確保總線不受高壓線路電磁干擾，否則會引起總線通訊不穩定，有些線路無法分開敷設總線時，應當穿管敷設，做好管線接頭處的屏蔽防護工作。

2 軟件編程設計

軟件編程設計包括下位處理器程序設計和上位計算機操作界面編程設計，下面將分別進行詳細的論述下位處理器程序設計概要：

2.1 系統設計調研

針對一個新的項目，可能是一個熟悉的對象，也可能是一個新的對象，但是都必須重新調研，熟悉設備，仔細分析每一個設備的特性，根據生產工藝要求并寫出控制功能說明書，畫出程序功能流程圖，完成后要與生產單位技術人員核對功能是否正確，與生產工藝人員及電氣技術人員充分溝通，最終達到完全掌握工藝設備的控制要求。

2.2 系統設計規劃

針對調研報告及功能流程圖、電氣設計圖紙要對系統進行設計規劃，設計規劃的主要目的是分解、組合程序設計。分解主要是將所有的成任務進行分類，抽象概括出相同的的任務，分解成數個獨立的功能塊，確定相同功能塊的編程及接口，以便將任務分配給設計組的成員分別完成。組合就是將功能塊（子程序）根據不同的任務有機的組裝成一個任務程序。

2.3 程序標簽規范設計

最新的PLC程序設計已經接近高級語言設計，大量的使用標簽（相當于高級語言中的變量），即使使用硬件IO地址也有符號變量或注釋，在設計之初應首選標簽或符號變量編程，這樣編寫成程序可讀性強，易于以后維護。因此標簽變量的命名規則我認為非常重要，命名規則的目的是見名知意。根據編程經驗，命名規則一般使用設備的使用范圍由大范圍_小范圍（_大范圍_小范圍）_屬性等結構來命名。

2.4 程序子程序模塊化設計與程序集中調度

根據程序設計采用模塊化、積木式設計原則，首先是劃分任務，根據相關性原則，將互相有關聯的設備列為一類作為一個子程序，將具有相同的屬性和功能的設備分為一類，作為一個功能塊，比如閥類、泵、風機等，功能塊必須要進行反復的測試，確認合格后方可應用，作為一個成熟的功能塊庫備用。

2.5 控制功能測試

控制功能測試是一個重要的環節，分每個單體功能測試和任務程序測試，設備安全啟停功能測試，每次開發一個功能塊，一定要經過多方面測試，測試時要讓生產崗位人員和電氣等相關人員參與測試，并要他們提出各種意見，是否滿足生產要求，如果不滿足，再次修改，直到測試成功，同時要提供開發測試報告，作為技術積累為以后相同場合應用提供參考，但不能直接應用，即使應用也要進行同樣的測試過程，有些閥類、泵類、膠帶機等條件相同的應用對象的功能塊，具有相當的參考價值。

2.6 操作界簡單易懂統一圖形界面設計

上位計算機操作界面除了要考慮基本要求外，我想考慮的是，操作的界面的設計原則，我要考慮，界面一定要分系統工藝界面和控制設備的彈出界面，以及要經過確認的確認界面。趨勢界面和報警界面報表界面等，定義標簽時應該考慮統一的命名規則，可以節省時間，為將來檢查錯誤提供方便。

2.7 準備交工資料

項目調試完成后要注意總結，準備交工資料，同時也要隨時注意是否有預料不到的情況發生，隨時進行調整。最后完成項目調試報告。

3 結語

對于一個項目，不論任何大小，從接收到項目開始，必須進行充分的調研、規劃、系統分析、功能設計、形成完整的方案，必須遵循科學的系統方法，只有沿著體系才能保證程序功能完善。由于設備的選型不同，硬件設備和編程方法各異，還必須進行必要的培訓，熟悉設備的性能和編程軟件的特點，制定相應的設計規范等，設計規范經審核各方滿意后方可進行設計編程。才可以設計出健壯的、可擴展的、可讀性、可維護性較強的控制系統程序。

參考文獻

[1]孔凡才.自動控制原理與系統[M].機械工業出版社，1995.10.

[2]鄧李著.ControlLogix系統使用手冊[M].機械工業出版社，2008.5.