基于結構化方法的二氧化碳分離控制系統軟件設計

張朝++徐正芳++曹國豪

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

【關鍵詞】PLC 結構化

1 概述

隨著計算機技術的發展，面向對象的技術不斷發展成熟，在各個領域都得到了廣泛應用。本文以某二氧化碳分離控制系統為例，克服結構化方法帶來的弊端，從而提高系統的可靠性。二氧化碳分離控制系統是整個系統的核心和大腦，而控制軟件是控制功能實現的核心，本文主要介紹整個系統控制軟件的需求分析、功能塊抽象及實現和控制軟件實現的過程。

2 系統分析

根據系統執行器狀態又可以將排氣分離控制系統主要分為：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、伺服驅動器通訊、變量采集、安全報警等七部分。按照面向對象程序設計的思想，將系統按照執行器狀態進行分類，更方便系統的分析建模，所以本文為方便設計先按照主要設備進行分析建模，然后按照四個運行階段進行系統設計。

3 塊的創建

3.1 功能塊的建立

系統內共有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，其他設備均為通用執行器，每個執行器都需要有開啟、關閉條件，作為每個執行器操作的輸入條件。在工程使用中，由于環境噪聲的影響對于設備的開啟和關閉很難進行人為判斷，為了更直觀的幫助使用者了解執行器的當前狀態，就需要設置執行器的開啟狀態判斷傳感器，所以在設計通用執行器類時增加了對執行器狀態的判斷，作為執行器的一個屬性，用于指示執行器的當前狀態，方便用戶使用，提高系統的可靠性。

3.2 封裝的實現

排氣分離控制系統選用的是西門子300系列PLC，由于西門子STEP7軟件提供數據與邏輯分離的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數據的連接。FB用來編寫類的實現，DB用來存儲對象的參數。當用FB來實現類的功能時，首先在其內部定義輸入變量和輸出變量以及臨時變量，然后用DB來實現化對象。其中DB內部的輸入、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，使用時只用設置其參數即可。程序執行過程中的DB模塊會自動調入內存并占有一定的內存區域。當多個不同的對象DB模塊同時調用執行相同的功能的FB時，其輸入輸出變量的執行結果將占用不同的內存區域。從而保證調用相同功能模塊的不同對象運行時不會產生干擾。

4 控制邏輯設計

4.1 主運行邏輯設計

按照系統運行狀態，和機組啟動運行過程，可以將整個系統分為備車階段、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，系統啟動后，首先進行軟件的初始化，對系統內所使用地址進行清零處理，以防止引入異常數據。初始化完成后系統開始進行輸入、輸出掃描刷新，同時將采集到的數據傳遞至各個進行數據的刷新，此過程如果有異常信號，按照已建立的各傳感器類的設計，將會有故障報警產生，提示相關安全信息。當系統啟動鍵按下后，控制邏輯開始啟動，自動進行備車處理，備車過程系統自動打開相關執行器，當系統內部判斷備車成功后，啟動排氣壓縮機電機，系統根據壓縮機電機的設定要求，調整轉速，直至使壓縮機進口壓力恒定在2.2Mpa，當系統停車鍵按下后，壓縮機自動停機，當壓縮機完全停轉后系統關閉冷凝水泵、潤滑油泵等相關設備。整個系統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，系統將自動轉入停車階段處理。系統活動圖如圖1。

4.2 報警處理設計

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

系統內創建功能塊FB250和數據塊DB250，分別存放報警處理過程的邏輯指令和數據，控制性執行的的每個周期都對該模塊進行調用，確保任一報警都可以可靠的觸發。

5 結論

按照結構化的思想將軟件設計完成后，裝載至硬件設備，整個排氣分離系統運行正常，性能優越，本套軟件經受了系統的耐久試驗及性能試驗的考核，證明了軟件的高可靠性。

采用結構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，可以大大減少設計者在對相同功能的設備的控制邏輯開發時間，比傳感器、電磁閥等，開發人員可以對具有相同功能的設備作為標準庫，使用時直接調用庫中的功能塊，從而使得編程風格、編程方法可以得到延續。

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

上海齊耀動力技術有限公司 上海市 201203