面向對象的編程在電動機試驗監控系統中的實現

程立同，何志平

(中國煤炭科工集團 上海有限公司， 上海 200030)

0 引言

面向對象作為一種技術方法，不僅在計算機領域的高級語言編程上得到普遍應用，在工業控制領域，諸如PLC、DCS、HMI等編程中亦有廣泛應用，可編程語言標準IEC 61131-3中也有針對面向對象的內容[1]。面向對象的設計思想是人們觀察自然現象的一種認知模式，其基本概念是類和類的實例對象，在計算機編程中，通過抽象和歸納，可將具有共同性質的對象封裝成類，而在工業控制系統中，控制對象諸如：電動機，水泵等就是很明顯的控制類別，只需簡單劃分,即可成類。面向對象編程的開發步驟大致為：劃分對象→抽象類→將類組織為層次化結構(繼承和合成)→用類與實例進行設計和實現等階段；封裝、繼承和多態為其主要特征[2]。

1 電動機試驗系統

中煤科工集團上海檢測中心的1 200 kW電動機試驗臺主要用于變頻器及電動機的特性試驗，采用電動機對拖變頻回饋加載的技術方案[3]。其主電路系統構成為進線柜總受電，一路電源經開關柜、變頻器驅動陪試電動機，另一路經開關柜、調壓器進行試驗電壓調節后再通過開關柜、啟動柜、試品變頻器(或直接)驅動試品電動機；系統測量控制采用西門子S7-1500可編程控制器、人機交互選用工控機，整個監控系統的編程使用西門子博圖集成環境[4]。

2 面向對象編程實現

以試驗監控系統中的高壓開關為例，分別給出PLC和HMI中面向對象的編程實現。

2.1 PLC

如圖1所示，建立一個新用戶數據類型(UDT)，包含高壓開關所需的狀態控制操作等接口參數，并添加入項目庫發布為“udtHMI_HVSC_Control”類型。在博圖中數據類型可在PLC和HMI間共享。

如圖2所示創建新FB塊，在InOut部分添加新發布“udtHMI_HVSC_Control”類型的變量，編寫代碼實現高壓開關控制狀態等邏輯，編譯成功后將此FB塊拽入項目庫、發布為“fbHVSC_Control”類型[5]。

圖2 FB塊

添加“udtHMI_HVSC_Control”類型變量(UDT實例對象)，如圖3所示；在功能塊中調用“fbHVSC_Control”類型FB實例，如圖4所示，對具體開關設備對象實現PLC控制。

圖3 PLC變量

圖4 FB實例調用

2.2 HMI

創建新面板，如圖5所示，放置合適的控件，添加“udtHMI_HVSC_Control”數據類型的新面板屬性，將面板中控件的屬性、事件與新屬性相應元素映射關聯，編譯成功后添入項目庫、發布為新版本面板。

圖5 面板

添加“udtHMI_HVSC_Control”類型HMI變量、與相應的PLC變量建立通信連接，如圖6所示。調用面板實例、接口屬性關聯HMI變量，如圖7所示，對具體開關設備對象實現HMI監控。

圖6 HMI變量

3 系統監控效果

前文針對高壓開關，采用對象封裝技術，在PLC中將UDT和FB塊封裝為控制類，在HMI上將UDT和面板封裝為視圖類，創建類的實例對象在PLC中控制、在HMI上交互、UDT數據對象在HMI與PLC間交換。同樣的方法，將電動機試驗系統中的調壓器、試品啟動器、變頻器、電量測量、溫度測量等對象均分別在PLC、HMI中封裝成相應的類，并添加到項目庫，用面向對象編程，實現后的系統監控界面如圖8所示。

圖8視圖中的各個監控對象均由類實例化創建，與系統實際設備構成相對應，可動態顯示設備狀態；同時，每個設備均可通過點擊彈窗進行細節顯示和操作(彈窗中對象也要應用類實例化)，圖9所示的彈窗對象為電量測量，圖10所示為試品啟動柜操作。

圖9 電量測量

4 結論

該系統投入運行一年來穩定可靠，日常試驗運行結果顯示，采用面向對象編程，使PLC及HMI程序邏輯更清晰、可讀性強；依據實際控制設備對程序類對象進行封裝構建，讓用戶在界面操作上更方便；類型庫的使用，使系統維護擴展更便利、適應性和穩定性更高，同時也有利于編程風格的標準化、提高程序代碼的重用度及移植性。

圖10 啟動柜操作