基于结构化方法的二氧化碳分离控制系统软件设计

张朝++徐正芳++曹国豪

摘 要本文采用结构化思想的可编程控制器程序设计方法，以排气分离控制系统为例详细介绍了在PLC程序设计中如何构造功能块和块的封装及软件设计。最后深入地分析了结构化方法在PLC软件设计中的优越性。

【关键词】PLC 结构化

1 概述

随着计算机技术的发展，面向对象的技术不断发展成熟，在各个领域都得到了广泛应用。本文以某二氧化碳分离控制系统为例，克服结构化方法带来的弊端，从而提高系统的可靠性。二氧化碳分离控制系统是整个系统的核心和大脑，而控制软件是控制功能实现的核心，本文主要介绍整个系统控制软件的需求分析、功能块抽象及实现和控制软件实现的过程。

2 系统分析

根据系统执行器状态又可以将排气分离控制系统主要分为：气动阀控制，压缩机速度控制、润滑油泵泵的控制、冷凝水电磁阀控制、伺服驱动器通讯、变量采集、安全报警等七部分。按照面向对象程序设计的思想，将系统按照执行器状态进行分类，更方便系统的分析建模，所以本文为方便设计先按照主要设备进行分析建模，然后按照四个运行阶段进行系统设计。

3 块的创建

3.1 功能块的建立

系统内共有8支温度传感器，4个气动截止阀，2个电磁阀，2个泵，1个压缩机。温度传感器全部采用热电阻进行温度测量，所以可以将这8支温度传感器抽象为一个功能块，为使此温度传感器功能块具有通用性，设计该类具有温度采集量化功能，温度漂移修正功能，报警功能，传感器开路、短路故障诊断等功能。除去压缩机电机控制较为复杂外，其他设备均为通用执行器，每个执行器都需要有开启、关闭条件，作为每个执行器操作的输入条件。在工程使用中，由于环境噪声的影响对于设备的开启和关闭很难进行人为判断，为了更直观的帮助使用者了解执行器的当前状态，就需要设置执行器的开启状态判断传感器，所以在设计通用执行器类时增加了对执行器状态的判断，作为执行器的一个属性，用于指示执行器的当前状态，方便用户使用，提高系统的可靠性。

3.2 封装的实现

排气分离控制系统选用的是西门子300系列PLC，由于西门子STEP7软件提供数据与逻辑分离的FB、DB块的编程方式，所以通过FB和DB模块进行组合很容易实现数据的连接。FB用来编写类的实现，DB用来存储对象的参数。当用FB来实现类的功能时，首先在其内部定义输入变量和输出变量以及临时变量，然后用DB来实现化对象。其中DB内部的输入、输出变量的类型和名称与FB中定义的变量名称和类型一一对应，使用时只用设置其参数即可。程序执行过程中的DB模块会自动调入内存并占有一定的内存区域。当多个不同的对象DB模块同时调用执行相同的功能的FB时，其输入输出变量的执行结果将占用不同的内存区域。从而保证调用相同功能模块的不同对象运行时不会产生干扰。

4 控制逻辑设计

4.1 主运行逻辑设计

按照系统运行状态，和机组启动运行过程，可以将整个系统分为备车阶段、启动阶段、运行阶段和停机阶段四个阶段，控制软件就按照这个逻辑进行软件的开发，系统启动后，首先进行软件的初始化，对系统内所使用地址进行清零处理，以防止引入异常数据。初始化完成后系统开始进行输入、输出扫描刷新，同时将采集到的数据传递至各个进行数据的刷新，此过程如果有异常信号，按照已建立的各传感器类的设计，将会有故障报警产生，提示相关安全信息。当系统启动键按下后，控制逻辑开始启动，自动进行备车处理，备车过程系统自动打开相关执行器，当系统内部判断备车成功后，启动排气压缩机电机，系统根据压缩机电机的设定要求，调整转速，直至使压缩机进口压力恒定在2.2Mpa，当系统停车键按下后，压缩机自动停机，当压缩机完全停转后系统关闭冷凝水泵、润滑油泵等相关设备。整个系统运行过程中始终进行报警安全判断，任意一個二级报警触发，系统将自动转入停车阶段处理。系统活动图如图1。

4.2 报警处理设计

报警部分是整个系统的重要组成部分，为整个系统的安全可靠运行提供保障。按照需求分析本系统共有6个一级报警，7个二级报警。一级报警触发时系统发出声光报警，二级报警触发时系统发出声光报警并同时关闭压缩机转入停车阶段。各个报警的限制值、级别、延时均在创建好的传感器类内进行了设定，本部分只需接收相应的报警信号，对报警级别进行识别，同时按照不同的报警级别发出相对应的执行命令即可。

系统内创建功能块FB250和数据块DB250，分别存放报警处理过程的逻辑指令和数据，控制性执行的的每个周期都对该模块进行调用，确保任一报警都可以可靠的触发。

5 结论

按照结构化的思想将软件设计完成后，装载至硬件设备，整个排气分离系统运行正常，性能优越，本套软件经受了系统的耐久试验及性能试验的考核，证明了软件的高可靠性。

采用结构化的方法进行软件编写，便于对被控对象的理解及方便对控制思路的理解，可以大大减少设计者在对相同功能的设备的控制逻辑开发时间，比传感器、电磁阀等，开发人员可以对具有相同功能的设备作为标准库，使用时直接调用库中的功能块，从而使得编程风格、编程方法可以得到延续。

参考文献

[1]尹宏业.PLC可编程控制器教程[M].北京：航空工业出版社，1997：13-57.

[2]杨能长，张兴毅.可编程控制器PC原理及应用[M].重庆：重庆大学出版社，2006：28-79.

作者单位

上海齐耀动力技术有限公司 上海市 201203