數(shù)字量設(shè)備控制模塊的設(shè)計(jì)分析
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一般來說，可以把控制系統(tǒng)劃分為三類：過程調(diào)節(jié)系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)和生產(chǎn)控制系統(tǒng)。第一種側(cè)重于回路的調(diào)節(jié)控制，往往涉及較復(fù)雜的控制算法，主要應(yīng)用于煉油等化工行業(yè);第二種側(cè)重于機(jī)械的運(yùn)動(dòng)控制，實(shí)時(shí)性和同步性較強(qiáng)，主要應(yīng)用于機(jī)械包裝行業(yè)，如啤酒罐裝生產(chǎn)過程;第三種側(cè)重于有大量獨(dú)立的檢測和控制信號(hào)，控制程序的順序性較強(qiáng)，與工藝流程結(jié)合比較緊密，啤酒釀造過程就屬于此類。這三種控制系統(tǒng)，各有各的編程側(cè)重點(diǎn)。對(duì)于生產(chǎn)控制系統(tǒng)，其編程重點(diǎn)有兩部分：一部分是設(shè)備驅(qū)動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)模塊的設(shè)計(jì)，主要針對(duì)生產(chǎn)中大量相對(duì)獨(dú)立的檢測和控制信號(hào)，通過歸類分析，設(shè)計(jì)出各類設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)處理功能塊，來實(shí)現(xiàn)這些設(shè)備的手動(dòng)/自動(dòng)開關(guān)/調(diào)節(jié)、報(bào)警檢測、模擬、忽略等控制功能，這部分設(shè)計(jì)包括各類開關(guān)量設(shè)備驅(qū)動(dòng)功能塊、連續(xù)量設(shè)備驅(qū)動(dòng)功能塊和調(diào)節(jié)回路驅(qū)動(dòng)功能塊的設(shè)計(jì);另一部分是生產(chǎn)工藝流程控制程序的設(shè)計(jì)，根據(jù)生產(chǎn)工藝流程中每一步驟的控制要求，在每個(gè)順序步中實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的控制動(dòng)作，而這些動(dòng)作命令是發(fā)送給設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)模塊，由標(biāo)準(zhǔn)模塊處理后才影響現(xiàn)場設(shè)備?？梢钥闯龅谝徊糠值脑O(shè)備驅(qū)動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)模塊設(shè)計(jì)是基礎(chǔ)，它直接管理所有的輸入/輸出設(shè)備，生產(chǎn)工藝流程控制程序必須通過他們才能發(fā)揮作用。下面就以啤酒釀造生產(chǎn)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)為例，論述開關(guān)量設(shè)備驅(qū)動(dòng)模塊的plc程序設(shè)計(jì)方法。
2 數(shù)字量設(shè)備控制模塊的設(shè)計(jì)分析
啤酒釀造生產(chǎn)涉及大量的數(shù)字量信號(hào)，如閥位檢測信號(hào)、物料高低位檢測信號(hào)、氣動(dòng)閥門開關(guān)控制信號(hào)，電機(jī)啟?？刂菩盘?hào)等，如一個(gè)年產(chǎn)20萬噸的啤酒發(fā)酵和過濾車間，其數(shù)字量設(shè)備的數(shù)量至少在千點(diǎn)以上。如何按標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的程序設(shè)計(jì)要求來編寫這些數(shù)字量設(shè)備的控制塊，使這些控制塊既能通用于啤酒釀造設(shè)備，又能提供較全面的生產(chǎn)操作功能，這些是程序設(shè)計(jì)人員在動(dòng)手寫控制程序之前需要考慮的問題。在這里，通過分析啤酒釀造生產(chǎn)控制設(shè)備的特點(diǎn)，可以根據(jù)這些設(shè)備的信號(hào)類型和操作要求，把所有數(shù)字量設(shè)備劃分成8種控制類型，從而設(shè)計(jì)出相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)控制模塊，就可以大大提高整個(gè)控制系統(tǒng)編程的效率，使控制程序具有好的可讀性和移植性。
2.1 數(shù)字量設(shè)備控制類型
根據(jù)數(shù)字量設(shè)備的輸入輸出信號(hào)特點(diǎn)，筆者把它劃分成八類：
?。?）第一種是常開輸入（io）的信號(hào)設(shè)備。該類設(shè)備只有輸入信號(hào)，沒有輸出信號(hào)，且平時(shí)的輸入信號(hào)為0。如液位的高位信號(hào)，管板上的彎管連接狀態(tài)信號(hào)等，它們正常時(shí)輸入信號(hào)都為0，等到有變化了，需要提醒或報(bào)警時(shí)才變?yōu)?。
?。?）第二種是常閉輸入（ic）的信號(hào)設(shè)備。該類設(shè)備只有輸入信號(hào)，沒有輸出信號(hào)，且平時(shí)的輸入信號(hào)為1，與第一種恰好相反。如液位的低位信號(hào)，壓力容器的關(guān)閉鍋蓋檢測信號(hào)，設(shè)備的急停信號(hào)等，它們正常時(shí)輸入信號(hào)都為1，等到有變化了，需要提醒或報(bào)警時(shí)才變?yōu)?。
?。?）第三種是單輸出（out）且不帶反饋的控制設(shè)備。該類設(shè)備有一個(gè)開關(guān)輸出信號(hào)，沒有輸入反饋信號(hào)。如電磁閥，不帶位置反饋的單驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)蝶閥等。通常輸出信號(hào)為0，對(duì)應(yīng)于設(shè)備關(guān)，為1，對(duì)應(yīng)于設(shè)備開。
?。?）第四種是單輸出（out）且?guī)?ldquo;開”反饋（io）的控制設(shè)備。該類設(shè)備有一個(gè)開關(guān)輸出信號(hào)，有開到位時(shí)的輸入反饋信號(hào)。如帶閥門開狀態(tài)檢測的單驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)蝶閥等。通常輸出信號(hào)為0，設(shè)備是關(guān)的，反饋信號(hào)為0;輸出信號(hào)為1，設(shè)備是開的，反饋信號(hào)為1;
?。?）第五種是單輸出（out）且?guī)?ldquo;關(guān)”反饋（ic）的控制設(shè)備。該類設(shè)備有一個(gè)開關(guān)輸出信號(hào)，有關(guān)到位時(shí)的輸入反饋信號(hào)。如帶閥門關(guān)狀態(tài)檢測的單驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)蝶閥等。通常輸出信號(hào)為0，設(shè)備是關(guān)的，反饋信號(hào)為1;輸出信號(hào)為1，設(shè)備是開的，反饋信號(hào)為0;
（6）第六種是單輸出（out）且?guī)ч_關(guān)雙反饋（io，ic）的控制設(shè)備。該類設(shè)備有一個(gè)開關(guān)輸出信號(hào)，有開到位和關(guān)到位兩個(gè)輸入反饋信號(hào)。如帶開到位和關(guān)到位檢測的雙驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)蝶閥等。通常輸出信號(hào)為0，對(duì)應(yīng)于設(shè)備關(guān)，為1，對(duì)應(yīng)于設(shè)備開。開到位時(shí)一個(gè)反饋信號(hào)為1，關(guān)到位時(shí)另一個(gè)反饋信號(hào)為1。
?。?）第七種是單輸出（out）且?guī)н\(yùn)行（io）和報(bào)警（ic）雙反饋的控制設(shè)備。該類設(shè)備有一個(gè)開關(guān)輸出信號(hào)，有運(yùn)行狀態(tài)和報(bào)警檢測兩個(gè)輸入反饋信號(hào)。如普通電機(jī)的開關(guān)控制等。通常輸出信號(hào)out為0，對(duì)應(yīng)于電機(jī)停止，為1，對(duì)應(yīng)于電機(jī)啟動(dòng);電機(jī)啟動(dòng)后主接觸器閉合，運(yùn)行反饋信號(hào)io輸入變?yōu)?;電機(jī)跳閘或其他故障時(shí)，報(bào)警反饋輸入信號(hào)ic為0，沒有報(bào)警時(shí)為1。
?。?）第八種是雙輸出（outl，outr）且?guī)щp運(yùn)行（iol，ior）和報(bào)警（ic）的輸入信號(hào)反饋的控制設(shè)備。該類設(shè)備有左/右轉(zhuǎn)（高/低速）兩種輸出信號(hào)，有左/右轉(zhuǎn)（高/低速）兩個(gè)運(yùn)行狀態(tài)反饋信號(hào)和報(bào)警檢測反饋信號(hào)。如左/右轉(zhuǎn)（高/低速）電機(jī)的開關(guān)控制等。通常一個(gè)輸出信號(hào)為1，對(duì)應(yīng)于電機(jī)左轉(zhuǎn)，另一個(gè)輸出信號(hào)為1，對(duì)應(yīng)于電機(jī)右轉(zhuǎn)，相應(yīng)的有兩個(gè)運(yùn)行狀態(tài)的反饋信號(hào)。電機(jī)跳閘或其他故障時(shí)，報(bào)警反饋輸入信號(hào)為0，正常時(shí)為1。
其實(shí)第八種是兩個(gè)第七種的組合控制，再加上一些輸出命令的互鎖邏輯。
2.2 數(shù)字量設(shè)備的操作菜單
上面，我們根據(jù)開關(guān)量設(shè)備的信號(hào)特點(diǎn)，把所有開關(guān)量設(shè)備歸納成八種類型?？梢钥闯鲞@些開關(guān)量設(shè)備的輸入、輸出信號(hào)較簡單，但是根據(jù)啤酒生產(chǎn)的操作要求，開關(guān)設(shè)備的操作功能要比較完善，才能提高設(shè)備操作的靈活性。下面，針對(duì)八類設(shè)備的操作特點(diǎn)，分析其相應(yīng)操作菜單條的功能：
先來看看較好理解的輸出設(shè)備的操作菜單條。
對(duì)于（3）類型單輸出不帶反饋的設(shè)備，其操作功能簡單，只有設(shè)備狀態(tài)顯示、手動(dòng)/自動(dòng)切換按鈕、開關(guān)切換按鈕等，其操作菜單如圖1所示：
說明：
open，close：指示設(shè)備當(dāng)前開關(guān)狀態(tài)，根據(jù)設(shè)備輸入信號(hào)來判斷。
auto open/close：自動(dòng)輸出值，由工藝流程控制程序運(yùn)行時(shí)賦值。
interlocked：設(shè)備鎖存位，保持設(shè)備當(dāng)前狀態(tài)，不容許操作，一般是為了安全需要。
manual/auto：自動(dòng)、手動(dòng)控制切換按鈕。
open/close：手動(dòng)開、手動(dòng)關(guān)切換按鈕。
ignore：忽略按鈕，忽略設(shè)備的反饋信號(hào)，強(qiáng)制輸入信號(hào)跟隨輸出信號(hào)變化，從而也忽略了報(bào)警。
alarm：設(shè)備報(bào)警位。
reset：報(bào)警復(fù)位按鈕。
對(duì)于（8）類型雙輸出帶雙反饋的設(shè)備，其操作菜單如圖3所示。可以看出，它是上一種類型的組合控制。
對(duì)于沒有輸出，只有輸入的（1）、（2）兩種設(shè)備的控制，為了增強(qiáng)其操作功能，參考輸出設(shè)備的控制，賦予它有自動(dòng)預(yù)置/手動(dòng)模擬的輸出功能，從而也就可以手動(dòng)改變其狀態(tài)和實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)警功能。這樣一來，這兩類設(shè)備的功能塊處理過程就幾乎與d、e、f、g類的輸出設(shè)備一樣。
?。?）、（2）兩種類型的輸入信號(hào)設(shè)備，其操作菜單如如圖4所示：
圖4說明：
on，off：指示設(shè)備當(dāng)前開關(guān)狀，on是需要提醒或報(bào)警的狀態(tài)。
preset auto：自動(dòng)預(yù)置輸出值，當(dāng)生產(chǎn)流程控制程序運(yùn)行時(shí)，步程序預(yù)置希望的信號(hào)狀態(tài)，如果輸入信號(hào)與預(yù)置值不一樣，則產(chǎn)生報(bào)警。
alarm enable：設(shè)備報(bào)警使能。（輸出信號(hào)設(shè)備也具有該功能，但沒在菜單條上提供）
simulate：自動(dòng)預(yù)置/手動(dòng)模擬切換。
preset on/of f：改變手動(dòng)模擬值。
ignore：忽略設(shè)備的反饋信號(hào)，強(qiáng)制輸入信號(hào)跟隨輸出信號(hào)變化，從而也忽略了報(bào)警。
reset：報(bào)警復(fù)位。
八種開關(guān)量設(shè)備對(duì)應(yīng)四種操作菜單，分別操作單輸出信號(hào)設(shè)備、單輸出單反饋信號(hào)設(shè)備、雙輸出雙反饋信號(hào)設(shè)備和輸入信號(hào)設(shè)備。仔細(xì)分析這些操單的操作功能，可以看出它們的操作功能是基本一致的，所以它們對(duì)應(yīng)的程序功能塊的編程處理過程也是雷同。
3 數(shù)字量設(shè)備處理功能塊的plc程序設(shè)計(jì)
通過把數(shù)字量設(shè)備劃分成八種類型，并給出相應(yīng)類型的操作菜單條，可以看出數(shù)字量設(shè)備的程序控制功能塊具有如圖5的統(tǒng)一結(jié)構(gòu)。
評(píng)論