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數(shù)字量設(shè)備控制模塊的設(shè)計(jì)分析

作者: 時(shí)間:2016-12-16 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
1 引言
  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(cè)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(cè)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(cè)、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(chǎng)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(cè)信號(hào)、物料高低位檢測(cè)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(cè)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)?。
  (3)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(cè)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;
  (5)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(cè)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;
 ?。?)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(cè)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。
  (7)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(cè)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(cè)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(jiǎn)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(jiǎn)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:

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/201612/330990.htm
  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??梢钥闯?,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)。

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