自动化控制系统设计方法探索

朱忠旺

摘要：随着社会进步，经济发展，生活水平不断提高，所以，研究基于计算机控制技术的自动化控制系统，具有重要的现实意义。本文主要介绍自动化系统编程的经验和方法，总结出在自动化硬件的设计到编程调试的过程中，应该注意哪些问题以及一些要求和方法，重点是试图找到一个简单合理快捷维护方便阅读的现代的设计编程思想，期望能给对今后的工作有一定的帮助指导。

关键词：PLC 网络拓扑 程序标签

中图分类号：TM921.5 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）09-0018-01

在工业控制系统中胶带机控制是一个主要的控制设备，在运输控制系统中占据很大的份额，由于胶带机的控制相当于一个单机设备的启停控制，往往视为简单的设备，不被人们重视，但是当多条胶带机时，那么系统的设计就是一个非常系统的专业的工程，整个工程就需要精心的设计、施工、编程、调试，并且通过一套整体的理论规范，从而达到优质、安全、方便的设备运行。

1 系统硬件设计

系统硬件设计重点在系统的电源设计、网络拓扑设计。

1.1 系统电源设计，要区分系统电源和信号电源，外部电源和柜内电源

系统电源指处理器电源和模块自身需要的电源，与外部信号或其他的设备电源无关的电源，该电源一定在设计阶段就设计成独立电源，至少要有独立的开关控制，尽可能的与外部电源区分，防止外部电源的干扰造成系统电源不稳定，系统电源设计时考虑应用UPS电源。这个问题曾经出现在烧结球团竖炉控制系统中，该系统在设计时为了省钱省事，远程通讯模块和外部信号电源设计为同一个电源，由于外部信号的短路导致24V电压瞬间降低，远程通讯模块瞬间失电又恢复正常，造成故障判断不清。故障恢复困难。

在外部电源设计时，每一个模块为一个端子排，在每个端子排上设计一个外部电源单极开关，单机开关大小适当，不易过大，以免出现短路及接地时不能及时断开，影响上级开关。

1.2 控制网络拓扑设计

随着通讯技术的发展，现在PLC通讯技术也是非常发大，大型名牌PLC厂家的控制系统都有双网通讯的设计，因此，在远程站通讯上要尽可能的选用双网冗余的系统架构，确保控制系统的通讯可靠。现场总线敷设的路由很重要，在设计和敷设总线是时要与高压线路分离，尤其与变频电机的动力线分离，并做好屏蔽，确保总线不受高压线路电磁干扰，否则会引起总线通讯不稳定，有些线路无法分开敷设总线时，应当穿管敷设，做好管线接头处的屏蔽防护工作。

2 软件编程设计

软件编程设计包括下位处理器程序设计和上位计算机操作界面编程设计，下面将分别进行详细的论述下位处理器程序设计概要：

2.1 系统设计调研

针对一个新的项目，可能是一个熟悉的对象，也可能是一个新的对象，但是都必须重新调研，熟悉设备，仔细分析每一个设备的特性，根据生产工艺要求并写出控制功能说明书，画出程序功能流程图，完成后要与生产单位技术人员核对功能是否正确，与生产工艺人员及电气技术人员充分沟通，最终达到完全掌握工艺设备的控制要求。

2.2 系统设计规划

针对调研报告及功能流程图、电气设计图纸要对系统进行设计规划，设计规划的主要目的是分解、组合程序设计。分解主要是将所有的成任务进行分类，抽象概括出相同的的任务，分解成数个独立的功能块，确定相同功能块的编程及接口，以便将任务分配给设计组的成员分别完成。组合就是将功能块（子程序）根据不同的任务有机的组装成一个任务程序。

2.3 程序标签规范设计

最新的PLC程序设计已经接近高级语言设计，大量的使用标签（相当于高级语言中的变量），即使使用硬件IO地址也有符号变量或注释，在设计之初应首选标签或符号变量编程，这样编写成程序可读性强，易于以后维护。因此标签变量的命名规则我认为非常重要，命名规则的目的是见名知意。根据编程经验，命名规则一般使用设备的使用范围由大范围_小范围（_大范围_小范围）_属性等结构来命名。

2.4 程序子程序模块化设计与程序集中调度

根据程序设计采用模块化、积木式设计原则，首先是划分任务，根据相关性原则，将互相有关联的设备列为一类作为一个子程序，将具有相同的属性和功能的设备分为一类，作为一个功能块，比如阀类、泵、风机等，功能块必须要进行反复的测试，确认合格后方可应用，作为一个成熟的功能块库备用。

2.5 控制功能测试

控制功能测试是一个重要的环节，分每个单体功能测试和任务程序测试，设备安全启停功能测试，每次开发一个功能块，一定要经过多方面测试，测试时要让生产岗位人员和电气等相关人员参与测试，并要他们提出各种意见，是否满足生产要求，如果不满足，再次修改，直到测试成功，同时要提供开发测试报告，作为技术积累为以后相同场合应用提供参考，但不能直接应用，即使应用也要进行同样的测试过程，有些阀类、泵类、胶带机等条件相同的应用对象的功能块，具有相当的参考价值。

2.6 操作界简单易懂统一图形界面设计

上位计算机操作界面除了要考虑基本要求外，我想考虑的是，操作的界面的设计原则，我要考虑，界面一定要分系统工艺界面和控制设备的弹出界面，以及要经过确认的确认界面。趋势界面和报警界面报表界面等，定义标签时应该考虑统一的命名规则，可以节省时间，为将来检查错误提供方便。

2.7 准备交工资料

项目调试完成后要注意总结，准备交工资料，同时也要随时注意是否有预料不到的情况发生，随时进行调整。最后完成项目调试报告。

3 结语

对于一个项目，不论任何大小，从接收到项目开始，必须进行充分的调研、规划、系统分析、功能设计、形成完整的方案，必须遵循科学的系统方法，只有沿着体系才能保证程序功能完善。由于设备的选型不同，硬件设备和编程方法各异，还必须进行必要的培训，熟悉设备的性能和编程软件的特点，制定相应的设计规范等，设计规范经审核各方满意后方可进行设计编程。才可以设计出健壮的、可扩展的、可读性、可维护性较强的控制系统程序。

参考文献

[1]孔凡才.自动控制原理与系统[M].机械工业出版社，1995.10.

[2]邓李著.ControlLogix系统使用手册[M].机械工业出版社，2008.5.