用AOI实现系统优化

陈少祥

摘要：该文通过泵的基本操作AOI指令对AOI指令组成、特点、构成原则的介绍，详细描述了AOI指令设计过程，并在编程的规范性和标准化做一些尝试。

关键词：AOI指令;规范性;标准化;优化

中图分类号：TP393      文献标识码：A      文章编号：1009-3044（2019）03-0225-03

Contrologix系统是管道储运公司鲁宁线SCADA系统采用的平台，系统程序由例程和子例程组成，由一个主例程调用例程和子例程来完成系统的控制逻辑;还有一部分控制逻辑在上位机中完成，如电动阀的开关停控制等，这在单机系统或许能满足控制要求，如果是在网络操作环境下，就很难满足要求了。同时例程和子例程过多，通过AOI指令编程可以减少例程和子例程的数量，也可利于编程的模块化;现在仪长复线和甬沪宁管线水击保护系统都采用同一平台，熟悉系统的编程环境，对于SCADA系统的维护和改造，保障系统正常运行，对于输油生产正常运行具有重要的意义，同时希望在编程的标准化和规范化上做一些尝试。

1 AOI指令组成及特点

AOI指令是用户自定义指令，原英文名称是Add_On_Instruction，简称AOI，是用户自己创建的指令，就像UNITYPro中的自定义功能块一样，可以像子例程一样被反复调用，并带入带出用户自定义的参数，利用导入导出的方法，可以在多个项目中移植使用同一条AOI指令，AOI指令可以用标准的编程语言梯形图、功能块和结构文本语言来编写，定义好的AOI指令可以在定义另一个AOI指令时引用，也可以被任意形式的例程引用，这些特点使得在系统的标准化，模块化设计系统具有重要的意义，给系统的维护也带来很大好处。【1】

2 AOI指令组成的原则

2.1 设备类组成AOI指令

输油泵是输油生产的主要设备，以输油泵为对象可以编写一个AOI指令，指令内包含设备的各种操作，如手动启泵、手动停泵、逻辑启泵、逻辑停泵，用于所有输油泵操作的程序设计;电动阀的开、关、停可以构成一个电动阀类AOI指令;炉的启停也可以构成一个炉类AOI指令。

2.2 重复性的功能可以组织成AOI指令类

泵的参数一级报警和参数二级停车报警，是所有输油泵都要涉及的保护功能，它们的功能相似，可以构成1个参数一级报警的AOI指令和一个参数二级停车AOI指令用于所有输油泵报警程序设计。

一些操作虽然功能单一，如顺序启泵、顺序停泵，编程的技巧很高，为实现程序的保护，也可制作AOI指令，AOI指令可以加密，通过加密，实现对知识产权的保护。

2.3 指令的大小要合适，以完成一定的功能为目的

指令的编写以完成一定的功能为目的，不宜过大，否则，传递的参数过多，也易出现差错，结构不清晰，应根据需完成的功能，适当划分指令的大小。

3 AOI指令设计

下面以输油泵为对象制作一个泵类的AOI指令。

3.1 指令具有的功能

泵的操作是输油生产的基本操作，功能完善的泵类AOI指令，对于输油生产的自动化，减轻工人劳动强度具有重大意义，它的功能主要有：手动启泵、手动停泵、紧急停泵、逻辑启泵、逻辑停泵。

3.2 指令的工艺操作流程

工艺操作流程一般根据工艺的要求由工艺部门提供，下面是泵操作的基本流程。

⑴手动启泵流程：初始条件（泵处于远控、无故障、无报警、停止状态）;发出启泵命令，判断泵运行;启泵完成，命令复位。

⑵手动停泵流程：初始条件（泵处于远控、运行状态）;发出停泵指令，判断泵停止;停泵完成，命令复位。

⑶紧急停泵流程：紧急停泵和手动停泵操作流程相同，只是不需判断停泵的初始状态，在紧急情况下，在上位机上按下紧急停泵按钮，发出紧急停泵命令后，一定时延后，命令复位。

⑷逻辑停泵流程：初始条件（泵出口阀远控、无故障;泵运行、远控、无故障）;逻辑停泵命令发出，判断泵是否运行，泵没运行，命令2S后复位;泵运行，关泵出口阀至10%阀位（阀门开度画面上可以人工修改设定），停泵，关泵出口阀至全关;停泵完成，命令复位（停泵后，画面上应人工设定泵的“备用”或“检修”状态）。

⑸逻辑启泵流程：初始条件（泵入口压力正常，泵无报警、无跳闸报警;泵入口阀远控、无故障;出口阀远控、无故障、全关位;排空阀无故障、全关位;泵备用），启泵命令发出，判断泵入口阀是否全开，没全开，开泵入口阀;泵入口阀全开，开排空阀，排空阀全开，延时10S（延时时间画面可人工修改设定），关泵排空阀，开泵出口阀至10%阀位（阀门开度画面上可以人工修改设定），启泵运行，判断泵进出压力达到设定值或延时20S（延时时间画面可人工修改设定），开泵出口阀至全开，启泵完成，命令复位。

3.3 指令的概念设计

根据指令的功能及工艺操作流程分析，可以确定4个实体對象，分别是泵、进口阀、出口阀、排空阀;实体属性为（状态、响应，设置，命令）。

3.4泵属性（状态、响应，设置，命令）

⑴状态属性：对象实际可以采集到的状态;为满足安全和规范操作要求人为设置的状态;操作过程必要提示的信息状态。按以上原则泵的状态参数有：泵的远程/就地状态、故障状态、运行或停止状态、备用状态、检修状态、保护报警状态、跳闸报警状态、逻辑启动条件满足、逻辑停泵条件满足、手动启泵成功、手动启泵失败、逻辑启泵成功、逻辑启泵失败、逻辑停泵成功、逻辑停泵失败、紧急停泵成功、紧急停泵失败。泵的远程/就地状态、故障状态、运行或停止状态，是可以采集到状态，备用和检修状态是通过上位机设置的状态，备用状态表示泵满足启泵条件，检修状态表示泵现在不能操作，同时有些系统在检修状态表示各种保护处于摘除状态;保护报警状态和跳闸报警状态是有些参数超限而产生的状态，目的是保护泵安全。手动启泵成功、手动启泵失败、逻辑启泵成功、逻辑启泵失败等是必要提示的信息。

⑵响应属性：指令发出后产生的动作，有启泵输出;停泵输出;急停输出。

⑶设置属性：指令执行时设定的条件，有泵入口压力、泵出口压力、泵的出入口压差、泵延时等。

⑷命令属性：操作的具体指令，即手动启泵、手动停泵、逻辑启泵、逻辑停泵、紧急停泵、备用、检修等。

3.5进口阀（状态、响应，设置，命令）

进口阀的状态属性有：远程/就地、全开位、全关位、中间位、故障状态、正常、异常。响应属性有：自动开阀、自动关阀、自动停阀;命令属性有：自动开阀、自动关阀、自动停阀;设置属性无。

3.6出口阀（状态、响应，设置，命令）

出口阀的状态属性：远程/就地、全开位、全关位、中间位、故障状态、正常、异常。响应特性：自动开阀、自动关阀、自动停阀;设置属性：阀门开度设置;命令属性：自动开阀、自动关阀、自动停阀;出口阀需要指定阀门开度，有的电动阀有开到指定阀位的指令（如仪长线），有的只有开阀、关阀、停阀指令（鲁宁线），需要通过编程解决，本例以鲁宁阀门为例。

3.7排空阀（状态、响应，设置，命令）

排空阀的状态属性有：全开位、全关位、中间位、故障位。响应属性：开阀、关阀;设置属性：排空延时。命令属性：自動开阀、自动关阀。不同排空阀操作方式不同，鲁宁线实际是一个电磁阀，电磁阀得电开阀，失电关阀。参数确定也不是一成不变的，在本例中进出阀及排空阀的命令属性没用到，系统直接作用于DO模块输出。

4 AOI指令的具体设计

AOI指令主要包括参数的定义及逻辑实现，参数的定义包括输入输出参数的定义;输入参数的定义;输出参数的定义;本地参数的定义;逻辑实现是指令的具体实现，可以用标准的编程语言如梯形图、功能块图和结构文本实现。下面以泵的基本操作的AOI指令说明AOI指令具体制作过程。

4.1 参数的定义

⑴输入输出参数（Inout），对象的状态属性及命令属性可以定义为输入输出参数，它们一般是位指令，定义如下：Bump_Command数据类型INT，包括泵的各种命令：手动启泵命令、手动停泵命令、逻辑启泵命令、逻辑停泵命令、泵的急停命令、检修命令、备用命令;Bump_stat数据类型DINT，包括泵的各种状态：运行状态、故障状态、远程/就地状态、检修状态、备用状态、保护报警状态、跳闸报警状态、手动启泵成功、手动启泵失败、手动停泵成功、手动停泵失败、逻辑启泵成功、逻辑启泵失败、逻辑停泵成功、逻辑停泵失败、逻辑启动条件满足、逻辑停泵条件满足;PK_stat数据类型INT，包括排空阀的各种状态：全开位、全关位、中间位、故障位;IN_Valve_stat数据类型INT，包括入口阀的各种状态：远程/就地、全开位、全关位、中间位、故障位;Out_Valve_stat数据类型INT，包括出口阀的各种状态：远程/就地、全开位、全关位、中间位、故障位。

⑵输入参数（INPUT），对象的设置属性可定义为输入参数，包括泵入口和出口压力及差压设置，中间阀位的设置、排空阀延时的设置、泵延时时间设置等，设置参数一般由上位机设置。

⑶输出参数（OUTPUT），对象的响应属性可定义为输出参数，包括启泵输出、停泵输出、泵急停输出、自动开阀输出、自动关阀输出、自动停阀输出、排空阀开关输出等。这些参数一般和DO模块输出对应。

⑷本地参数（Local）完成程序逻辑功能的一些中间变量，可以在逻辑实现中定义。

4.2 AOI指令逻辑实现

指令实现主要利用了鲁宁线下位机的一些例程，并对它进行规范化和优化，用梯形图编程完成AOI指令的制作，减少了例程的数量，不同输油泵的启停泵操作通过AOI带入不同泵的输入输出参数及可完成，程序看起来简洁明了，调试方便。指令具备了泵的手动启泵、手动停泵、逻辑启泵、逻辑停泵，泵的急停操作;指令中Control[2]参数中保存了逻辑启泵和逻辑停泵的正确时序，在泵的启泵和停泵逻辑完成或失败的一定时间内，自动复位，使得指令恢复到初始状态，等待接收下一个操作指令的到来，否则会出现不可预知的结果，逻辑启泵时：control[0].0开入口阀，control[0].6排空延时为0时不开排空阀，control[0].1排空延时不为0时开排空阀，control[0].2为排空延时时间到，control[0].3开出口阀到指定的阀位，control[0].4出口阀的中间位，control[0].5出口阀的中间位到全开;逻辑停泵时：control[1].0关出口阀到中间位，control[1].1出口阀中间位状态（停出口阀），control[1].2从中间位开始关出口阀。

5 指令的引用

AOI指令制作完成后，就可以将指令具体的运用于各台具体的输油泵，指令的引用既可放在主例程中，也可单独放在例程中然后在主例程中引用，下面以7#泵为例讲解指令的引用过程（如右图），在ControlierTags中定义如下参数标签，N7：数据类型Int，7#泵的命令字;N8：数据类型Dint，7#泵状态字;N9：数据类型Int，7#泵的入口阀状态字;N10：数据类型Int，7#泵的出口阀状态字;N11：数据类型Int，7#泵的排空阀状态字;在指令引用例程中，将泵的各种命令通过梯形图逻辑传递给N7，将PLC模块实时采集的状态数据分别传递给N8、N9、N10、N11;其他参数利用原程序的定义参数如：Axo_pk对应的是HS12907C，是自动开排空阀;Axo_in_valve对应的是HS12102_1C_O，是自动开泵入口阀;Bump_R对应的是HS12907C_R，是泵的启动输出，具体对应的参数如左图所示，通过参数传递完成7#泵操作编程，各种操作的结果及状态数据通过上位机的数据采集，在上位机上实时显示。操作人员通过上位机可以实时了解指令执行的情况，有利于故障的诊断，方便操作人员迅速确定故障的部位，采取相应应对措施。

6 结语

通过引入AOI指令，可以简化系统程序的编辑，有利于编程的标准化和规范化，减少参数传递的差错率，优化系统的编程，减少编程的工作量，是值得推广的编程方法。通过AOI指令的编程实践，使得我对RSLOGIX5000编程有了一定的了解，对如何编写PLC程序有了一定的认识，对于维护SCADA系统有了进一步的认识，对保障输油生产安全可靠的运行具有信心，由于经验不足，可能会出现一些差错，望请批评指正。

参考文献：

[1] 邓李.ControlLogix系统实用手册[M].北京：机械工业出版社，2013：312.

[2] 钱晓龙.ControlLogix系统组态与编程-现代控制工程设计[M].北京：机械工业出版社，2013：267-268.

【通联编辑：光文玲】