面向对象的编程在电动机试验监控系统中的实现

2021-03-24程立同何志平

煤矿机电 2021年1期

程立同，何志平

(中国煤炭科工集团上海有限公司，上海 200030)

0 引言

面向对象作为一种技术方法，不仅在计算机领域的高级语言编程上得到普遍应用，在工业控制领域，诸如PLC、DCS、HMI等编程中亦有广泛应用，可编程语言标准IEC 61131-3中也有针对面向对象的内容[1]。面向对象的设计思想是人们观察自然现象的一种认知模式，其基本概念是类和类的实例对象，在计算机编程中，通过抽象和归纳，可将具有共同性质的对象封装成类，而在工业控制系统中，控制对象诸如：电动机，水泵等就是很明显的控制类别，只需简单划分,即可成类。面向对象编程的开发步骤大致为：划分对象→抽象类→将类组织为层次化结构(继承和合成)→用类与实例进行设计和实现等阶段；封装、继承和多态为其主要特征[2]。

1 电动机试验系统

中煤科工集团上海检测中心的1 200 kW电动机试验台主要用于变频器及电动机的特性试验，采用电动机对拖变频回馈加载的技术方案[3]。其主电路系统构成为进线柜总受电，一路电源经开关柜、变频器驱动陪试电动机，另一路经开关柜、调压器进行试验电压调节后再通过开关柜、启动柜、试品变频器(或直接)驱动试品电动机；系统测量控制采用西门子S7-1500可编程控制器、人机交互选用工控机，整个监控系统的编程使用西门子博图集成环境[4]。

2 面向对象编程实现

以试验监控系统中的高压开关为例，分别给出PLC和HMI中面向对象的编程实现。

2.1 PLC

如图1所示，建立一个新用户数据类型(UDT)，包含高压开关所需的状态控制操作等接口参数，并添加入项目库发布为“udtHMI_HVSC_Control”类型。在博图中数据类型可在PLC和HMI间共享。

如图2所示创建新FB块，在InOut部分添加新发布“udtHMI_HVSC_Control”类型的变量，编写代码实现高压开关控制状态等逻辑，编译成功后将此FB块拽入项目库、发布为“fbHVSC_Control”类型[5]。

图2 FB块

添加“udtHMI_HVSC_Control”类型变量(UDT实例对象)，如图3所示；在功能块中调用“fbHVSC_Control”类型FB实例，如图4所示，对具体开关设备对象实现PLC控制。

图3 PLC变量

图4 FB实例调用

2.2 HMI

创建新面板，如图5所示，放置合适的控件，添加“udtHMI_HVSC_Control”数据类型的新面板属性，将面板中控件的属性、事件与新属性相应元素映射关联，编译成功后添入项目库、发布为新版本面板。

图5 面板

添加“udtHMI_HVSC_Control”类型HMI变量、与相应的PLC变量建立通信连接，如图6所示。调用面板实例、接口属性关联HMI变量，如图7所示，对具体开关设备对象实现HMI监控。

图6 HMI变量

3 系统监控效果

前文针对高压开关，采用对象封装技术，在PLC中将UDT和FB块封装为控制类，在HMI上将UDT和面板封装为视图类，创建类的实例对象在PLC中控制、在HMI上交互、UDT数据对象在HMI与PLC间交换。同样的方法，将电动机试验系统中的调压器、试品启动器、变频器、电量测量、温度测量等对象均分别在PLC、HMI中封装成相应的类，并添加到项目库，用面向对象编程，实现后的系统监控界面如图8所示。

图8视图中的各个监控对象均由类实例化创建，与系统实际设备构成相对应，可动态显示设备状态；同时，每个设备均可通过点击弹窗进行细节显示和操作(弹窗中对象也要应用类实例化)，图9所示的弹窗对象为电量测量，图10所示为试品启动柜操作。