造紙機PLC程序結構化優(yōu)化設計

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摘要:對于工程實踐中造紙機plc控制程序設計效率與通用性比較低的問題，提出了使用軟件工程方法的造紙機PLC程序結構化的優(yōu)化。對造紙機傳動控制特點進行分析，使用結構化的方法實現(xiàn)需求分析與程序設計。通過實踐表示，造紙機PLC程序結構化設計可行，能夠使程序設計的通用性與效率得到提高。

關鍵詞:造紙機;PLC程序優(yōu)化;PLC結構化

引言

目前，造紙機正在朝著高速化、大型化的方向發(fā)展，可編程邏輯控制器(PLC)被廣泛應用到造紙機傳動控制系統(tǒng)中，PLC程序設計也備受重視。在造紙機控制功能更加全面、通信功能和數(shù)據(jù)處理量不斷增加的過程中，PLC程序設計的難度也在不斷的增加。人們希望PLC程序具備較強通用性與可讀性，便于造紙機PLC控制系統(tǒng)后期的升級、維護和改造［1］。傳統(tǒng)PLC程序設計方法已經(jīng)無法滿足人們需求，以此本文對于造紙機工藝控制需求，基于面向對象方法實現(xiàn)造紙機PLC控制系統(tǒng)的程序設計，使程序復用性、可讀性得到提高。

1造紙機PLC程序結構化的設計

結構化為軟件工程中成熟、基礎且使用最為廣泛的設計方法，能夠在造紙機PLC程序設計中使用。結構化方法思想為從頂?shù)较聦崿F(xiàn)功能抽象與分解，逐漸求精。其基于需求分析，包括詳細設計與總體設計兩個節(jié)點?？傮w設計主要目的就是實現(xiàn)程序整體結構設計，比如具體功能、層次功能和外部、模塊的接口的設計。詳細設計要求實現(xiàn)所有功能實現(xiàn)過程，包括數(shù)據(jù)變量類型、算法設計、存儲地址分配等。結構化設計使用模塊化、求精、抽象的概念，使復雜系統(tǒng)功能劃分成為多個子功能模塊，此模塊只能夠實現(xiàn)一個功能，利用簡單接口實現(xiàn)外部信息交互，最后使用一定方式組織模塊，實現(xiàn)軟件控制功能。結構化方式一般都是使用樹狀結構圖對各模塊組織方式進行描述，圖1為程序結構主模塊。圖1中的A模塊為程序主模塊，其他模塊為從屬模塊;2層中的模塊為B子模塊的從屬模塊。在程序運行過程中，各個模塊根據(jù)從屬模塊的調用，直到最底層。結構設計指的是各模塊創(chuàng)建數(shù)據(jù)輸出、輸入通道，使程序運行過程中信息交換問題得到解決，從而實現(xiàn)完整、連續(xù)的控制功能。結構化設計方法利用結構圖將軟件功能與各個功能模塊調用關系進行描述;分層與模塊化組織方式能夠簡化復雜問題，方便多人協(xié)同的工作，能夠使程序設計難度得到降低［2］。

2造紙機PLC程序結構化的優(yōu)化

2.1控制電路設計

圖2為系統(tǒng)控制的電路，PLC輸入指的是操作控制，各輥外絕緣位移檢測傳感器輸入信號，張緊裝置狀態(tài)的檢測信號;PLC輸出指的是各輥運轉故障的報警，RS485能夠實現(xiàn)變頻器通信，控制變頻器;變頻器能夠為各變頻器實現(xiàn)從站地址的分配，RS485串行接口波特率設置為9600，頻率分辨率設置為0.01Hz。

2.2通訊設計

本文通訊程序在設計過程中要求實現(xiàn)紙機傳動，主要包括通訊子程序與控制程序。由于不間斷的同步運行通信，所以就要實現(xiàn)通信控制。在設計程序過程中，通訊控制在一個掃描周期中的通訊動作為一個，比如讀、寫程序、度電流轉矩等。開展多周期通訊循環(huán)，基于控制和通訊實時同步的獨立運行［3］。

2.3控制

利用一臺交流電機實現(xiàn)造紙機中傳動點的拖動，利用全數(shù)字變頻調速裝置實現(xiàn)交流電動機的驅動，并且還能夠實現(xiàn)閉環(huán)控制。利用PLC全數(shù)字速度鏈能夠控制系統(tǒng)，在每個操作臺中設置相應傳動點，分別為速度減少、爬行、增加、緊紙等操作按鈕，并且處理操作信號，利用通訊方式對相應變頻器實現(xiàn)各傳動點速度值的發(fā)送。加速控制指的是將一個加速增量應用到原本速度中，造紙機傳動系統(tǒng)在實際控制過程中基于系統(tǒng)運行性能、系統(tǒng)安全性等原因，有效設置傳動電動機速度的最高上線速度，主節(jié)點中的最高運行程序運行在最高上限速度中［4］，圖3為程序設置的流程圖。減速控制是指原本的速度加減增量得到增加，造紙機傳動系統(tǒng)在實際控制過程中由于運動性能與系統(tǒng)安全性能夠設置最低下限速度，假如使減速分量得到降低，速度設置要小于最低下限運行速度，從而危害到系統(tǒng)的安全。所以，在實際控制過程中，主節(jié)點最低運行速度只能夠運行在最低下限速度中。因為造紙機傳動過程會出現(xiàn)段紙重新引紙的情況，會使兩個傳動點紙帶出現(xiàn)松弛的情況，影響了產(chǎn)品的質量。所以，在緊紙控制過程中要重新的卷起紙帶松弛的部分，并且調整紙帶進度，對緊紙進行有效的控制。通過緊紙按鈕和壓下過程接通，能夠加速緊紙。這個時候不會改變緊紙的節(jié)點速度，通過緊紙使松弛紙帶加速卷起，將緊紙按鈕釋放，降低緊紙節(jié)點速度，使速度能夠正常［5］。圖4為緊紙控制過程中節(jié)點速度的流程。

2.4速度鏈和速度跟蹤

在造紙機械控制過程中，各電機速度同步與速度跟蹤尤為重要，如何對此環(huán)節(jié)進行處理，和造紙生產(chǎn)效率與操作便捷性相關。在造紙過程中，各電機要保證嚴格的同步，相臨兩個傳動點紙張如果過緊或者過松就會導致紙張斷裂或者起褶皺，但是在造紙機械運轉過程中驅動電線速度并不是絕對一致，通過網(wǎng)部開始到壓榨速度也在不斷的加快，通過烘干部開始，因為紙張在不斷的干燥、加熱和收縮，所以紙速度在持續(xù)降低。描述紙機各驅動電相互速度關系數(shù)字為速度鏈。每臺電機原始速度設置為:公式中Ni的第i臺電機設置的速度，S指的是紙機造紙的速度，Ki指的是第i臺電機拖動輥直徑，Φi指的是第i臺電機相配減速機直徑。假如使Pi=Ni－1/Ni，使P1=1，那么造紙速度鏈表示為:在造紙過程中，速度鏈并不是不發(fā)生改變的，其和紙漿濃度、紙張種類都具有密切關系。良好速度鏈要基于簡單操作中創(chuàng)建，并且在操作員調整其中某設備速度過程中或者整體車速過程中，其不被調整設備要保持和相臨設備速度比，此功能為跟蹤功能。使用跟蹤功能便于操作人員，比如之前老式紙機在濕部中要提高速度的時候，后面部位要人工調整速度，此操作的工作強度比較大，并且生產(chǎn)速度不能夠過快。在跟蹤功能之后，紙機某段速度的調整不需要考慮其他部分，其他設備都要根據(jù)速度鏈進行自動變化。在某個部位因為人工調整速度設置值出現(xiàn)改變的時候，其Ni會出現(xiàn)改變，相應Pi也就會出現(xiàn)改變。使改變之后的數(shù)值重新植入速度鏈尤為重要，在首次使用跟蹤速度過程中，PLC給出每個控制點線速度完全一致，要人工調整每個點。但是，使用次數(shù)不斷增加過程中，要調整數(shù)據(jù)就會不斷的降低，分別存儲不同生產(chǎn)工藝與材料造紙數(shù)據(jù)鏈，從而提高生產(chǎn)效率。

2.5軟件程序設計

在軟件工程設計過程中，分布進行軟件設計與代碼編寫。軟件使軟件全部功能、地質分配等信息利用圖形、文字進行表示，都是通過文檔的方式實現(xiàn);編碼為翻譯過程，也就是軟件功能文字說明編程工具語言進行描述。首先，實現(xiàn)總體設計。使整體系統(tǒng)控制劃分成為每個傳動點控制，使傳動點控制細化成為每個具體功能控制，圖5為紙機程序結構。主組織塊OBI指的是主控制層，1層指的是設備層，模塊FC1-FC8指的是相應傳動點，其中所有模塊都具備傳動點全部控制功能。在運行程序過程中，OBI利用依次調整塊實現(xiàn)整機控制。2層指的是功能層，此層中的每個塊和此塊調用，實現(xiàn)整機控制。以需求分析，2層功能塊指的是通信、運行控制、數(shù)據(jù)顯示或者給定、速度鏈、負荷分配，此塊被1層中的各個傳動點以自身控制需求進行調用，比如在負荷分配組中傳動點大缸與壓榨對功能塊進行調用，其他傳動點對FC11-FC14進行調用。另外，就是詳細設計。實現(xiàn)各個功能塊FC11-FC15設計，從而設計實現(xiàn)的過程。因為此塊在整體程序中調用任何傳動點，在編寫程序語句過程中，對于指定參數(shù)，利用使用方式參數(shù)，實際參數(shù)利用接口設計調用傳動點給定。結構化方法能夠使造紙機傳動控制程序具備搭積木設計方式，功能層塊為設計程序的基礎，其決定系統(tǒng)控制功能的完善性。在使用實際工程中，與各種類型紙機控制功能進行完善，以此為功能層創(chuàng)建完善功能庫。在程序設計過程中，只需要對相應功能塊的調用，并且實現(xiàn)接口參數(shù)的設置［6］。

3結論

本文實現(xiàn)造紙機傳動系統(tǒng)PLC程序的設計，實現(xiàn)系統(tǒng)的抽象和封裝，對系統(tǒng)結構和功能進行描述。在程序實現(xiàn)的過程中，此PLC程序的方法能夠使編程效率得到提高，并且使造紙機系統(tǒng)程序方便與閱讀，對于造紙機控制系統(tǒng)生產(chǎn)與維護具有一定指導與借鑒價值。

參考文獻

［1］崔繼仁，張艷麗，肖雪飛，等.PLC在造紙廢水處理SBR工藝中的應用［J］．中國管理信息化，2017，20(7):146-149．

［2］尹爽.PLC自動化控制系統(tǒng)優(yōu)化設計［J］．電子技術與軟件工程，2017，12(12):147．

［3］彭定文.某型號傳統(tǒng)拉絲機的優(yōu)化設計與研究［J］．裝備制造技術，2018，15(4):85-86．

［4］常天佑，魏強，耿洋洋.基于狀態(tài)轉換的PLC程序模型構建方法［J］．計算機應用，2017，19(12):3574-3580．

［5］何智恒，戴毅，柴欣生.基于多變量的紙張相似性聚類分析程序與界面的設計［J］．造紙科學與技術，2019，38(3):14-23．

［6］趙東明.紙機施膠機傳動控制的優(yōu)化［J］．中國設備工程，2018，37(9):52-53．

作者：王麗君 單位：西安航空職業(yè)技術學院