造纸机PLC程序结构化优化设计

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摘要:对于工程实践中造纸机plc控制程序设计效率与通用性比较低的问题，提出了使用软件工程方法的造纸机PLC程序结构化的优化。对造纸机传动控制特点进行分析，使用结构化的方法实现需求分析与程序设计。通过实践表示，造纸机PLC程序结构化设计可行，能够使程序设计的通用性与效率得到提高。

关键词:造纸机;PLC程序优化;PLC结构化

引言

目前，造纸机正在朝着高速化、大型化的方向发展，可编程逻辑控制器(PLC)被广泛应用到造纸机传动控制系统中，PLC程序设计也备受重视。在造纸机控制功能更加全面、通信功能和数据处理量不断增加的过程中，PLC程序设计的难度也在不断的增加。人们希望PLC程序具备较强通用性与可读性，便于造纸机PLC控制系统后期的升级、维护和改造［1］。传统PLC程序设计方法已经无法满足人们需求，以此本文对于造纸机工艺控制需求，基于面向对象方法实现造纸机PLC控制系统的程序设计，使程序复用性、可读性得到提高。

1造纸机PLC程序结构化的设计

结构化为软件工程中成熟、基础且使用最为广泛的设计方法，能够在造纸机PLC程序设计中使用。结构化方法思想为从顶到下实现功能抽象与分解，逐渐求精。其基于需求分析，包括详细设计与总体设计两个节点。总体设计主要目的就是实现程序整体结构设计，比如具体功能、层次功能和外部、模块的接口的设计。详细设计要求实现所有功能实现过程，包括数据变量类型、算法设计、存储地址分配等。结构化设计使用模块化、求精、抽象的概念，使复杂系统功能划分成为多个子功能模块，此模块只能够实现一个功能，利用简单接口实现外部信息交互，最后使用一定方式组织模块，实现软件控制功能。结构化方式一般都是使用树状结构图对各模块组织方式进行描述，图1为程序结构主模块。图1中的A模块为程序主模块，其他模块为从属模块;2层中的模块为B子模块的从属模块。在程序运行过程中，各个模块根据从属模块的调用，直到最底层。结构设计指的是各模块创建数据输出、输入通道，使程序运行过程中信息交换问题得到解决，从而实现完整、连续的控制功能。结构化设计方法利用结构图将软件功能与各个功能模块调用关系进行描述;分层与模块化组织方式能够简化复杂问题，方便多人协同的工作，能够使程序设计难度得到降低［2］。

2造纸机PLC程序结构化的优化

2.1控制电路设计

图2为系统控制的电路，PLC输入指的是操作控制，各辊外绝缘位移检测传感器输入信号，张紧装置状态的检测信号;PLC输出指的是各辊运转故障的报警，RS485能够实现变频器通信，控制变频器;变频器能够为各变频器实现从站地址的分配，RS485串行接口波特率设置为9600，频率分辨率设置为0.01Hz。

2.2通讯设计

本文通讯程序在设计过程中要求实现纸机传动，主要包括通讯子程序与控制程序。由于不间断的同步运行通信，所以就要实现通信控制。在设计程序过程中，通讯控制在一个扫描周期中的通讯动作为一个，比如读、写程序、度电流转矩等。开展多周期通讯循环，基于控制和通讯实时同步的独立运行［3］。

2.3控制

利用一台交流电机实现造纸机中传动点的拖动，利用全数字变频调速装置实现交流电动机的驱动，并且还能够实现闭环控制。利用PLC全数字速度链能够控制系统，在每个操作台中设置相应传动点，分别为速度减少、爬行、增加、紧纸等操作按钮，并且处理操作信号，利用通讯方式对相应变频器实现各传动点速度值的发送。加速控制指的是将一个加速增量应用到原本速度中，造纸机传动系统在实际控制过程中基于系统运行性能、系统安全性等原因，有效设置传动电动机速度的最高上线速度，主节点中的最高运行程序运行在最高上限速度中［4］，图3为程序设置的流程图。减速控制是指原本的速度加减增量得到增加，造纸机传动系统在实际控制过程中由于运动性能与系统安全性能够设置最低下限速度，假如使减速分量得到降低，速度设置要小于最低下限运行速度，从而危害到系统的安全。所以，在实际控制过程中，主节点最低运行速度只能够运行在最低下限速度中。因为造纸机传动过程会出现段纸重新引纸的情况，会使两个传动点纸带出现松弛的情况，影响了产品的质量。所以，在紧纸控制过程中要重新的卷起纸带松弛的部分，并且调整纸带进度，对紧纸进行有效的控制。通过紧纸按钮和压下过程接通，能够加速紧纸。这个时候不会改变紧纸的节点速度，通过紧纸使松弛纸带加速卷起，将紧纸按钮释放，降低紧纸节点速度，使速度能够正常［5］。图4为紧纸控制过程中节点速度的流程。

2.4速度链和速度跟踪

在造纸机械控制过程中，各电机速度同步与速度跟踪尤为重要，如何对此环节进行处理，和造纸生产效率与操作便捷性相关。在造纸过程中，各电机要保证严格的同步，相临两个传动点纸张如果过紧或者过松就会导致纸张断裂或者起褶皱，但是在造纸机械运转过程中驱动电线速度并不是绝对一致，通过网部开始到压榨速度也在不断的加快，通过烘干部开始，因为纸张在不断的干燥、加热和收缩，所以纸速度在持续降低。描述纸机各驱动电相互速度关系数字为速度链。每台电机原始速度设置为:公式中Ni的第i台电机设置的速度，S指的是纸机造纸的速度，Ki指的是第i台电机拖动辊直径，Φi指的是第i台电机相配减速机直径。假如使Pi=Ni－1/Ni，使P1=1，那么造纸速度链表示为:在造纸过程中，速度链并不是不发生改变的，其和纸浆浓度、纸张种类都具有密切关系。良好速度链要基于简单操作中创建，并且在操作员调整其中某设备速度过程中或者整体车速过程中，其不被调整设备要保持和相临设备速度比，此功能为跟踪功能。使用跟踪功能便于操作人员，比如之前老式纸机在湿部中要提高速度的时候，后面部位要人工调整速度，此操作的工作强度比较大，并且生产速度不能够过快。在跟踪功能之后，纸机某段速度的调整不需要考虑其他部分，其他设备都要根据速度链进行自动变化。在某个部位因为人工调整速度设置值出现改变的时候，其Ni会出现改变，相应Pi也就会出现改变。使改变之后的数值重新植入速度链尤为重要，在首次使用跟踪速度过程中，PLC给出每个控制点线速度完全一致，要人工调整每个点。但是，使用次数不断增加过程中，要调整数据就会不断的降低，分别存储不同生产工艺与材料造纸数据链，从而提高生产效率。

2.5软件程序设计

在软件工程设计过程中，分布进行软件设计与代码编写。软件使软件全部功能、地质分配等信息利用图形、文字进行表示，都是通过文档的方式实现;编码为翻译过程，也就是软件功能文字说明编程工具语言进行描述。首先，实现总体设计。使整体系统控制划分成为每个传动点控制，使传动点控制细化成为每个具体功能控制，图5为纸机程序结构。主组织块OBI指的是主控制层，1层指的是设备层，模块FC1-FC8指的是相应传动点，其中所有模块都具备传动点全部控制功能。在运行程序过程中，OBI利用依次调整块实现整机控制。2层指的是功能层，此层中的每个块和此块调用，实现整机控制。以需求分析，2层功能块指的是通信、运行控制、数据显示或者给定、速度链、负荷分配，此块被1层中的各个传动点以自身控制需求进行调用，比如在负荷分配组中传动点大缸与压榨对功能块进行调用，其他传动点对FC11-FC14进行调用。另外，就是详细设计。实现各个功能块FC11-FC15设计，从而设计实现的过程。因为此块在整体程序中调用任何传动点，在编写程序语句过程中，对于指定参数，利用使用方式参数，实际参数利用接口设计调用传动点给定。结构化方法能够使造纸机传动控制程序具备搭积木设计方式，功能层块为设计程序的基础，其决定系统控制功能的完善性。在使用实际工程中，与各种类型纸机控制功能进行完善，以此为功能层创建完善功能库。在程序设计过程中，只需要对相应功能块的调用，并且实现接口参数的设置［6］。

3结论

本文实现造纸机传动系统PLC程序的设计，实现系统的抽象和封装，对系统结构和功能进行描述。在程序实现的过程中，此PLC程序的方法能够使编程效率得到提高，并且使造纸机系统程序方便与阅读，对于造纸机控制系统生产与维护具有一定指导与借鉴价值。

参考文献

［1］崔继仁，张艳丽，肖雪飞，等.PLC在造纸废水处理SBR工艺中的应用［J］．中国管理信息化，2017，20(7):146-149．

［2］尹爽.PLC自动化控制系统优化设计［J］．电子技术与软件工程，2017，12(12):147．

［3］彭定文.某型号传统拉丝机的优化设计与研究［J］．装备制造技术，2018，15(4):85-86．

［4］常天佑，魏强，耿洋洋.基于状态转换的PLC程序模型构建方法［J］．计算机应用，2017，19(12):3574-3580．

［5］何智恒，戴毅，柴欣生.基于多变量的纸张相似性聚类分析程序与界面的设计［J］．造纸科学与技术，2019，38(3):14-23．

［6］赵东明.纸机施胶机传动控制的优化［J］．中国设备工程，2018，37(9):52-53．

作者：王丽君 单位：西安航空职业技术学院