模塊化編程思想應用于自動化程序開發及實踐

徐國主

（銅陵有色銅冠冶化分公司，安徽 銅陵 244000）

0 概述

自動化程序開發代表性的語言是梯形圖和功能塊兩種，具有方便簡單、易學易懂的特點，通過搭接梯形圖和功能塊可實現數據處理、邏輯運算等功能，通過逐行掃描方式控制工廠現場設備運轉，但編程者水平不一、梯形圖或功能塊編程沒有統一標準，大多數編程者過多地依賴自己的從業經驗，編程隨意性過大，不同的編程人員難以看懂對方的程序，修改和利用別人的程序有較大困難，這種傳統的經驗法不適合自動化大中型系統的開發。

1 模塊化

計算機高級語言（C語言、JAVA語言等）模塊化編程思想就是將一個大型的復雜的目標任務通過精細合理地劃分成多個相對獨立又相互聯系的任務模塊，通過主程序對各個模塊（子程序）反復調用以實現目標任務的功能，模塊化編程具有結構清晰，避免重復性編程的優點，計算機軟件開發中，模塊化是解決軟件復雜問題的手段，有助于降低軟件系統的復雜性，提高可靠性和可維護性，對問題求解的大量實驗進一步表明，將一個復雜的問題分解成幾個較小的問題，能夠減小解題所需要的總工作量。用數學式來表示，可以寫成：C（P1+P2）＞C(P1)+C(P2);E（P1+P2）＞E(P1)+E(P2),其中 P1，P2 系問題 P1+P2 分解而得，C為問題的復雜性，E為解題需要的工作量[1]。將計算機高級語言模塊化編程思想應用于自動化程序開發中，不但可以彌補傳統自動化編程的缺陷，對于大中型自動化程序開發效率顯著提高。

以西門子PLC的STEP7-5.4編程軟件為例，將需實現的功能（如模擬量信號處理、調節閥控制、變頻泵控制等）封裝成FB塊（功能塊）通過背景數據庫DB進行參數和值的傳遞，每一段工序可建為一個FC塊視需要分別調用這些FB塊，如果現場有六十個調節閥、十臺變頻泵,只需要分別調用調節閥控制FB塊六十次、變頻泵控制FB塊十次即可，大大地減輕了編程人員的工作量，主程序分別調用各段工序FC塊，如此則程序的條理性清晰。

2 應用

我公司年產120萬噸球團配套設施再生胺法脫硫工藝系統(已申請專利，專利號：CN102350194A)采用了模塊化編程思想的PLC程序開發，該系統按工藝流程(如圖1)分為：預洗滌及SO2吸收子系統、SO2解吸系統、貧胺液過濾回收系統組成：

2.1 預洗滌及SO2吸收子系統

球團尾氣由主抽風機引入脫硫區域的噴淋塔，與噴淋塔循環泵送入的洗滌液進行劇烈的氣液兩相物質交換和熱量交換。煙氣中的煙塵被洗滌液帶走，煙氣中少量的SO3也溶解在洗滌液中。貧胺液（未吸收SO2的胺液）由貧胺液抽出泵送入SO2吸收塔，與逆向進入的煙氣進行吸收反應。脫除了SO2的煙氣進入脫硫尾氣煙囪達標排放。吸收了SO2的富胺液自SO2吸收塔底經富胺液輸送泵送去SO2解吸塔。

2.2 SO2解吸子系統

在SO2吸收塔中吸收了SO2的富胺液通過富胺液輸送泵，先送入貧富胺液熱交換器，與SO2解吸塔外排的高溫貧胺液進行換熱，將富胺液溫度升高到一定溫度進入SO2解吸塔，富胺液在塔內至上而下通過填料層，它與從塔底部上升的蒸汽接觸。蒸汽提供的熱量使吸收反應逆轉并將SO2變回到氣相（解吸工藝）。氣態的SO2被蒸汽帶著一同上升到塔頂并最后在SO2解吸塔頂部排出。解吸塔塔底再生后的高溫貧胺液冷卻后通過貧胺輸送泵送往SO2吸收塔進行SO2吸收。在貧胺液輸送管道上設有支管將少部分胺液送往胺液過濾及凈化部分

2.3 貧胺液過濾回收子系統

通過壓濾機設備除去胺液中富集的超細粉塵，使得SO2吸收塔及解吸塔不會因胺液的粉塵富集而堵塞填料層，造成填料塔運行阻力上升而影響系統的正常運行,再通過離子交換樹脂用氫氧化鈉溶液置換出胺液中富集的熱穩定性鹽，如硫酸鹽、氯化鹽、氟化鹽等，對貧胺液進行凈化,處理后的貧胺液返回貧胺液貯罐循環使用。

綜上所述，按工藝流程劃分的三個子系統可編寫成三個FC（功能），其中，預洗滌與SO2吸收子系統、SO2解吸子系統調節閥控制液位、變頻泵控制流量較多，可編寫獨立的調節閥PID控制液位的FB模塊、變頻泵PID控制FB模塊、以及流量累積FB模塊,而貧胺液過濾回收子系統則側重切斷閥控制較多，可編寫利用8421碼思想循環有規律地控制切斷閥的FB模塊，只需要調用相應模塊，從而有序地控制閥門的開關。再設公共的模擬信號處理FB、報警信號處理FB、聯鎖控制FB等模塊供各FC和FB塊調用。

3 結束語

計算機編程模塊化思想的核心就是將一個復雜的項目通過內聚和耦合規則合理地分解成小的模塊，降低工程量和程序復雜度，采用自頂向下設計逐層分解,從而將一個復雜的項目分解成若干個模塊，將這種思想應用于自動化編程，也同樣能降低梯形圖或功能塊的編程的難度，提高程序的可讀性和移植性。化工廠工藝流程中涉及到很多聯鎖、PID控制等復雜程序。采用模塊化思想對于大中型自動化系統程序開發顯然更加合適方便。

[1]史濟民,顧春華,李昌武,等.軟件工程-原理、方法與應用[M].北京:高等教育出版社,2002.

[2]張博,王志信.模塊化思想在PLC系統中的應用[J].化工及自動化儀表,2013,03-0416-03.