Logix5000面向"對象"技術在電子皮帶秤控制系統中的應用

李峰

摘 要：本文介紹了AB公司Logix5000開發平臺自動內存管理的面向"對象"技術在電子皮帶秤控制系統中的應用。應用該技術在多傳感器、多秤臺聯合監控的電子皮帶秤程序開發中比以往開發方式更高效，尤其在一拖多（一臺PLC控制器控制多臺電子皮帶秤輸送機）的多傳感器、多秤臺聯合監控的電子皮帶秤程序開發中優勢更突出，是傳統的開發方式無法企及的。

關鍵詞：Logix5000 面向對象 Tag 結構體 電子皮帶秤 PLC編程 數據結構

PLC應用程序由算法和數據結構（也即數據，Logix5000開發環境里習慣稱為標簽Tag，定義變量稱為定義標簽）組成，通過應用程序對數據的運算，實現對數據的處理和設備的控制。簡言之，PLC控制過程就是PLC應用程序對數據進行運算處理，將運算結果送到執行單元執行的過程。PLC程序開發存在一個普遍的問題是很多開發平臺無法定義有意義的變量名，如AB公司SLC500系列PLC，它的應用程序開發平臺是Logix500，變量定義（如定義實數：F12：0）是面向機器的，可讀性差。雖然可以對變量添加有意義的注釋，增加可讀性，但是注釋無法上傳下載，要想上傳帶注釋的有實時數據的程序，除非隨時帶著有注釋的源程序上傳，就算帶有注釋，可讀性也很差，給程序維護升級等帶來一定困難，而且在開發測試階段就要制作好變量表，以便調試及以后維護升級時隨時查找，PLC應用程序開發人員對變量的識別讀取耗費了大量的時間精力，開發、修改及升級程序容易出錯且效率低下。如何提高PLC應用程序的開發效率，讓程序開發人員把更多精力放在對邏輯及算法的優化上來成為亟待解決的問題。AB公司的Logix5000開發平臺支持面向“對象”的自動內存管理技術，理論上可以解決了這一問題，但在電子皮帶秤控制系統開發中還沒有應用。

1 面向對象的程序設計概念

1.1 類的概念

類是對所有具有相同屬性的事物的抽象概念，相當于模具；而對象是類中的一個實體，相當于是用模具制造出來的一個產品。同一類設備的控制方法、信號反饋、故障檢測等操作相同或相似。

電子皮帶秤可以抽象為一個大類，其下有輸送機、電控系統二個子類，輸送機下面有傳感器、秤臺等對象，對象與包含它的類之間、子類與包含它的上一級別類之間可以層層嵌套，反映出電子皮帶秤的真實屬性及對象與對象、對象與類之間所屬關系。

1.2 封裝

封裝將數據與操作數據的源代碼有機結合成類。封裝將對象的屬性和方法形成一個不可分割的整體；只保留有限的對外接口，并盡可能隱藏內部的具體細節。封裝在對象與外界之間建立了一道屏障，使外界只能通過對象所提供的接口與對象發生聯系，而不能直接修改對象的屬性值。

一臺電子皮帶秤擁有多個傳感器，這些傳感器具有相同的屬性，可將這些屬性的數據結構抽象出來，封裝在一個類或對象里。這就大大減少了變量的定義、優化了數據結構，提高編程和維護的效率。

2 數據結構的概念

2.1 數據（Data）

數據是外部世界信息的載體，它能夠被計算機識別、存儲和加工處理，是計算機程序加工的原料。計算機程序處理各種各樣的數據，可以是數值數據，如整數、實數；也可以是非數值數據，如字符、文字、圖形、圖像、聲音等。

2.2 數據元素（Data Element）和數據項（Data Item）

數據元素是數據的基本單位，在計算機程序中通常被作為一個整體進行考慮和處理。數據元素有時也被稱為元素、結點、頂點、記錄等。一個數據元素可由若干個數據項（Data Item）組成。數據項是不可分割的、含有獨立意義的最小數據單位，數據項有時也稱為字段（Field）或域（Domain）。

2.3 數據對象（Data Object）

數據對象是性質相同的數據元素的集合，是數據的一個子集。例如，整數數據對象是{0，±1，±2，±3，…}，字符數據對象是{a，b，c，…}。

2.4 數據類型（Data Type）

數據類型是高級程序設計語言中的概念，是數據的取值范圍和對數據進行操作的總和。數據類型規定了程序中對象的特性。程序中的每個變量、常量或表達式的結果都應該屬于某種確定的數據類型。數據類型可分為兩類：一類是非結構的原子類型，如 Logix5000的基本類型（整型、實型、字符型、布爾型等）；另一類是結構類型在Logix5000中也稱結構體（如定義的DZC數據類型），它的成分可以由多個結構類型組成，并可以分解。結構類型的成分可以是非結構的，也可以是結構的。

3 開發背景

沙曲選煤廠2013年新投入使用使用的5臺電子皮帶秤控制系統控制器選用的是AB公司CompactLogix5000系列的1769-L32E，軟件平臺是AB公司Logix5000，版本V19.0。賽摩公司和天地常州科技有限公司第一次開發了基于Logix5000軟件開發平臺的電子皮帶秤控制系統，但面臨著巨大的挑戰，即在不足2個月如時間里，開發出基于新的軟件平臺且要求優于以前結構和算法的電子皮帶秤控制系統。Logix5000開發環境里有項功能，可以升級轉換Logix500的程序，轉換完成經過修改調試可以在Logix5000平臺的CompactLogix控制器上使用，然后，這只是簡單的升級，電子皮帶秤的技術發展日新月異，很多新技術層出不窮，要將一些新技術應用到新開發的電子皮帶秤PLC程序里，且要求開發出的電子皮帶秤PLC程序有很好的可維護性和擴展性。

4支持Logix5000開發平臺的PLC開發電子皮帶秤的數據管理

（1）支持面向對象的自動數據管理，用戶編程無需分配變量/記憶內存地（常規PLC是必須的步驟），如定義的變量Rated_Flow_QP屬于內部參數畫面Parameter，可以上傳下載，無需注釋也能看懂，指的是額定流量；

（2）支持各種形式的用戶自定義類型，進一步降低了應用系統的抽象程度并提高了可維護性。

（3）對于具有相同屬性的對象，自定義的結構體只需定義一次，如同樣的對象有幾個時，只需將該結構體定義成數組。

5編程

縷清了電子皮帶秤的數據結構，抽象出數據類型，完成數據定義以后，編程變得相對簡單且思路清晰。如對電子皮帶秤的每個傳感器實時碼值進行均值濾波，且濾波深度可以在內部參數表里隨時修改而無需修改源程序，實現起來只需幾條語句即可完成且運行高效。

6 結束語

高效開發一套復雜的電子皮帶秤PLC程序，除了熟悉開發環境、熟練開發語言的語法和語義外，還要有“面向對象”和“數據結構”的概念和思想，這樣在PLC程序的設計上才是最有效的。AB公司的Logix5000平臺自動內存管理的面向“對象”技術完全滿足這一要求，它的面向“對象”技術，可以將電子皮帶秤的數據抽象出來，將電子皮帶秤定義成一個數據類型；它的自動內存管理系統會自動存儲這些數據結構，開發者無需知道數據具體存放的物理單元，因而開發者可以把精力集中應用在對算法的優化及對新技術的應用上。Logix5000平臺自動內存管理的面向“對象”技術在河南中煙南陽卷煙廠電子皮帶秤PLC程序開發中得到了成功實踐，開發的5套電子皮帶秤控制系統運行穩定，5臺電子皮帶秤已運行將近一年，一直保持很高的精度，各項指標優于預定目標值。

參考文獻

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