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面向对象的程序设计方法在输送系统中的应用 煤矿现代化2005年第6期总第69期 面向对象的程序设计方法在输逸系统的应甩 中国农业大学机械电子工程系郑君程小桐龙洪胜 摘要本文阐述了面向对象技术的编程方法在基于PLC控制系统中的应用,并以一个输送系统为例 介绍了系统中类的抽象,封装和继承之间的相互关系.面向对象的程序设计方法相比于传统的线性化编程 方法具有使程序更加简练,更加模块化,易于理解并且能大大提高系统的可扩展性,是大型输送系统编程的 理想设计方法. 关键词面向对象输送系统PLC 1问题的提出 在现代的工业自动化控制领域中,已经广泛使用了PLC 系统进行控制.作为一种设备,PLC具有结构简单,编程方便, 可靠性高,功能强大,组态灵活等优点.PLC的程序设计是实 现控制功能的灵魂,一个好的PLC程序设计方法,不仅能提高 程序设计的质量而且使程序易于开发.目前,多数PLC都在基 本的编程语言一梯形逻辑图(LAD)之外扩充了专用于顺序 控制的编程工具:顺序功能图(SFC),它是利用动作和条件之 间的逻辑关系,实现顺序控制系统的快速编程,它的出现使得 顺序控制得到了长足发展,但是工业控制的规模和复杂程度 的正飞速发展,逻辑关系更为复杂,使得以SFC为基础的编程 方法也变得更加复杂.近年来,面向对象编程方法得到广泛应 用,尤其是在庞大,复杂的系统中.与以往的PLC编程方法相 比.面向对象的程序设计方法是把控制系统的设计与设备属性 的设计分割开来,独立进行.采用面向对象分析和设计方法能 够简化编程,提高系统的可维护性,加快系统的开发过程. 2面向对象的PLC编程 输送系统的传统线性化(常规法)的编程方法,是以设备 为中心,分析设备在所有可能的流程中可能的动作顺序,将所 有下游设备的运行情况和流程选择条件经过复杂的逻辑运算 之后构成设备的启动条件,将所有上游设备的故障信号和流 程选择条件经过运算之后构成设备的停车条件,从而得到设 备的启停逻辑.由此可见,每一个设备在不同的流程中位置不 同,设备与设备之间控制逻辑的相似性较少,只能采用逐一分 析,逐一编程的方法,编程效率低.编程的难点集中在对每一 设备的启停条件的分析,由此导致程序的可读性差,系统维护 工作量大,一旦系统需要增减设备或更改流程,与此相关的所 有设备的启停逻辑都需要更改.而面向对象的编程方法却可 以避免上述的诸多不利,它的程序设计的基本原理就是把每 一 个设备看成一个对象,把其属性封装一起,形成一个独立的 智能化设备,在单个设备的基础上,对设备之间的逻辑关系进 行描述,使其满足系统的工艺要求,以此形成系统的流程.在 面向对象技术中,对象就是一个独立的实体,有相应的记忆和 活动,通常具有自己的属性,可以执行动作,把具有相同属性 和方法的对象称为类,它通常是从实际问题中抽象出来的虚 拟对象. 在面向对象的设计方法中,流程被淹没在错综复杂的逻 辑关系中,流程从直观上只是设备启停顺序的列表.但实际上 流程才是整个控制系统的核心,在自动方式下,所有设备都被 流程所操纵,设备依据流程发送的命令相应的动作,设备的启 停关系和顺序都是流程动作的结果,尽管流程只是关系和顺 序的集合体,不与实际的有形设备相对应,但由于流程具有一 定的属性和方法.是一个相对独立的实体,所以可以被视为对 象.类的抽象的逆过程就是类的派生过程,派生过程是以类的 继承关系为中心进行的.父类可以通过增加属性和方法派生 出子类,子类继承父类的属性和方法.类的派生过程体现了类 与类之间的继承关系.虚拟的对象类必须经过实例化才能创 建实际的对象,实例化就是按照类所具有的属性和方法来构 建实际的对象实例的过程. 3面向对象的应用 本文以山西某煤业集团的输送系统为例,将面向对象的 设计方法引入顺序控制系统,分析了系统中类的抽象,封装, 和继承之间的相互关系.并讨论了与线性逻辑编程方法相比 的优势.该集团的原料控制系统包括120台不同型号的皮带 输送机,40台电磁振动给料机,12台除尘器和除铁器,以及多 台破碎机,电动三通,输送小车等设备,该输送系统共计80个 流程.PLC系统由一个西门子PLC工程师站($7--400)和6个 PLC操作员控制站(s7—300)构成.每台设备都可以独立手动 操作,亦可被任一个流程选中.该系统中的设备在某一时间段 内只能服务于一个流程.一旦被流程选中,就按照此流程的顺 序动作,因此流程中的设备是相互联系的即:从流程的末端设 备开始启动,当前设备启动后才能启动上游设备,这样顺序启 动直到流程的首端;停车时正好相反,从流程的首端开始,上 游设备停车后,当前设备须延时后停车.当任一设备发生故障 时,所有上游设备须紧急停车,而下游设备则可以顺序停车, 也可以保持原来的状态.系统中的控制设备有很多种,但从实 现的