數字量設備控制模塊的設計分析
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一般來說，可以把控制系統劃分為三類：過程調節系統、運動控制系統和生產控制系統。第一種側重于回路的調節控制，往往涉及較復雜的控制算法，主要應用于煉油等化工行業;第二種側重于機械的運動控制，實時性和同步性較強，主要應用于機械包裝行業，如啤酒罐裝生產過程;第三種側重于有大量獨立的檢測和控制信號，控制程序的順序性較強，與工藝流程結合比較緊密，啤酒釀造過程就屬于此類。這三種控制系統，各有各的編程側重點。對于生產控制系統，其編程重點有兩部分：一部分是設備驅動標準模塊的設計，主要針對生產中大量相對獨立的檢測和控制信號，通過歸類分析，設計出各類設備的標準處理功能塊，來實現這些設備的手動/自動開關/調節、報警檢測、模擬、忽略等控制功能，這部分設計包括各類開關量設備驅動功能塊、連續量設備驅動功能塊和調節回路驅動功能塊的設計;另一部分是生產工藝流程控制程序的設計，根據生產工藝流程中每一步驟的控制要求，在每個順序步中實現相應的控制動作，而這些動作命令是發送給設備的標準驅動模塊，由標準模塊處理后才影響現場設備。可以看出第一部分的設備驅動標準模塊設計是基礎，它直接管理所有的輸入/輸出設備，生產工藝流程控制程序必須通過他們才能發揮作用。下面就以啤酒釀造生產控制系統設計為例，論述開關量設備驅動模塊的plc程序設計方法。
2 數字量設備控制模塊的設計分析
啤酒釀造生產涉及大量的數字量信號，如閥位檢測信號、物料高低位檢測信號、氣動閥門開關控制信號，電機啟停控制信號等，如一個年產20萬噸的啤酒發酵和過濾車間，其數字量設備的數量至少在千點以上。如何按標準化、模塊化的程序設計要求來編寫這些數字量設備的控制塊，使這些控制塊既能通用于啤酒釀造設備，又能提供較全面的生產操作功能，這些是程序設計人員在動手寫控制程序之前需要考慮的問題。在這里，通過分析啤酒釀造生產控制設備的特點，可以根據這些設備的信號類型和操作要求，把所有數字量設備劃分成8種控制類型，從而設計出相應的標準控制模塊，就可以大大提高整個控制系統編程的效率，使控制程序具有好的可讀性和移植性。
2.1 數字量設備控制類型
根據數字量設備的輸入輸出信號特點，筆者把它劃分成八類：
（1）第一種是常開輸入（io）的信號設備。該類設備只有輸入信號，沒有輸出信號，且平時的輸入信號為0。如液位的高位信號，管板上的彎管連接狀態信號等，它們正常時輸入信號都為0，等到有變化了，需要提醒或報警時才變為1。
（2）第二種是常閉輸入（ic）的信號設備。該類設備只有輸入信號，沒有輸出信號，且平時的輸入信號為1，與第一種恰好相反。如液位的低位信號，壓力容器的關閉鍋蓋檢測信號，設備的急停信號等，它們正常時輸入信號都為1，等到有變化了，需要提醒或報警時才變為0。
（3）第三種是單輸出（out）且不帶反饋的控制設備。該類設備有一個開關輸出信號，沒有輸入反饋信號。如電磁閥，不帶位置反饋的單驅動氣動蝶閥等。通常輸出信號為0，對應于設備關，為1，對應于設備開。
（4）第四種是單輸出（out）且帶“開”反饋（io）的控制設備。該類設備有一個開關輸出信號，有開到位時的輸入反饋信號。如帶閥門開狀態檢測的單驅動氣動蝶閥等。通常輸出信號為0，設備是關的，反饋信號為0;輸出信號為1，設備是開的，反饋信號為1;
（5）第五種是單輸出（out）且帶“關”反饋（ic）的控制設備。該類設備有一個開關輸出信號，有關到位時的輸入反饋信號。如帶閥門關狀態檢測的單驅動氣動蝶閥等。通常輸出信號為0，設備是關的，反饋信號為1;輸出信號為1，設備是開的，反饋信號為0;
（6）第六種是單輸出（out）且帶開關雙反饋（io，ic）的控制設備。該類設備有一個開關輸出信號，有開到位和關到位兩個輸入反饋信號。如帶開到位和關到位檢測的雙驅動氣動蝶閥等。通常輸出信號為0，對應于設備關，為1，對應于設備開。開到位時一個反饋信號為1，關到位時另一個反饋信號為1。
（7）第七種是單輸出（out）且帶運行（io）和報警（ic）雙反饋的控制設備。該類設備有一個開關輸出信號，有運行狀態和報警檢測兩個輸入反饋信號。如普通電機的開關控制等。通常輸出信號out為0，對應于電機停止，為1，對應于電機啟動;電機啟動后主接觸器閉合，運行反饋信號io輸入變為1;電機跳閘或其他故障時，報警反饋輸入信號ic為0，沒有報警時為1。
（8）第八種是雙輸出（outl，outr）且帶雙運行（iol，ior）和報警（ic）的輸入信號反饋的控制設備。該類設備有左/右轉（高/低速）兩種輸出信號，有左/右轉（高/低速）兩個運行狀態反饋信號和報警檢測反饋信號。如左/右轉（高/低速）電機的開關控制等。通常一個輸出信號為1，對應于電機左轉，另一個輸出信號為1，對應于電機右轉，相應的有兩個運行狀態的反饋信號。電機跳閘或其他故障時，報警反饋輸入信號為0，正常時為1。
其實第八種是兩個第七種的組合控制，再加上一些輸出命令的互鎖邏輯。
2.2 數字量設備的操作菜單
上面，我們根據開關量設備的信號特點，把所有開關量設備歸納成八種類型。可以看出這些開關量設備的輸入、輸出信號較簡單，但是根據啤酒生產的操作要求，開關設備的操作功能要比較完善，才能提高設備操作的靈活性。下面，針對八類設備的操作特點，分析其相應操作菜單條的功能：
先來看看較好理解的輸出設備的操作菜單條。
對于（3）類型單輸出不帶反饋的設備，其操作功能簡單，只有設備狀態顯示、手動/自動切換按鈕、開關切換按鈕等，其操作菜單如圖1所示：
說明：
open，close：指示設備當前開關狀態，根據設備輸入信號來判斷。
auto open/close：自動輸出值，由工藝流程控制程序運行時賦值。
interlocked：設備鎖存位，保持設備當前狀態，不容許操作，一般是為了安全需要。
manual/auto：自動、手動控制切換按鈕。
open/close：手動開、手動關切換按鈕。
ignore：忽略按鈕，忽略設備的反饋信號，強制輸入信號跟隨輸出信號變化，從而也忽略了報警。
alarm：設備報警位。
reset：報警復位按鈕。
對于（8）類型雙輸出帶雙反饋的設備，其操作菜單如圖3所示。可以看出，它是上一種類型的組合控制。
對于沒有輸出，只有輸入的（1）、（2）兩種設備的控制，為了增強其操作功能，參考輸出設備的控制，賦予它有自動預置/手動模擬的輸出功能，從而也就可以手動改變其狀態和實現自動報警功能。這樣一來，這兩類設備的功能塊處理過程就幾乎與d、e、f、g類的輸出設備一樣。
（1）、（2）兩種類型的輸入信號設備，其操作菜單如如圖4所示：
圖4說明：
on，off：指示設備當前開關狀，on是需要提醒或報警的狀態。
preset auto：自動預置輸出值，當生產流程控制程序運行時，步程序預置希望的信號狀態，如果輸入信號與預置值不一樣，則產生報警。
alarm enable：設備報警使能。（輸出信號設備也具有該功能，但沒在菜單條上提供）
simulate：自動預置/手動模擬切換。
preset on/of f：改變手動模擬值。
ignore：忽略設備的反饋信號，強制輸入信號跟隨輸出信號變化，從而也忽略了報警。
reset：報警復位。
八種開關量設備對應四種操作菜單，分別操作單輸出信號設備、單輸出單反饋信號設備、雙輸出雙反饋信號設備和輸入信號設備。仔細分析這些操單的操作功能，可以看出它們的操作功能是基本一致的，所以它們對應的程序功能塊的編程處理過程也是雷同。
3 數字量設備處理功能塊的plc程序設計
通過把數字量設備劃分成八種類型，并給出相應類型的操作菜單條，可以看出數字量設備的程序控制功能塊具有如圖5的統一結構。
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