Plc程序化模块化编程的标准.docx

1、Plc程序化模块化编程的标准Pic程序化模块化编程的标准随着自动化信息化钗术的水断发展，自动化柠制金各行各业的应用越来毬广迄， 卩1.C作为一种主涛的捽制条统.在绘济的发展中起动越来越車要的作用 PLC在勢个 生产系貌中犹如人的大对现场倍息做出判断并发出郴应的猎令，执行相陋的动作 它的发授诃以说是非常迅速的丫 A便件力1(可以处理的控刖情现越来越咏单午处 理器儀够处理的点数已经上万.在软杵方血.可氐说已绍宛讯且往対逻辑方面的控制. 应用的倾域越来越广泛，由于程序中愷用的是代码.所以在:严方向片一定的柔性，但 是，采用传统编釋的力凡 柔性并不大，就便胃代码前車讯奉卄不是很禺口 一力I弟仃 些厂商

2、規娶用同一种设备足产IB不同的产品.刘i方面.在新建厂中又盖舉周期短，原 有plc的程序可以有很强的移ttft来绅I第建讣恂时间yiiswui格人机交”界而邮 有一致件传统的编样方式逍常足出亍或儿,I申究成*编柑冈格庄牟域决j个人的 习惯、垠终用户社住对匸艺要求能提出具体的条件.WW-F代码” MS有具体的J?求, 这样煤护的难度就提高T. ?4发人忖调止其他项目*那么込种有强烈个人轨格佝f弋 玛的可读惟是非常菱的对于程倂代码引起的谱畏就变得很难崖位有些控制功能随杓 匸艺的变化发生更改*程序代码的修改也很令人头疼邺么对这些问题的研究垠早是 从际洲幵始的，L 1979年歐洲化工仃业测量和控制标准

3、优囱会开始捽制梯准化方闵 的研究-硝晚于饮维织碧渡国际讨论会朮啊个分支一应用程俘省业委员会也対业 堤岀了自己的理论研究戒果幷沿111 了用关尺语帕定义和结构模型.时间推到i湖呂年* 富可以说是对捋制标准化暈有影响的美国枚表学会ISAfTh Jnstrumcntation, Sjtcms and Automation Society)推出自la的艸论，即ISA-晳此“ 4- 19*)7年S月彼国际电工按 虑委员合IEC(lnicmaTional Electraicchnic Comnii曲cm)左全采纳此杯准亠从影响丿J来看* 1SA-8K的第-部少对国内外口动化控制的览靈有看舉生轻卫的影响*闽

4、外和肢国都育 人屋的组织独人贸对此辿行研究.并将研究的成果用于对产品设计AilJKK的考虑中、 这些册丸理论也不断促逬产品时玻计理念的成熟.找国対閱8的建论研究利应用都湍后 于国外.在国内应用的着合S阴标准的系统往往是生外蚩公司实施的.相惜随着我園園 民经挤的不断増长，及中西方理念文化的中断交融*这-理论会在孔国得到广泛的认町 和喝用.在国际卜侑箔个标洛可以作为Pir 序的誤块化设计的坎据.其中包括国阿自动 化协会的批歌控制标准、半导体协会的通用设备模里和通信标准。然而，丿乔有的标准都 各有优缺点。这真中徉別广泛认可的就ANSI/ISA-88.0I标准，I大为此顶标准？T工业 自动化领城有看广

5、泛的应用除此之外,ISA88标准在批处理控制、连续控制、和离 散桦制都台所咸用。也if是如此，1SA-X8标征/卜樓块化编稈上有着非常积极的参考意 义，对于程序的诊断和调试也有普很强的指导作用.ISA48是 项国賦1：业标准，IlfifLJ经发布的版卜冇4个部分，分别是：模型与 术沿(Models and lerminology).釵抑:结构和 沿言持南(Data Structure? and Guidelines tor Languages)%通川配力和现场配力的模中和表不(General and Site Recipe Models and Representation、批吐T产记呆 第

6、祁分通常简称为 S88.01, 它的第版任1995年发布，经过修订现在的最新版为ANSl/ISA-g8.00.01-2010c S88 中的第一部分到第四部分与批量拎制率切相关.并丿泛应用于实际I和.II前SM的第 11祁分正在起辛中，还未正武发布。ISA-88提出的一个重要概念就足;配方与设备分离的控制策略H在S88.0I中捉 出了三个垂要的模型：过程模型、物理模世、用P?控制模型.在过程橈型中，把量过程 被分为四个层次：过程(Process)、过祠阶攻(Process Mage)、11F；操fl (Precess Operation)、 过程动fl.(ProccsbAction)c物理模型

7、则描述了批量过程中可用的物理设备，定义了ItL呈 生产系统的体系结构，它是以设冬分层的形式来描述的，在结构层次中，低一级设备的 爼合形成痛-级设备.恸理模型共分七尽 公司(Enterprise)、I) (Site).区域(Area)、元(Process Cell)、设备小Jt(Unii)、设备模块(Equipment Module)、控制模块(Control Module)。th S88中li耍考虑低卩耳层：过程单元(Process Cell)、设备单元(Unit)、设备模 坎(Equipment Module),控制模块(Control Module)-程序拎制模規是山程序的冬元素纟H 成的

8、戻次结构，它们实现一个完.移过柞(对应于前血过柑模型所作定义)所要求的任务.在程序控制検空中.程序枝分为四个层次：程序(Procedure).设备单元程甲(Unil Procedure).操 11 (Operation),阶段(Phase)ISA是国际FI动化协会的简称，是灸国国家标准协会推舊的标准化发展组织。ISA 88是ISA全部标准中的-部分 1SA88.0I ISADS集的-部分。SP88是指ISA的工作成员组，负责制定和发布ISA-88标准。2.2程序控制和设备控制的划分木节介紹SA标准的城巫耳的概念.即程序揑制和设备控制,以及这两打足如何划 分的.卜图是泮孜人学定义的个的业模怙 是

9、对挖制结构的 个说明,该图从企业资 源管理层刘制造执行层闵卍怡J L丿层，工丿层往卜M延伸到的设备和兀件。K 2.1张滾大学定义的商比棧左Figure 2】.Purdue Business Moctel: Comrol Hierarchy祚序拎制和进备捋制的划分通常就是第 层和第 山的划分.FM：控制通常发生在 第:丛 设备控制和粥能仪左的控制发生庄第-利第()以ISA&.0I中给出了用* 拎制和设备控制的足义以&如何划分2.3 1SA-88模型和术语ISA88屮给;I；了：个关址的模陆 即:过程模妙 物理模艰和棵序模型井给出 了相应的术语的定义以便自动化控制商约理解.耳主要概念是：把设备的控

10、制和生产的 过程相分离，这就供得：俊用柑同的设备，执行小同的过植1,生产1、同的产諾成为 可能C2.3.1过程模型定义过程模型是焉如何生产岀产品，这个模型是通立生产线己经仪器仪农的控制的。 配方饯理是讨程模型中彊关锦的因素在过郴揆型中.如曲2.2所不.批适过杵被分为四个层次：& 2.2过報摸型 Figure 22 Process mode model1)过柠(Process)：是指批量过甩，原料任设备中经过特定的加丨收序用4.产出竹 限数虽的产晶，批试过程小是连纟贞.例如，悅料药生产就是一个过程。2)过程阶段(Process Stage)；过程是由一个或儿个有序的过梢介段纽成，过样阶段 是相对

11、独立的一种生产活动，通常能够使待加工物料按照一定顺序发工化学及物理变 化。比如，廉料约的生户过程分两个过程阶段：G 个阶段足足混介阶段山原料制成 混合物；随后是反应阶段，由混合物反应得到原料药。3)过用操作(Process Operation)：过程阶段山 个或几个有库的过桎操作纽成，它 通常会使待加的物料在一起发牛化学及物吗!变化过种慄作是右:实际的牛产中是相刘 较大的加1活动比卸.混合阶段分为两个过鬼操作，混合加料进行换持撚后尊丿川热后使Z混合：测试枚|F一测试冶林是竹符合生产的要求，并送仃必要的调整。4)过程动作(Process Action)：过程撫作山一个或几个有序的过程动作俎成的.

12、过 程动作是批最过程中最基本的种生产活动。比如，混合是曲加料、加热、搅拌这一系 列过程动作所完成的。2.3.2物理模型定义物用模蛰描述了批用:过松中可用物理设釦 定义了批畝生产系统fFj物理体系结 松;它晁亦ISA8R标冰叩以设冬分氏的电式來描述的4：如巾楼甲所定义的统构层次中, 低级设备的俎合亦起形成髙级设峯.2.3.3程序模型定义程序控制校型是山程序的各兀素组成的层次结构，它们实现一个完樂过程(对应F ijyifiUW模巾所作定义所耍求的仃:务。2.4物理模型介绍S88.01捉伏了 种広介模仪川*对物理设备进行紆构化的描述,彼称为物理模仪 控制系统匸用师町以这卜模型,对设备所勺诃能的功能进

13、行編昭2征创建物理 栈生后FM；模吃就能确疋卜来了.用序棋申中的程序用牆Ii按血过与设备Z河的接I Ift 制设备，用来完成歼种任务,例如制1S杲种产品。尽管普渡大学的商业模型能够表述出制造丿商的分层结构，但是任他们折定义的斶 业模型图中还是缺少一些细节的.我们还不能苴接利用该模舉为层2、层、层0的设 备编写控制程厚。花因如此,1SA-88给出了一个物理模里的标准,如卜图所示:图2. 3物理樑型Figure 2.2 The Physical Model从怜中叮以fidu制适过程是分层丸成的.侮-层都有刘怕的物理设备。物理模1 农期一个公司可以冇多个工丿，个工丿可以有多个区域，面制ifi过程的完

14、成,则足分 耕和貝休的设备模块(Equipment Modules)和控制模以(Control Modules) I：的.2.4.1物理槟型术语物理模31中的术语.安装从上針下的层级结构.给岀如下的祥细解私1)公m)(Enterprise)：是由一个或多个丁厂纽成.公司决定4：产什么产品、在哪一* 个具体的工厂生产产品以及产品生产的h仏o2)工厂(Site)：是由公司来划分的,协理、地理或逻辑上的某种分组，曲 个或多 个区域组成。3)区域(Area)：是由丄丿划分的，物理、地理或逻轲上的分纽，例如原料药的生产 牟间以上三个层次的划分通常更多取决丁裔业或组织的考虎，而技术杯准实际如何 界宣这二者

15、并不兄批帚控制的主要丙素，所以这三层不布批鼠坨制标砂的范审内，给川 定义时之所以包含它们只是为r说明物艸蟆住与企业z阿的层级关糸.4)过程单兀(Process Cell)： 一组设涪玳元的集合，它既包枯用于批3：生产操作的 设备，又包括用干仙助操作的设备。一个过穆单元是仃垃备单元、设务模诀和控制模块所殂或的。过程单元是一个批次或右多个批次要控制的直接对象.5)设备单元(Unit)：能够执行一个或多个丄;要处理活动的设备按块和(或)控制模 块旳集合设得单元是白动拎制的莊本对球，设备单元Z闾是相刁独之的，例如进料仓、 混今器、反应希等等.6)设务模块(Equipment Module)：控制模块或

16、其它设备模块的集合，讶以用来完成 有隈的简笊操作阶段，它包含了需要执行处理活动的所有必耍的处理设备，例如进 料装聊、搅拌冷等等。7)控制模块(Control Module)： 组传感器、执庁器、激励装限 戏他控制模块或 申夫的处理仗备，从控制/ft/JEXUN艺是一个单观的可操作实体。控制棣映吋以由兵他 控刮怏块纽成。例如：模拟讹的输出,模拟量的输入，两位电磁阿,反问电机,P1D调 2.4.2设备益制的术语ISA-88为I动化制造系统定义J ；.种15制类號：从木挖制，协调拎制和Fi疔用制.财控制是指建立和维护设备以AMfilW 个特定状态.这具中包括：调节挖制， 逮锹監控.汗常处理和对币:奴

17、的厲故控制&序控制，在批屋控制中的碁本控制和连 绒过程控制冷原则上是相同的，然砒E批疑控制中,化搖木控制功能之上还右必陆是耍 求來孩收命令，并H这些命令连町以修改它。基本控制足在没紂模块上执行的，它是用 來监控设备模块的。基本控制最庭水的功能就是监视或者状态初始化，有诙还耍冋时充 成区两不。星本控制仃时还要包括I办调逻输，例如：温度过髙时扌J幵阀门同时开启泄流 阀， 此复介柠制策畔也属干此类，例如：名侑拎制，植型拎制和人T偕能捽制。协说控制是指：修改程序控制的扶行，初始化设备。在本质上协调捽制存时闾匕是 可变的它包括:监视设备的町用性和容址为设备分配批星,忡裁分配的请求，协调 公人资源，选择可

18、以被执彳的杆必阶段等.协调控制主要址4过軒单元的级别中采用. 很少4控制级别屮使用。程庁控制足批虽生产过程股n典型的祁分，它浮理曲向讼备的动作使莫按照规定 的赖庁而发化以便去执彳j个佃向过程的任务，2.4.3过程单元的分类过程单元按磴物a结构吋以分为三种:1串联路径 妇图听示；是可以串联在一起的设爲，找量生产的产品顺序通过这组 设备：帝联路径这种结构可以是一个单个设备例如:一个反临擀.存反应器内顺序的执行多个单兀操作。15) 2.4串联班径Figure 2.4. Single-Path Structure2并联路径 如图所示.它是山务个串联给构并行组成的它们之创没有产品传递. 几个批量的产品可

19、以同时进行加工，可以是同一种产閉,也可以是不同产品。即便在一 个并联结构屮的设条尬尤在物郎1:01似的.饥址它们很M能本価上星不同的。*12.3斤联略從Figure 25 Multiple Path Structure3网绍路径 如图听它可以包含固定的州栓，也可以包含变化的路栓.当垢栓 足固定的，同样的说备单元以同样的顺序吨用：、*|路用杲可变的恃况下，在这-哦啟开 始时候町以决定使用筠顺序此时.路径的柔性的a 2.6闷络径Figure 2.6. Nel work Struuiure2.5程序模型Fi!J r； 申Hi述了个力以次的模空,定义和过FMj矢的物刖K割来执行任务的（ 力，以及如何逊

20、过M匕模生的设讣UMHl动化控；1；仁简吉ZFM：模利就足如何他川物 理校型淌述的设紀I.产川产心为ftWAi何拧制制址过程屮沙及的物理设备，ISA-88创建的程序模朋如卜圏所不。 卜阁显小门I时”出秒I产过郴的広次走糸,Process CMProcoduroUnitProcedureOperationPhase图2.7和序複型Figure 2.7 The Procedural ModelISA-88将租序槟空与图2.3所示的物理模型结合生成了图2&图2.8就是物理模 型与程疗模型的结合。值得注意的是，并不是所有的物耀模型中鬼到的元素都是必须的, 右些是可以省略的。aQWCoitml Hoev

21、e图2.8物理犊型与注序模也的结合Figure 2.R Physical and Procedural Modek Combined4分血式或柔H：的过程模型中，程斥拎制设备町以驻留/寸;、制配方之外。例如人k 磧糸纟允，材料处理系统，以及汽依装配系统祁是这样。将禅厅棋中和物卅模型分离的这 种概念可以満足用八对控制系统兴活性的需求.2.5.1程序模型术语1)程序(Procedure)：足配力的组成部分，穆序中具传规足了生广 批广品必须执 行的各科生产活动、操作顺序和相应的控制要求。它足山设备单元程序的右疗傑合组成 的.2)设冬皿元稈序(Unit Procedure)：是山一纽有洋損作所纽成、4

22、设备单元中顺序 执行的生产序列。不论任何时，一个设备单元屮仅有一个操作是活功的，一个程序的多 个设备单元程序可以在个同的设备单尤中丿卜行地执例如制备基A混合物和制备添加 剂混合物这两个设备单元程就可以运行在不同的混介辭里。3)操作(Operation)：它是曲若于有孚阶段所组成的，能够使被切工的物料发化(通 常是化学或物珅的)状态变化的最主宴细工顺序。操作和操作之间的界逹，通常是存和 用能够被安全挂起Z处。4)I：介段(Phase)：程序控制模型咋最小的兀索，能捋左成向向过理的各种生产任务, 比如加料、加热、搅拌旅 个阶段的执行可以足向基本控制发出指令，也可以足向兄一个阶段发出指令，戎若采集数

23、抵.一个阶段还可以进一步分成更小的祁分。i个阶段可以执行一个或多个岳令或者执 行以下动作：使能或禁止庭木控曲中的状念，赋值；设庚、淸除、改变报警的限值；& 避利改变控制器中的常址，改变控制器的运行状恳，改变第法；监控气体的帑度，温度. 流量，以及根据流虽计算出的气体体枳.2.5.2程序控制模弍Yr 1SA-88中，模式的定义如门噸序功能在何时转换,以什么方式执行；如何进 行手/自动的切换.实体设条和梓序兀素部存在桌冲栈式.卜圉中的松代就是ISA-RR根 iw批駅揑剑的特点定义的。设备实体的过程行为是协洞密制盒买体设备的结合来定义 的。任ISA-88中対程序元素给出了三种模代：自动，半自动和于动

24、；为设备实体给出 了两种枝儿H妙和F动.一个控制模块可以右FJ动和手动時种状匕 然血对聯个中元 KlJ.inl以处 鬥订1劝模式的。F&就描if 7 ISA-88 q啲稈序蛇制模兀。表2. 1桂牛控利梶入fable 2.1 Piovedui al cutitul uivdcs控制模式行为命令“动（卩防）连续不晰的执疔某个料序 只有岀现中断IW况卜才 会跳出该程序的执行操作3可以材停这个辺伴.但是不能强制转换到具他的模式”动（肚木控制）设备实体按照控制尊法执行规定的动作操作员不能丁动操作设备实体半竹动仅程序）在达到某神条件的况卜 手动给出转换的命兮进行 模式的凶变操作员川以哲停进程操作 员不Si

25、接燥作不强制转换乎动（程序程序元素的执行顺序是由 操作员指定的操作51可以暫停进程可以 强制转换模式手动（肚本控制）设备实体不是由控制逻辑 操作的而是手工换住的设备实体足手:r按作的2.53程序状态和命令本小节介绍1SA-88中规定的状态和命令。 衣2-2给出了 1S/V88対状态的解爪表2.2伙态Table 2.2 State状态描述空闲程序元素等待启动命令，随后将逊入运行状态，运行5E常操作。完成亚常操作已经完成程序元素等待巫启动命令。将转到空闲状态暂停桎序兀索或实体设备得到暂停指令上在运彳J的理序M索在合理 的位讶停止一旦停卜来，13动将状态转换到已暂停。已暂停IF在运行的程序元素在合理

26、的位胃停下来，状态就转换到已窗 停。重启动的命令会让程序元索逬入运行状态.保持程序元索习到保持命令并执行保持程序元素屮的逻辑。如來没冇 这部分的程序元索.直接进入已保持状态。已保持完成保持逻轉中的程序后进入的L1知决态在需婪氏时间的停山 时才会进入这种状态程序兀农和设条实体都邹待从新J1 始ill *T 的命A在保持状态卜程庁兀索获得巫丿n动谕令后进入这种状态。儿时执 彳匝麻动逻辑以便进入运行状态。如果没有重启动逻辑,则和接 进入运行状态。ffjk程序无索得到停止命令执行停止逻辑，使控制停下来。如采没冇 停止逻辑，肖接进入已停止状态。已停止尢成停止逻卅或看等待巫启命令。它的卜一个状态足空阻。程

27、序尤素紂到枚弃后令执行放弃逻慟。己放弃完成放弃逻辑麻的状态，等待車启动命令，而石进入空闲状态。表23给出了 ISA-88对命令的解释。A 2.3令令labie 2.3 Command命令描述启动启动命令便樓序元索丿卜始执行.仅当程序更干空闲状念才能便用 启动命令9停止使程序元素执行停止逻無，仅晋科序处于运行，暂停，已暂停， 保拎，甬启动状态.保持使程序元素执行保持逻辑,仅在和序处于运存,皙停,已哲停， 重启动状念重启动使程序元素执行1U；动邃辑,井将程序转到运行状态。仅在程序 处于保持状念时执行.放弃使程序元素执行放弁逻辑,这个命令不能在空闲，完成，放弃和 已放弃状态执行.衿,这个命令他状态转

28、到空俯状态，对以金庄应，L1放弁和U停II：状 态中转换。这个命令使按嗽学执彳丁的程岸暂停，直到重川动命令发出后继续 执彷.仪兀运行状态卜仃效。觅新开始用花已暂停的程用I!,仅“1程序状态为己哲停时冇效.2 5 4桜序状态模型和转换有两种方式会发生转换是.得到衣2巧屮的命令。:是.执厅了 在进tr 的状态.如果逻辑-谊正常运行,程序的停止是无需命令干预的。例如;程序执行了运 行状念就会iF常进入完成状态。状态的转换要遊守模兀策下图显示了 ISA.RR给出的程序控制廩型转撅矩阵。图2. 9状态砖换鉅阵Figure 29 Example State Transition Matrix下图是ISA应给出的状态转换的例了。此图是由图29矩阵所小的前三个状态（空 闲，运行，完成）衍生的。囚此，只有这三个状态相关联的部分是可见的.审言之，“完 成状态（SkHcCumpIcte” el2. 10枚惑转按图Figure 2.)0. Example Stale Transition Diagram厶后而的章卩中将仃绍如何利用本拿莎给山的低念來定义过桿控制茨略