软件工程方法在造纸机传动控制程序设计中的应用

  对于大的造纸项目来说，通常除了纸机的传动控制系统外还有一些其他的辅助系统。纸机传动控制程序与辅助系统的程序共同构成纸机控制程序，这时纸机传动控制程序就也可以看作是一个构件，这里称之为纸机控制程序构件。

  网部也叫做成形部，是将纸浆做成湿纸的过程。首先，纸浆中的纤维通过逐渐沉积，在网面上形成湿纸，再通过强制脱水（95%以上的水分）使得湿纸具备一定干度和强度，能够从网面上剥离开来。网部一般包括真空伏辊、驱网辊和导网辊。压榨部的作用是采用挤压的方法进一步降低纸幅中的水分，提高纸幅进入干燥部的干度，并且起到改善纸的表面质量，增大成纸紧度的作用。压榨部主要包括真空吸移辊和真空压榨辊。烘干部也称干燥部，主要作用仍然是除去纸中的水分，同时提高成纸质量。经过压榨部的挤压后，纸内的水分再难以挤压出来，因此通过将纸幅与烘缸表面接触的方法将水分蒸发掉。烘干部通常分为前烘干和后烘干两个部分，经过两次烘干，可使成纸中的水分含量下降到 5%-8%。烘干部主要设备为多组烘缸。施胶部的目的主要是防止液体渗漏，获得较好的表面性能。施胶部主要包括施胶上、下辊，有时施胶也与烘干同时完成。压光部配置在后烘干部之后，压光部的主要作用是提高纸幅的平滑度、光泽度和紧度，另外还有校正幅厚度和保证均匀的作用。压光部一般包括 2-10 个压光辊。  2.2 PLC 控制技术PLC（Programming Logical Controller）为可编程逻辑控制器，它是一种具有存储、逻辑运算、顺序控制、定时、计数、通讯等功能的数字控制器，可通过执行内部程序给出输出信号来控制被控对象。PLC 技术的发展是继电器控制技术和计算机技术发展的结果。二十世纪六十年代末，伴随着计算机技术的发展，第一台 PLC 在美国问世。经过 40 余年的发展，PLC 在运算速度、模拟量处理、通络通讯、抗干扰能力方面都取得了巨大的发展，已成了工业自动化控制领域的主导产品，它使得工业化控制过程更加可靠、灵活和准确。由于 PLC 在工业控制领域的广泛应用，PLC 的生产厂家和产品也层出不穷。迄今为止，性能比较优秀的产品有西门子、施耐德、欧姆龙、AB 等等，虽然各个厂家的产品各有优略，但是基本原理都是相同的。本文中的控制器选择西门子的 S7-300 系列 PLC。PLC 可以说是工业控制专用的计算机，那么就涉及到硬件和软件两部分，因此下面以西门子 S7-300PLC 为例来介绍 PLC 的硬件和软件技术。a 可编程控制器 PLC S7-300 系列 PLC 属于标准模块式结构型 PLC，它是将电源、CPU、I/O 接口、通讯接口等分别做成独立的模块，主要组成部分有：导轨(RACK)、电源模块(PS)、中央处理单元模块(CPU)、接口模块(IM)、信号模块(SM)、功能模块(FM)、通讯模块（CP）等,使用时将所有模块安装在机架上，模块之间通过机架上的总线连接，从而形成一个完整的 PLC 系统。在 PLC 运行中，CPU 会同时运行系统程序和用户程序。系统程序是集成在 CPU 内部的程序，用户程序是由用户根据自己的特定控制需求来编写的。系统程序通常完成的工作有：启动、更新输入输出过程映像表、调用用户程序、管理内存、调用 OB、实现通讯等。用户程序由用户编写，编写完成后下载到 CPU 中。用户程序通常包括：确定重启条件、建立处理过程数据的逻辑过程以及相应中断等。

  本文从实际工程项目中遇到的纸机传动控制程序复用性不强的问题出发，尝试运用软件工程中的软件设计方法来设计工业控制领域的纸机传动控制程序，以达到提高程序复用性的目的。通过学习软件工程理论，并结合纸机生产工艺特点、纸机传动控制系统结构以及编程平台 STEP7 软件的编程方法，选择运用面向对象方法、结构化方法和构件技术的思想设计纸机传动控制程序。根据软件工程理论将造纸机传动控制程序的设计过程划分为问题定义、需求分析、程序设计、编码、程序测试五个部分。在整机架构上，程序以对象为基本控制单元，程序结构简单明了，运用到不同的纸机上时，可根据实际速度链结构方便地对控制对象做出调整，具有很好的灵活性。在组成构件上，功能程序和类程序都具有较好的复用性，可减少程序设计的工作量。最后，运用软件工程的测试理论对纸机程序的正确性和健壮性进行测试。测试结果显示，软件工程方法在纸机控制程序设计中的应用是可行的，通过将现有方法与软件工程方法进行对比，软件工程方法可有效提高程序的复用性。

  5.2 展望

  与以往工业控制领域中的 PLC 程序设计相比，本文以发展成熟的软件工程理论为指导，对纸机传动控制程序进行了系统的、详细的分析、设计和测试，基于面向对象的设计和构件的思想使得程序在复用性上较以前有了很大的提高。这对于其他工业控制领域中的程序设计也具有较好的借鉴意义。本文主要是从程序的整体结构方面对程序进行设计，对于具体功能一般会有多种实现方法，文中仅选用了其中的一种，未来可以根据现场实际情况对具体功能的实现算法进行优化。由于测试条件的限制，只对整个程序的测试只在计算机上进行了仿真，验证了软件工程方法在造纸机传动控制程序设计上应用的可行性，以及程序的正确性和健壮性，未来应当对程序的可靠性进行进一步验证。另外由于现场实践经验较少，以及对软件工程理论系统学习的欠缺，所以在本论文中会存在一定的不足之处，希望以后的研究人员能够加以改进和完善。