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基于PLC的过程控制系统设计研究

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn 基于 PLC 的过程控制系统设计研究 作者:白岩峰 来源:《企业技术开发· 中旬刊》2015 年第 06 期 摘 要:PLC 控制系统与传统的微机控制系统和继电器控制系统相比,有调试工作量小、 可靠性高、系统运行稳定、抗干扰能力强、故障率低等优势,并且其工作环境适应性强,已经 成为了当下我国发展机床加工控制对象以及制造业自动化控制的首选控制系统。文章就基于 PLC 的控制系统过程进行研究,并分析了 PLC 的过程控制系统的设计方案。 关键词:PLC;过程控制;设计研究 中图分类号:TP273 文献标识码:A 文章编号:1006-8937(2015)17-0013-01 PLC 即可编程控制器,在工业控制方面得到了广泛的应用和发展,其具有可靠性高、编程 简单、易于修改等优点,广泛的应用于现代化的工业企业控制当中。PLC 控制技术与当下信息 通信网络组合,对现代化工业生产过程实现了有效的控制,极大地促进了劳动生产率的提升, 对当下工业企业的发展具有重要意义。本文研究的主要议题是 PLC 以及特殊模块构成的下位 机与完成 SCADA 功能的上位机结合,构成分布式控制系统,以完成对设备的监控。 1 PLC 的结构与组成 本文对 PLC 建构的过程控制系统的研究,主要是针对于对四个双容水箱对象的液位监 控,其设计结构主要是以 EtherNet 信息网络级为主,设计系统当中,PLC 为下位机,PC 机为 上位机,通过 RS—232C 串口和 PLC 实现通讯,从而完成了 PLC 控制系统对现场的监控。这 种监控是以 PLC 为控制系统,通过 PLC 与信息网络技术、计算机技术三者的结合,从而实现 对工业现场的分散控制,集中管理的效果。关于 PLC 对四个双容水箱对象的控制系统设计, 如图 1 所示。 1.1 网络级 网络级主要采取的是拓扑结构,其设计原理是以 EtherNet 信息网络级为主,通过对同轴电 缆进行连接,并且与生产控制级进行操控,从而完成了 PLC 控制系统对整个生产现场的监 控,实现了集中化的管理方式。网络级设计是 PLC 进行监控的关键,主要以 PC 机处理系统为 主,对收集的信息进行采集和处理,以完成监控效果。 1.2 监控级 监控级的实现是计算机技术和 PLC 技术的结合,主要以 PC 机为上位机,PLC 为下位机的 方式,以组态王 6.0 实现系统 SCADA 功能。通过对四个双容水箱对象的液位监控设计,我们 不难发现,上位机通过连接 RS-232C 串口与 PLC 实现通讯,并通过总线连接,对各个工业现 龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn 场实现了实时监控。监控级是 PLC 与 PC 结合的一个关键部分,是针对工厂现场各个环节进行 监控工作实施的关键设备。 1.3 控制级 控制级主要以 PLC 为下位机,对现场实现了控制职能。涉及到工厂现场的控制,PLC 控 制系统主要采用了 A/D003 模拟量输入模块和 D/A004 模拟量输出模块两种设备。A/D003 主要 是通过液位传感器传递过来的电流信号,将其转化为数字量,通过线路传播,并通过转化器进 行数据转换,从而完成控制级工作。A/D003 模拟量输入模块主要涉及了 IR 区域和 DM 区域的 数据接收,以及相应数据的处理工作。至于 D/A004 模拟量输出模块,是将输入模块中的数据 转化为 4~20 mA 的电流信号进行输出,并调整给水流量,从而完成控制级职能。 1.4 控制通道 就上图所示的控制通道来看,主要分为输入通道和输出通道两种。输入通道采用的是 CY3011AA1N 型投入式液位传感器,输出通道采用的是变频器和水泵,其输出由 PLC 进行控 制,根据频率信号来进行输出量控制,从而达到调节水量的目的。 通过对四个双容水箱对象的控制系统设计,可以实现水箱在工业生产过程中的用水需求, 通过变频器、变送器、手动操作器的自动化控制,完成对水流、水量的监控,以此对工业现场 用水进行控制调节,实现自动化控制过程。 2 针对 PLC 技术的过程控制系统的设计研究 2.1 SCADA 监控软件的设计 SCADA 是基于组态王 6.0 软件基础上,用户可以进行监控系统的轻松构建,实现了控制 系统良好的人机交互环境。SCADA 监控软件,开发了过程流程画面、监控画面、调节曲线等 内容,可以实现对现场的实时监控。 2.2 PLC 过程控制系统下位机软件设计 关于 PLC 过程控制系统下位机软件设计,主要涉及到以下几个方面: ①上电初始化:上电初始化主要是指对系统的初始化,其包括对 RAM、ROM 以及这两个 软件系统中的 IR、HR、DM 区域的清零,并且对控制参数的初始值进行设置。 ②样本采集的实现:样本的采集受到被控制对象的特性影响,并且根据实际的监控参数和 控制器的容量进行分析,通过 PC 机对模拟量进行相应转换,实现模拟量输入后对平均值的滤 波。综上所述,一般来说,会根据 OMRONC200HG 提供的脉冲信号,近似值在 200 ms,作为 采样周期。 龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn ③信号处理:信号处理主要是针对于采集的原始数据,这些原始数据的信号处理会根据实 际情况进行控制器的使用。信号处理主要包括以下几个方面的内容:滤波、零点迁移、量程变 换、标度变换四个方面。 ④算法设计:算法设计是 PLC 过程控制系统下位机软件设计的关键,其控制算法主要有 PID 控制、Ping-Pang 控制、模糊控制三种方式。其程序设计方式为: 开始→上电初始化→开泵→初始化数据处理→采样时间→采样→信号处理→控制算法(控 制模式数据切换过程)→输出数据→故障诊断→返回(程序结束)。 针对这一控制,首先要确定控制周期。控制周期的确定,主要是根据实际情况,也就是流 量和液体的压力特征,进行周期控制确定。 ⑤控制系统的故障诊断:PLC 具有自动诊

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