| 摘要：本文主要讲解了基于PLC 的 过程控制系统的研究和实现。通 过对上位机使用的SCADA 功能以 及下位机使用的OMRON PLC 实现 了现场信息的采集、信息处理以 及控制的功能。通过实验的结果， 可以证明该系统已经达到了设计 初衷。 【关键词】PLC 过程控制 研究 实现 1 引言 PLC 是可编程控制器的英文简称，这种 控制器的主要特点是可靠性较强，并且实现功 能比较简单，而且程序十分方便修改，同时这 种控制器因为造价低廉而在工业控制中得到广 泛的应用。目前在各行各业都能看到PLC 的 身影，而PLC 和现代网络通讯结合的芯片级 控制系统早已经被广泛运用在各个领域中的过 程控制系统中。 2 系统的结构与组成 基于PLC 的过程控制系统目前大部分都 采用分布式控制的结构。这种结构主要是以 PLC 为下位机，PC 作为上位机，并且通过名 叫RS-232C 的串口通讯与PLC 进行连接，从 而达到实现对工程现场的监控的目的。如果 PLC 控制系统再接入同轴电缆接入以太网，那 么就可以实现对工程现场的分散控制、集中管 理的作用。 2.1 网络连接 PLC 控制系统的网络控制是通过使用 EtherNet 网使用同轴电缆与监控终端进行连 接，以达到对工程现场的集中管理的目的。 2.2 监控级 主要是利用PC 终端机作为上位机，通过 组态王系统的SCADA 功能，使用RS-232C 串 口与PLC 保持通信，从而实现对各个工程现 场的实施监控。 2.3 控制端 PLC 的控制端主要是使用欧姆龙的 C200HG 型的PLC 作为下位机，从而达到对工 程现场的实时控制。在控制端的PLC 中，大 多使用电源模块以及开关量的输入模块ID212 以及开关量输出模块OC221 或者是输入模块 AD003、AD009、模拟输出模块DA004、RS- 232 串行口等。 2.4 控制部分 PLC 的控制端组成主要由输入端和输出 端两部分构成。 输入端主要器件是CY6001BB2M 型液位 传感器，该传感器的作用是将远程监控的液位 信号转化成能够被识别的5-25 毫安的电流信 号，并将电流信号输入到PLC 的B/D005 模块 进行处理。而输入端其他的部件由高精度的硅 压力传感器构成，这种传感器作用是将压力信 号转变成能够被识别的电子信号，这种电子信 号和液体高度有直接关系，因此这种传感器不 论在精度上，还是在可靠性上、稳定性上都能 能胜任各种环境要求。 输出通道主要是由变频器和水泵组成。输 出通道将PLC 传过来的控制量大约为4 到20 毫安的电流通过变频器转换成能别识别的0-60 赫兹的频率信号，从而实现改变水泵的转速， 从而实现快速调节流量的目的。输出通道的 变频器主要是采用松下公司的PV-909 型号的 交流变频器。变频器主要控制三相感应电动机 的转速，并将420 毫安的电流控制信号通过整 流—滤波—逆变的转化过程，将原先的380V 电源变成不同频率、不同电压的信号，从而达 到调节水泵的转速。水泵使用的是JVC 设计 的ABD_22 型变频调速泵，这种调速泵额定 流量一般为每分钟22 升，额定扬程为3.4 米， 该调速泵也是通过变频器的输出频率的变化来 改变泵的转速，最终达到流量的调节功能。 3 过程控制系统的软件设计与实现 PLC 过程控制系统由上位机SCADA 监控 软件和下位机共同构成。 3.1 SCADA监控软件设计 上位机的软件主要采用的组态王系统。这 套系统是目前行业中常用的工程组态软件。组 态王系统拥有数量众多的输入输出设备驱动程 序，用户在使用过程中可以轻松的搭建环境复 杂的监控系统。同时，组态王系统拥有一套较 为科学的人机交互环境，用户在这套环境中可 以十分方面的看到监控中的过程流程画面、实 时调节画面，不仅如此，用户还可以看到历史 曲线图、阶跃响应曲线以及报警画面等, 这对 用户能实时监控工程画面有着非常好的帮助。 3.2 下位机软件设计 下位机软件设计是在监控机上利用欧姆 龙的C200HA 系列编程软件对下位机程序进 行程序调试和修改，然后将修改好的程序实时 传送到PLC 中。下位机软件设计的主要目的 是保持与PLC 与监控级的通讯传输，以及保 证PLC 能够对现场水位的实时调控，并能够 对PLC 整个系统的故障进行分析和判断等。 3.2.1 Ping-Pang 控制 Ping-Pang 控制实际上是一种开关控制， 这种控制利用输出的最大或最小值的变化进行 调控。Ping-Pang 是目前控制方案中时间最短、 效率最高的控制手段。不过该控制的确定是精 度较差，同时也对执行器造成频繁动作。因此， 只有当偏差值相对较大时才使用Ping -Pang 控 制, 而对于偏差值较小的数值，一般又别的控 制方案来完成。 3.2.2 PID 控制 PID 控制使用了目前工程控制常用的增量 式PID 算法，因此这种控制就叫PID 控制。 该控制可以对水位、参数通过上位机的组态系 统进行实时的调整，同时对水位的波动范围给 予一定的限制。 4 结论 基于PLC 的下位机与SCADA 的人机交 互界面以及DCS 分布式系统经过多重环境测 试，证明了其可靠性以及高效率。通过对调节 水位的波动测试，可以看到系统很准确的检测 到水位的变化，因此可以证明该系统符合设计 要求中的精确、迅速、稳定的特点。 由此可以看到，基于PLC 的过程控制系 统能够为各种用户提供良好的控制理论研究平 台，而且PLC 过程控制系统的设计思想和使 用范围可以应用在各种工程监控现场。因此 PLC 控制系统依靠这些良好的优点，在工程 监控上有着广阔的前景。 参考文献 [1] 欧姆龙公司.C200HX/C200HG/C200HE 编程 手册[Z].2003. [2] 欧姆龙公司.ANALOG I/O Units OPERATIONMANUAL[Z].2008. [3] 亚控公司. 组态王6.0 使用手册[Z].2005. [4] 王锦标. 过程计算机控制[M]. 北京: 清 华大学出版社,2012. [5] 殷华文. 可编程序控制器及工业控制网络 [M]. 西安地图出版社,2011. 作者单位 吉安市中等专业学校 江西省吉安市 343000 |
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