基于PLC的水泵測試控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘 要：控制核心與工控機(jī)聯(lián)合控制的模式是PLC系統(tǒng)的最大優(yōu)點(diǎn)，程序設(shè)計(jì)語言編制了運(yùn)行方式程序，從而水泵測試過程控制系統(tǒng)得以順利構(gòu)建，該系統(tǒng)結(jié)合了PLC和工控機(jī)自身的優(yōu)勢特征，經(jīng)過現(xiàn)場的實(shí)踐調(diào)試表明，能有效地提高了水泵測試過程的可靠性和安全性，系統(tǒng)安全穩(wěn)定，使用方便，滿足生產(chǎn)實(shí)際需要。

關(guān)鍵詞：PLC；水泵測試；控制系統(tǒng)；設(shè)計(jì)

目前，國內(nèi)那些采用專用測量儀器與儀表的水泵微機(jī)測試系統(tǒng)的水泵生產(chǎn)企業(yè)，它們做水泵型式試驗(yàn)和出廠試驗(yàn)時(shí)，無論精度還是效率方面都有了較大的提高，但是這類測試系統(tǒng)仍有一些不足之處，例如在現(xiàn)場測試的抗干擾性和測試過程控制的實(shí)時(shí)性方面相對較為薄弱。為此，在原有設(shè)計(jì)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，作者提出了一套改進(jìn)方案，將工業(yè)控制領(lǐng)域中運(yùn)用相對普遍的PLC引進(jìn)了水泵試驗(yàn)測試控制系統(tǒng)，既充分利用了PLC自身處理速度快、可靠性高和抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，又利用了工控機(jī)良好的數(shù)據(jù)分析和處理能力。

1、水泵測試控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

通過控制變頻器電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)電動(dòng)閥門等以達(dá)到滿足用戶需求的自動(dòng)調(diào)整水泵電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)并自動(dòng)修正不同流量下水泵各類測試，從而使誤差降到最低。為了保證整個(gè)測試過程的精度和讀數(shù)分辨力，可以根據(jù)測量統(tǒng)計(jì)修正模型并進(jìn)行有效的補(bǔ)償，從而達(dá)到對信號(hào)進(jìn)行較復(fù)雜的計(jì)算和處理，對自動(dòng)處理水泵測試過程中出現(xiàn)的各種故障進(jìn)行檢測和排除。監(jiān)測量可以是開關(guān)量，也可以是模擬量，自動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)測水泵電動(dòng)機(jī)及相關(guān)輔助設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)和運(yùn)行狀態(tài)；將事先設(shè)定的限定值實(shí)時(shí)與監(jiān)測量的監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行比較，一旦被測量超過限定值時(shí)，相應(yīng)的聲光報(bào)警信號(hào)將會(huì)啟動(dòng)，這樣用戶就可以適時(shí)調(diào)整相關(guān)信號(hào)。安全系統(tǒng)主要是適時(shí)地產(chǎn)生一些保護(hù)性動(dòng)作。比如由于某些異?；蚴侨藶橐蛩囟鸬碾妱?dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)現(xiàn)象，致使水泵出現(xiàn)倒吸的針對水泵在測試運(yùn)行過程中發(fā)生的嚴(yán)重漏電現(xiàn)象，從而能夠避免整個(gè)測試系統(tǒng)的崩潰。

2、水泵測試控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1測量控制單元設(shè)計(jì)

測量控制單元屬于過程控制級(jí)，直接與水泵電機(jī)及各類測量傳感器、變頻器、各種空氣開關(guān)和中間繼電器相連，來完成整個(gè)測試過程的控制與監(jiān)測。機(jī)組的測量控制單元包括模擬量輸入/輸出、開關(guān)量輸入/輸出、鍵盤輸入和聲光報(bào)警等。電機(jī)的信號(hào)為電壓、電流、電阻、功率、頻率、轉(zhuǎn)速以及電機(jī)繞組溫度。電網(wǎng)的信號(hào)為電壓、電網(wǎng)總有功功率、電網(wǎng)頻率及各空氣開關(guān)線圈的開關(guān)狀態(tài)。壓力傳感器信號(hào)為進(jìn)口壓力和出口壓力。PLC測控單元的控制信號(hào)為電機(jī)的啟動(dòng)、停機(jī)及電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的調(diào)整等。

2.2測試控制電路設(shè)計(jì)

水泵測試過程控制系統(tǒng)的主要電路包括主控電路、測量電路、電動(dòng)閥控制電路和水泵電機(jī)控制電路。綜合考慮系統(tǒng)的整體性能和可靠性。作為整個(gè)水泵測試過程控制系統(tǒng)的主控電路，其性能直接影響整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。測量電路是水泵測試系統(tǒng)關(guān)鍵部分，其功能是負(fù)責(zé)測量水泵與電機(jī)的各種信號(hào)，通過各種測量儀器和傳感器采集水泵與電機(jī)運(yùn)行的各種關(guān)鍵信號(hào)量。因此，其性能的好壞直接影響信號(hào)測量的精度和可靠性。

3、水泵測試控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1模塊設(shè)備

在水泵測試控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)過程中，整個(gè)系統(tǒng)大致可以分為4個(gè)模塊，即通訊模塊、數(shù)據(jù)處理及過程控制模塊、監(jiān)控模塊、數(shù)據(jù)采集模塊。通訊模塊的基本功能是要保證試驗(yàn)過程中試驗(yàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性，這樣才能既發(fā)揮PLC控制精度高和抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)，又能充分利用工控機(jī)良好的數(shù)據(jù)分析和處理能力；系統(tǒng)采用了RS232通訊模塊來保證數(shù)據(jù)傳輸通道的正常運(yùn)行。數(shù)據(jù)處理及過程控制模塊是整個(gè)測控系統(tǒng)的核心。本系統(tǒng)通過對來自數(shù)據(jù)采集模塊數(shù)據(jù)的計(jì)算、分析和處理，由D/A或者I/O模塊向系統(tǒng)中的各個(gè)控制器件和電控開關(guān)發(fā)出控制信號(hào)，實(shí)時(shí)調(diào)整系統(tǒng)的狀態(tài)和參數(shù)，使系統(tǒng)嚴(yán)格按照要求自動(dòng)完成試驗(yàn)項(xiàng)目的操作。數(shù)據(jù)采集模塊的主要功能是對測控系統(tǒng)中各個(gè)傳感器的信號(hào)進(jìn)行采集，為試驗(yàn)的分析和處理提供數(shù)據(jù)來源。本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集分為兩部分：模擬量信號(hào)采集和數(shù)字量信號(hào)采集。模擬量的采集使用12位的A/D卡，數(shù)字量的采集使用C/T卡。監(jiān)控模塊就是對系統(tǒng)各個(gè)部分的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生異?；虺鲥e(cuò)時(shí)，及時(shí)報(bào)警并采取相應(yīng)的應(yīng)急措施。在水泵試驗(yàn)中，試驗(yàn)回路正確與否對試驗(yàn)?zāi)芊裾：晚樌赝瓿善鹬鴽Q定性的作用。因此，監(jiān)控模塊的主要功能就是對試驗(yàn)回路進(jìn)行監(jiān)控，方便用戶在系統(tǒng)出現(xiàn)異常時(shí)及時(shí)做出反應(yīng)。

3.2 PLC控制程序設(shè)計(jì)

針對水泵測試系統(tǒng)的控制特點(diǎn)，PLC控制程序主要由過程控制、繼電器動(dòng)作和數(shù)據(jù)上傳3部分組成。過程控制部分主要將PC上位機(jī)上所設(shè)定的參數(shù)讀入，檢查設(shè)備是否處于初始狀態(tài)，控制每個(gè)試驗(yàn)的邏輯過程，與上位機(jī)設(shè)定通信接口位；繼電器動(dòng)作部分主要將過程控制中的各個(gè)邏輯狀態(tài)進(jìn)行組合，根據(jù)其組合的結(jié)果控制繼電器、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥及電機(jī)的開閉，從而完成整個(gè)系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的各種電氣、電動(dòng)功能；數(shù)據(jù)上傳部分主要是將傳感器測量的模擬量信號(hào)和數(shù)字信號(hào)處理后上傳給上位機(jī)進(jìn)行顯示，根據(jù)控制要求畫出程序流程圖，并根據(jù)流程圖進(jìn)行梯形圖編程。

結(jié)束語：

本系統(tǒng)采用以西門子S7-200PLC為控制核心與工控機(jī)聯(lián)合控制的模式，利用VB.NET程序設(shè)計(jì)語言編制了界面和通信程序，構(gòu)建了水泵測試過程控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)充分發(fā)揮了PLC和工控機(jī)自身的優(yōu)勢。系統(tǒng)測控軟件的設(shè)計(jì)是基于模塊化思想進(jìn)行設(shè)計(jì)的，整個(gè)軟件由通訊模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、監(jiān)控模塊、數(shù)據(jù)處理及過程控制模塊4個(gè)部分組成。模塊的引入大大簡化了程序，使程序具有良好的可讀性及可擴(kuò)展性，為以后系統(tǒng)功能的增加奠定了良好的基礎(chǔ)。經(jīng)過現(xiàn)場的調(diào)試表明，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，滿足生產(chǎn)實(shí)際需要，使用方便，有效地提高了水泵測試過程的可靠性和安全性。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙鵬程.集散型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)[M].杭州：浙江大學(xué)出版社，2010

[2]金立江.泵試驗(yàn)理論與方法[J].科技傳播，2013