基于PLC的小型高精度多相流實(shí)驗(yàn)裝置測控系統(tǒng)設(shè)計

韓惠東

摘 要：本文主要是設(shè)計了1 套小型高精度油氣水三相流實(shí)驗(yàn)裝置，然后對小型高精度油氣水三相流實(shí)驗(yàn)裝置的測控系統(tǒng)設(shè)計進(jìn)行了重點(diǎn)討論。本文對可編程控制器（ programmable logic controller，PLC） 和單片機(jī)測控系統(tǒng)的特性進(jìn)行了比較，比較之后，最終選擇的構(gòu)件測控系統(tǒng)硬件是以 PLC 為基礎(chǔ)的，然后對輸入輸出設(shè)備的數(shù)量和性質(zhì)進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：三相流裝置；測控系統(tǒng)；PLC

中圖分類號：TM93 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，社會的進(jìn)步，國內(nèi)外許多先進(jìn)的大型石油化工企業(yè)都相繼建立了基于PLC的小型高精度多相流實(shí)驗(yàn)裝置測控系統(tǒng)，比如說法國在1974 年的成果，其建立了布桑實(shí)驗(yàn)環(huán)道；在1980年，美國也在 ESS公司的提倡之下，好幾家大型的石油化工公司聯(lián)合建立SINTEF 兩相流實(shí)驗(yàn)環(huán)道，國內(nèi)的各個石油大學(xué)也相繼組建多相流實(shí)驗(yàn)裝置，以上的各種實(shí)驗(yàn)裝置對之后的多相流的研究意義重大。

1.PLC 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計

1.1 PLC 控制系統(tǒng)的控制對象

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，國內(nèi)外許多先進(jìn)的大型石油化工企業(yè)都相繼建立了基于PLC的小型高精度多相流實(shí)驗(yàn)裝置測控系統(tǒng)，本篇文章對可編程控制器（ programmable logic controller，PLC） 和單片機(jī)測控系統(tǒng)的特性進(jìn)行了比較，比較之后，最終選擇的構(gòu)件測控系統(tǒng)硬件是以 PLC 為基礎(chǔ)的，然后對輸入輸出設(shè)備的數(shù)量和性質(zhì)進(jìn)行了分析，根據(jù)系統(tǒng)的兩大要求，一個是系統(tǒng)的 I/O 點(diǎn)數(shù)和估算要求，另一個是系統(tǒng)的內(nèi)存字?jǐn)?shù)要求，最終將西門子 S7-224XP CPU作為我們的選擇對象，西門子 S7-224XP CPU的存儲器比較大，其程序存儲器比較大，數(shù)據(jù)存儲器也比較大，而且里面還有兩個 RS485 通信端口，2AI/1AO，同時也設(shè)計了一些其他的功能，比如說PID 閉環(huán)流量控制功能和進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的功能，從而完成油氣水三相流實(shí)驗(yàn)室裝置的自動控制，用戶在使用的時候，需要在 VB 編寫的上位機(jī)中輸進(jìn)去自己想要的流量數(shù)值，然后通過 PLC 程序進(jìn)行運(yùn)算，將運(yùn)算結(jié)果通過模擬量模塊輸送出來，進(jìn)而對電動調(diào)節(jié)閥進(jìn)行控制，直到電動調(diào)節(jié)閥調(diào)整到自己想要的流量為止。這個系統(tǒng)的控制對象就是三相流實(shí)驗(yàn)裝置，先是PLC 調(diào)節(jié)電動開關(guān)閥和電動調(diào)節(jié)閥進(jìn)行控制，直到電動調(diào)節(jié)閥調(diào)整到自己想要的流量為止。在通訊設(shè)計中，可以用的是VB6.0 來對PLC進(jìn)行編寫的，其中Visual Basic6.0 的優(yōu)勢是非常獨(dú)特的，Visual Basic6.0 提供的 MSComm6.0 控件可以在串行接口進(jìn)行數(shù)據(jù)的收發(fā)工作，應(yīng)用起來十分方便，只需要對Visual Basic6.0 中的 MSComm6.0 控件的屬性和事件進(jìn)行監(jiān)視就可以了，這都是可以進(jìn)行設(shè)置的，這樣可以十分方便地對串行口進(jìn)行初始化以及串行口數(shù)據(jù)進(jìn)行輸入和輸出。在進(jìn)行初始化設(shè)置的時候，為了使得雙方通信參數(shù)一致進(jìn)行，應(yīng)該對串行端口進(jìn)行初始化設(shè)置。除此之外，在這次實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)該將用戶程序通過PC/PPI 線纜來下載到PLC 中。將PLCCPU 設(shè)置成RUN 模式，它就可以一直進(jìn)行循環(huán)掃描，并還可以一直將用戶編寫的程序執(zhí)行下去，從而滿足用戶的需求，完成用戶想要完成的內(nèi)容。

1.2 PLC 控制系統(tǒng)的控制任務(wù)要求

PLC 控制系統(tǒng)所需要的控制器件是：電動開關(guān)閥需要6個，電動調(diào)節(jié)閥需要兩個，氣體渦輪流量計、氣體羅茨流量計、電磁流量計若干個，其中的壓力變送器和溫度變送器差不多都是用數(shù)字量進(jìn)行控制的，調(diào)節(jié)閥的電壓調(diào)節(jié)范圍是 0～6V ，流量壓力信號需要進(jìn)行實(shí)時輸入，隨后控制系統(tǒng)根據(jù)壓力信號通過調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)，一直到理想的流量值為止。

1.3 實(shí)現(xiàn)PLC 與上位計算機(jī)實(shí)時通

可以與S7 -200相匹配的通信協(xié)議有：MPI方式（多點(diǎn)接口協(xié)議）； PPI方式（點(diǎn)對點(diǎn)接口協(xié)議）、自由口方式（用戶定義協(xié)議）以及Profibus方式。其中的自由端口方式是通過用戶自身對通信協(xié)議定義的，所以，這種方式可以讓控制系統(tǒng)和其他的一些外圍設(shè)備更加便捷地進(jìn)行通信，用起來也更加靈活一些，除此之外，可以更加容易地進(jìn)行一些計算機(jī)控制軟件的開發(fā)，所以試驗(yàn)用的就是自由口通信方式，開發(fā)控制界面用的是Visual Basic 6.0 ，計算機(jī)本身作為一種上位機(jī)，PLC 是下位機(jī)，一般情況下計算機(jī)都是通過MSComm6.0 控件來和PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換，以及存儲模擬量、數(shù)字量的工作。

2.PLC 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計

2.1 PLC 通信設(shè)計

本次程序設(shè)計用的是VB6.0 來對PLC進(jìn)行編寫的，其中Visual Basic6.0 的優(yōu)勢是非常獨(dú)特的，Visual Basic6.0 提供的 MSComm6.0 控件可以在串行接口進(jìn)行數(shù)據(jù)的收發(fā)工作，應(yīng)用起來十分方便，只需要對Visual Basic6.0 中的 MSComm6.0 控件的屬性和事件進(jìn)行監(jiān)視就可以了，這都是可以進(jìn)行設(shè)置的，這樣可以十分方便地對串行口進(jìn)行初始化以及串行口數(shù)據(jù)進(jìn)行輸入和輸出。一般情況下，下位機(jī)要想完成成數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收就必須得通過 PLC 的指令，而上位機(jī)要想完成數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收就必須通過 VB6.0 中的 MSComm6.0 完成。

2.2 通信初始化設(shè)置

在本次程序中， PLC 與 PC 的自由口通信設(shè)置的是串行通信，所以在進(jìn)行通信之前應(yīng)該對串行端口進(jìn)行初始化設(shè)置，從而使得雙方通信參數(shù)是一致進(jìn)行的。

3. 程序流程PLC 的控制程序由主程序和子程序構(gòu)成

程序流程PLC 的控制程序是由兩個部分組成的，其中既有主程序，也有子程序，在這次實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)該將用戶程序通過PC/PPI 線纜來下載到PLC 中。將PLCCPU 設(shè)置成RUN 模式，它就可以一直進(jìn)行循環(huán)掃描，還可以一直將用戶編寫的程序執(zhí)行下去，從而滿足用戶的需求，完成用戶想要完成的內(nèi)容。在本次控制程序里，無論是PID 調(diào)節(jié)還是模擬量輸入輸出單元，這兩個部分都是要有初始化子程序和中斷程序的，由于程序掃描浪費(fèi)的時間比較大，所以為了節(jié)約掃描的時間，可以將初始化的程序設(shè)置在子程序里運(yùn)行，而PID 要想接收數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)都得需要通過中斷程序來完成。

結(jié)論

綜上所述，伴隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步，國內(nèi)外許多先進(jìn)的大型石油化工企業(yè)都相繼建立了基于PLC的小型高精度多相流實(shí)驗(yàn)裝置測控系統(tǒng)，本文主要是設(shè)計了1 套小型高精度油氣水三相流實(shí)驗(yàn)裝置，然后對小型高精度油氣水三相流實(shí)驗(yàn)裝置的測控系統(tǒng)設(shè)計進(jìn)行了重點(diǎn)討論。本次程序設(shè)計用的是VB6.0 來對PLC進(jìn)行編寫的，其中Visual Basic6.0 的優(yōu)勢是非常獨(dú)特的，Visual Basic6.0 提供的 MSComm6.0 控件可以在串行接口進(jìn)行數(shù)據(jù)的收發(fā)工作，應(yīng)用起來十分方便。

參考文獻(xiàn)

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