論文PLC在過程控制實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

王兵武

前言

研究自動控制，PLC是必須要掌握的先進(jìn)控制裝備之一。所以，結(jié)合現(xiàn)在自動化實(shí)驗(yàn)室的條件，提出了將PLC應(yīng)用到過程控制實(shí)驗(yàn)中的方案和實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室建設(shè)。為參加實(shí)驗(yàn)的人員提供更多的實(shí)驗(yàn)平臺，由于設(shè)計的思想是按照接近工業(yè)現(xiàn)場的水平來進(jìn)行的，包括各種工業(yè)級的裝置。如孔板、壓力變送器、差壓變送器、電/氣轉(zhuǎn)換器以及PLC。非常接近工業(yè)現(xiàn)場水平，對提高參加實(shí)驗(yàn)人員的綜合素質(zhì)，使之可以接觸到工業(yè)應(yīng)用中實(shí)際采用的硬件及軟件有極大的作用。

1 PLC簡介

可編程控制器，簡稱PC，為辦公自動化和工業(yè)自動化中廣泛使用的個人計算機(jī)PC混淆，現(xiàn)在一般將可編程控制器簡稱PLC（Programmable Logic Controller）。1985年國際電工委員會（IEC）的可編程序控制器標(biāo)準(zhǔn)草案第三稿對可編程程序控制器作了如下定義：“可編程序控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專門在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用可編程序控制的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制，定時，計數(shù)、和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于使工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計[8]?！?/p>

2過程控制實(shí)驗(yàn)水槽分析

試驗(yàn)裝置的設(shè)備原理如圖1所示。

1實(shí)驗(yàn)裝置原理圖

實(shí)驗(yàn)裝置中，水位高度的測量采用了差壓變送器，它利用水位高度與大氣的壓力差的原理實(shí)現(xiàn)液位的自動測量；變送器不斷感受到水位高度的變化，并且將這一變化轉(zhuǎn)變成輸出電流的變化，傳至控制器PLC中。實(shí)驗(yàn)裝置上采用的是氣閉式的調(diào)節(jié)閥。由于PLC輸出的是電流信號，還必須經(jīng)過一臺電/氣轉(zhuǎn)換器（或采用電/氣閥門定位器）將電流信號轉(zhuǎn)換成氣壓信號，才能驅(qū)動氣動閥運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)對流量的控制。

3通過實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)GE PLC的模塊

3.1開關(guān)量接口測試實(shí)驗(yàn)過程

3.1.1開關(guān)量模塊功能測試連線

（1）計算機(jī)與PLC的通訊連線

計算機(jī)與PLC的通訊采用RS485與RS232兼容連接來進(jìn)行程序右計算機(jī)到PLC的下載、通過計算機(jī)控制PLC的運(yùn)行及實(shí)時監(jiān)控。

（2）開關(guān)量接口試驗(yàn)硬件連線

開關(guān)量接口試驗(yàn)采用電阻箱串連電流表，與開關(guān)量模塊的輸出接口組成閉合回路的方式來檢驗(yàn)開關(guān)量模塊接口的特性，由于是處于學(xué)習(xí)PLC及組態(tài)軟件的階段，所以并沒有直接控制水槽，只是通過電流表有無電流通過來觀察。從MDL940模塊的1和5接口中各自接電源兩端，2和5接口中各引出線接電阻箱和電流表。

通過CIMPLICITY組態(tài)軟件編輯好開關(guān)量測試梯形，并下載到PLC的寄存器，當(dāng)PLC運(yùn)行時，就按照控制方案來進(jìn)行，控制內(nèi)部寄存器M1，M2的狀態(tài)，來控制開關(guān)量輸出Q00017（Q 00017 是開關(guān)量輸出接口的基址）。改變變量來測試開關(guān)量的輸出接口，并輸出處理結(jié)果。

3.1.2開關(guān)量模塊功能測試過程

給PLC接通220V電源，并將CPU由OFF旋到ON。此時可見電源模塊的OK指示燈閃爍，表明PLC在初始化，幾分鐘后，OK燈不閃爍，此時可在PC機(jī)組態(tài)軟件上先點(diǎn)擊STOP-PLC鍵，再點(diǎn)擊LOAD將編輯好的梯形圖下載到PLC，在軟件的右下角會顯示下載狀態(tài)，若沒有錯誤，最后下載成功后顯示ERROR（0），WARNING（0）?？牲c(diǎn)擊START-PLC開始運(yùn)行PLC。如圖5所示，點(diǎn)擊ON-LINE在線監(jiān)控。在軟件左下角，通過增加M00001，M00002，Q00017來對變量狀態(tài)進(jìn)行改變，從而觀察開關(guān)量輸出的變化。

具體的測試過程：

把電阻設(shè)為800Ω，得出以下結(jié)果，驗(yàn)證了開關(guān)量接口的特性。

M1 ON，M2 OFF，Q00017 ON 有電流產(chǎn)生其值為 30 mA

M1 OFF，M2 OFF，Q00017 ON 有電流產(chǎn)生其值為 30 mA

M1 OFF，M2 ON，Q00017 OFF 無電流流過

M1 OFF，M2 OFF，Q00017 OFF 無電流流過

M1 ON，M2 OFF，Q00017 ON 有電流產(chǎn)生其值為 30 mA

3.2模擬量輸入輸出接口測試實(shí)驗(yàn)過程

3.2.1模擬量輸入輸出模塊說明及組態(tài)

（1）模擬量輸入輸出模塊

GE Fanuc提供易使用的模擬量模塊，用于各種過程控制，如測液位，流量的系統(tǒng)。模塊有12位分辨率，并通過PLC直接存取，在CPU內(nèi)，模擬量有自身的存儲器，并且每掃描一次，數(shù)據(jù)自動刷新，也能直接從梯形圖內(nèi)存取數(shù)據(jù)。所有模塊均由軟件組態(tài)[13]。高密度輸入模塊帶有高、低限報警。在電源接通時，可組態(tài)報警數(shù)據(jù)送到模塊中，而報警位從模塊送至CPU中用以指示。

GE 9030 PLC的模擬量輸入模塊型號為IC693ALG223。GE 9030 PLC的模擬量輸出模塊型號為IC693ALG392。

（2）對PLC硬件進(jìn)行組態(tài)

在 瀏覽窗口的 工程標(biāo)簽中，展開 硬件組態(tài)Hardware Configuration 文件夾。在 瀏覽窗口的 工程標(biāo)簽中，右擊 slot 0并選擇替換模塊Replace Module，選擇IC693PWR330。接下來，以此方法對其他模塊進(jìn)行組態(tài)。右擊slot 1并選擇替換模塊Replace Module，選擇IC693CPU350。slot6 選擇模擬量輸入模塊，IC693ALG223。slot7 選擇模擬量輸出模塊，IC693ALG392。

由于只使用模擬量輸入和模擬量輸出模塊，故對PLC硬件的組態(tài)只需對電源模塊、CPU模塊、模擬量輸入/輸出模塊組態(tài)即可。

3.2.2 模擬量輸入輸出模塊功能測試過程

測試過程：

通過往水槽1注水，使水槽1液位升高，差壓變送器產(chǎn)生的信號送到AI0003，使AI0003增大，輸出AQ0002也發(fā)生了變化。

通過改變R0001的值，會使輸出有變化，輸出模塊中會產(chǎn)生電壓，利用電流表能看出輸出AQ0002的變化規(guī)律。它的變化狀態(tài)為如下：

R0001為 1000，電阻 500歐姆 時，電流 18.5 mA

R0001為 3000，電阻 500歐姆 時，電流 17.25 mA

R0001為 6000，電阻 500歐姆 時，電流 15.25 mA

實(shí)驗(yàn)的畫面所示，包括了梯形圖的畫面，梯形圖上實(shí)時顯示的變量數(shù)值的畫面，以及實(shí)時進(jìn)行監(jiān)控的畫面。

（作者身份證號碼：410103197609201359）