浅析基于PLC的过程控制系统的设计

摘要：支撑现代社会高速发展的就是各种科学技术在社会生活中的广泛运用，PLC（可编程逻辑控制器）的过程控制系统就对国民经济起到重要多的作用，尤其在工业领域，可以豪不夸张的，智能化的技术设备都需要运用这种技术或是相似的技术；计算机、自动控制、总线技术及网络技术在生产现场的应用，使自动控制领域发生着翻天覆地的变化。尽管如此，仍然有许多问题出现，对于复杂的情况PLC的作用就受到技术的限制，很多地方值得改进。

关键词：PLC；过程控制；系统；设计

Abstract: support the high-speed development of the modern society is all kinds of science and technology in the social life of the widely used, PLC (programmable logic controller) process control system to the national economy have much more important role, especially in the industrial field, can hao not exaggerated, intelligent technology equipments need to be using this kind of technology or similar technology; Computer, automatic control, bus technology and network technology in the production of application, make automatic control field has a change in attitudes. Even so, there are still many problems, for complex situation the function of PLC by technical limitations, a lot of places is to be improved.

Keywords: PLC; Process; System; design

中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：

引言

PLC(可编程控制器)以其可靠性高、编程简单、在线编程、易于修改、性能价格比高等显著特点广泛应用于现代工业的控制之中。以PLC与通信网络相结合所构成的分布式控制系统已成为现代工业过程控制的有效解决方案之一。如今新的科学技术正不断的革新，对于PLC来说更是如此，PLC也出现了单机多用，联网控制的趋势，这给现代工业带来了极大的便利。

二、系统的结构与组成

基于PLC建构的过程控制系统采用分布式控制结构，如图1所示。以PLC作为下位机，以PC机为上位机，通过RS-232c串口与PLC通讯，实现对工业现场的监控。并通过同轴电缆连接到以太网上，从而实现对工业现场的“分散控制，集中管理”。

1、网络级

网络级的拓扑结构采用Ethernet网通过同轴电缆连接与生产监控级相连，实现对工业现场的集中管理。

2、监控级

监控级采用PC机作为上位机，并通过组态王6．0实现系统的SCADA功能；利用RS-232串口与PM通讯，实现对各个工业现场的监控。

3、控制级

控制级采用采用欧姆龙C200HG型PLC作为下位机，实现对现场的控制。PIJC中配电源模块、开关量输入模块Ⅱ)212、开关量输出模块0c221、模拟量输入模块AD003、模拟量输出模块DA004、RS～232串行口。

（1）ⅣD 003模拟量输入模块：接受液位传感器cY30llA送过来的4～20HA的电流信号，并将其转化为O-4000(BCD码)的数字量。其通道地址由拨号开关决定，与其在底板插糟中上的位置无关。本系统中AD003模块的地址开关设置为1，对应的m区域为mll0～m119；对应的DM区域为DM1100～DMll99；；并且设置第一路A／D转换器工作并不进行峰值保持，则模拟量输入通道地址为IR111，具体的DM区和m区设置如表l所示。

（2）D，A 004模拟量输出模块：将o_枷95BcD码转化为4～20tnA的电流信号送至变频器，作为系统的控制量，调整给水流量。其地址开关设其值为O，对应的m区域为：Ⅲ100m109；对

应的DM区域DM1000-DM1099；且设置出第一路D／A转换器工作，其模拟量输入通道地址为m101，具体的DM区和m区设置b3如表l所示。

4、控制通道

控制通道主要包括输人通道和输出通道。

（1）输入通道

输入通道采用CY3011投入式的液位传感器，把现场液位信号转换成4—20HA电流信号送往PMD003模块。其传感部分采用高精度扩散硅压力传感器，它把感受到的压力信号转换成电信号，此信号与液体高度成正比，精度为o．2％，

量程为1m，输出为4—20ⅡA电流.其在精度上、可靠性及稳定性上均能满足要求。

（2）输出通道

输出通道主要由变频器、水泵组成。输出通道接受PLC输出的控制量，把4—20mA的电流通过变频器转换成0-60Hz的频率信号来改变水泵的转速，从而达到调节流量的目的。变频器采用PanDV-707交流变频器，由变频器控制三相感应式电动机的转速(或频率)。将输入的420IIIA电流控

制信号，通过“整流——直流中间平滑滤波——逆变”电路，将输入的380v交流电源变成不同频率、不同电压的信号，调节水泵的转速。水泵采用JcB22型变频调速泵，其额定流量为22L/min，额定扬程为3．3m。它是通过变频器的输出频率的变化来改变泵的转速，从而实现流量的调节。

三、过程控制系统的软件设计与实现

软件设计主要包括上位机SCADA监控软件和下位机软件设计。

1、SCADA监控软件设计

上位机软件设计采用组态王6．0软件。组态王是一种工业组态软件，它自带大量的I，0设备驱动程序，用户可以方便地构建实时的监控系统。为了使过程控制系统实验平台有一个良好的人机交互环境，在组态王中开发了过程流程画面、监控画面、实时调节陆线、历史曲线图、阶跃响应曲线、报警画面，从而可实现对现场的实时监控。PID控制上位机监控画面为图2所示。

2、下位机软件设计

下位机软件设计是在监控级上利用OMRON-C200ha系列 编程软件CX—progrommer2.0完成对下位机程序的编制与调试，然后把调试好的程序下载到PLC中。下位机软件主要实现PLC与监控级的通讯、PLC 对现场水位的控制、故障诊断等子程序。其软件设计的主程序流程图如图3所示。

（1）上电初始化

系统初始化包括对mw、ROM以及其中的m、HR、DM区域的清零，以及控制参数的初始值设置，例如积分时间Ti、比例放大系数KP、微分时间Td和采样周期T；此外，也包括对ⅣD003、D，A004模块的初始化。

（2）采样周期的确定与实现

采样周期的确定取决于被控对象的特性、监测参数、以及控制器的容量，理论上应满足Shannon采样定理f≥2Fmax，在实际应用时还应考虑模拟量输入通道的个数、A/D的转换时间。因为A，D003可实现8路模拟量输入，一路A/D转换时间为1ms，并且要对A/D转换值进行16次取样进行平均值滤波。综合上述因素最小周期T≥1*16*8llls=128船，根据OMRONc200HG