组态软件在试验台PLC控制系统中的应用

1组态软件在试验台PLC控制系统中的应用陈小刚阚新建郭佳杰乔朕徐顺（盐城工学院，江苏盐城224003）摘要：本文介绍了基于力控组态软件与三菱公司FX系列可编程序控制器的水力机械试验台控制系统设计，给出了试验台控制系统的仿真系统的结构、软件设计和组态过程。经分析，该仿真的实现为控制系统的现场调试提高了效率，降低了风险。关键词：组态软件；PLC控制系统；仿真TheApplicationofConfigurationSoftwareinPLCControlSystemofTestStandChenxiaogangKanxinjianGuojiajieQiaozhenXushun（YanchengInstitute，JiangsuYancheng224003）Abstract：ThepaperintroducesthedesignofthecontrolsystemofhydraulicmachineryteststandbasedonLIKONGconfigurationsoftwareandFXseriesPLCofthecorporationofMitsubishiE1ectricandalsogivesthedesignofitsconstitutionofsimulationsystem，softwareandtheprocessofconfiguration.Thesimulationisrealizedtoenhancetheefficiency，andreducerisksofcontrolsystemdebugginginthespotbyanalysis．Keywords：configurationsoftware；PLCcontrolsystem；simulation1、前言我国是一个多泥沙河流的国家,其上运行的水力机械遭受磨蚀非常严重。由于水力机械内部流动,尤其是三元多相流动试验台相当复杂,其中在水力机械的多相流动(主要是固液流)试验研究方面,还较薄弱。而目前PLC在水力机械控制系统中运用越来越广。因PLC是用于工业现场控制，且PLC不同于微机，无法通过显示器观察程序的执行结果，验证PLC程序的正确与否，只能用PLC来控制相应的控制对象，以观察控制结果是否正确。PLC的控制实验一般都要求有真实的被控对象，而水力机械一般都具有体积大、价格昂贵、维护困难等特点，很难在实验室配备。即使实验室配置了相对简单的设备，也因其易损坏、种类少而远远不能满足实验和研究的需要。如果用计算机全真模拟被控对象，不但可以克服真实被控对象的缺点，而且可以利用有限的设备、低廉的造价、多样化的程序，丰富实验内容，大大增强PLC实验课题的研究效果。力控组态软件是Windows环境下面向对象的工业控制组态软件，它适合任何自动化控制系统，如果和PLC控制系统相结合，通过计算机全真模拟被控对象，在计算机上对整个PLC控制系统的功能进行模拟调试，在仿真状态中直观地对PLC控制系统程序的错误和缺陷进行2检测和修正，待程序完全正确时，再进行现场实际联机调试，将大大提高现场调试的效率，降低系统调试的费用和风险。2、仿真系统结构图1仿真系统结构图从控制过程知道，试验台控制系统至少需要有5个开关量和7个模拟量输入，6个开关量和3个模拟量输出。故利用一台三菱型号为FX2N—32MR的PLC作为计算机(代替工控机)与试验台之间进行数据交换的设备。FX2N—32MR的编程口通过一条通信电缆(SC一09)与计算机的RS232C串行通信口连接，本系统输入接口设备选用三菱公司FX2N—8AD，输出接口设备选用三菱公司FX2N—8DA，进行模拟量的输入和输出，这样，可以在计算机上进行编程和监控。3、系统软件设计与组态过程3.1系统控制软件的设计系统控制软件编制主要采用模块化设计，系统控制包含开度的调节、模型水轮机转速调节和水头调节三部分，下面重点描述开度的调节，程序主要包括赋值与交换数值计算、转动方向与角度计算、发脉冲指令等。3.1.1赋值与交换数值计算通过MOV指令将开度调节的位置与起始点相距的转动角度数(固定值)寄存于数据寄存器中，作为PLC的位控指令参数。3.1.2转动方向与角度计算将前一次转动的角度数D220与将要转动的角度数D221通过CMP指令，进行比较，通过减法指令、乘法指令和除法指令，将数据寄存器中的值转化为步进电动机实际转动角度D224。同时通过比较前后角度数的大小，由辅助继电器M0的得电与失电给出定旋转方向。3.1.3发脉冲指令通过辅助继电器M选择具体的旋转角度。脉冲输出指令PLSY以100的输出频率输出数据寄存器内实际转动角度D224数值大小的脉冲量，给输出端子Y000，从而驱动步进电动机按D224内的数值大小转动。3.2力控软件的组态过程3.2.1设备和变量的连接首先，在实时数据库中根据对象类型建立21个变量。然后，在设备窗口中点击设备组显示器组态软件上位机下位机PLC键盘鼠标3态，设备工具箱中打开“通用设备”，选择“串口通信父设备”使其进人设备组态窗口中，然后再打开“PLC设备”，选中“三菱FX2N—32MR”作为子设备，并对其属性进行设置。至此，已将组态软件中的变量与外部PLC设备的端子进行连接，当PLC的输人、输出继电器状态发生变化时，将直接反映到组态软件的变量，即变量的状态也发生变化。下面只要建立监控画面模拟水力机械试验台实际工作情况，并将元件的动作与变量的变化进行动画连接，即可利用监视、控制画面监控试验台实际装置的动作情况。3.2.2建立监控画面并进行动画连接按照实际流程，模拟工业现场和工控设备，利用力控软件内部元件进行组态，窗口的内容是显示仿真对象的图形结构及被控过程，它以图形对象的变化或运动过程反映PLC程序的运行结果。通过把绘制的图形对象与数据库中的数据链接起来，从而使画面上每个图形对象与PLC设备内I／O点的状态进行关联。3.2.3软件功能根据控制系统的实际要求，设计的软件实现了下述功能：流程进行动画显示，可以直观的看出水流的走向；为了形象的表示参数实时值，使用曲线图和棒图来显示参数的变化；实时显示故障报警画面、查询历史报警，并可以设置报警的极限值；可以进行实时曲线监测和历史曲线查询；可生成系统实时报表和历史报表，可以进行打印；可以对实时数据库和历史数据库进行方便的管理。FX1N系列三菱PLC控制目前的很多自动控制系统中,常常选用PLC作为的控制设备,用于数据采集、状态判别和输出控制；而在可编程序控制器与计算机通讯的基础上，通过组态软件可以对可编程序控制器的当前状态进行全方位的监控，进一步通过组态软件可以对实验控制对象的工作过程进行全程模拟，实现远程控制。这种控制系统充分利用了计算机和PLC的特点，实现了优势互补，得到了广泛应用。而且PLC的应用一般都要求有真实的被控对象，但真正的被控对象一般都具有体积大、份量重、价格昂贵、维护困难等特点，很难在实验室配备。即使实验室配置了某些相对简单的设备，也因其易损坏、种类少而远远不能满足实验和研究的需要。如果用计算机全真模拟被控对象，不但可以克服真实被控对象的缺点，而且可以用有限的设备、低廉的造价、多样化的程序，丰富实验内容，大大增强PLC实验课题的研究效果。FX1N系列PLC的编程软件有梯形图、指令语句以及顺序功能图SFC三种编写格式，利用SC-09编程电缆，直接把计算机的串行口与PLC相连，可将计算机上的梯形图传到PLC，并可实时监控与修改程序。并且可以通过增加输入输出单元增加点数,通过扩展单元来扩大容量和功能,甚至可通过与集散控制系统(DCS)或其他上位机的通信来扩展它的功能,并与外部设备进行数据的交换等。I/O分配：从控制关系可知，控制系统需要11个开关量输入到计算机，即：停止按钮、高水头按4钮、大流量按钮、阀1、阀2、阀3、阀4、阀5、阀6、泵1、泵2。I/O分配表对象接线端子对象接线端子高水头X0阀2Y4大流量X1阀3Y5停止X2阀4Y6泵1Y0阀5Y7泵2Y1阀6Y10阀1Y3PLC运行程序3.2.4运行和调试力控组态软件支持三菱FX全部系列PLC产品。该系统采用串行通信方式，使用标准通信协议即RS232协议，通过信号转换器将PLC与计算机的RS232接口相连。系统进入运行后，用户用鼠标点击显示幕上的按钮进行操作，同时，此信号发向PLC；PLC接到该信号后，经过控制程序(编写的PLC控制程序)发出控制指令；上位机接到控制指令后，控制画面上的电磁阀、步进电动机等执行部件动作，并用数据、图形、动画、指示灯等信号显示。可以观察试验台的运行情况。如果组态过程中的设置没有错误、运行完全正确，那么说明PLC程序的运行和控制功能已经没有问题，即实现了对PLC控制系统的仿真，接下去就可以进行实际的现场安装调试。图2所示为试验台控制系统的界面。5试验台控制系统的界面3结论本文借助于力控组态软件对PLC控制系统程序进行仿真，可以非常逼真地观察到系统的工作过程。该系统具有明显的优势，能较好地模拟多相流动试验台的实际控制和运行，对大型流体机械的PLC控制系统仿真可以发挥非常重要的作用。参考文献[1]袁秀英．组态控制技术[M]．北京：电子工业出版社，2003．[2]郁汉琪等．电气控制与可编程序控制器应用技术[M]．南京：东南大学出版社，2003．[3]周美兰，周封，王岳宇．PLC电气控制与组态设计[M]．北京：科学出版社，2003.[4]徐锦康.机械设计[M].高等教育出版社，2004.本研究来源于盐城工学院科研项目地址：江苏省盐城市希望大道盐城工学院机械工程学院电话：1510510325415345150563