基于PLC的小型高精度多相流實驗裝置測控系統設計

韓惠東

摘 要：本文主要是設計了1 套小型高精度油氣水三相流實驗裝置，然后對小型高精度油氣水三相流實驗裝置的測控系統設計進行了重點討論。本文對可編程控制器（ programmable logic controller，PLC） 和單片機測控系統的特性進行了比較，比較之后，最終選擇的構件測控系統硬件是以 PLC 為基礎的，然后對輸入輸出設備的數量和性質進行了分析。

關鍵詞：三相流裝置；測控系統；PLC

中圖分類號：TM93 文獻標識碼：A

隨著經濟的發展，社會的進步，國內外許多先進的大型石油化工企業都相繼建立了基于PLC的小型高精度多相流實驗裝置測控系統，比如說法國在1974 年的成果，其建立了布桑實驗環道；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合建立SINTEF 兩相流實驗環道，國內的各個石油大學也相繼組建多相流實驗裝置，以上的各種實驗裝置對之后的多相流的研究意義重大。

1.PLC 控制系統的硬件設計

1.1 PLC 控制系統的控制對象

隨著經濟的發展，國內外許多先進的大型石油化工企業都相繼建立了基于PLC的小型高精度多相流實驗裝置測控系統，本篇文章對可編程控制器（ programmable logic controller，PLC） 和單片機測控系統的特性進行了比較，比較之后，最終選擇的構件測控系統硬件是以 PLC 為基礎的，然后對輸入輸出設備的數量和性質進行了分析，根據系統的兩大要求，一個是系統的 I/O 點數和估算要求，另一個是系統的內存字數要求，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，數據存儲器也比較大，而且里面還有兩個 RS485 通信端口，2AI/1AO，同時也設計了一些其他的功能，比如說PID 閉環流量控制功能和進行數據采集的功能，從而完成油氣水三相流實驗室裝置的自動控制，用戶在使用的時候，需要在 VB 編寫的上位機中輸進去自己想要的流量數值，然后通過 PLC 程序進行運算，將運算結果通過模擬量模塊輸送出來，進而對電動調節閥進行控制，直到電動調節閥調整到自己想要的流量為止。這個系統的控制對象就是三相流實驗裝置，先是PLC 調節電動開關閥和電動調節閥進行控制，直到電動調節閥調整到自己想要的流量為止。在通訊設計中，可以用的是VB6.0 來對PLC進行編寫的，其中Visual Basic6.0 的優勢是非常獨特的，Visual Basic6.0 提供的 MSComm6.0 控件可以在串行接口進行數據的收發工作，應用起來十分方便，只需要對Visual Basic6.0 中的 MSComm6.0 控件的屬性和事件進行監視就可以了，這都是可以進行設置的，這樣可以十分方便地對串行口進行初始化以及串行口數據進行輸入和輸出。在進行初始化設置的時候，為了使得雙方通信參數一致進行，應該對串行端口進行初始化設置。除此之外，在這次實驗中，應該將用戶程序通過PC/PPI 線纜來下載到PLC 中。將PLCCPU 設置成RUN 模式，它就可以一直進行循環掃描，并還可以一直將用戶編寫的程序執行下去，從而滿足用戶的需求，完成用戶想要完成的內容。

1.2 PLC 控制系統的控制任務要求

PLC 控制系統所需要的控制器件是：電動開關閥需要6個，電動調節閥需要兩個，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字量進行控制的，調節閥的電壓調節范圍是 0～6V ，流量壓力信號需要進行實時輸入，隨后控制系統根據壓力信號通過調節閥調節，一直到理想的流量值為止。

1.3 實現PLC 與上位計算機實時通

可以與S7 -200相匹配的通信協議有：MPI方式（多點接口協議）； PPI方式（點對點接口協議）、自由口方式（用戶定義協議）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議定義的，所以，這種方式可以讓控制系統和其他的一些外圍設備更加便捷地進行通信，用起來也更加靈活一些，除此之外，可以更加容易地進行一些計算機控制軟件的開發，所以試驗用的就是自由口通信方式，開發控制界面用的是Visual Basic 6.0 ，計算機本身作為一種上位機，PLC 是下位機，一般情況下計算機都是通過MSComm6.0 控件來和PLC進行數據的交換，以及存儲模擬量、數字量的工作。

2.PLC 控制系統的軟件設計

2.1 PLC 通信設計

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

2.2 通信初始化設置

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

3. 程序流程PLC 的控制程序由主程序和子程序構成

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，在這次實驗中，應該將用戶程序通過PC/PPI 線纜來下載到PLC 中。將PLCCPU 設置成RUN 模式，它就可以一直進行循環掃描，還可以一直將用戶編寫的程序執行下去，從而滿足用戶的需求，完成用戶想要完成的內容。在本次控制程序里，無論是PID 調節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，由于程序掃描浪費的時間比較大，所以為了節約掃描的時間，可以將初始化的程序設置在子程序里運行，而PID 要想接收數據和輸出數據都得需要通過中斷程序來完成。

結論

綜上所述，伴隨著經濟的發展，經濟的進步，國內外許多先進的大型石油化工企業都相繼建立了基于PLC的小型高精度多相流實驗裝置測控系統，本文主要是設計了1 套小型高精度油氣水三相流實驗裝置，然后對小型高精度油氣水三相流實驗裝置的測控系統設計進行了重點討論。本次程序設計用的是VB6.0 來對PLC進行編寫的，其中Visual Basic6.0 的優勢是非常獨特的，Visual Basic6.0 提供的 MSComm6.0 控件可以在串行接口進行數據的收發工作，應用起來十分方便。

參考文獻

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