論文PLC在過程控制實驗中的應用

王兵武

前言

研究自動控制，PLC是必須要掌握的先進控制裝備之一。所以，結合現在自動化實驗室的條件，提出了將PLC應用到過程控制實驗中的方案和實現方法進行實驗室建設。為參加實驗的人員提供更多的實驗平臺，由于設計的思想是按照接近工業現場的水平來進行的，包括各種工業級的裝置。如孔板、壓力變送器、差壓變送器、電/氣轉換器以及PLC。非常接近工業現場水平，對提高參加實驗人員的綜合素質，使之可以接觸到工業應用中實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自動化中廣泛使用的個人計算機PC混淆，現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準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字運算操作的電子系統，專門在工業環境下應用而設計。它采用可編程序控制的存儲器，用來在其內部存儲執行邏輯運算，順序控制，定時，計數、和算術運算等操作的指令，并通過數字式、模擬式的輸入和輸出，控制各類型的機械或生產過程。可編程序控制器及其有關設備，都應按易于使工業控制系統形成一個整體，易于擴充其功能的原則設計[8]。”

2過程控制實驗水槽分析

試驗裝置的設備原理如圖1所示。

1實驗裝置原理圖

實驗裝置中，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現液位的自動測量；變送器不斷感受到水位高度的變化，并且將這一變化轉變成輸出電流的變化，傳至控制器PLC中。實驗裝置上采用的是氣閉式的調節閥。由于PLC輸出的是電流信號，還必須經過一臺電/氣轉換器（或采用電/氣閥門定位器）將電流信號轉換成氣壓信號，才能驅動氣動閥運動，實現對流量的控制。

3通過實驗學習GE PLC的模塊

3.1開關量接口測試實驗過程

3.1.1開關量模塊功能測試連線

（1）計算機與PLC的通訊連線

計算機與PLC的通訊采用RS485與RS232兼容連接來進行程序右計算機到PLC的下載、通過計算機控制PLC的運行及實時監控。

（2）開關量接口試驗硬件連線

開關量接口試驗采用電阻箱串連電流表，與開關量模塊的輸出接口組成閉合回路的方式來檢驗開關量模塊接口的特性，由于是處于學習PLC及組態軟件的階段，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組態軟件編輯好開關量測試梯形，并下載到PLC的寄存器，當PLC運行時，就按照控制方案來進行，控制內部寄存器M1，M2的狀態，來控制開關量輸出Q00017（Q 00017 是開關量輸出接口的基址）。改變變量來測試開關量的輸出接口，并輸出處理結果。

3.1.2開關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機組態軟件上先點擊STOP-PLC鍵，再點擊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，若沒有錯誤，最后下載成功后顯示ERROR（0），WARNING（0）。可點擊START-PLC開始運行PLC。如圖5所示，點擊ON-LINE在線監控。在軟件左下角，通過增加M00001，M00002，Q00017來對變量狀態進行改變，從而觀察開關量輸出的變化。

具體的測試過程：

把電阻設為800Ω，得出以下結果，驗證了開關量接口的特性。

M1 ON，M2 OFF，Q00017 ON 有電流產生其值為 30 mA

M1 OFF，M2 OFF，Q00017 ON 有電流產生其值為 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 有電流產生其值為 30 mA

3.2模擬量輸入輸出接口測試實驗過程

3.2.1模擬量輸入輸出模塊說明及組態

（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。模塊有12位分辨率，并通過PLC直接存取，在CPU內，模擬量有自身的存儲器，并且每掃描一次，數據自動刷新，也能直接從梯形圖內存取數據。所有模塊均由軟件組態[13]。高密度輸入模塊帶有高、低限報警。在電源接通時，可組態報警數據送到模塊中，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硬件進行組態

在 瀏覽窗口的 工程標簽中，展開 硬件組態Hardware Configuration 文件夾。在 瀏覽窗口的 工程標簽中，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行組態。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硬件的組態只需對電源模塊、CPU模塊、模擬量輸入/輸出模塊組態即可。

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，差壓變送器產生的信號送到AI0003，使AI0003增大，輸出AQ0002也發生了變化。

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

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

實驗的畫面所示，包括了梯形圖的畫面，梯形圖上實時顯示的變量數值的畫面，以及實時進行監控的畫面。

（作者身份證號碼：410103197609201359）