基于PLC的高压容器控制系统-.pdf

枫涞 自动化 a c h i n e T o o l s Au t o ma t i o ， l 基于P L C 的高压容器控制系统 西安航天动力机械厂 陕西7 1 0 0 2 5 许俊如 陕西航天机 电环境工程设计院有限责任公司 西安7 1 0 1 0 0 冯英龙 在复杂工作环境下，工业高压容器控制系统要 求安全可靠，数据采集精度高，响应速度快。这样 采用传统的以继 电器为主要元件辅以采集卡的控制 系统就存在诸多弊端。它在线路安装 、维护方面比 较困难 ，又 占据大量空间，产生大量噪声 ，消耗大 量的电能 ，采集卡也易受外界强电信号的干扰 。而 分布式控制系统 又称集散控制系统 通常适合大 规模过程控制的场合 。鉴于此 ，本文提出了可编程 逻辑控制器 P L C，配置模拟量扩展模块的方式 来控制高压容器生产作业。除了能适应工业现场的 恶劣环境外 ，还实现 了工艺过程开关量控制 ，以及 模拟量信号 的采集和计算 ，容 易装配在工业控制设 备内部 ，比较适合于生产机械的单机控制 。此外 ， P L C 硬件和软件具 有很强的抗干扰能力，很高的可 靠性 ，可 以说 ，没有 任何一种 工业控制设 备能够 达NP L C 的可靠性。基于实际工况 ，高压容器试验 系统采 用P LC 作为 主控 制单元 ，具有 很强 的优越性 ，既 可确保试验安全稳 定 的完成 ，又可 实 整套工艺流程控 百 制。 l s A N T 网 I 显 示 器l 1．．． ．．．．． ．．．．． ．．． 工控机、P L C、模拟量扩展模块及传感器等组成。 系统安装完毕后，反复检查管路、机械阀、电 磁阀及高压容器 ，确保系统无泄漏。将待测工件放 入高压容器内，密封容器盖 ，启动增压泵 向容器内 注水加压 ，通过P L C 控制 ，完成从检漏到泄压一整 套试验程 序 。整 个过程通过 工控机监控 流量 、压 力、温度等关键参数的现场变化情况 ，同时阶段性 的生成报表和曲线。保压过程中 ，通过屏幕观测压 力参数是否变化 ；或者根据报表 中的压力参数 ，判 断工件是否出现 了变形情况 。如未发生应变 ，则可 通过工控机上采集的参数，计算出该工件可在水面 下潜水的深度。试验介质可以是淡水和海水 ，相应 的可以得到淡水下和海洋 中工件的潜水深度及耐压 能 力。具体控制环节包括P L C 数据采集 ，工控机过 程显示 ，逻辑 控制 ，曲线生成 ，数据报表生成等 ， 如 图1 所示 。 系统运行画面 温度设定画面 压力设定画面 流量显示画面 报警画面 历史曲线画面 打印报表画面 开 华工控机P I V 2 8 1 G内存8 0 G硬盘 6 5 3 版绢杰 千软 1 ． 系 统的组成匾 I 及原理 一 整 套 系统 由高 压 容器 、增压泵 、 机械 阀、 电磁 阀 、 安全阀、D N1 0 不锈 钢管路、琴式控制 台 、测试 台 、研 华 5 8 薏 笔 争 磊 籼 工 开关电 源L庙门 子s 7 2 o 0 U 西门 子E M 2 3 1 『可 编程序 控制 l 模拟 量模块 光电鼠标 囊 丽两 控制台风机控制 高压柜保护 流、缺相保护 堕 塑 兰 堡 I 霜 各种信号灯指示 图l 控制系统方框图 度信号采集转换 4 2 0 mA电流信号 哐力信号采集转换 4 2 0 mA电流信号 量 信号采集转换 4 2 0 mA电流信号 2 ． P L C的选取及程序编写 整个工作过程如附表所示 ，琴式操作台上带有 相应 的开关 、按钮 、指示灯及报警器等 。通过 台面 按钮可以单独实现 系统增压、泄压 、检漏、稳压及 保压等过程 。当水罐 内压力过 高时 ，超压报警器发 出报警 声音 ，提 示 系统 存在危 险 ，并且 打开泄 压 阀，进行泄压 ，同时为了取消声音干扰 ，可以按下 报警进行复位 ，消除声音。当试验操作过程 中存在 危险或者误操作时 ，按下急停按钮将设备停止。 工艺参数表 、＼工艺流程 工 作 参 蠡 ＼ 检 漏 稳 压 保 压 泄 压 工作压力／ MP a O ． 5 1 1 5 0 工作时间／ s 3 0 6 0 可设定 1 8 0 0 自定 控制 系统共使用 了1 0 个输入量 ，9 个输 出量 ， 因此设计时选用西 门子S 7 2 0 0 系 I] P L C，CP U 选 用2 2 4 ，具体输入输出量对应点位如图2 所示 。P L C 机沫 自动化 a c h i n e T o o l s Au t o ma t i o n 字量 ，才能 被CP U处理 。图3 N示 为物理量转换框 图，其 中压力P 、温度 、流量Q 及传感器均采用变 送 器形式 ，输 出为4 ～2 0 mA 标 准的 电流信号 ，克 服 了信号的衰减 、干扰 问题 。使用点对点接 I 1 电缆 P C ／ P P I ，将P L C 的R S 一4 8 5 接 口与工控机R S 一2 3 2 串口通信连接 ，可将压 力、温度、流量等模拟量显 示在工控机屏幕上 ，同时实现系统 的在线控制 。 匿噩 匿 ． H堡 型 H 里 望 H 荃 H 塑 篁 图3 物理量转换框图 2 模拟量 与数字 量的转换 计算 对 于0 ～ 2 0 mA 来说，西门子s 7 2 0 0 的采集数据在0 - 3 2 0 0 C ， 也就是说每mA 对应的数值为1 6 0 0 ，则4 ～2 0 mA 对 应6 4 0 0 ～3 2 0 0 0 。若计算任意时刻数字量的数值， O0 0 00 1 O0 9 00 3 004 00 5 00 6 O0 7 0 1 0 l M l 0 l l lG a in Co n fi g u t io n 、、 失 C、 P U 2、2 4 、 E M 2 3 1 失 1 0OI O 11 0 21 0 31 041 0 5 1 061 0 7I 1 0I 1 l l RA IA A． Rt B I B． RC 1C I C． RD D ID． 图2 输入输出端子分配图 凭借 自身强大的逻辑运算功能 ，根据试验过程 ，通 过S I E ME NS 编程软件编制相应的梯形 图程序 ，将 高压容器的试验过程运用程序控制，免去了繁琐的 继 电器控制。同时 ，针对试验过程 中工艺的具体要 求 ，程序内部设定严格的 自锁和互锁功能 ，提高 了 系统工作的安全性和可靠性。 3 ． 模拟量扩展模块的应用 1 模拟 量模块的选用 及转换原理 设计 时 只需将采集到的传感器信号转换成数字量 ，然后进 行计算，通过程序内部比较指令即可完成每一步 控制过程。据此采用四路模拟量输入，无输出的 E M2 3 1 扩展模块 。此模块是高速模块 ，可以跟踪模 拟量信号中的快速变化 包括 内部和外部噪声 。 它与C P U 2 2 4 连接 ，完成压力 、温度 、流量等物 理 量的采集 任务 。各物理量 ，必须把模拟值转换为数 需通过 线性关 系求得。假定物理 量为 ， 范围即为 。 ～ ，实时物理量为 ；标准 电信号是 。 ～ ，实时电信号为 Y；A ／ D 转 换数 值 为 y 。 ～ y ，实时 数值 为z。如 此 ， 。 对应于 。 ， 对应 于 ，y 对应 于 ，即 r _- f X。根据 线性关 系 ，得 出 方程式为 y __ 0 一 0 ／ 6 I 一口0 0 1 又 由于是线性关系 ，经过A ／ D 转换后的数学方 程Z _ 可以表示为 Z ．_ y m y 0 一 0 ／ m 一 0 0 2 求得逆变换的数学方程为 0 Z Y o ／ y 一 y 0 -t - n 3 以压力变送器为例 ，量程范 围是0 ～2 0 MP a ， 输 出 信号 为4～2 0 mA，经A／ D转 换 后 ，我 们得 到 的数 值是6 4 0 0 ～3 2 0 0 0 ，即 y 0 6 4 0 0 ， y 3 2 0 0 0 。代入公式 2 ，且 当程序 中4 X 1 MP a 稳 压时 ，可以求得数字量Z _ 7 6 8 0 。将此数值在P L C 程序 中作 比较运算可实现高压容器在 1 MP a 切断增 压泵运 转 ，达 到稳压6 0 s 的 目的。如 图4 所示为数 字量 与物理量 转换梯 形 图，梯 形 图中计算 出来 的 VDI O 0 1 [ I 为 值 ，将工控机上地址与之对应 ，可以 参磊 工 。 冷 加 工 5 9 机床 自动化 a c h i n e T o o i s Au t o ma t i o n 西门子8 4 0 D 系统对数控龙门导轨磨床 工作台的控制 山东普利森机床有限公司 德州2 5 3 0 0 3 闰克泉张德武宁立峰张辉 1 ． 机床工作台的控制方式 我们将数控龙门导轨磨床的工作 台运动定义为 轴。采用欧陆5 9 0 作 为直流 电动机的控制器。编 码器安装在控制工作台的减速机上 ，信号直接接入 某一伺服轴的第二编码 器接 口上 ，8 4 0 D系统 中制 作专门的页面用于设定 轴 的起 点和终点距离 ，同 时显示磷 由 当前位移。 1 基本参数设定 。设定机床轴名。 M D 1 0 00 0 AXCOF _M ACHX_NAM E_T A B[ 0 ]X M D1 0 00 0 AXCOF _M ACHX_NAM E_T A B[ 1 ]Y M D 1 0 0 0 0 AXCOF _M ACHX ．NAM E。T AB [ 2 ]Z M D 1 0 0 0 0 AXCOF _M ACHXNAM E_T AB [ 3 ]A M D 1 0 0 0 0 AXCOF _M ACHX_NAM E_T A B[ 4 ]V M D 1 0 00 0 AXCOF _M ACHX_ NAM E _T AB [ 5 ]W 2 P L C 程序的控制。通过P L C[ L X 的设 定值与实际值 。 信号定义 D B 1 2 7 ． D B D 8 轴的实际值 DBI 2 7 ． DB D 4 轴设定 最小 值 D B1 2 7 ． D B D 0 肼 自 设定最小值 P L C 程序 Af Af 0 M 1 01 ． 6 O M 1 01 ． 7 O M 1 0 1 ． 2 0 M 1 01 ． 3 Af A L DBl 2 7 ． DBD 8 L DB 1 2 7 ． DBD 8 L DB1 2 7 ． DBD 4 L DB l 2 7 ． DBD 0 R R S M 】 0 2 ． 0 S M l O 2 ． 1 网络2 网络标题 1 卜_ r _ E N _1 19F N1 D S MO 0 l A I WO _ J Q I A C 0 E 。 l A C 0 一 Q A C O I r _ E N E - NO l 6 4 0 0 0 一 I 。 l A C O I N 1 O U T I- A C O l 2 0 ． 0 一 I 爨 0 ．0 一 l 图4 数字量与物理量转换梯形图 检漏、保压 、泄压等状态的情况及温度传感 6 0 参 磊 籼工 器 、流量传感器的用法同以上情况。由此 ，程序内 部实现 了各个过程的控制 ，以及相应的参数采集。 4 ． 结语 1 P L c 配 置模拟 量扩 展模块 响应速度快 ， 功能更强大 ，控制准确可靠。 2 整个 系统结构 紧凑 ，便于安装 ，节省空 间，而且有利于现场进行程序编辑和修改 。 3 P LC 与模拟量 模块 对传感器数据的采集 和处理可 以达到工控 现场高 压容器控制 的理想要 求 ，价格适 中，又不致资源浪费。 4 对一个恒定或缓慢变化的模拟量输入 ， 由噪声 引起的信号读数之 间的差异 ，可通过对读数 值取平均值的方法使其影响为最小 。但因计算平均 值而增加 了采样次数 ，相应地降低 了对外部输入信 号的响应速度。MW 收稿 日期2 0 1 2 0 8 1 0