基于siemens PLC的工业自动喷雾控制系统设计.pdf

自动化与仪器仪表 2 01 2年第 4期 总第 l 6 2期 基于S i e m e n s P L C 的工业自动喷雾控制系统设计 徐家 明，张建锋 中煤科工集团重庆研究院 重庆， 4 0 0 0 3 9 摘 要根据工业现场 的煤尘与温度的判断实现 自动喷雾控制 ， 按照 功能和要求编制 出控制程序 ， 通过控制 阀 门的开度来控制喷雾 的角度 。 更好 的为工业现场服 务， 提升作业 环境的舒适度与安全 。 关键词 P L C ；自动喷雾； 控制系统 Ab s t r a c t T h i s a r t i c l e a c c o r d i n gt ot h ein d u s t r i a l fi e l do f s mo k e a n dt e mp e r a t u r e j u d g me n t t o r e a l i z et h ea u t o ma t i c s p r a y c o n t r o l ， a c c o r d i n gt othef u n c ti o nan d r e q u i r e me n t sf o rthep r e p a r a t i o nof ac o n t r o l p r o g r a m， b y c o n t r o l l i n gthe o p e n i n gd e g r e eo f thev a l v eto c o n t r o l the s p r a yan g l e ． Be t t e rf o r thei n d u s t r i al fi e l d s e r v i c e ， i mp r o v ethewo r k i n g e n v i r o n me n t o f c o r n l b r t and s a f e t y ． Ke ywo r d s P L C ； Au t o ma ti c s p r a y； Co n tr o l s y s mm 中图分类号T P 1 3 文献标识码B 文章编号1 0 0 1 9 2 2 7 2 0 1 0 4 0 0 4 9 0 3 0 引 言 随着煤矿 的不断开采，必然会伴有大量的煤 尘产 生， 煤尘不仅使作业环境恶化，危害矿工 的身体健康，而且会 影响设备 的正常运转，降低设备的正常使用寿命，严重者 还会 引起瓦斯煤尘爆炸。目前， 煤矿采掘面、 大巷、 回风巷 和储煤仓 的降尘措施主要有采煤机 内外喷雾、 转载点的内 外喷雾 ， 可 以减 弱煤尘对 身体的损 害提 高设备 的使用年 限 。同时在 高温 的环境下 ， 又可 以降温提 高工作效率 。 1 自动喷雾控制系统设计 1 ． 1 总体方案 控制系统作为喷雾 的核心系统 ， 它主 要包括 上位机 、 下位机 以及变频器 。 上位机为工控计算机系统 ， 下位机为 可编程逻辑控制器 P L C ，它们之间主要通过以太网进行 通信 及数据传输 。 其 中工控计算机 系统又 由计 算机软件 系统软件 、 应用软件 和计算机硬件构成 ， 而应用软件作 为控制系统的核心， 其设计部分则可 以分为 3个模块 上 位机 主控模 块主要负责人机界面 以及系 统的整体协调控 制；数据传输和通信模块主要完成煤尘烟雾和温度量度信 号与P L C以及与人机界面中自动喷雾动画之间的传输和通 信； 下位机协议解析及输 出模块负责实时解 析喷雾控制协 议以及完成相应 的输出功能。 而本系统主要着重于前两个 模块 的设计 。 1 ． 2 控制 系统硬件设计 该环节主要根据控制要求和功能对 P L C、工控机 、 变 频器进行合理选择 ，以达到最佳 的控制效果 。 自动喷雾 的成败最 重要的是看喷 出的水雾是否有角 度与量度。 P L C的主要功能是对煤尘烟雾以及温度进行处 理， 再将处理后的信号传输到下一级控制设备， 这样就可 以控制所需 的角度与量度 。 P L C所具有 的准确、 精密 、 快 收稿 日期 2 0 1 2 0 3 2 0 作者简介 徐家明 1 9 8 3 一 ，男， 工学硕士， 助理研究员， 主要 从 事运输 机 电技 术保护 控制 系统 的研 究与 应用 以及 软件 开发 工作 。 速、 稳定 的特点和多点控制 的功能 已使它成为现代高技术 音乐喷泉工程中不可缺少的设备 。 本控制 系统选用西 门子 系列P L C， 它是改进 型控制器，硬件主要包括电源 、 控制 器、 基本单元 、 数据存储仪 、 存储模块／实时时钟、扩展 I／ O、 通信选件以及一些附件 l 指 电缆 ， 其中控制器 控制器 和一种基本单元的组合 具备2 4点 I ／ 0和2 8点I ／ 0组态功 能 。 工控机 作为用户 终端 ， 操作界面及 控制程序 安装在 工控机 内， 控制程序传输到I L C ， 由P L C控制变频器、 电磁 阀和量度的动作， 再 由变频器控制相应的负载动作 。 在选 择工控机 时，应主要考虑 以下几个方面性 能稳定 ， 速度 快 ， 对环境条件适应性强 ， 抗 振和抗干扰性好等 。 变频器通过通讯 网络 实时接收 P L C输出的控制信号， 使水泵的转速与煤尘烟雾和温度 同步变化。 控制方式具有 灵敏度 高， 控制效果好 ， 使用寿命长 ， 工作安全可靠 等特 点。 在选择变频器时必须注意变频器信 号响应速度 、 启 动和停止力矩、直流母线 电容滤波参数 、 变频器单位时间 内启停次数指标 、电磁兼容性指标 、可靠性 等参数。 1 ．3 控制 系统软件设计 1 ． 3 ．1 上位机控制 系统 本控制系统的上位机界面主要是基于 V B6．0开发的。 主要硬件 设备包 括工控机 ． 声卡 、 模拟量 卡及 开关量卡 。 v B 6． 0是当前用于数据采集、信号处理和虚拟器 开发的一 个标准 工具 ， 是 一种 图形化 的编程语 言 。 集 成 了与满足 G P I F 3 ， V X I ， R S 一 2 3 2 和R S 一 4 8 5 协议的硬件及数据采集卡通 讯的全部功能， 它还 内置了便于应用T C P ／ I P ， A c t i v e X 等软 件标准 的函数库 。 自动喷雾 是根据所采集煤 尘烟 雾 以及温度 的信 号量 度 的不同， 由计算机传送给 P L C， 形成实时有效 的工业现 场 需要。自动 喷雾控 制程F F ． P r i v a t e S u b T m r _ m u s i c T i m e r 0 D i m I T m p Y Y A s I n t e g e r ， I T m pC C A s l n t e g e r T m r m u s i C E n a bl e d F a l s e 49 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 基于 S i e m e n S P L C的工业 自动喷雾控制系统设计 徐家明， 等 I f N o t B e gi n w a t e r T h e n I n i t 2 5 5 B e g i n w a t e r F al s e E n d i f Di m O u t D a t a A s I n t e g e r I f f R e c o r d i n g T h e n F o r i 0 T o N U M B U F F E R S一 1 I f i n H d r i ． d w F l a g s A n d W H D RD O N E T h e n R e w a t e r I n A d d B u f f e r h W a v e I n ， i n H d r i ， L e n i n H d r i E n d I f Ne x t E n d I f m x c d d w C o n t r o l I D o u t p u t V o 1 C t rl d w C o n t r o l I D m x c d i t e m o u t p u t V 01 C t rl c M u l t i p l e I t e m s r e m i x e r G e t C o n t r o l D e t a i l S h m i x e r ， m x c d ，M I X E R G E T C O N T R 0 L D E T A L S F V A L U E CO p y S t r uc t FO r m P t r v ol u m e， m xc d pa D e t ai 1 S ， Le n v o l u m e I f v o l u m e 0 T h e n v o l u m e 一 v o l u m e m x c d d w C o n t r o l I D i n p u t V o l C t r l d w C o n t r ol I D m x c d i t e m i n p ut V o l C t rl c M u t i p l e I t e ms r e m i x e r G e t C o n t r o l D e t a i I s h m i x e r ， m x c d ，一M I X E R G E T C 0 N T R 0 L D E T A L S F V A L U E C O p y S t ru c t F O r m Pt r v ol u me ， m x c d p a De t ai l S ， L e n v o l u m e I f v o l u m e 3 0 T h e n C Y N u m 0 C Y N o1 C Y N o 1 3 O S el e c t C a s e C Y N o l C a s e I S 1 0 0 I T m p C C 0 C a s e I s P i c t u r e 1 ． S c a l e H e i g h t 4 I T m p C C 1 C a s e I s P i c t u r e 1 ． S c al e H ei g h t 2 I T m p C C 2 C a s e I s P i c t u r e 1 ． S c a l e H e i g h t ／ 4 木 3 I T m p C C 3 C a s e E 1 s e I T m p C C 4 E n d S e l e c t I f S Y V al C C T h e n C1 o s e Wa t e r c c S Y V a l C C E1 S e C a l 1 C a 1 A v r C Y V o 1 C a l 1 J u s t i f y H i g h W a t e r 50 C a l 1 J us ti f y L o w W a t e r C a l l O u t A n a l o g E n d I f E n d I f I f C Y N u m 5 0 T h e n Be g i n M u s i c T r ue E n d I f I f V O l u m e 0 T h e n Be gi n M u s i c F al s e E n d I f T m r m us i c E n a bl e d T r u e E n d S u b 1 ． 3 ． 2 下位机控制系统 P L C为下位机 ， 在控制过程中， 计算机把编辑好的组 态文件下装到P L C中， P L C 根据煤尘烟雾以及温度的量度 ， 按照一定 的功能和要求编制出控制程序 ， 实时输 出组合命 令信号控制变频器的起 ／停信号来控制水雾量度与角度的 变化 。 1 ． 3 ． 3 通信的实现 上位机与P L C的通信，以往使用较多的进程 问通信方 式是D D E 动态数据交换 方式 ， 随着0 P C技术 的发展和普 及 ， 它 已成为工业过程控制的通信标准。 0 P C 0 L E f 0 r P r o c e s s C o n t r o 1 一用于过程控制的对象连接与嵌入 是 一 套以微软对象连接与嵌入 0 L E、 组件对象模型C O M、 分布 式组件对象模型D C O M D i s t r i b u t e d C O M 技术为基础 ， 基 于Wi nd 0 w S操作平台， 为工业应用程序之间提供高效的信 息集成和交互功能的组件对象模 型接 口标准 。 0 P C实际上 是提供了一种机制 ， 通 过这 种机制， 系统 能够 以服务器 ／ 客户端标准方式从服 务器 获取数据并将其传 递给任何客 户应用程序 。 这样 ， 只要生产商开发一套遵循 0 P C规范的 服 务器与数据进行通信， 其他任何客户应用程序便能通过 服务器访 问设备 。 同步数据读 写 0 P C数据存取有 同步方式和异步方式两种 。 异步读写 数据复杂， 需要与事件结合使用， 与 同步相 比速度 慢但准 确性高。 同步读写数据简单， 直接使用O P C I t e m的方法即可。 D i m O n e A s O P CI t e m D i m I n d e x A s L o n g ‘ I n d e x 为标签顺序号 D i m O n e R e a d A s S t ri n g D i m X i e A s S t r i n g S e t O n e M y O P C G r o u p ． O P C I t e m s I n d e x O ne ． R e a d O P C C a c h e O n e R e a d O n e ． V a l u e ‘ 读数据 下转第5 3页 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 自动化与仪器仪表2 01 2年第 4期 总第 1 6 2期 了预先的设计要求 。 严格来说， 使用P r o t e u s 进行的仿真 仍然是一种数值仿真 ， 但由于它使用 的仿真模型直接 来 自于实际硬件 电路模 型， 仿真结果是与示波器从实际硬 件电路得到的结果是十分相近的。这些工作对工控方面实 时控制中上下微机的通信有一定的参考价值，也为RS 2 2 3 2 接 口通信 电路 的设计和应 用研 究打下 了良好 的基础 。 参 考文献 [ 1 ]路明， 张海波． 利用P c 及R S 2 3 2 串口实现远程数据采集 [ J ] ． 微 计算机信息， 2 0 1 l ， 2 7 2 1 0 7 1 0 8 ． [ 2 ]葛磊蛟， 毛一之． 基于C 语言的串行R S 一 2 3 2 接口通信实现[ J ] ． 河 北工业大学学报， 2 0 0 8 ， 3 7 6 1 卜1 6 ． [ 3 ]代启化． P r o t e u s 在单片机电路系统设计中的应用[ J ] ． 自动化与 仪器仪表， 2 0 0 6 6 8 4 8 7 ． [ 4 ]陈 军． 基于A V R 单片机的温度控制系统设计 [ J ] ． 自动化与仪器 仪表， 2 0 0 9 4 3 9 4 1 ． [ 5 ]赵巧妮． P r o t e u s 在单片机仿真中的应用 [ J ] ．自动化技术与应 用， 2 0 0 9 ， 2 8 6 1 1 3 1 1 4 i 2 9 ． [ 6 ] 李乔， 陆宁云． 基于单片 的便携式温度控制系统 [ J ] ． 自动 化与仪器仪表， 2 0 1 1 5 l 1 7 - 1 2 3 ． [ 7 ] 陈一鸣． 摹于5 1 单片机的图形液晶显示器汉宁 显示方法分析 [ J ] ．自动化与仪器 仪表， 2 0 1 1 6 7 0 7 1 7 5 ． f 8 ] 王孟， 陈林． 基于P r o t e u S 的L e d 大屏幕的设计与仿真 [ J ] ． 微计算机信息， 2 0 0 8 ， 2 4 6 1 2 3 3 2 3 5 ． [ 9 ] 陈 军， 连玉平， 苟双全． 基- f ‘ p r o t e u s 的单片 L A ／ D 转换设计及 仿真[ J ] ． 自动化与仪器仪表， 2 0 1 2 2 1 4 1 1 4 2 1 4 5 ． [ 1 O ]陈军， 李春光． 禁忌学习神经元模型的电路设计及其动力学 研究 [ J ] ． 物理学报， 2 0 1 1 ， 6 3 2 0 2 0 5 0 2 ． r 1 1 ]陈军， 李春光． 具有 自 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n d S u b 2 总结 本控制系统PL C控制器， 它具有准确、 精密、 快速的特 性 ， 控 制系统的性能 比较稳定，喷雾 的实时 响应较快 ， 但 P L C成本普遍较高。 另外， 采用 以太 网通信，使传输的数据 量较大 、通信速率快 、通信距离 远，实 时性较好 。上位机 控制系统采用 V B 6 ． 0， 虽然操作较为简便， 但它的移植性 不好 。 上位机监控画面中 自动喷雾的实时动画可能与实 际 喷雾 的动 作之间存在着 时滞现象 。 参考 文献 [ 1 ]钱晓龙， 李鸿儒． 智能电器与M i c r o L o g i x 控制器[ M ] ． 机械工业出 版社， 2 0 0 5 ， 3 0 2 3 0 3 ． [ 2 ]求实科技． V i s u a l B a s i c 6 ． 0 程序设计与开发技术大全 [ M ] ． 人民 邮电出版社， 2 0 0 4 ， 3 6 2 3 7 1 ． [ 3 ]阳宪惠． 工业数据通信与控制网络[ M ] ． 清华大学出版社， 2 0 0 3 ， 3 90 3 94 ． [ 4 ]徐乐年， 赵庆川， 郝妮妮， 刘华伟． 煤矿放炮前 自 动洒水控制系统 的研究[ J ] ． 工矿 自 动化， 2 0 0 9 年0 9 期． [ 5 ]吴应豪． 巷道粉尘沉降规律与转载点喷雾降尘系统研究 [ D ] ． 太 原理工大学， 2 0 0 7 年． 53 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m