基于Rockwell PLC的水泵控制检测系统的设计.pdf

基于R o c k w e l l P L C的水泵控制检测系统的设计 孙云， 等 基于R o c k w e 1 1 P L C 的水泵控制检测系统的设计 孙云 ，肖 坡 中煤科工集团重庆研究院 重庆 ， 4 O 0 O 3 9 z 川煤集团攀煤公司花山煤矿 攀枝花， 6 1 7 0 6 6 摘 要为了检测水泵 的性能参数是否达到额定 的设计要求和标准，用P L C编写水泵工作过程并通过人机界 面进行系统 的监控和相关参数的测试和记录，用工业以太网方式实现 P L C与上位计算机 的数据通信 ， 用基于V B平 台的水晶报表实现报表的开发， 应用RS Vi e w3 2内嵌的V BA通过DD E方式调用监控系统采集的数据并在报表中动态 地 显 示 。 关键词 P L C ； R S v i e w 3 2 ； D D E ； V B 水泵参数报表 Ab s t r a c t F o r fit．h ef u n c t i o np a r a me t e r c h e c k i n g awa t e r p u mp r e a c ht h efi x e dd e s i g nd e ma n dand s t a n d a r d , wa t e r p u mptes t - b e d h a v ingd e s i gn e dt h a t P L C o n ec e n t ri f u g a l o wi n gt oRo c k we l l h e r e ． P a r a me ctes t i n gan dp r e c i s wr i ter c omp i l i n gandc o mp o s i n gthewa ter p u mp c o u r s e o f wo r k wi th P LC a n d c a r r y i n g o u t the s y s t e ma t i c s u p e r v i s o r y c o n t r o l an d r e l e v an c e b y man - ma c n e i n t e r f a c e ， d a t a c o mmu n i c a t i o n u s i n g i n d u s t r y a e the r n e t wa y t o r e ali z e P LC an d t h e s u p e r o r d i n a t i o n c o mp u t e r ， u s e e v e ry f u n c t i o n a n d p a r am e t e r an s f e r r i n g the d a t a tha t s u p e r v i s o ry c o n tr o l s y s t e m c o ll e c t s t e mpo r a r i l y f o r a s p e c i fi c t a s k an d d e mo n s t r a t i n g the c e n t rifug al wa t e r p u mp S d y n a mi c l yin t h e f o r m f o r r e p o r t o wi n gt ot h a t theVBp l a t f o r m c r y s t a l f o rm f o r r e p o r t r e a l i z i n gthef o r m f o r r e po r t e x p l o i t a t i o n， VBA tha t thei n n e ra p p l y i n gRS Vi e w3 2e mb e d sp s ingDDEwa y ． Ke y wo r d s P L C ； Rs v i e w3 2； DDE； VB p u mpp a r a me ter s repo r t s 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 2 0 4 - 0 0 4 6 - 0 3 0 引 言 传统水泵控制是采用内嵌各种板卡 如C P U卡、I ／ 0卡 等组成的工业控制计算机， 上位机主机 采用工控机 ， 软 件 的编 写使用 c语言 ， 并配备有打印机和大屏幕监 视器 。 进行水泵检测时， 测量一个参数一般需要多个技术人员参 与， 测量周期较长 ， 测量效 率较低 ， 而 且采集 数据及 原始 测量数据处理容易带来人 为误差， 从而使水泵检测精度大 大降低 。 然而 随着 计算机控 制技术 的发展技术需求 的提 高， 某些板卡的操作复杂， 灵活性不太好， 必须编制相应的 驱动程序去控制卡的运行， 而且在W i n d o w S界面下的C语言 编程也很 复杂。 现在采用基于R o C k w e 1 l P L C 离心式水泵试验台的设 计， 使各种现场设备直接与PL C相连接。 可编程控制器P L C 具有可靠 性高， 体积 小、 功能强 、 程序设计简单 、 灵活通 信、 维护方便等优点， P L C在模拟量控制场合配有A ／ D转换 模块， 能将现场的温度、 压力、 流量、 等模拟量经过A／D转 换变为数字量， 再经过P L C中的微处理器进行处理和控制， 通过工业 以太 网传给上位机， 用户通过人机界面对被测量 进行观 察和控制等 。 1 系统整体设计 整个 设计主要包括 上位机 设计和下位机 设计 。上位 机是计算机控制系统 ， 下位机是可编程控制器 P L C， 上位 机与下位机用 D D E方式实现通讯。 计算机控制系统是整个 收稿 日期 2 o 1 2 一 o 3 2 6 作者 简介 孙 云 1 9 81 一 ，男，山东聊城人 ， 助理 工程 师，主要 从 事 煤 矿 供 配 电监 控 系统 研 究 与 应 用 。 46 系统设计 的核心 ， 它包括计算机软件和计算机硬件 ， 其中 计算机软件设计部分是试验台功能实现的重要应用，为讨 论 的重点 。 试验台控制系统采用模块化结构设计 ， 便于各动作互 不干扰，且有易于修改和扩充功能 的优点。 把设计 分为四 大模块 下位机利用S L C 一 5 O 0 系列P L C 实现的水泵工作过程 及数据的采集上位机中基于R S L i n x 实现网络驱动组态和 基于R s V i e w 3 2实现水泵试验相关的人机界面， 如工艺流 程图主界面、 趋势 图、 报警界面；运用 V B结合水 晶报表实 现参数报表的设计和生成；基于 D D E方式的P L C与上位机 通讯和组态软件R S v i e w 3 2 与报表的通讯。 在本文着重讨论 后两个模块 的设计 。 2 系统的软件设计 首先利用R s L i n x 进行网络驱动组态， 实现P C与系统通 讯连接 ， 然后应用R S V i e w 3 2 在P C上完成监控系统人机界面 组态， 最后利用R S L o g i X 5 0 0 梯形图编程软件进行水泵工作 过程的程序设计并下载程序到上位机，实现P L C对水泵工 作过程的控制 。 在通过采用V B编写实现参数报表和特性 曲线的生成。 整个过程 的数据通信用 D D E方式来实现 。 2 ． 1 设计 网络组态 通信 的配置如 下 1 创建项 目打开R s L i n x软件， 打开菜单“ Fi l e ” 一 一 “ O p e n P r 0 j e c t ” ， 然后点击按钮“ n e w” 0 输入项 目名， 然 后 单击 ” 0 K” 0 2 建立T 0 Pi C 在 R S Li n x程序中选中工作站名和其 下 的P L C， 然后在菜单中选择 D D E／0 P C一T 0 P I C 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 0 l 2年第 4 期 总第 1 6 2 期 C o n f i g u r a t i o n ， 在出现 的对话框中选择N E W ， 然后输入你 要建立的T o p i C的名称， 我们这里设为S L C 5 一 T O P I C 。 然后点 确定关 闭对 话框 。 3 设置 I t e m由于我们是在程序中通过代码设置 I t e m的， 故此步可以取消。 这样只要我们把PL C模拟器和 R S L I N X 打开， V B中各个对应的控件的文本内容就与其对应 的各文件内容一致 了。 如果P L C中文件 内容发生变化 ， 那 么v B控件的文本内容也会 自动变化 。 当R s L i n x软件配置好后就可以用编制的VB软件与 R S Li n x软件进行通信来读取P L C上的数据了。 4 建立一个标准V B程序， 在V B的窗体中添加两个 L a b e l 控件 L a b e l O l L a b e l 1 用于建立O D E 通讯。 L a b e l O 用 于从P L C 读取数据， L a b e l 1 用于向P L C写。 a V B从P L C 读取数据读写数据的格式为 O b j e c t ． L i n k T o p i c D S D a t a【 T o p i c O b j e c t ． L i n k I t e m I t e m M o d i f i e r 其中O b j e c t为V B窗体中添加的控件 D S D a t a为所使用 的D D E S e r v e r的程序名， K O Y O的为D S D a t a T o p i c 就是在D D E S e r v e r 里添加的主题。 I t e m 可以是P L C的地址或数据类型， 主要包括数据 寄存器 、输入和输出继 电器 、 定 时器 、 计 数 器、 内部继电器等 M o d i f i e r 定义了读写数据的格式， 其中 B 为B C D 码 、 D 为十进制 缺省值 、 D B为2 个字节数据和r l r l O - 1 5 指定读写位。 利用L a b e 1 0 读出P L C中输出Y 0 状态的 程序如L a b e l O ． L i n k T o p i c D s d a t a I A O ” 设立 D D E 连接 通道L a b e l O ． L i n k I t e m V 4 0 5 0 0 0 读取V 4 0 5 0 0 里的 第 l 位的状态 Y O L a b e 1 0 ． L i n k M o d e 1 自动连接。 b V B向P L C写数据 。 V B向P L C写数据的格式与读数据 时相似，但必须要使用 Li nk P 0 k e属性才能把对象的属性值写入 P LC。 利用 L a b e l 1 向P L C的V 4 0 5 0 1 写入数据的程序如下 L a b e l 1 ． C a p t i o n n r l 为要写入的值 L a b e l 1 L i n k T o p i c D s d a t a l A 1 L a b e l 1 ． L i n k M o d e 2 手工连接 L a b e l 1 ． L i n k I t e m V 4 0 5 0 1“ 向V 4 0 5 0 1 寄存器 Y 2 0 一 Y 3 7 写入数值n L a b e1 l _ L i n k P o k e 这样就可 以通过用V B编制的外部应用程序来控制P L C 寄存器的值以及输入输出的状态，并把P L C的状态显示出 来 。 2 ． 2 设计水泵运行主界面、趋势图等 R S Vi e w 3 2 通信组态 主要设置与相应 的控制器连接方 式 、网络类 型等；设置节点就是设置控制器 的抵制 、 类 型 等， 通过设置通道和节点来确定R S V i e w 3 2 与具体网络中哪 台控制器相连 。 打开R S V i e w 3 2 ， 新建名为p u m p的工程文件， 出现工程管理器． 打开s y S t e m菜单中的C h a n n e 1通道编辑 器即可设置网络连接． 打开 S Y S t e m菜单中N0 d e节点编辑 器， 选择数据源为直接驱动， 输入节点名， 并选择C h a n n e 1。 通道和节点的设置确定了R S Vi e w 3 2具体与网络中的哪台 控 制器连接 。 创建标签数据库 标签 T a g是设备或内存中一个变量 的逻辑名字 。 T a g值 的类型有模拟量、 数字量、 字符串、 系 统 四种类型 。 T a g值被连接和存储到计算机的内存数值表 V a l u e T a b l e 中， R S Vi e w 3 2的各个部件可以迅速存取它。 在此根据需要在标记了创建一个名为 “ P u m P”的文件夹 ， 并在 标签数据库 了创建 了相 关标记 ， 分别为下 图示 1 水泵运行主界面 编辑 系统图形显示主接 口，双击 “ 项 目管理器 ”里的 “ 图形显示 ” 编辑器 图标在 空 白的绘图区域制作显 示。 从 图形库里调用现有 的离心式水泵和相连接的管道 ， 还有合 适的按钮 ， 并运用绘 图工具栏在绘 图区域进行水泵工作画 面的制作 。 在工程管理器中G c a p h i c s 菜单的D i s p l a y 编辑 器中创建文件图形 s y s t e m ． g f x ， p u m p ． g f x ， 分别实现硬件系 统界面 的功能 ，系统启动界面。系 统启动控制界 面如图 1 所示 。 该界面主要根据工作原理，动态 显示水泵试验的实 际情况；运转控制界面，根据生产工艺要求，组态水泵 电 机的启动、 运转监控， 动态显示水泵的运转试验、电流电 压 、 水泵温 度、 流量采集判定等；同时还可 以查看其 它界 面 的工作情况 。 2 趋势 图界面 。 为实时观察水泵运行时各个参数的 变化情 况，在这里设置 了各种趋势 图， 如 电流 、电压 趋势 图，转速 图， 压 力趋 势图等，以下例举 几个表 现其功能 。 水泵 转速 界面 。 其他辅助功能界面，根据生产现场的要求，组态水泵 试验 的辅助工作，动态显示试 验 台工作的情况，包括水泵在试验台上的水泵进 出水 口和试验 台上相应管 路的联结及进出水 阀门的开关控制 等 。 2 ． 3 下位机监控程序设计 程 序开始运行 时首先等待接收上位机传 送的有关试 验信息数据 ， 接 收完毕后启动 电机 ， 进出水阀门控制等辅 助动作 以及 电机的起停， 在试验过程 中要严格按照试验工 艺流程 的先后顺序动作。 打开进 出水闸阀， 延时等待工况 稳定 ， 测试流量、转速 ， 扬程、功率 、电流 、电压变送器数 据采集；对每 一种 工况，都记录下参数 ，向上位机发送试 验数据；发送数据完毕后 ， 停止 电机运转并且关 闭进 出水 闸阀， 试验 结束。 图1 程序流程图 3 通过V B 实现P O 机与P L C 的以太网通信 1 VB从PL C读取数据读写数据的格式为 O b j e c t ． L i n k T o p i c D S D a t a T o p i c O b j e c t ． L i n k I t e m I t e m M o d i f i e r 其中O b j e c t 为V B 窗体 辛添加的控件 D S D a t a 为所使用 的D D E S e r v e r的程序名， K O Y O的为D S D a t a T o p i c 就是在D D E 47 至 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 基于R o c k w e l l P L C的水泵控制检测系统的设计 孙云， 等 S e r v e r里添加的主题。 I t e m可以是P L C的地址或数据类型， 主要包括数据寄存器 、 输入和输 出继 电器 、定时器、计数 器、 内部继电器等 M o d i f i e r 定义了读写数据的格式， 其中 B为B C D 码、 D 为十进制 缺省值 、 D B为2 个字节数据和n n O 一 1 5 指定读写位 。 利用 L a b e l O 读出P L C中输出Y O 状态的 程序 H L a b e 1 0 ． L i n k T o p i c D s d a t a h O ” 设立D D E 连接 通道L a b e l O ． L i n k I t e m V 4 0 5 0 00 ” 读取V 4 0 5 0 0 里的 第1 位的状态 Y O L a b e i 0 ． L i n k M o d e 1 自动连接。 2 V B向P L C写数据。 V B向P L C写数据的格式与读数据 时相似， 但必须要使用 L i n k P o k e属性才能把对象的属性值 写入P L C 。 利用L a b e l l 向P L C的V 4 0 5 0 1 写入数据 的程序如 下 L a b e l 1 ． C a p t i o n n n 为要写入的值 L a b e l 1 ． L i n k T o p i c D s d a t a』 A 1 L a b e l 1 ． L i n k M o d e 2 手工连接 L a b e l 1 ． L i n k I t e m - V 4 0 5 0 1 向V 4 0 5 0 I 寄存器 Y 2 0 一 Y 3 7 写入数值n L a b e l 1 ． L i n k P o k e 这样就可以通过用V B编制的外部应用程序来控制 P L C 寄存器的值 以及输入输 出的状态， 并把 P L C的状态显示 出 来 。 4 结语 随着 国内信 息化建 设的快速发展 ， 对 离心式水 泵实 验 台测试技术的要求也不断提高。 随着 工业 以太网传输的 普及 ， 从传统小数据最 串口传输 向高速大型 以太网传输的 转变 是必然趋势 ， 而且工业 以太网通信速率高，比传统现 场 总线要快的多。 所 以将以太 网或网络 总线作为数据通讯 技术应用到水泵试验 台的设计方案将得 到认可和实施 。不 但是要求提高测试的精度，而且要求可靠性和稳定 ，多功 能化是水泵检测 的发展方 向。 也 自动完成数据 的处理 、 性 能 曲线绘制和检测报告 。 除此而外 ， 还可 以进行轴向力测 定 、 振动试验 以及流速分布 、压力脉动 、 汽蚀等 内特性 的 检测研究 。因此作为一个功能完善的微机水泵运行参数检 测系统一般应能对 多种规格 的水泵进行检测 ， 以此增加试 验装置 的适应性。这样 的水泵试验 台具有巨大 的发展潜 力 和非常广 阔的前景 。 参考文 献 [ 1 ]高金源． 计算机控制系统[ M ] ． 高等教育出版社， 2 0 0 4 ， 1 1 3 1 1 9 ． [ 2 ]金以慧． 过程控制[ M ] ． 清华大学出版社， 1 9 9 3 ， 3 卜6 5 ． [ 3 ]李鸿儒． 智能电气与M i c r o L o g i x 控制器[ M ] ． 机械工业出版社， 2 0 0 3， 1 5 0 1 9 5 ． [ 4 ]王 敏． 基于R S V i e w 3 2 的远程人机界面控制技术[ J ] ． 科技创新 导报， 2 0 0 7 ， N O ． 3 6 ． [ 5 ]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 ， l 一 1 3 ／ 3 9 0 4 1 L [ 6 ]杨国才， 宁正元． V i s u a l B a s i c 程序设计 [ M ] ． 中国农业出版社， 2 0 0 3． [ 7 ]唐 介． 电机与拖动[ M ] ． 高等教育出版社， 2 0 0 3 ． [ 8 ]陈 欣， 李小海， 赵继敏． D D E 技术在上位机与P L C 通信中的应用 [ J ] ． 电气应用， 2 0 0 6 ， 2 5 ， 9 『 9 ]R S V i e w 3 2 U s e r ’ S G u i d e s [ M ] ．R o c k w e l l S o f t w a r e I n c ， 1 9 9 3 2 0 0 0． [ i 0 ] R S V i e w 3 2 G e t t i n g R e s u l t s G u i d e [ M ] ． R o c k w e l 1 S o f t w a r e I n c ，l 9 93 2 0 0 0． 上接 第4 5页 通报 子模块 ， 通过与上位机网络相连的网口向网络 中的特 定组播地址发送周期性数据通报，一旦上位机软件开启加 入此组播组则能够接收到该数据通报 ，解析 出控制器该 网 口的I P地址及数据内容，开启与主控制器的数据交换 。 如 果上位机新建了组态工程并执行下载操作 ， 则控制器 中的 组态信息处理子模块开始运行 ， 依据制定好 的协议解析 出 下载帧 中包含的信 息， 经校验后调用存储子模块将其存储 到N a n d F1 a s h中。 在主控制器正常运行过程中， 可以通过 从站数据交换子模块与上位机交换从站的输入输 出数据 。 一 旦主控制器 与上位 机交换的 网口或其所在 的网络 发生 故障 ， 上位机通信模块应 当迅速切换到另一个备用 网口。 假如主控制器两个 与上位机相连的网 口均发生故障，在各 控制器无故障 的情 况下应当进行主备控制器 的切 换。 4 结束语 本文在深入研究P R O F I B U S D P V O协议的基础上， 采用 A R M 9 处理器与V x W o r k s 实时操作系统设计实现了冗余D P主 站控制器。在实验室环境下， 冗余 D P主站控制器能够成功 实现对总线上 D P从站 的管理维护工作 ， 且与上位机 组态 48 监控软件正常交互 ， 在 出现故障时可 以在迅速 实现主备控 制器 的切换 ， 不影响 D P总线上从站的正常工作 ， 运行稳 定 ， 达 到设计要求 。 参考 文献 [ 1 ]胡建中， 李开成． 基于A S P C 2 的P R O F I B U S D P 主站的研究[ J ] ． 计 算机测量与控制， 2 0 0 4 ， 1 2 1 2 l 1 8 5 ． [ 2 ]孙倩华， 满庆丰， 夏继强． F P G A 和A R M 的P r o f i b u s D P 主站通信平 台设计[ J ] ． 单片机与嵌入式系统应用， 2 0 l 0 ， 0 2 6 5 ． [ 3 ]李文娟， 崔慧娟． 基于F P G A 技术实现P R O F I B U S 主站通信协议的 方法． 专利． [ 4 ]黄治文． 基于A R M的P R O F I B U S D P 主站设计与研究[ D ] ． 南京理工 大学 ， 2 0 0 9 ． [ 5 ]夏继强， 梁超众． P R O F I B U S D P 主站网关设计及其关键技术 [ J ] ． 北京航空航天大学学报， 2 0 1 0 ， 3 7 0 8 9 9 0 ． 『 6 ]张 银． 基于P r o f i b u s 的D C S 主站的设计与实现[ D ] ． 哈尔滨工业 大学 ， 2 0 1 1 ． [ 7 ]李哲毓， 崔逸群． 冗余P r o f i b u s D P 通信协议主站卡的设计与实 现 [ J ] ． 自 动化与仪表， 2 0 1 l ， 0 3 3 4 ． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m