基于MCGS的S7300PLC液位监控系统设计.pdf

自动化与仪器仪表} 2 0 1 3 年第 1 期 总第 1 6 5 期 基 于 MCGS的 7 3 0 0 P L C液位监控 系统设计 ≥l 李红萍 ， 贾秀 明 ， 李艺鸿 ， 贾 秀杰 ， 李 兆瑞 兰州石化职业技术学院电子电气工程 系 甘肃兰州， 7 3 0 0 6 0 兰州石化公 司 甘肃兰州， 7 3 0 0 6 0 四川石化公 司 四川成都 ， 6 1 1 9 3 0 西北师范大学外国语学院甘肃兰州， 7 3 0 0 7 0 摘要 主要讨论了基于M C G S 的 7 3 0 0 P L C 液位监控系统的硬件组成 、 工作原理、 P L C 程序设计， M C G S 组态中数据库的 建立、 P L C的连接 、 监控界面的设计等， 系统最后经调试和P I D 参数整定后投入运行。该系统解决了P L C 控制系统无法显示 的缺点， 具有调节及时、 调节速度快 、 没有余差、 监控方便等特点， 使企业的管理更为方便快捷， 提高了企业的自动控制 水平 。 关键词 7 3 0 0 ； P L C 监控系统； P I D 控制； M C G S ； P I D 参数整定 Ab s t r a c t T h i s a r t i c l e f o c u s e s o n t h e 7 3 0 0 P L C l i q u i d l e v e l mo n i t o r i n g s y s t e m ， i n c l u d i n g i t s h a r d wa r e c o mp o n e n t s ， wo r k i n g p r i n c i p l e ， P L C p r o g r a mmi n g ， t h e e s t a b l i s h me n t o f t h e d a t a b a s e i n MCGS c o n fi g u r a t i o n ， t h e c o n n e c t i o n t o t h e P L C， mo n i t o r i n g i n t e r f a c e a n d S O o n ． T h e s y s t e m p u t i n t o o p e r a t i o n a ft e r d e b u g g i n g a n d a d j u s t i n g t h e P I D p a r a me t e r s ． T h e s y s t e m s o l v e s t h e p r o b l e ms t h a t t h e P L C c o n t r o l s y s t e m c a n n o t d i s p l a y ． I t c a n s t a r t a d j u s t me n t t i me l y , r a p i d l y wi t h r i o e r r o r a n d c a n e a s y t o mo n i t o r ． I t ma k e s e n t e r p r i s e ma n a g e me n t mo r e c o n v e n i e n t a n d e ffi c i e n t i mp r o v e t h e l e v e l o f a u t o ma t i c c o n t r o 1 ． Ke y wo r d s S 7 3 0 0 ； P L C mo n i t o r i n g s y s t e m； P I D c o n tr o l ； M CGS ； P I D p a r a me t e r t u n i n g 中图分类号 T P 3 9 1 ． 9 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 1 9 2 2 7 2 0 1 3 一 0 1 0 0 5 5 - 0 3 1 前言 近年 来 ， 随着计 算机技术 、 自动控制 技术 等的高速 发展 ， 计 算机控 制技术 已广泛应 用在军 事、 农业 、 工业 、 航 空航天 以及 日 常生活的各个领域” 。利用工厂现有的设备实现计算机控制， 是 自动控制技术发展的必然趋势 1 ， 本文提出以 7 3 0 0液位控制系 统为例 ， 充分利用工厂现 有的设备 ， 构建 MC G S 计算机 监控系统 的构想， 可为相关企业进行系统改造提供借鉴。 2 系统概述 7 3 0 0 液位控制系统结构图和方框图如图1 所示。上水箱 的液位作 为被控变量 ， 要求液位能 稳定在给定值上 。将液位变 送器检测到的液位信号作为测量信号， 控制器经 P I D运算后送 出控 制信 号去控制调节 阀的开度 ， 以达到控制液位的 目的 。 图 1 上水箱液位控制 系统结构 图和方 框图 a 结构 图 b 方框 图 2 ． 1 系统硬件接 线图 系统 由S 7 3 0 0 P L C 、 S M3 3 1 模拟 量输 入模块 、 S M3 3 2 模拟量输 收稿 日期 2 0 1 2 - 1 0 - 2 5 作者 简介 李红萍 1 9 7 0 一 ， 女， 汉族， 甘肃榆 中人， 副教授， 硕士， 主要从事4 e , x - 4 ． 表及计算机的教学和研究工作。 基金项目 基于虚拟技术的自动化控制实训室的构建、 2 0 1 0 年甘肃省高等学校研究生导师科研项 目 编号 1 O 1 5 - 0 2 出模块及和MP I 网线等组成， 并用MC G S 软件来监控现场的各种 参数 如 图2 所示 。 通道0 十 l l二 l二 5 1 ／ 3 3 1 。 。。。。。。。。 。。。。。。。。。一 通道1 1 阀门开度反馈 【 ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． 一 肝I 电缆 C -U S ， 3 l 5 ． 2 I P S M 3 3 2 十 r 1 通 道0 f 申劫调节 阀 l 图2 s 7 3 0 0 P L C系统硬件接线图 2 ．2 S 7 3 0 0 P L C液 位 监 控 系 统 的控 制 原 理 上水 箱 的液 位 由变送 器转换 为 4 2 0 mA的 电流信 号 ， 然后 送 到 S 7 3 0 0 P L C系 统 的 S M3 3 1 模 块 的0通道 ， 通过 S M3 3 1 模块 内部的D ／ A转换电路将4 2 0 m A的电流信号转换为数字信号送 到 C P U 3 1 5 2 D P模块中， C P U按照预先编写的程序， 对被测量进 行 分析 、 判 断 、 标度 变换 等处 理 ， 并按 预定 的控 制算 法进 行 P I D 运算， 从而送出一个控制信号， 经标度变换后送到S M3 3 2 模块的 0 通 道进行 D ／ A转 换 ， 转换后 的信 号送给 电动调节 阀， 从而改变 调节阀的开度来达到控制水箱进水流量的目的； 阀门的开度可 通过 S M3 3 1 模块 的 1 通道送到计算机进行显示 。 3 S 7 3 0 0 P L C 监控系统P L C 控制程序设计 3 ． 1 硬 件 组 态 利用S t e p 7 编程软件， 对系统进行组态， 包含C P U的参数设 置、 模块 的参数设置 及地 址分配等 如 图3 所示 。 5 5 ～ 警 一 一 _l_l_ ； ～ 一 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 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 o 1 3 年第 l 期 总第 1 6 5 期 表 3 P I D 参数调整命令 P C端发送控 制命令数据给 控制芯片 ， 控制 芯片接收 到命令 数据 后会立 即返 回接收到 的数据给 P C端 以作为应 答并对 电机 控制 做 出相应 调整 。P C端发 送 的转速 ， f I D参 数调制 以及 P I D 步长和P WM频率凋整等控制命令数据格式分别如表f 2 ， 表f 3 和 表f 4 1 所示 。 4 ． 2 C≠ ≠ 窗体应 用设计 上接 第5 6页 f 眦 一 一 瞄撼 巍 1 i ／ -- - -- r I 一 II 一 l - J 『。 r 、 、 一一 二 ’ ㈨ - 0 r⋯ 一 ⋯ l 一 ⋯ l ≥。 ．r ⋯ } 监控 界面接收用户输入 的参数通过协议转换 成相应指令 向 A R M控 制芯片发 出命令， A R M控 制器根据接收到 的指令实现对 直流 电机 相应的操控 。并 同时界面上能够直观地 显示控制器采 集上传的电机运行状态和 P WM占空比的情况。最终实现通过 上位机 的参数 调整 而达 到控 制直流 电机的 目的。 5 结论 基于数字P I D算法的P WM调速控制器， 具有较高的控制精 度和 稳 定性 ； 结合 [ R 2 1 1 0电机 驱动芯 片的应 用 ， 增 强 了系统 的 驱动 能力 ， 且 电路设 计简单 、 调试方便 。在实际应用 中， 电机 的 启动 、 停止 、 和速度控制 都 由程序定义 ， 调试时 只需改变 P WM信 号 占空比即可实现速度控 制， 方便地 实现 电机正反转 ， 无须 改变 系统硬件 电路。本系统对P I D算法的优化 以及制造高性能、 高 可靠性 的直流 电机控制 系统都有着十分重要的现实意义 。 参考文献 【 l 】 何忠 悦， 周 小红． 基于 P 1 D算 法 的直流 电机 P WM 调速控 制器设 计 1 ．I 1 ． 计算机光盘软件 与应 用，2 0 1 1 , 2 0 8 0 。 8 6 ． 【 2 】 杨晓岚． P I D算法在智能年中的应用[ J 1． 实验科学与技术， 2 0 1 0 ， 4 1 8 7 一l 8 9 ． 【 3 J 意法半导体． S T M3 2 F 1 0 3 增 强型 数据手册[ z ] ． 2 0 0 7 [ 4 】 马瑞卿， 刘卫 同． 自举式 I R 2 1 1 0集成 驱动电路的特殊应片j 电力 电子 技术 ， 2 0 0 0， 1 3 卜 3 3 ． 【 5 ] 张 明， 章 国宝．I R2 1 1 0驱动 电路的优 化设计 【 J I ． 电子设计 lr 程， 2 0 0 9 ， 1 7 6 6 7 0 ． [ 6 】 赵庆 松， 苏敏． 基于 A RM的直流 电机调 速系统 的设 计 与实现【 J 1 ． 微计 算机信息， 2 0 0 7 ， 2 1 7 3 1 7 5 ． 图 8 7 3 0 0 P L C监控 系统监控界面 5 系统调试及P I D 参数整定 系统 调试 首先将 7 3 0 0 P I ． C液 位控制 系统投入运 行 ， 反复 调试 P L C程序 ， 直到达到 7 3 0 0 P L C液位 监控系统 的控制要求为 止 I ； 其次将 MC G S j } 矗 控系统 投入 运行 ； 征开环状 态， 将 手 自动切 换按 钮置于 手动方式 ， 调试测量值 和输 出值 ， 使其功 能正常 ； 在 闭环 状态 ， 将手 自动切换按钮置于 自动方式 ， 调试控制系统使其 控制 效果达 到控 制要求 。 系统采 用 P I 调节规律 ， 参数整定步骤如 下 首先将控制 器设 置为纯比例作用， 并将比例度放到1 0 0 ％上。在系统稳定后， 加 入 阶跃干扰 ， 观 察被控变量记录 曲线的衰减 比， 然后逐步减 小比 例度 ， 直至 出现 4 l 衰 减 曲线 ； 根据经验 公式 ， 算出控制器 的 P 、 I 参 数值 ， 观察 被控变量 记录 曲线 的衰减 比 ， 不断调整 参数 ， 直 到 出现 4 1 衰 减曲线为止 。 6 结束语 基于 MC G S 的 7 3 0 0 P L C液位监控系统 的应用 ， 可 实时地监 控现场 的各种 参数 的变化情 况， 解决 了P L C控 制系 统无法监 控 显示的缺点 ， 可为计算机控 制系统的普及应用提供 借鉴 ， 企业可 充分利 用现有 的设备 ， 追 加少量 的投资 即可 组建计 算机监 控系 统， 实现了工业现场设备运行数据的实时采集， 集中处理， 减轻 了工人 的劳动强度 ， 提高 了企业的 自动化水平 。 参考文献 [ 1 1 朱 晓霞．浅谈 P L C【1 1 信号采样和滤波处理 方法I J l _ 煤矿 机电． 2 0 0 0 ， 2 3 0 3 2 3 2 5 [ 2 】 吕景泉． I J I c控制系统中离散量信号的采样滤波 『 J 1 _ 机械与电子． 1 9 9 8 0 1 5 1 5 2 [ 3 ] 邱琳 ， 基 ] P L C的温控系统设计与研究I J l _ 江西化工 2 0 1 0 ， 2 0 1 0， 4 3 8 - 4l 【 4 】肖艳 军 ， 李磊 ， 周婧 ． 基于 P L C的 自动续料机 械手l J ] ． 机械设 计与制 造 ， 2 0 1 “2 1 5 2 1 5 4 ． [ 5 ] fi C 进 、 张杰 ， 基于 MC GS 组 态软 件 的P I D液位控 制[ J l _ 安庆 师范学 院 学报 ， 2 0 0 8 ， 1 4 0 3 5 0 5 3 [ 6 ] 范文进、 高国琴， 发酵液位的神经变结构控制及其M C G S 实现[ J J． 宁波 大学学报 ， 2 0 0 8 ， 2 4 1 0 一 1 1 0 2 1 0 4 【 7 】 马兆锋 ， 基于P L C的仓库恒温控制系统设计与探究I J 】 ． 现代制造技术 与装备 ， 2 0 1 1 ， f 5 2 5 2 6 [ 8 ] 陈曦 、 赵德瑞 、 吕湘晔 ， s 7 3 0 0P L C在精馏塔温 度控制 系统 中的应用 自动化仪表 ， 2 0 1 1 ， 3 2 3 3 9 - 4 1 5 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m