基于WinCC和PLC的压力调节系统设计.pdf

自动化 DOI 1 0 ． 3 9 6 9／ j ． i s s n ． 1 0 0 9 - 9 4 9 2 ． 2 0 1 3 ． 0 9 ． 0 0 7 基于 Wi n C C和P L C的压力调节系统设计 万鑫森 中国电子科技 集团公 司 第三十八研 究所 ， 安徽合肥 2 3 0 0 8 8 摘要 介绍 了一种 采用 Wi n C C组态软件和 s 7 2 0 0系列 P L C实现压力 自动调 节的方法 。详细描述 了 P I c参数 采集编程 、O P C数 据链接、Wi n C C 在线趋势组态的过程 ，并在Win C C 客户端实现系统参数设置、在线趋势显示 、数据记录和存储 、 报警提示等功 能 。最后 ，模拟运行测试 的结果表 明该系统很好的完成了浮空器的压力 自动调节 。 关键词 Wi n C C；P L C；浮空器 压 力调节 中图分类号 T P 2 7 2 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 99 4 9 2 2 0 1 3 0 90 0 2 60 4 De s i g n o f a Pr e s s u r e Co n t r o l S y s t e m wi t h W i n CC a n d P LC W AN Xi n s e n N o 38 Re s e a r e h I n s t i t u t e o f C ET C．He f e i 2 3 0 0 8 8．C h i n a Abs t r a c t A me t h o d o f p r e s s u r e a u t o c o n t r o l i s i n t r o d u c e d． wh i c h u s e s W i n CC c o n fig u r a t i o n s o ft wa r e a n t ] S 7 2 0 0 s e rie s PL C． T h e p r o c e s s o f p a r a me t e r c o l l e c t i o n p r o g r a m wi t h P LC， OPC d a t e l i n k a n d t r e n d l i n e c o n fig u r a t i o n wit h W i nC C i s d e s c rib e d i n d e t a i l ， wi t h wh i c h t h e f u n c t i o n o f s y s t e m p a r a me t e r s e t u p， t r e n d l i n e d i s p l a y ， d a t e r e c o r d a n d me mo r y a r e a c h i e v e d o n W i n CC c l i e n t ．At l a s t ， t h e s y s t e m i s t e s t e d i n s i mu l a t e d s e t t i n g a n d t h e r e s u l t s h o ws t h a t t h e p r e s s u r e a u t o c o n t r o l o f a e r o s t s t o p e r a t e s we l 1 ． Ke y wo r ds W i n CC；PI C； a e r o s t a t ；p r e s s u r e c o n t r o l 0 引言 浮空器是一种依靠浮升气体 升空的飞行器 ， 可 以搭载各种通讯 、干扰 、侦察 、探测 、光 电 、 通信 中继等电子设备升空到几百～ 几万米的高度 ， 执行 不 同任务 。 由于其 滞空 时问长 、探测 范 围 大 、能耗低 、费用少、操作维护简单 ，成为世界各 国重点研究的装备。图1 所示为各国浮空器示意。 图1 世界各国浮空器 收稿 日期 2 0 1 3 0 3 2 0 浮空器在执 行任务时必须达到一定 的高度 ， 并且不断调整 ，随着高度的变化 ，环境温度 、压 力随之变化 ，浮空器 内外压差也会相应 的迅速变 化 。如果 这种压差 不能得 到有效 即时 的调节控 制 ，当内部气体压力过大时，很容易导致囊体破 裂 ；而当温度 或者高度下降时 ，浮力气体压缩 ， 内外压差不够 ，整个气囊无法保形 ，导致囊体刚 度变化 ，因此 ，浮空器一般都需要安装压力调节 系统 ，以调节浮空器的内外压差 ，使其在不 同环 境 、不 同高度下保持在恒定的范同内，并使得软 式气囊具有一定外形和强度 。 本文将基 于Wi n C C和 P L C，研究一种压力 自 动调节系统 ，具有实时监控 ，参数设置 ，在线趋 势显示 ，数据记 录和存储 、状态报警等功能 ，以 实现浮空器压力 自动调节 。 1 系统设计 浮空器一般包括主气囊 、副气囊 、尾翼和整 流罩等多个气室。主气囊 内部充满浮力气体 ，副 l 1 2 6『 I I 万鑫森 基亏Wi n C C和P L C的压力调节 系统设计 气囊在主气囊内部，用于调节内部压力；尾翼在 主气囊尾部 ，用于保持浮空器 的 自稳定性 ；整 流 罩在副气囊底部 ，用于防护电子设备 。各个气 室 分布如图 2 所示。 图2 浮空器各个气室分布示意图 压力调节系统需要通过测量各个气室与外界 的压差 ，并和设定值进行 比较 ，适时打开进气装 置或排气装置 ，使各个气囊的压差保持在恒定的 范围之内。 系统需要控制 的设备包括副气囊进气和排气 装置 、尾翼进气和排气装置 、整流罩进气和排气装 置；主气囊是密封的，不需要进排气装置。需要检 测的参数包括主气囊压差、副气囊压差 、尾翼压 差 、整流罩压差以及各个进排气装置 的工作状态 。 通过判断各个气囊的压差，给出相应的控制信号， 若设备发生故障，导致压力失调，将给出报警信 息 ，提示操作人员人工干预 ；系统还fi NE 录并保存 数据，以便进行囊体密封 、强度特性等参数分析。 1 ． 1 P L C程序设计 根据西门子 S 7 2 0 0 手册 ，选用 C P U 2 2 6 以及 1 个 E M2 3 5 模拟量模块 。选定硬件后先进行端 口分 配和定义。端 口分配如表 1 所示。 P L C程 序主要包括两大块 模拟量采集部分 和控制输 出部分 ，此处重点就模 拟量采集部分程 序进行说明。 1 ． 1 ． 1 模拟量检测程序 压差值是压力调节系统执行 的基础 ，因此对 传感 器 的精度 和稳 定性要 求 比较高 。这 里选用 Ho n e y w e l l 公 司的一款高精度压力变送器 ，能提供 动态补偿 ，减少了由于温度 、环境、长期稳定性 引起 的漂移误差。传感器输 出是 4 ～ 2 0 mA的模拟 信号 ，量程为 0 1 5 0 mmH O。而 P L C的模拟量接 口输 入是 0 ～ 2 0 m A，对 应 的数字 量 为 0 ～ 3 2 0 0 0 ， 因此 ，还需经过计算和转换 ，以便得出所需要 的 压差参数⋯ 。 表 1 PI G端 口分 配表 设y 为实际需要的压差参数， 为P L C 经过模 数转 换得到的数字 量 ，则 y与 之间存在如下关 系 y X 一6 4 00 一 一 1 5 0 32 0 0 0 ． 6 40 0 为简化编程 ，首先设计一个模拟量采集子程 序 ；其次 ，对子程序进行调用 ，得出压差值 ；最 后在主程序 中引用压差值进行压力控制 。 子程序的输入 、输 出及相关 中间变量 如表 2 所 示 。 表 2 子程序变量定义 根据公式 1 以及表 2的变量定义 ，模拟量 采集子程序示意如下。 s B R _ l ， ／ 模拟量采集子程序 Ne t wo r k 1 L D S M0 ．0 AW I NP UT． 6 4 0 0 AW I NP U T． 3 2 0 0 0 MO VW I NP U T， t mp W ． I TD t mpW ， t mpD 厂_■ 厂 t mpD， t mpR 6 4 0 0 ． 0， t mp R RANGE，t mp R t mp R， OUT P U T 2 5 6 0 0．0， O UT P UT LD SM U．O L P S AW I NP U T． 3 2 0 0 0 MOVR RANGE， OU T PU T 该子程序有I N P U T、 R A N G E和 O U T P U T三个 对外 接 口，分别 表示输 人 、量程 和输 出。在调用该子程序时，只要 将输入 和量程对 应 ，就 可 以得 出所需 的压差值 。 子程 序完 成后 ，需要 进行 调用 ，即可完成参数采集 。 S BR _0 ／ ／ 调用 S B R _ 1 Ne t wor k1 P L C 初始化 l l I 循 环 采 样 、 计 算 I ． 1 I I I l ’ I 过压报警 打开捧气装置 不动作 打开充气装置 欠压报警 关闭捧气装置 l 关 ；玎 充 气 装 置 LD SM O ． 5 EU C AL L S BR _I ， AI W 0 ， 1 5 0 ． 0 ， VD1 0 0 CALL S BR 1 ， AI W 2 ， 1 5 0 ． 0 ， VD1 0 4 CAL L S BR _I ， AI W 4 ，1 5 0 ． 0 ， VD1 0 8 CAL L S BR _I ， AI W 6 ， 1 5 0 ．0 ， VD1 1 2 最后 在 主程 序 Ma i n 中调 用 S B R _ 0运 行 即可。 1 ． 1 ． 2 控制和报警程序 采集到各个气囊的压差后，即可对压力值进 行 比较和控制。每个气囊都有一个安全工作 的压 力范围 ，压力超出最大设定值就控制排气装置释 放空气，低于相应的值关闭；反之当压力低于最 小设定值就控制进气装置充气 ，到达设定值停 止 ；程序还设定 了各个气囊欠 压和过压报警 点 ， 通过比较进行报警 。软件控制流程 图见图 3 。 P L C程序完成后需要 和上位机 Wi n C C软件进 行通信 。 1 ． 2 Wi n C C的通信与组态 Wi n C C是在生产和过程 自动化 中解决可视化 和控制任务的工业技术中性系统。它提供了适用 于工业 的图形显示 、消息 、归档以及报表的功能 模板。高性能的过程耦合、快速的画面更新 ，以 图3 软件流程图 及可靠的数据使其具有高度的实用性 。 1 ． 2 ． 1 利用 O P C与P L C 建立连接 由于西 门子 S 7 2 0 0系列 P L C的推 出时 间 比 Wi n C C要 晚 ，因此 Wi n C C中没 有集 成该 P L C的 P P I 协议 ，不能直接监控 。这 里采用 O P C服务器 的方式，可以方便的建立通信。 O P C O L E f o r p r o c e s s c o n t r o 1 即用于过程控 制 领域 中的对象 链接 与嵌 入 o b j e c t l i n k i n g a n d e m b e d d i n g 。 O L E 。它是 由O P C 基 金会制定 的一套 基于C O M ／ D C O M技术，采用客户／ H E 务器模型制定 的一种工业控制领域的开放式标准p 。 首先在 O P C服务器 中与 P L C变量建立连 接。 这 里 采用 开普 的 K E P S e r v e r E x 作 为 O P C服 务器 ， 双击打开 “ K E P S e r v e r E x ”应用程序 ，首先添加通 信通道 ，名称 默认 为 “ C h a n n e l l ” ，设备选 择 “ S i e m e n s S 7 2 0 0 ” ，通信端 口是 “ C O M1 ” ，参数系 统默认 。然后添加设备 ，名称默认是 “ D e v i c e l ” ， 模 式 为“ S 7 2 0 0 ”， 在“ D e v i c e 1 ” 下 添 加 组 “ G r o u p 1 ” ，在 “ G r o u p l ”下增加变量 。需要 设置 的变量参 数包括 “ N a m e ” 、“ A d d r e s s ” 、“ D e s c r i p - t i o n ” 、“ D a t e T y p e ”和 “ S c a n ”等 。添加完参数后 保存一个名为 “ YL T J ”的O P F 文件 ，如图4 所示。 1 ． 2 ． 2 Wi n C C与O P C的连接 在 Wi n C C 变量管理器 中添加一个新的驱动程 序 ， 新 的 驱 动 程 序 选 择 O P C ． C HN， 在 O P C 2 R ．砉 R n 吣 讯 爪