基于PLC的A3000实验装置过程监控系统设计

基于PLC的A3000实验装置过程监控系统设计 摘 要：就A3000过程控制实验装置给出一个利用SIMATIC PLC和组态王实现的监控系统，并详细阐述系统的结构、硬件设计、通讯方式的构成以及软件的设计思想，而且该系统在实践教学中具有很好的利用价值。 关键词：PLC；组态王；STEP7；A3000 - 1 引言 A3000实验装置是是华晟高科和清华大学合作开发的综合性过程控制实验系统，被全国很多所高校引进，在自动化实践教学中发挥着重要作用。在自动化应用领域中，PLC以其高可靠性、适应工业过程控制现场、强大的联网功能等特点，广泛应用于生产工艺过程。在A3000监控系统设计中选择PLC作为现场级的控制设备，用于数据采集和控制；而在系统上位机(通常为工控机)上利用组态王King View 6.5来完成工艺流程及控制参数的显示，实现生产监控和管理等功能。 2 系统概况 A3000现场系统包括三个加热管，水箱，一个大储水箱，一个锅炉，一个工业用板式换热器，两个水泵，大功率滞后时间可以调整的滞后系统，一个硬件联锁保护系统。传感器和执行器系统包括五个温度传感器、液位传感器(13个可选)、一个压力变送器，两个流量计(可选涡轮或电磁流量计)，一个电动调节阀(可选变频器)，两个电磁阀，两个个液位开关。 3 硬件设计 3.1 硬件选型 根据系统需要检测的参数个数选择配置一个CPU224、三个EM235和一条PC/PPI通讯电缆。由A3000实验装置的监测点和PLC配置的模块，则可以进行I/O点分配。 3.2 通讯 选用RS485标准总线通讯，但因上位机的接口为RS232，所以还需一块RS232/RS485 双路转换卡来完成标准转换。转换卡的跳线选择自由口模式。 4 软件设计 4.1 STEP 7-Micro/WIN 32 STEP 7-Micro/WIN 32是西门子公司专门为S7-200系列PLC设计在个人计算机Windows操作系统下运行的编程软件。在此软件上编制程序下载到PLC中运行。 PLC与STEP 7-Micro/WIN 32的连接： (1)在“SET PG/PC Interface”对话框中配置PC/PPI cable，选择Interface Parameter Assignment为PPI； (2)点击通讯参数图标Communications，打开通讯对话框，设置PPI参数，PC/PPI编程电缆的通讯地址为2，接口设为COM1，传输波特率9.6Kbps； (3)双击通讯框中得刷新图标后建立与S7-200的通信连接。需要编制模拟量输入程序：将模拟量输入端口的值，转换为工程量，送入已分配好的寄存器内。 例如：换热器热流出口温度TE102温度传感器，0100与4mA20mA相对应，以T表示温度值，AIW6为PLC模拟量采样值，则根据上式直接代入得出：T(AIW0-6400)/25600)*100+0=(AIW0-6400)/256。将T值放入寄存器VW148，VW148可以直接显示温度值。其他的传感器工程量转换同理。此步也可在组态王中计算。 该监控系统，采用串级液位控制，锅炉温度控制控制下水箱液位和锅炉温度控制。PID控制器的控制程序在S7-200系统手册中有详细说明。 4.2 组态王 PLC与组态王也采用PPI的通讯协议，STEP7和组态王不能同时与PLC通信。 PLC与组态王的具体连接方法如下： 单击COM1新建设备：西门子S7-200 PPI COM1 地址2。 双击COM1，设置串口COM1：波特率9600bps；偶校验位；数据位8；停止位1；通讯方式RS485连接完成后，定义数据词典，设计图形界面并建立动画连接。即可投运和调试。 实现的功能：工艺流程进行动画显示，可以直观的看出水位的变化和水流的走向；仪表实时值显示；实时显示故障报警画面、查询历史报警，并可以设置报警的极限值；可以进行实时曲线监测和历史曲线查询；可生成系统实时报表和历史报表，可以进行报表打印；可对实时数据库和历史数据库进行方便的管理。系统登录和安全区设置。 5 结束语 A3000过程控制与实验系统，在各类院校的实践教学中得到了广泛的应用。该PLC监控系统在完成了对温度、压力、流量、液位等过程参量的监控，且其故障报警功能改善了A3000系统的安全试验状况，对其他监控系统的设计和A3000控制系统的教学都具有很强的借鉴意义。 参考文献 1周美兰，周封，王岳宇.PLC电气控制与组态设计M.北京：科学出版社，2004. 7