【文章內容簡介】 第三章 控制系統(tǒng)下位機程序設計 11 圖 7 順序功能圖 檢測次數(shù)環(huán)節(jié) 檢測漏氣環(huán)節(jié) 判斷返回 判斷測試次數(shù)環(huán)節(jié) 沈陽化工大學學士學位論文 第三章 控制系統(tǒng)下位機程序設計 12 梯形圖設計 符號表 根據(jù)各個變量的含義，建立符號表，便于記憶 和閱讀 。具體如表 5。 表 5 符號表 主要程序詳解 本設計的順序功能圖到梯形圖的轉化采用的是起保停的轉換方法，對應順序功能沈陽化工大學學士學位論文 第三章 控制系統(tǒng)下位機程序設計 13 圖的相應環(huán)節(jié)， 分析部分程序。 （ 1）程序初始化 在本程序中存在置位和復位的操作，如果在還未執(zhí)行到復位步時因某些原因系統(tǒng)停止則會對接下來再運行程序造成影響，所以在程序開始時需要用 觸發(fā)一個初始化的程序。 在每一次的試驗中，只要 PLC 重新開始，便立即復位一次。 程序塊 說明 WXOR_DW 為雙字異或程序塊，目的是使 A、 B、 C 次數(shù)存儲區(qū)中的數(shù)據(jù)清零。 對 M 標志位寄存器進行復位操作。 對計數(shù)器 C0、 C C2 進行復位操作。 （ 2）模式選擇 本系統(tǒng)提供兩種模式工作，需在開始時進行 選擇。 模式一：在此模式下電磁閥將被測試出最大的耐久性次數(shù)，直到電磁閥漏氣。 模式二：在此模式下電磁閥只進行主測次數(shù)的測定，以檢驗理想次數(shù)是否達到。 程序如下： 程序 說明 是模式選擇的標志位， mode1 為模式一選擇的信號，由上位機給出，模式一為默認模式。 沈陽化工大學學士學位論文 第三章 控制系統(tǒng)下位機程序設計 14 （ 3）開關測試 選定模式后，開始準備程序執(zhí)行后，就開始電磁閥閥門的開關測試。測試前需要保證水壓，所以加了一個水壓比較的模塊 ，水壓控制程序在下一小節(jié)給出 。當 激活后測試次數(shù)加 1 。另外的電磁閥測試程序與此類同。詳細如圖 8。 圖 8 測試程序 （ 4）計數(shù)判斷 計數(shù)器為判斷是否達到測試次數(shù)的標志，每測試一次計數(shù)器加一，當達到設定次數(shù)后，計數(shù)器給出信號，程序轉入檢測漏氣部分，程序見圖 9。 圖 9 計數(shù)器啟動程序 沈陽化工大學學士學位論文 第三章 控制系統(tǒng)下位機程序設計 15 （ 5）檢測漏氣 檢測漏氣部分，此部分給出一激光燈信號，當漏氣時，光敏傳感器就傳出信號，執(zhí)行相應的程序，表明電磁閥已經(jīng)漏氣。程序如圖 10。 圖 10 檢測漏氣程序 （ 6）循環(huán)測試和報警 此外還有循環(huán)服務程序和報警程序。在附件一中 詳細給出。 模擬量閉環(huán)控制 過程控制是指對溫度、壓力、流量等連續(xù)變化的模擬量閉環(huán)控制。 PLC 通過其模擬量 I/O 模塊，及數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)運算的功能，實現(xiàn)模擬量的閉環(huán)控制。 模擬量量化 將模擬量輸入模塊的輸出值轉換成實際的物理量，轉換時應考慮變送器的輸入 /輸出量程和模擬量輸入模塊的量程，找出被測物理量與 A/D 轉換后的數(shù)字值之間的比例關系。在本系統(tǒng)中，變送器檢測的壓力范圍為 01MP， 輸出信號為電流信號DC4~20mA,模擬量輸入模塊將 0~20mA 轉換成 0~32021 的數(shù)字量，設轉換后得到的數(shù)字量為 N，壓力值為 P，壓力計算公式為： ? ? m P aNm P aNP )6400(2561006400)640032021( )01( ???????? ???? （ ） 沈陽化工大學學士學位論文 第三章 控制系統(tǒng)下位機程序設計 16 PID 設計 PLC 內部的 PID 指令模塊能對控制器的參數(shù)進行整定，過程直觀簡單，操作方便且效率高。 PLC 模擬量閉環(huán)控制系統(tǒng)如圖 11 所示。虛線部分在 PLC 內，在模擬量閉環(huán)控制系統(tǒng)中被控量 c(t)（壓力）是連續(xù)變化的模擬量，變頻器要求 PLC 輸出模擬信號 M（ t） ,而 PLC 的 CPU 只能處理數(shù)字量，因此需要 A/D 和 D/A 轉換信號。 圖 11 PID回路控制圖 模擬量量化和 PID 程序設計 程序設計時將此功能和 PID 設計成子程序，在主程序中調用。在 PLC 梯形圖的庫中有量化的程序塊故只需填好參數(shù)即可。詳見圖 12。 圖 12 PID模塊和模擬量輸入量化模塊 沈陽化工大學學士學位論文 第四章 控制系統(tǒng)上位機程序設計 17 第四章 控制系統(tǒng)上位機程序設計 本系統(tǒng)的上位機采用 MCGS 組態(tài)軟件進行系統(tǒng)的組態(tài)。 MCGS 為國產(chǎn)軟件，具有操作簡單，性能穩(wěn)定可靠的特點。本章主要描述上位機設計的主要過程和上下位機聯(lián)機調試的過程。 上位機實時數(shù)據(jù)庫的建立 在上位機的組態(tài) 中需要建立內部變量，以便于主畫面里按鈕等的連接操作，本系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)庫如圖 13（部分）： 數(shù)據(jù)對象類型有開關量，數(shù)值量。對于每一個開關量（輸入與輸出）都建立了開關量的數(shù)據(jù)對象。檢測次數(shù)，主測次數(shù)，輔測次數(shù)，水壓實時數(shù)據(jù)都建立成數(shù)值型數(shù)據(jù)對象。 圖 13 實時數(shù)據(jù)庫的建立 設備的選擇和通道的連接 設備的選擇是指對于 PLC 的選擇，及通信參數(shù)的選擇。通道的連接是指把實時數(shù)據(jù)庫里的變量和 PLC 內部的地址建立一一對應的關系，從而實現(xiàn)上位機對下位機的監(jiān)視與控制。詳細設置見圖 14 。 設備選為西門子 S7200PPI，設置設備內部屬性，根據(jù)所需要的變量，設定 PLC 內對應的存儲區(qū)通道，然后進行 和數(shù)據(jù)對象的連接。 沈陽化工大學學士學位論文 第四章 控制系統(tǒng)上位機程序設計 18 圖 14 設備屬性設置和通道連接（ 1） 圖 14 設備屬性設置和通道連接（ 2） 主畫面的繪制、連接 運行畫面共建立了四個畫面分別為：電磁閥測試主控窗口、仿真測試和數(shù)據(jù)記錄、關于和幫助、開始畫面，詳見圖 15。 沈陽化工大學學士學位論文 第四章 控制系統(tǒng)上位機程序設計 19 圖 15 窗口的建立 電磁閥主控窗口如圖 16，這是測試時使用的主要窗口，集成了參數(shù)設定，結果顯示，工藝流程。 圖 16 上位機主畫面設計 畫面的左邊為工藝操 作流程，提示操作。中部為工藝流程示意圖用于顯示每個流程的進行步驟。右半部分 為參數(shù)設定部分，在此部分可以進行模式的選擇，主測次數(shù)和輔測次數(shù)的設定，還可以顯示測試結果，顯示電測閥門測試的報警信息，同時開始按鈕和復位按鈕也安排在此部分。 沈陽化工大學學士學位論文 第四章 控制系統(tǒng)上位機程序設計 20 上位機和下位機聯(lián)機調試 本設計在實驗室進行了上下位機的聯(lián)機調試，調試的內容包括下位機程序是否完善，上位機對下位機能否控制。 在設計前期主要是采用 PLC 仿真軟件進行程序的調試工作，但是效果并不理想程序的正常邏輯順序測試不出來，特別是有些功能塊仿真軟件并不識別。于是再次檢查程序 后，就在實驗室的 PLC 上進行測試，結果理想，經(jīng)過完善相應部分后下位機程序調試完畢。 下位機程序做好后就進行了上位機（ MCGS）的組態(tài)。也是在實驗室進行了連接調試，最后證明所有程序都是達到了預期設想的目標要求。 沈陽化工大學學士學位論文 結束語 21 結束語 本設計完成 了對電磁閥耐久性試驗工藝流程的改進，并設計了下位機和上位機程序， 這些程序在實驗室的 PLC 上進行了驗證，運行結果符合預期構想。上位機和下位機的聯(lián)合試驗也在實驗室得到驗證。 但是 由于實驗室的設備條件和時間上的不足，沒能做出試驗硬件模型 ，閉環(huán)水壓 PID 參數(shù)也沒能整定。這些都是以后 改進的方向。本次設計最大的收獲是對于 PLC 的認識有了進一步的提高，在實踐中發(fā)現(xiàn)并解決了許多的問題，包括 順序功能圖的編寫，在程序中加上復位環(huán)節(jié)等等。另外學會了上位機是如何對下位機進行控制的，上位機組態(tài)軟件的使用。通過本次設計對自己的專業(yè)能力也有所了解，以后要學習的知識特別是應用方面的還有很多。最后一句話自勉：路漫漫其修遠兮，吾將上下而求索。 沈陽化工大學學士學位論文 參考文獻 22 參考文獻 [1] 王淑英 .s7200 西門子 PLC 基礎教程 [M]. 北京：機械工業(yè)出版社， 1999： 9100. [2] 姚立波 .工業(yè)控 制技術及應用 [M]. 北京：機械工業(yè)出版社， 1999 ： 1735. [3] 昊作明 .工控組態(tài)軟件 PLC 應用技術 [M] .北京：北京航天大學出版社， 2021： 289 [4] 胡壽松 . 自動控制原理 [M ]. 北京 :國防工業(yè)出版社 , 1994. [5] 西門子 (中國 )有限公司自動化與驅動集團 . 深入淺出西門子 S72200PLC[M ]. 北京 :北京航空航天出版社 , 2021. [6] 西門子公司 . Siemens Simatic S7 200 可編程序控制器系統(tǒng)手冊 [ Z] . 北京 :西 門子公司 ,2021. [7] 高欽和 . 可編程控制器應用技術與設計實例 [M] . 北京 :人民郵電出版社 ,2021. [8] 丘平，王志強．低泄漏閥門試驗標準及其工業(yè)應用 [J]. 石油化工安全環(huán)保技術，2021， 24(2)： 912． [9] 任琪 . 基于 plc 變頻調速恒壓供水控制系統(tǒng)設計 [J]. 信息系統(tǒng)工程， 2021， 3： 68 沈陽化工大學學士學位論文 致謝 23 致謝 本次設計得到指導老師徐承韜老師的大力幫助， 在設計期間， 徐老師不僅 給我 指導設計 的理論內容 ， 幫助我們做設計的規(guī)劃， 還為我們 聯(lián)系實驗室， 準備 實驗 設備 ，幫我們調試程序 ， 孜孜不倦，我 在此表示萬分感謝。同時也特別感謝楊忠軍老師和陳斌老師，設計期間遇到的許多疑難問題，兩位老師都給與了耐心的解答 。 感謝張正禮同學在本文的文字校對方