【正文】 了RS232通訊模塊來保證數(shù)據(jù)傳輸通道的正常運行。數(shù)據(jù)處理及過程控制模塊是整個測控系統(tǒng)的核心。本系統(tǒng)通過對來自對來自數(shù)據(jù)采集模塊數(shù)據(jù)的計算、分析和處理，又D/A或I/O模塊向系統(tǒng)中的各個控制器件和電控開關(guān)發(fā)出控制信號，實時調(diào)整系統(tǒng)的狀態(tài)和參數(shù)，使系統(tǒng)嚴格按照要求自動完成試驗項目的操作。數(shù)據(jù)采集模塊的主要功能是對測控系統(tǒng)中各個傳感器的信號進行采集，為試驗的分析和處理提供數(shù)據(jù)來源。本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集分為兩部分：模擬量信號采集和數(shù)字量信號采集。模擬量的采集使用12位的A/D卡，數(shù)字量得采集使用C/T卡。 監(jiān)控模塊 監(jiān)控模塊就是對系統(tǒng)各個部分的狀態(tài)進行監(jiān)控。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生異常或出錯時，及時報警并采取相應(yīng)的應(yīng)急措施。在水泵試驗中，試驗回路正確與否對試驗?zāi)芊裾：晚樌赝瓿善鹬鴽Q定性的作用。因此，監(jiān)控模塊的主要功能就是對試驗回路進行監(jiān)控，方便用戶在系統(tǒng)出現(xiàn)異常時及時作出反應(yīng)。 AD模塊的接線經(jīng)變送器輸出的電壓或電流信號為標(biāo)準信號. 一般電壓0～5V 電流4～20MA。接線如圖52所圖52 AD模塊接線 PLC編程簡介 PLC的基本概念早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller,PLC)，它主要用來代替繼電器實現(xiàn)邏輯控制。隨著技術(shù)的發(fā)展，這種采用微型計算機技術(shù)的工業(yè)控制裝置的功能已經(jīng)大大超過了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡稱PC。但是為了避免與個人計算機(Personal Computer)的簡稱混淆，所以將可編程序控制器簡稱PLC,plc自1966年美國數(shù)據(jù)設(shè)備公司（DEC）研制出現(xiàn)，現(xiàn)行美國，日本，德國的可編程序控制器質(zhì)量優(yōu)良，功能強大。 PLC的基本結(jié)構(gòu)　　PLC實質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計算機，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機相同，基本構(gòu)成為： 　　a、電源 　　PLC的電源在整個系統(tǒng)中起著十分重要的作用。如果沒有一個良好的、可靠的電源系統(tǒng)是無法正常工作的，因此PLC的制造商對電源的設(shè)計和制造也十分重視。一般交流電壓波動在+10%(+15%)范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將PLC直接連接到交流電網(wǎng)上去 　　b. 中央處理單元(CPU) 　　中央處理單元(CPU)是PLC的控制中樞。它按照PLC系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲器、I/O以及警戒定時器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。當(dāng)PLC投入運行時，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入I/O映象區(qū)，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運算的結(jié)果送入I/O映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將I/O映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運行，直到停止運行。 　　為了進一步提高PLC的可靠性，近年來對大型PLC還采用雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或采用三CPU的表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個CPU出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)仍能正常運行。 　　c、存儲器 　　存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。 　　d、輸入輸出接口電路 　　現(xiàn)場輸入接口電路由光耦合電路和微機的輸入接口電路，作用是PLC與現(xiàn)場控制的接口界面的輸入通道。 　　現(xiàn)場輸出接口電路由輸出數(shù)據(jù)寄存器、選通電路和中斷請求電路集成，作用PLC通過現(xiàn)場輸出接口電路向現(xiàn)場的執(zhí)行部件輸出相應(yīng)的控制信號。 　　e、功能模塊 　　如計數(shù)、定位等功能模塊。 　　f、通信模塊 如以太網(wǎng)、RS48ProfibusDP通訊模塊等。 PLC的工作原理　　一. 掃描技術(shù) 　　當(dāng)PLC投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個階段。 　　(一) 輸入采樣階段 在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。 　　(二) 用戶程序執(zhí)行階段 　　在用戶程序執(zhí)行階段，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點構(gòu)成的控制線路進行邏輯運算，然后根據(jù)邏輯運算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。 　　即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點在I/O映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會發(fā)生變化，而其他輸出點和軟設(shè)備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。 　　在程序執(zhí)行的過程中如果使用立即I/O指令則可以直接存取I/O點。即使用I/O指令的話，輸入過程影像寄存器的值不會被更新，程序直接從I/O模塊取值，輸出過程影像寄存器會被立即更新，這跟立即輸入有些區(qū)別。 　　(三) 輸出刷新階段 當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，PLC就進入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動相應(yīng)的外設(shè)。這時，才是PLC的真正輸出。 PLC內(nèi)部運作方式雖然PLC所使用之階梯圖程式中往往使用到許多繼電器、計時器與計數(shù)器等名稱，但PLC內(nèi)部并非實體上具有這些硬件，而是以內(nèi)存與程式編程方式做邏輯控制編輯，并借由輸出元件連接外部機械裝置做實體控制。因此能大大減少控制器所需之硬件空間。實際上PLC執(zhí)行階梯圖程式的運作方式是逐行的先將階梯圖程式碼以掃描方式讀入CPU 中并最后執(zhí)行控制運作。在整個的掃描過程包括三大步驟，“輸入狀態(tài)檢查”、“程式執(zhí)行”、“輸出狀態(tài)更新”說明如下： 步驟一“輸入狀態(tài)檢查”：PLC首先檢查輸入端元件所連接之各點開關(guān)或傳感器狀態(tài)（1 或0 代表開或關(guān)），并將其狀態(tài)寫入內(nèi)存中對應(yīng)之位置Xn。步驟二“程式執(zhí)行”：將階梯圖程式逐行取入CPU 中運算，若程式執(zhí)行中需要輸入接點狀態(tài)，CPU直接自內(nèi)存中查詢?nèi)〕觥］敵鼍€圈之運算結(jié)果則存入內(nèi)存中對應(yīng)之位置，暫不反應(yīng)至輸出端Yn。步驟三“輸出狀態(tài)更新”：將步驟二中之輸出狀態(tài)更新至PLC輸出部接點，并且重回步驟一。 此三步驟稱為PLC之掃描周期，而完成所需的時間稱為PLC 之反應(yīng)時間，PLC 輸入訊號之時間若小于此反應(yīng)時間，則有誤讀的可能性。每次程式執(zhí)行后與下一次程式執(zhí)行前，輸出與輸入狀態(tài)會被更新一次，因此稱此種運作方式為輸出輸入端“程式結(jié)束再生”。 程序的設(shè)計及顯示 plc程序的編寫與調(diào)試使用GX DEVELOPER 852 軟件編程和調(diào)試。梯形圖見附頁。 F940G0TSWD的編寫三菱公司的F940G0T系列觸摸屏具有許多特點：（1） 與外界連接方便，通過自帶的RS422接口，RS232C接口實現(xiàn)編程與PLC通信（2） 闊視角的液晶顯示，具有LCD背光照明功能，即使無光照也能看清楚內(nèi)容；（3） 內(nèi)置FX10P功能使PLC順序程序的調(diào)試及保養(yǎng)變得方便，輕松完成PLC程序的讀出、寫入、刪除、監(jiān)控；（4） 通過菜單設(shè)定可以顯示日文、英文、韓文及中文，提供豐富的圖形編輯功能（5） 通過定義觸摸屏替代普通控制按鈕作為控制鍵（6） 為保護PLC可以設(shè)定密碼。 PLC接線圖：圖53 PLC接線圖 此接線圖左側(cè)是一個電源模塊，為PLC系統(tǒng)提供穩(wěn)定精確的電源供應(yīng)，各個傳感器測得信號經(jīng)過FX2N4 AD模塊轉(zhuǎn)換為PLC能識別的數(shù)據(jù)，并經(jīng)過型號為FX2N16MR的PLC模塊進行數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲，然后經(jīng)過RS232串口輸出到顯示模塊，將各個數(shù)據(jù)顯示在顯示器上。 設(shè)計的程序操作及顯示界面：點擊“進入系統(tǒng)”可以進入水泵測試系統(tǒng)。點擊“啟動”開始系統(tǒng)測試，將顯示所測參數(shù)值。6 結(jié) 論本文研究的是基于PLC技術(shù)的水泵性能參數(shù)測試系統(tǒng)的設(shè)計。在此期間， 分析了當(dāng)前水泵測試的實際情況及面臨的問題，深入研究了檢測技術(shù)、控制技術(shù)、計算機技術(shù)和通信技術(shù)在水泵測試系統(tǒng)中的應(yīng)用。本文主要圍繞方案設(shè)計、硬件和軟件開發(fā)、系統(tǒng)抗干擾與調(diào)試等幾個方面進行了闡述，并做了大量的試驗。歸納起來本論文的主要研究工作和成果有以下幾點：(1)根據(jù)水泵測試項目，搭建硬件測試平臺，采用PLC實現(xiàn)，與傳統(tǒng)的工控機+二次儀表方案相比，可靠性較高。系統(tǒng)工作方式分為全自動、半自動、人工手動和人工自動四種，操作靈活方便，可獨立工作，并保存試驗數(shù)據(jù)，在不增加硬件設(shè)備的情況下，實現(xiàn)了冗余的功能。(2)對測試系統(tǒng)的難點之一流量控制系統(tǒng)進行了深入的研究。針對流量控制系統(tǒng)具有非線性、時變性、不確定性以及難以建立精確數(shù)學(xué)模型的特點，試驗結(jié)果表明，PLC控制具有穩(wěn)態(tài)誤差小，響應(yīng)速度快的特點，使水泵參數(shù)的測試精度大大提高。克服了傳統(tǒng)方式中，對流量的調(diào)節(jié)完全依靠操作人員的經(jīng)驗，調(diào)節(jié)費時、費力且精度不高的難題，實現(xiàn)了真正意義上的自動測試。 (3)完成了上、下位機軟件的開發(fā)。采用模塊化設(shè)計方法．易于維護、閱讀和移植，稍加修改，便可為其它試驗使用，而且也便于擴展試驗的內(nèi)容。提供了一個界面友好的試驗平臺，易學(xué)易用，系統(tǒng)在運行過程中涉及的所有操作均可以通過友好的中文界面以圖形化的菜單選擇和人機對話的方式來實現(xiàn)；實現(xiàn)了水泵綜合參數(shù)的實時測試、實時傳輸、數(shù)據(jù)的分析處理及計算；實現(xiàn)了測試結(jié)果的自動判定和試驗報告的自動生成及打印等功能?？傊?，通過本課題的研究，所設(shè)計出的測試系統(tǒng)具有測試效率高、成本低、可靠性好和管理維護方便的特點。解決了長期以來水泵測試精度低、自動化程度不高、流量調(diào)節(jié)困難的難題。對于提高泵產(chǎn)品的研發(fā)效率、改善產(chǎn)品的性能水平，具有較高的實用價值，因此，無論從經(jīng)濟角度還是從技術(shù)角度都具有較強的優(yōu)勢和廣闊的應(yīng)用前景參考文獻[1]，[2],[3]. 電子工業(yè)出版社，[4],[5]，[6]，[7]（第四版），[8]曾億山、[9]（第四版）.機械工業(yè)出版社，[10]熊詩波、. 機械工業(yè)出版社，[11]胡曉軍．水泵與水泵站．北京：中國水利水電出版社，2003[12] 鄧志良，劉維亭．電氣控制技術(shù)與PLC．東南大學(xué)出版社，2002．12[13] Erdal，A．，Torbergsen et a1．Flow development downstream of two simplified and one K—l ab／Laws flow conditioners．experiments and calculations．The 1 997 ASME Fluids Engineering Division Summer Meeting，Vancouver，Canada，June 1997；[14]L．Reznik，Ghanayem，A．Bourmistrov．PID Plus Fuzzy Controller Structures as a Design Base of Industrial 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