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基于PLC的分布式温度监控系统设计

发布日期:2013-01-30   作者:电子科技大学自动控制中心 窦艳杰 詹慧琴   浏览次数:49731
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【摘   要】:本文研究了基于PLC的分布式温度监控系统的设计,本设计硬件采用GE公司(通用电气)的VersaMax系列PLC,上位机采用GE的Cimplicity组态软件,实现对32路不同地点的温度量的分布式监控。

    1引言

    分布式控制系统是由多台计算机分别控制生产过程中多个控制回路,同时又可集中获取数据、集中管理和集中控制的自动控制系统。分布式控制系统又称为分散控制系统,分散型控制系统,集散控制系统。行业内又称4C技术,即Control控制技术;Computer 计算机技术;Communication通信技术[1];Cathode Ray Tube CRT显示技术。PLC即可编程逻辑控制器,在现代工业控制中应用极为广泛,以其高可靠性、高稳定性而著称。PLC的应用领域一般都会涉及到分布式控制,小到一个生产部门,大到一个污水处理厂、矿井等场合都会应用到基于PLC的分布式监控系统[2]。在工业生产的各种场合,控制系统一般都会涉及到温度量的监控,比如锅炉温度监控、水温监控等。因此,设计基于PLC的分布式温度监控系统有着非常现实的意义。

    2系统介绍

    该系统采用GE Versamax系列PLC,用Proficy Machine Edition编写梯形图逻辑,上位机采用GE Cimplicity组态软件,同时监控32路温度量。VersaMax系列PLC是GE公司为小型控制系统而设计。本设计采用CPU E05作为核心控制器。CPU E05自带10M以太网接口,本设计用以太网构建分布式控制网络[3],实现在一台PC机上能同时监控32路甚至更多路温度量的功能。如图1所示,所有PLC节点都与集线器相连接,每个PLC有单独的设置好IP地址,上位机也同时连接到集线器,拥有和所有PLC在同一网段的IP地址,这样就构成了一个局域网控制系统。上位机通过访问不同IP达到控制对应PLC的目的,进而监控被控温度量。

 
1 系统架构图
    3硬件设计

    系统硬件设计包括每个被控节点的PLC硬件设计,控制线路设计,局域拓扑设计等。

    3.1PLC硬件设计(见图2)

 
2 PLC硬件各模块
    CPU:CPU选用VersaMax系列的CPU E05,具有10M网口,能搭建一个足够大的局域网络,实现对被控对象的分布式控制。

    数字量输入模块:此模块选用IC200MDL640,具有16路数字量输入口,可接受外部传送进PLC的数字量控制信号。

    数字量输出模块:此模块选用IC200MDL740,具有16路数字量输出口,可控制外部器件进行开关操作。

    模拟量输入模块:此模块选用IC200ALG264,具有16路模拟量输入口,可将外部模拟信号转换成数字量进行处理。

    电源模块:此模块选用IC200PWR104,提供PLC正常工作所需电源。

    3.2控制线路设计

    控制线路包括数字量输入口,数字量输出口,模拟量输入口的接入接出线路的设计。如图3所示。220v交流市电为系统提供电源,IO口电源为直流32v。温度传感器检测的温度传入PLC,由PLC转换为数字量,根据PID算法[4]进行调节,决定逻辑输出时接通还是关断,从而控制加热器的通断,进而使温度保持恒定。可以由逻辑输入进行特殊操作,如紧急停止等。

 
3 外围控制电路设计
    3.3局域网拓扑设计

    局域网拓扑设计,主要是针对每台PLC和上位机,为它们分配在同一个网段的IP。设计将每台机器的子网掩码设置成255.255.255.0,对应的将PLC和上位机的IP地址设置为192.168.1.XX。这样所有机器都连接到集线器,即构成了局域网络,上位机能够和每一台PLC进行通信。

    4软件设计

    软件设计包括控制逻辑的梯形图编写和上位机组态软件界面设计两方面。

 
4 软件交互图
 
    4.1梯形图设计

    首先最主要的是计算好输入输出点数,确定好所需要检测的开关量、模拟量和需要控制的开

    关量。对一个PLC控制节点的I/O点数统计如附表所示。
附表单一节点的I/O点数分配
数字量输入点
功能
模拟量输入点
功能
数字量输
出点
I1
启动
AI1
温度检测输入
Q1
加热
启动
I2
停机
   
Q2
冷却启动
    接下来就是按照逻辑功能去编写梯形图逻辑。分析好工作流程,首先按下启动按钮,PLC得到启动指令,系统开始正常运行,通过在上位机设置温度,从而控制所需要得到的温度,如果当前温度低于所设置的温度,则开始加热,如果高于设置温度,则停止加热,启动风扇,使得温度稳定在一条直线周围。上位机组态软件设计如图5所示。

 
5 软件流程图
    4.2上位机组态

    本设计利用Cimplicity组态软件编写人机界面。人机界面监控系统一般包括User-PC-PLC-Pump。操作员通过PC机监控系统运行,PC机利用各种通讯手段与PLC建立通讯[5],从PLC中获得数据,利用其强大的图形功能动态显示这些数据。此设计中通讯为以太网。PLC完成对被控设备的控制。

    Cimplicity中有很多常用的工业监控设备,用的时候可以很方便的拖曳出来进行调用,能够显示动态画面,作出漂亮的曲线、图表等。此设计中包括32路下位机数据,所以要添加32路设备,将IP地址设置好后,分别编写各路设备的上位机界面,对下位机的状态能够及时的响应(见图6)。

 
6 组态软件各端口对应图
    5调试测试

    将硬件连接好后,系统上电,打开上位机软件及Proficy Machine Edition,启动系统,通过上位机能够监控到各路控制设备的状态。如图7所示为其中一路下位机的监控界面。可以观察到,当设定的温度比实际温度高时,电加热设备启动变红;当设定的温度比

    实际温度低时,电加热设备停止变暗。这样32路设备可以分布在不同地点,都全部受控于此上位机,实现了对被控设备的分布式控制。

 
7 上位机显示界面
    6结束语

    本设计利用GE公司的VersaMax系列PLC和Cimplicity上位机组态软件,用梯形图编写控制逻辑,利用Etherne局域网实现了对32路温度的分布式控制,可以实现比较精确的PID温度调节。

    作者简介

    窦艳杰(1986-)男 硕士,就读于电子科技大学,研究方向为检测技术与自动化装置等。

    参考文献

    [1]魏震,贾青.以太网在PLC通信中的应用[D].中国自动化学会应用专业委员会科技交流论文集,2001.07.01.12-13.

    [2]朱学军.基于Ethernet的分布式控制系统研究[J].新技术新工艺,2004 (2):13.

    [3]任俊杰,苏秀丽,刘泽祥等.基于SIMATICS7 PLC的分布式控制系统实现[J].微计算机信息,2005 21(6):44-45.

    [1]杨万能,秦付军.基于PLC的网络温度监控系统的研究[J].西华大学学报(自然科学版),2006 25(6):72.

    [4]汤时达,张舜德,陈阿三等.基于PC和PLC的分布式监控系统[J].自动化仪表,2005 26(4):55.
 
 
 
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