组态软件在试验台PLC控制系统中的应用
组态软件在试验台PLC控制系统中的应用
陈小刚 阚新建 郭佳杰 乔朕 徐顺
（ 盐城工学院，江苏 盐城 224003）
摘要：本文介绍了基于力控组态软件与三菱公司FX系列可编程序控制器的水力机械试验台控制系统设计，给出了试验台控制系统的仿真系统的结构、软件设计和组态过程。经分析，该仿真的实现为控制系统的现场调试提高了效率，降低了风险。
关键词：组态软件；PLC控制系统；仿真
The Application of Configuration Software in PLC Control System of Test Stand
Chenxiaogang Kanxinjian Guojiajie Qiaozhen Xushun
（Yancheng Institute，Jiangsu Yancheng 224003）
Abstract：The paper introduces the design of the control system of hydraulic machinery test stand based on LIKONG configuration software and FX series PLC of the corporation of Mitsubishi E1ectric and also gives the design of its constitution of simulation system，software and the process of configuration. The simulation is realized to enhance the efficiency，and reduce risks of control system debugging in the spot by analysis．
Keywords：configuration software；PLC control system；simulation
1、前言
我国是一个多泥沙河流的国家,其上运行的水力机械遭受磨蚀非常严重。由于水力机械内部流动,尤其是三元多相流动试验台相当复杂,其中在水力机械的多相流动(主要是固液流) 试验研究方面,还较薄弱。
而目前PLC在水力机械控制系统中运用越来越广。因PLC是用于工业现场控制，且PLC不同于微机，无法通过显示器观察程序的执行结果，验证PLC程序的正确与否，只能用PLC来控制相应的控制对象，以观察控制结果是否正确。PLC的控制实验一般都要求有真实的被控对象，而水力机械一般都具有体积大、价格昂贵、维护困难等特点，很难在实验室配备。即使实验室配置了相对简单的设备，也因其易损坏、种类少而远远不能满足实验和研究的需要。如果用计算机全真模拟被控对象，不但可以克服真实被控对象的缺点，而且可以利用有限的设备、低廉的造价、多样化的程序，丰富实验内容，大大增强PLC实验课题的研究效果。
力控组态软件是Windows环境下面向对象的工业控制组态软件，它适合任何自动化控制系统，如果和PLC控制系统相结合，通过计算机全真模拟被控对象，在计算机上对整个PLC控制系统的功能进行模拟调试，在仿真状态中直观地对PLC控制系统程序的错误和缺陷进行检测和修正，待程序完全正确时，再进行现场实际联机调试，将大大提高现场调试的效率，降低系统调试的费用和风险。
2、仿真系统结构
图1 仿真系统结构图
从控制过程知道，试验台控制系统至少需要有5个开关量和7个模拟量输入，6个开关量和3个模拟量输出。故利用一台三菱型号为FX2N—32MR的PLC作为计算机(代替工控机)与试验台之间进行数据交换的设备。FX2N—32MR的编程口通过一条通信电缆(SC一09)与计算机的RS232C串行通信口连接，本系统输入接口设备选用三菱公司FX2N—8AD，输出接口设备选用三菱公司FX2N—8DA，进行模拟量的输入和输出，这样，可以在计算机上进行编程和监控。
3、系统软件设计与组态过程
3.1 系统控制软件的设计
系统控制软件编制主要采用模块化设计，系统控制包含开度的调节、模型水轮机转速调节和水头调节三部分，下面重点描述开度的调节，程序主要包括赋值与交换数值计算、转动方向与角度计算、发脉冲指令等。
3.1.1 赋值与交换数值计算
通过MOV指令将开度调节的位置与起始点相距的转动角度数(固定值)寄存于数据寄存器中，作为PLC的位控指令参数。
3.1.2 转动方向与角度计算
将前一次转动的角度数D220与将要转动的角度数D221通过CMP指令，进行比较，通过减法指令、乘法指令和除法指令，将数据寄存器中的值转化为步进电动机实际转动角度D224。同时通过比较前后角度数的大小，由辅助继电器M0的得电与失电给出定旋转方向。
3.1.3 发脉冲指令
通过辅助继电器M选择具体的旋转角度。脉冲输出指令PLSY以100的输出频率输出数据寄存器内实际转动角度D224数值大小的脉冲量，给输出端子Y000，从而驱动步进电动机按D224内的数值大小转动。
3.2 力控软件的组态过程
3.2.1 设备和变量的连接
首先，在实时数据库中根据对象类型建立21个变量。然后，在设备窗口中点击设备组态，设备工具箱中打开“通用设备”，选择“串口通信父设备”使其进人设备组态窗口中，然后再打开“PLC设备”，选中“三菱FX2N—32MR ”作为子设备，并对其属性进行设置。至此，已将组态软件中的变量与外部PLC设备的端子进行连接，当PLC的输人、输出继电器状态发生变化时，将直接反映到组态软件的变量，即变量的状态也发生变化。下面只要建立监控画面模拟水力机械试验台实际工作情况，并将元件的动作与变量的变化进行动画连接，即可利用监视、控制画面监控试验台实际装置的动作情况。
3.2.2 建立监控画面并进行动画连接
按照实际流程，模拟工业现场和工控设备，利用力控软件内部元件进行组态，窗口的内容是显示仿真对象的图形结构及被控过程，它以图形对象的变化或运动过程反映PLC程序的运行结果。通过把绘制的图形对象与数据库中的数据链接起来，从而使画面上每个图形对象与PLC设备内I／O点的状态进行关联。
3.2.3 软件功能
根据控制系统的实际要求，设计的软件实现了下述功能：流程进行动画显示，可以直观的看出水流的走向；为了形象的表示参数实时值，使用曲线图和棒图来显示参数的变化；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，可以进行打印；可以对实时数据库和历史数据库进行方便的管理。
FX1N系列三菱PLC控制
目前的很多自动控制系统中,常常选用PLC作为的控制设备,用于数据采集、状态判别和输出控制；而在可编程序控制器与计算机通讯的基础上，通过组态软件可以对可编程序控制器的当前状态进行全方位的监控，进一步通过组态软件可以对实验控制对象的工作过程进行全程模拟，实现远程控制。这种控制系统充分利用了计算机和PLC的特点，实现了优势互补，得到了广泛应用。
而且PLC的应用一般都要求有真实的被控对象，但真正的被控对象一般都具有体积大、份量重、价格昂贵、维护困难等特点，很难在实验室配备。即使实验室配置了某些相对简单的设备，也因其易损坏、种类少而远远不能满足实验和研究的需要。如果用计算机全真模拟被控对象，不但可以克服真实被控对象的缺点，而且可以用有限的设备、低廉的造价、多样化的程序，丰富实验内容，大大增强PLC实验课题的研究效果。
FX1N系列PLC的编程软件有梯形图、指令语句以及顺序功能图SFC三种编写格式，利用SC-09编程电缆，直接把计算机的串行口与PLC相连，可将计算机上的梯形图传到PLC，并可实时监控与修改程序。并且可以通过增加输入输出单元增加点数,通过扩展单元来扩大容量和功能,甚至可通过与集散控制系统(DCS)或其他上位机的通信来扩展它的功能,并与外部设备进行数据的交换等。
I/O分配：
从控制关系可知，控制系统需要11个开关量输入到计算机，即：停止按钮、高水头按钮、大流量按钮、阀1、阀2、阀3、阀4、阀5、阀6、泵1、泵2。
I/O分配表
PLC运行程序
3.2.4 运行和调试
力控组态软件支持三菱FX全部系列PLC产品。该系统采用串行通信方式，使用标准通信协议即RS232协议，通过信号转换器将PLC与计算机的RS232接口相连。系统进入运行后，用户用鼠标点击显示幕上的按钮进行操作，同时，此信号发向PLC；PLC接到该信号后，经过控制程序(编写的PLC控制程序)发出控制指令；上位机接到控制指令后，控制画面上的电磁阀、步进电动机等执行部件动作，并用数据、图形、动画、指示灯等信号显示。可以观察试验台的运行情况。如果组态过程中的设置没有错误、运行完全正确，那么说明PLC程序的运行和控制功能已经没有问题，即实现了对PLC控制系统的仿真，接下去就可以进行实际的现场安装调试。图2所示为试验台控制系统的界面。
试验台控制系统的界面
3 ?结论
本文借助于力控组态软件对PLC控制系统程序进行仿真，可以非常逼真地观察到系统的工作过程。该系统具有明显的优势，能较好地模拟多相流动试验台的实际控制和运行，对大型流体机械的PLC控制系统仿真可以发挥非常重要的作用。
参考文献
[1]袁秀英．组态控制技术[M]．北京：电子工业出版社，2003．
[2]郁汉琪等．电气控制与可编程序控制器应用技术[M]．南京：东南大学出版社，2003．
[3]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，2003.
[4]徐锦康.机械设计[M].高等教育出版社，2004.
本研究来源于盐城工学院科研项目
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