基于PLC过程控制系统的设计与实现

　在科技不断发展的过程中，社会对于产品需求也逐渐朝着多样化的方向发展，从而要求的创新时间越来越短，品种及批量的比重也在不断的增加。PLC为可编程控制器，其可靠性较高，而且代码编写较为简单，还能够在线进行程序编写，及时找出编写过程中的问题和错误，以上优势使其性价比较高。
正是由于PLC此方面的性能，其被广泛应用到我国现社会生产活动中。将PLC技术应用在电气控制系统中，结合通信网络，可以优化及改进电气开关量，提高系统的柔性和可靠性，使电气控制系统的性能有进一步的优化及发展。
1系统的结构和组成
以PLC为基础的过程控制系统通过分布式控制结构实现，详见图1，下位机通过PLC设计，上位机通过计算机设计，通过RS-232C串口和PLC相互通信，以此实现工业现场工作的监控，从而实现工业现场的集中管理及分散控制，系统的网络结构图如图2所示。

1.1网络
网络中的拓扑结构主要使用EtherNet网络，通过同轴电缆将生产监控相互连接，从而实现工业现场管理的集中化。
1.2监控
监控主要使用计算机作为上位机，通过组态王实现SCADA功能，使用RS串口和PLC相互通信，从而实现工业生产现场的监控。
1.3控制
使用C2541HD型号的PLC作为下位机，以此对工业生产现场进行控制，在PLC中设置电源模块、开关量输出模块/输入模块、模拟量输出模块/输入模块及RS串行接口。
模拟量输入模块的主要目的就是接受传感器发送的电流信号，并且将电流信号转换为BCD码数字量。通过拨号开关决定通道地址，本系统中的AD模块地址的开关为1，相应的IR区域为IR110-119。相应的DM区域为DM110-119.并且设置第一路转换器的工作不保持峰值，模拟量输入的通道地址表示为IR111，具体IR及DM地址的设置如表1所示。

表1 IR 及DM 地址区域的设置
1.4控制通道
系统有两个控制通道，分别为输入及输出。输入通道使用投入式液位传感器，将现场的液位信号转换为电流信号，之后将其送至PLC模块中，传感部分使用高精度压力的传感器，实现压力信号到电信号的转换，从而实现和液面高度的正比，其精度、稳定性及可靠性都能够满足系统需求。
输出通道使用水泵及变频器组成，其能够接受PLC的输出控制量，使用变频器将电流变换为频率信号，实现水泵转速的改变，以此实现流量调节的作用。变频器使用交流变频器，使其能够对电动机转速进行控制。
2软件的设计和实现
软件主要包括监控软件、控制软件及下位机软件。
2.1监控软件
在现代工业控制过程中，计算机控制已经成为重要的部分，计算机控制系统的实施和设计都是创建系统的重要内容，其要和LPC创建以太网从而显示数据，还要显示数据。监控软件主要包括三套计算机，每个车间放置一台，操作人员对其进行操作，从而控制自身车间设备，还有一台放到经理办公室，从而实现生产车间的监控，便于对全厂生产情况的监控。监控软件中安装了组态软件、MOXA卡通讯软件、SQL数据库。通过组态软件能够连接PID仪表及PLC和计算机，实现数据的收集，通过良好的界面将整个工艺流程全面的展现出来，并且还能够对电机和阀门进行自动或者手动的开启及关闭，并且还有报警功能。允许工作人员对现场工况的快速查阅，故障记录的查阅，报表查询等。系统中的报警功能使工业生产过程不管是哪个部位出现故障，都会立刻报警，并且还具有报警闪烁。组态软件将生产过程中的数据及报表都存放到SQL数据库中，从而报表及查询。并且系统还开放OPC端口，能够将数据远程传送到管理员办公室，使管理人员能够实时的看到生产车间生产的情况。
2.2控制层
工厂主要包括多个公用设备车间及生产车间，从而能够对其有效控制，将PLC配置到每个生产车间中，在公用设备车间中配置远程I/O，控制层主要包括PLC及OID调节仪，通过PLC创建控制网，使CPU能够实现扩展，以此全面控制生产车间的设备情况。通过PLC中的开关量输出/输入、模拟量输出/输入等模块，能够实现阀门电机等多个设备的控制，检测温度、流量、压力及重量等，实现调节阀的控制及检测。控制程序使用模块化编程，有效提高了程序的可读性及简洁性。
为了能够实现数据的精准采集，使用脉冲计量仪表创建脉冲采集模块，使用此模块实现现场脉冲仪表数据的采集，之后对数据进行转换，以此对生产过程中设备进行控制。图3为工业生产中高速脉冲信号的过程，其主要作用就是将脉冲数量输送到缓存区。

图3 工业生产中高速脉冲信号的过程
在PLC中以生产需求为基础，对自动程序进行编制，只要操作人员制定启动指令，就能够实现工业生产过程的流程。简单来说，也就是系统能够根据工艺需求，根据生产的顺序、工艺参数自动实现设备的生产。并且如果出现意外不能够生产，各个电机的设备都会自动变为手动，由操作人员对其进行开启及关闭。为了能够有效提高计算机和PLC通信的速度及安全性，本文使用以太网通信方式，在PLC中安装以太网模块，通过TCP/IP协议和计算机实现两者的通信，有效提高通信的流量及速度。控制层软件设计部分代码为：
publicDataSetgetDs（stringstrCon，string
tbname）
{
oledbcon=datacon.getCon（）；//获得数据库连接
oledbda=newOleDbDataAdapter（strCon，
oledbcon）；//实例化OleDbDataAdapter对象
ds=newDataSet（）；//实例化DataSet对象
oledbda.Fill（ds，tbname）；//填充DataSet数据集
returnds；
}
其主要目的是实现数据库设计。
2.3下位机
下位机软件设计是将监控及控制软件作为基础，通过OMRON编程软件实现下位机程序的编制及调试，之后将调制的程序在PLC中下载，下位机软件的主要目的就是实现PLC和监控软件两者的相互通信，控制现场水位及故障诊断，图4为主控制程序的过程。

图4 主控制程序流程
系统初始化主要包括ROM、RAM及其他区域中的初始化和控制参数的设置。采样周期对检测参数、被控制对象及控制器有所影响，在实际使用过程中要充分考虑模拟量输入通道的数量及A/D的转换时间。因为系统采集的原始数据要根据实际情况处理，之后才能够被控制器使用，信号处理主要包括零点迁移、标度及量程变换等。在实际编程过程中，引入模糊控制能够提高控制系统的特点。模拟控制主要使用离线方式，通过输入语言变量附表和模糊控制原则创建控制规则查询表，之后实现系统的在线查询。
系统的故障诊断使用G2254型号PLC，其具有自动诊断功能，能够对现场控制系统的异常情况进行检测，比如指令的执行错误、PLC扫描周期的错误及端口通信错误等。
3结束语
文中将设计的系统投入使用，系统在运行过程中能够有效提高企业的工作效率，实现工作过程的全面监控。基于PLC的过程控制系统能够有效提高企业生产的自动化程度，降低生产过程中的人员，有效实现整个生产过程的控制，以此节约企业生产成本，提高企业生产质量及效率。