基于PLC的水泵測試控制系統設計

摘 要：控制核心與工控機聯合控制的模式是PLC系統的最大優點，程序設計語言編制了運行方式程序，從而水泵測試過程控制系統得以順利構建，該系統結合了PLC和工控機自身的優勢特征，經過現場的實踐調試表明，能有效地提高了水泵測試過程的可靠性和安全性，系統安全穩定，使用方便，滿足生產實際需要。

關鍵詞：PLC；水泵測試；控制系統；設計

目前，國內那些采用專用測量儀器與儀表的水泵微機測試系統的水泵生產企業，它們做水泵型式試驗和出廠試驗時，無論精度還是效率方面都有了較大的提高，但是這類測試系統仍有一些不足之處，例如在現場測試的抗干擾性和測試過程控制的實時性方面相對較為薄弱。為此，在原有設計系統的基礎上，作者提出了一套改進方案，將工業控制領域中運用相對普遍的PLC引進了水泵試驗測試控制系統，既充分利用了PLC自身處理速度快、可靠性高和抗干擾能力強的優點，又利用了工控機良好的數據分析和處理能力。

1、水泵測試控制系統的設計方案

通過控制變頻器電動機的轉速，調節電動閥門等以達到滿足用戶需求的自動調整水泵電動機的運行狀態并自動修正不同流量下水泵各類測試，從而使誤差降到最低。為了保證整個測試過程的精度和讀數分辨力，可以根據測量統計修正模型并進行有效的補償，從而達到對信號進行較復雜的計算和處理，對自動處理水泵測試過程中出現的各種故障進行檢測和排除。監測量可以是開關量，也可以是模擬量，自動實時監測水泵電動機及相關輔助設備的運行參數和運行狀態；將事先設定的限定值實時與監測量的監測結果進行比較，一旦被測量超過限定值時，相應的聲光報警信號將會啟動，這樣用戶就可以適時調整相關信號。安全系統主要是適時地產生一些保護性動作。比如由于某些異常或是人為因素而引起的電動機反轉現象，致使水泵出現倒吸的針對水泵在測試運行過程中發生的嚴重漏電現象，從而能夠避免整個測試系統的崩潰。

2、水泵測試控制系統硬件設計

2.1測量控制單元設計

測量控制單元屬于過程控制級，直接與水泵電機及各類測量傳感器、變頻器、各種空氣開關和中間繼電器相連，來完成整個測試過程的控制與監測。機組的測量控制單元包括模擬量輸入/輸出、開關量輸入/輸出、鍵盤輸入和聲光報警等。電機的信號為電壓、電流、電阻、功率、頻率、轉速以及電機繞組溫度。電網的信號為電壓、電網總有功功率、電網頻率及各空氣開關線圈的開關狀態。壓力傳感器信號為進口壓力和出口壓力。PLC測控單元的控制信號為電機的啟動、停機及電動調節閥的調整等。

2.2測試控制電路設計

水泵測試過程控制系統的主要電路包括主控電路、測量電路、電動閥控制電路和水泵電機控制電路。綜合考慮系統的整體性能和可靠性。作為整個水泵測試過程控制系統的主控電路，其性能直接影響整個系統運行的穩定性。測量電路是水泵測試系統關鍵部分，其功能是負責測量水泵與電機的各種信號，通過各種測量儀器和傳感器采集水泵與電機運行的各種關鍵信號量。因此，其性能的好壞直接影響信號測量的精度和可靠性。

3、水泵測試控制系統軟件設計

3.1模塊設備

在水泵測試控制系統的軟件設計過程中，整個系統大致可以分為4個模塊，即通訊模塊、數據處理及過程控制模塊、監控模塊、數據采集模塊。通訊模塊的基本功能是要保證試驗過程中試驗數據傳輸的實時性和準確性，這樣才能既發揮PLC控制精度高和抗干擾能力強的特點，又能充分利用工控機良好的數據分析和處理能力；系統采用了RS232通訊模塊來保證數據傳輸通道的正常運行。數據處理及過程控制模塊是整個測控系統的核心。本系統通過對來自數據采集模塊數據的計算、分析和處理，由D/A或者I/O模塊向系統中的各個控制器件和電控開關發出控制信號，實時調整系統的狀態和參數，使系統嚴格按照要求自動完成試驗項目的操作。數據采集模塊的主要功能是對測控系統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據來源。本系統的數據采集分為兩部分：模擬量信號采集和數字量信號采集。模擬量的采集使用12位的A/D卡，數字量的采集使用C/T卡。監控模塊就是對系統各個部分的狀態進行監控。當系統發生異常或出錯時，及時報警并采取相應的應急措施。在水泵試驗中，試驗回路正確與否對試驗能否正常和順利地完成起著決定性的作用。因此，監控模塊的主要功能就是對試驗回路進行監控，方便用戶在系統出現異常時及時做出反應。

3.2 PLC控制程序設計

針對水泵測試系統的控制特點，PLC控制程序主要由過程控制、繼電器動作和數據上傳3部分組成。過程控制部分主要將PC上位機上所設定的參數讀入，檢查設備是否處于初始狀態，控制每個試驗的邏輯過程，與上位機設定通信接口位；繼電器動作部分主要將過程控制中的各個邏輯狀態進行組合，根據其組合的結果控制繼電器、電動調節閥及電機的開閉，從而完成整個系統所要實現的各種電氣、電動功能；數據上傳部分主要是將傳感器測量的模擬量信號和數字信號處理后上傳給上位機進行顯示，根據控制要求畫出程序流程圖，并根據流程圖進行梯形圖編程。

結束語：

本系統采用以西門子S7-200PLC為控制核心與工控機聯合控制的模式，利用VB.NET程序設計語言編制了界面和通信程序，構建了水泵測試過程控制系統，該系統充分發揮了PLC和工控機自身的優勢。系統測控軟件的設計是基于模塊化思想進行設計的，整個軟件由通訊模塊、數據采集模塊、監控模塊、數據處理及過程控制模塊4個部分組成。模塊的引入大大簡化了程序，使程序具有良好的可讀性及可擴展性，為以后系統功能的增加奠定了良好的基礎。經過現場的調試表明，系統穩定可靠，滿足生產實際需要，使用方便，有效地提高了水泵測試過程的可靠性和安全性。

參考文獻：

[1]趙鵬程.集散型計算機控制系統[M].杭州：浙江大學出版社，2010

[2]金立江.泵試驗理論與方法[J].科技傳播，2013