组态软件在试验台PLC控制系统中的应用
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效果 。 Ｆ Ｎ系列 Ｐ Ｃ的编程软件 有梯形图 、指令语 句 以及顺 序功能 图 Ｘ１ Ｌ Ｓ Ｃ三种 编写格式 ，利用 Ｓ 一 ９编程 电缆 ，直接把 计算机的 串行 口与 Ｆ Ｃ０
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 Ｆ ２ －３Ｍ Ｘ Ｎ ２ Ｒ的 Ｐ Ｃ作 为计 算机（ Ｌ 代替工 控机） 验 台之 间进行数据 与试 交换 的设备 。Ｆ ２ 一３ Ｍ ｘ Ｎ ２ Ｒ的编程 口通过一条通信电缆（ Ｓ Ｃ一 ０ ） ９ 与计 算机 的 Ｒ ２ ２ Ｓ ３ Ｃ串行通信 口连接 ， 系统输入 接 口设备选用 三菱公 司 本 Ｆ ２ 一８ Ｄ， 出接 口 备选用 三菱公 司 Ｆ ２ 一 ８ Ａ， ｘＮ Ａ 输 设 ｘ Ｎ Ｄ 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 、 ３１ ． 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。 ３１１ ．．赋值 与交换数 值计算 通 过 ＭＯ Ｖ指令 将开度调பைடு நூலகம் 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 Ｐ Ｃ的位控指令参数 。 Ｌ ３１２ ．．转动方 向与角度计算 将 前 一 次转 动 的 角度 数 Ｄ ２ ２ ０与将 要转 动 的 角度 数 Ｄ ２ 通 过 ２１ Ｃ Ｐ Ｍ 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 Ｄ ２ 。 ２ ４ 同时通过 比较前后角 度 数的大小 ， 由辅助继 电器 Ｍ ０的得 电与失 电给出定旋转方 向。 ３ ． 发脉冲指令 ．３ １ 通过辅助继电器 Ｍ选择具 体的旋转角度 。脉 冲输 出指令 Ｐ Ｓ Ｌ Ｙ以 １０ ０ 的输 出频率输 出数 据寄存器 内实 际转动 角度 Ｄ ２ 数 值大小 的脉 ２４ 冲量 ， 给输出端子 Ｙ ０ ， ００从而驱动步 进电动机按 Ｄ ２ ２４内的数值 大小转
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 Ｐ Ｃ在水力机械控制 系统 中运用越来越广 。因 Ｐ Ｃ是用于 Ｌ Ｌ 工业 现场控制 ， Ｐ Ｃ不同于微机 ， 且 Ｌ 无法通过 显示器 观察程序的执行结 果， 验证 Ｐ Ｃ程序的正确 与否 ， Ｌ 只能用 Ｐ Ｃ来控制相应 的控制 对象 ， Ｌ 以 观察 控制结果是否正确 。Ｐ Ｃ的控 制实验一般都要求有真 实的被控对 Ｌ 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 ， 因其 易损坏 、 也 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 Ｐ Ｃ实验 课题 的研 Ｌ 究效果 。 力控组 态软件 是 Ｗｉｄｗ 环 境下面 向对 象的工业控 制组态 软件 ， ｎｏｓ 它适合任何 自动化控 制系统 ， 如果 和 Ｐ Ｃ控制系统相结合 ， Ｌ 通过计算 机 全真模拟被控对象 ， 在计算机上对整个 Ｐ Ｃ控制系统 的功能进行模 拟 Ｌ 调试 ，在仿真状态 中直观地对 Ｐ Ｃ控制系统程序的错误和缺 陷进行 检 Ｌ 测和修 正 ， 程序完全 正确时 ， 待 再进 行现场实 际联机调试 ， 将大大提 高 现场调试 的效 率 ， 系统调试 的费用和风险。 降低
２ 仿 真 系统 结 构 、
中 的变量 与外部 Ｐ Ｃ设备 的端子进 行连接 ， Ｐ Ｃ的输 人 、 出继 电 Ｌ 当 Ｌ 输 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 ． 建立监控画面并进行动画连接 ．２ ２ 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 ， 口的内容是显示仿 真对象的 图形结构及被 控过程 ， 以图 窗 它 形对象 的变化或运动过程反 映 Ｐ Ｃ程序的运行结果 。通过把绘制 的图 Ｌ 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 Ｐ Ｃ设备 内 Ｉ Ｌ ／ Ｏ点的状态进行关联 。 ３２ Ｉ． 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 ； 了形 象的表示参 数实时值 ， 为 使用 曲线 图和棒 图来显示 参数的变化 ； 时显示 故障报警画面 、 询历 实 查 史报 警 ， 并可以设置报警的极限值 ； 以进行 实时曲线监测 和历史 曲线 可 查询； 可生 成系统实 时报 表和历史报 表 ， 以进行打 印 ； 以对实 时数 可 可 据 库和历史数据库进行 方便的管理。
科技信息
博士 ・ 专家论 坛
组态软件在ｉ 验台 Ｐ Ｃ控制系统 巾昀 应用 式 Ｌ
盐城 工学 院 陈 小刚 阚新 建 郭佳 杰 乔 朕 徐 顺
［ 摘 要］ 本文介绍 了基 于力控 组态软件与三 菱公 司 Ｆ 系列可编程序控 制器的 水力机械试 验 台控制 系统设计 ， 出了试验 台控制 Ｘ 给 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 Ｐ Ｃ控制 系统 仿真 Ｌ
Ｆ Ｎ 系 列 三菱 Ｐ Ｃ控 制 Ｘ１ Ｌ 目前 的很多 自动控 制系统 中， 常常选用 Ｐ Ｃ作为 的控制设备 ， Ｌ 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 Ｐ Ｃ的特 Ｌ 点， 实现了优势互补 ， 得到 了广泛应用 。 而且 Ｐ Ｃ的应用 一般都要求有真实的被控对象 ， 真正的被控对 Ｌ 但 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 ， 因其易损坏 、 也 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 ， 但可 以克 服真实被控对 象 的缺点 ， 不 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 Ｐ Ｃ实验课 题的研究 Ｌ
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 Ｆ ２ －３Ｍ Ｘ Ｎ ２ Ｒ的 Ｐ Ｃ作 为计 算机（ Ｌ 代替工 控机） 验 台之 间进行数据 与试 交换 的设备 。Ｆ ２ 一３ Ｍ ｘ Ｎ ２ Ｒ的编程 口通过一条通信电缆（ Ｓ Ｃ一 ０ ） ９ 与计 算机 的 Ｒ ２ ２ Ｓ ３ Ｃ串行通信 口连接 ， 系统输入 接 口设备选用 三菱公 司 本 Ｆ ２ 一８ Ｄ， 出接 口 备选用 三菱公 司 Ｆ ２ 一 ８ Ａ， ｘＮ Ａ 输 设 ｘ Ｎ Ｄ 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 、 ３１ ． 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。 ３１１ ．．赋值 与交换数 值计算 通 过 ＭＯ Ｖ指令 将开度调பைடு நூலகம் 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 Ｐ Ｃ的位控指令参数 。 Ｌ ３１２ ．．转动方 向与角度计算 将 前 一 次转 动 的 角度 数 Ｄ ２ ２ ０与将 要转 动 的 角度 数 Ｄ ２ 通 过 ２１ Ｃ Ｐ Ｍ 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 Ｄ ２ 。 ２ ４ 同时通过 比较前后角 度 数的大小 ， 由辅助继 电器 Ｍ ０的得 电与失 电给出定旋转方 向。 ３ ． 发脉冲指令 ．３ １ 通过辅助继电器 Ｍ选择具 体的旋转角度 。脉 冲输 出指令 Ｐ Ｓ Ｌ Ｙ以 １０ ０ 的输 出频率输 出数 据寄存器 内实 际转动 角度 Ｄ ２ 数 值大小 的脉 ２４ 冲量 ， 给输出端子 Ｙ ０ ， ００从而驱动步 进电动机按 Ｄ ２ ２４内的数值 大小转
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 Ｐ Ｃ在水力机械控制 系统 中运用越来越广 。因 Ｐ Ｃ是用于 Ｌ Ｌ 工业 现场控制 ， Ｐ Ｃ不同于微机 ， 且 Ｌ 无法通过 显示器 观察程序的执行结 果， 验证 Ｐ Ｃ程序的正确 与否 ， Ｌ 只能用 Ｐ Ｃ来控制相应 的控制 对象 ， Ｌ 以 观察 控制结果是否正确 。Ｐ Ｃ的控 制实验一般都要求有真 实的被控对 Ｌ 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 ， 因其 易损坏 、 也 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 Ｐ Ｃ实验 课题 的研 Ｌ 究效果 。 力控组 态软件 是 Ｗｉｄｗ 环 境下面 向对 象的工业控 制组态 软件 ， ｎｏｓ 它适合任何 自动化控 制系统 ， 如果 和 Ｐ Ｃ控制系统相结合 ， Ｌ 通过计算 机 全真模拟被控对象 ， 在计算机上对整个 Ｐ Ｃ控制系统 的功能进行模 拟 Ｌ 调试 ，在仿真状态 中直观地对 Ｐ Ｃ控制系统程序的错误和缺 陷进行 检 Ｌ 测和修 正 ， 程序完全 正确时 ， 待 再进 行现场实 际联机调试 ， 将大大提 高 现场调试 的效 率 ， 系统调试 的费用和风险。 降低
２ 仿 真 系统 结 构 、
中 的变量 与外部 Ｐ Ｃ设备 的端子进 行连接 ， Ｐ Ｃ的输 人 、 出继 电 Ｌ 当 Ｌ 输 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 ． 建立监控画面并进行动画连接 ．２ ２ 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 ， 口的内容是显示仿 真对象的 图形结构及被 控过程 ， 以图 窗 它 形对象 的变化或运动过程反 映 Ｐ Ｃ程序的运行结果 。通过把绘制 的图 Ｌ 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 Ｐ Ｃ设备 内 Ｉ Ｌ ／ Ｏ点的状态进行关联 。 ３２ Ｉ． 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 ； 了形 象的表示参 数实时值 ， 为 使用 曲线 图和棒 图来显示 参数的变化 ； 时显示 故障报警画面 、 询历 实 查 史报 警 ， 并可以设置报警的极限值 ； 以进行 实时曲线监测 和历史 曲线 可 查询； 可生 成系统实 时报 表和历史报 表 ， 以进行打 印 ； 以对实 时数 可 可 据 库和历史数据库进行 方便的管理。
科技信息
博士 ・ 专家论 坛
组态软件在ｉ 验台 Ｐ Ｃ控制系统 巾昀 应用 式 Ｌ
盐城 工学 院 陈 小刚 阚新 建 郭佳 杰 乔 朕 徐 顺
［ 摘 要］ 本文介绍 了基 于力控 组态软件与三 菱公 司 Ｆ 系列可编程序控 制器的 水力机械试 验 台控制 系统设计 ， 出了试验 台控制 Ｘ 给 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 Ｐ Ｃ控制 系统 仿真 Ｌ
Ｆ Ｎ 系 列 三菱 Ｐ Ｃ控 制 Ｘ１ Ｌ 目前 的很多 自动控 制系统 中， 常常选用 Ｐ Ｃ作为 的控制设备 ， Ｌ 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 Ｐ Ｃ的特 Ｌ 点， 实现了优势互补 ， 得到 了广泛应用 。 而且 Ｐ Ｃ的应用 一般都要求有真实的被控对象 ， 真正的被控对 Ｌ 但 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 ， 因其易损坏 、 也 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 ， 但可 以克 服真实被控对 象 的缺点 ， 不 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 Ｐ Ｃ实验课 题的研究 Ｌ