PLC工業(yè)控制實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)實(shí)例重點(diǎn)解析

可編程控制器（PLC）是集計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、通信技術(shù)為一體的新型自動(dòng)控制裝置。其性能優(yōu)越，已被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域。在電力工業(yè)中，應(yīng)用可編程控制器的場(chǎng)合比比皆是。例如電廠輸煤系統(tǒng)、鍋爐燃燒系統(tǒng)、汽輪機(jī)和鍋爐的起動(dòng)及停車系統(tǒng)、廢水處理系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)和變壓器監(jiān)控系統(tǒng)、整個(gè)電力網(wǎng)的聯(lián)網(wǎng)通訊、調(diào)度及控制、利用可編程控制器進(jìn)行軟動(dòng)控制等等。作為電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，在教學(xué)中讓學(xué)生掌握現(xiàn)代自動(dòng)化控制最先進(jìn)的技術(shù)以適應(yīng)電力系統(tǒng)以及社會(huì)各企業(yè)對(duì)高技能人才的需要是非常必要的。

武漢電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院電力工程系供用電技術(shù)教研室本著“以服務(wù)為宗旨，以就業(yè)為導(dǎo)向，以能力為本位”的職業(yè)教育辦學(xué)理念，與湖北華茂機(jī)電技術(shù)工程公司聯(lián)合開發(fā)、研制的PLC工業(yè)控制實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)（如圖1所示），注重實(shí)用性，兼顧超前性、通用性，努力營(yíng)造工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，創(chuàng)造工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)氣氛，所組成的工控系統(tǒng)與生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)所使用的設(shè)備完全一樣，在國內(nèi)尚屬首例。

已經(jīng)引起相關(guān)部門的關(guān)注。該裝置已被歐姆龍自動(dòng)化（中國）統(tǒng)轄集團(tuán)作為CP1H應(yīng)用范例登載在中國電工技術(shù)學(xué)會(huì)“培訓(xùn)部”的宣傳圖冊(cè)上。

2 系統(tǒng)簡(jiǎn)介

　　該實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)最大的特點(diǎn)就是對(duì)學(xué)員的訓(xùn)練可做到由淺入深，由易到難，設(shè)計(jì)巧妙的控制對(duì)象，在學(xué)生實(shí)驗(yàn)（訓(xùn)）中起到了非常好的效果。實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)采用日本歐姆龍公司目前最新、最具優(yōu)勢(shì)的PLC——CP1H-40CDR-A作為控制中心主體，同時(shí)配有觸摸屏、變頻器、溫度控制器等具備通訊功能的控制設(shè)備以及工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)常用的傳感器、旋轉(zhuǎn)編碼器、接近開關(guān)等等，系統(tǒng)的最下層還配有一臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)、一臺(tái)直流電機(jī)及一個(gè)加熱器等控制對(duì)象。實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目從最基本的PLC編程、變頻器、溫控器及觸摸屏單獨(dú)的實(shí)際訓(xùn)練（包括控制對(duì)象）開始，逐步深入通過RS232口和485口進(jìn)行各設(shè)備間的相互通信，形成閉環(huán)控制系統(tǒng)。可編程控制器主機(jī)可準(zhǔn)確地處理來自傳感器、計(jì)時(shí)器、溫度調(diào)節(jié)器、開關(guān)等控制部件的信息，有效控制機(jī)器與設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)。以可編程控制器為中心，配合觸摸式畫面的可編程終端便于對(duì)生產(chǎn)對(duì)象的控制與參數(shù)的變更，作為操作者與機(jī)器設(shè)備人機(jī)交互的界面，在提高生產(chǎn)效率方面可發(fā)揮重要的作用。

　　在工業(yè)控制領(lǐng)域，各種生產(chǎn)設(shè)備、控制器以及智能儀器儀表等往往分散在工廠、車間的不同地方，如何將這些控制設(shè)備連接起來，完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信息的實(shí)時(shí)采集、通信以及對(duì)設(shè)備的實(shí)時(shí)控制、監(jiān)視和遠(yuǎn)程維護(hù)；如何把廠房處于不同地理位置上的PLC與PLC、PLC與計(jì)算機(jī)或PLC與智能裝置間通過傳輸介質(zhì)連接起來，實(shí)現(xiàn)通訊，以構(gòu)成功能更強(qiáng)、性能更好的控制系統(tǒng)等等，這些都是工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)解決的問題。

根據(jù)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，該實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)還具備強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)通訊配置供學(xué)生實(shí)訓(xùn)用：最上層采用以太網(wǎng)（Ethernet）來實(shí)現(xiàn)高層數(shù)據(jù)傳送，以太網(wǎng)模塊使得PLC可以作為工廠局域網(wǎng)的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，在網(wǎng)絡(luò)上的任何一臺(tái)計(jì)算機(jī)都可以實(shí)現(xiàn)對(duì)它的控制。通過以太網(wǎng)通訊模塊與上位機(jī)通訊，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)的監(jiān)控等操作，同時(shí)通過現(xiàn)場(chǎng)總線模塊DRM21實(shí)現(xiàn)PLC與PLC間的數(shù)據(jù)共享。SCU串行通信模塊實(shí)現(xiàn)與第三方設(shè)備如DCS、鍋爐等通訊，創(chuàng)造一個(gè)遠(yuǎn)程監(jiān)控環(huán)境；中間控制層網(wǎng)絡(luò)（Controller Link），是OMRON推出的FA（工廠自動(dòng)化）領(lǐng)域用于在PLC間、計(jì)算機(jī)和PLC間進(jìn)行大容量數(shù)據(jù)交換的網(wǎng)絡(luò)，而計(jì)算機(jī)也可作為一個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)PLC進(jìn)行監(jiān)控，編程運(yùn)行組態(tài)軟件；最后通過設(shè)備層網(wǎng)絡(luò)（Device Net）實(shí)現(xiàn)對(duì)底層控制設(shè)備的遠(yuǎn)程控制。

　　學(xué)生們通過PLC工業(yè)控制實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的訓(xùn)練，加強(qiáng)了綜合實(shí)踐能力的培養(yǎng)，對(duì)于提高學(xué)生動(dòng)手能力，提供了有利的條件。對(duì)增強(qiáng)學(xué)生崗位適應(yīng)性，縮短上崗前的培訓(xùn)時(shí)間（“零距離”技能型人才），使學(xué)生真正成為對(duì)企業(yè)有用的高技能型人才具有獨(dú)特的作用。

3 控制實(shí)例

　　電力生產(chǎn)設(shè)備大多是由電動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)機(jī)進(jìn)行拖動(dòng)的，通過對(duì)電動(dòng)機(jī)的狀態(tài)進(jìn)行控制從而達(dá)到對(duì)生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行啟動(dòng)、停止的控制，改變生產(chǎn)設(shè)備的工作速度、運(yùn)動(dòng)方向等等。“PLC工業(yè)控制實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)”具備了這些方面的功能。該系統(tǒng)通過變頻調(diào)速器可對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行速度調(diào)節(jié)，達(dá)到對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)動(dòng)速度的調(diào)節(jié)；也可通過變頻調(diào)速器配合接近開關(guān)，將電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行信息輸入到可編程控制器，可編程控制器根據(jù)這些信息對(duì)電動(dòng)機(jī)的狀態(tài)進(jìn)行控制（啟動(dòng)、停止、調(diào)速、正反轉(zhuǎn)等），形成一個(gè)真實(shí)的工業(yè)閉環(huán)控制系統(tǒng)。通過觸摸屏可以對(duì)電動(dòng)機(jī)的狀態(tài)進(jìn)行控制和監(jiān)視，同時(shí)還可以對(duì)變頻調(diào)速器、PLC中的計(jì)數(shù)器和定時(shí)器的參數(shù)進(jìn)行在線修改。下面對(duì)這個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)作一簡(jiǎn)單介紹。

　　（1）控制要求

　　①當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕SB1時(shí)，電動(dòng)機(jī)以5Hz頻率對(duì)應(yīng)的速度正向啟動(dòng)；
　　②當(dāng)轉(zhuǎn)過200圈時(shí)，電動(dòng)機(jī)以30Hz頻率對(duì)應(yīng)的速度加速運(yùn)轉(zhuǎn)；
　　③運(yùn)轉(zhuǎn)200圈，電動(dòng)機(jī)還是以30Hz頻率對(duì)應(yīng)的速度由正轉(zhuǎn)變?yōu)榉崔D(zhuǎn)；
　　④反轉(zhuǎn)100圈，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)（也可以通過手動(dòng)停止按鈕SB2控制電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)）。
　　（2）控制系統(tǒng)的組成
　　該控制系統(tǒng)由PLC、變頻調(diào)速器、三相異步電動(dòng)機(jī)、接近開關(guān)、觸摸屏等組成。其框圖如圖2所示。

圖2 控制系統(tǒng)框圖

該控制系統(tǒng)的接線如圖3所示。

系統(tǒng)中，PLC與變頻器之間通過RS485通信口采用Modbus—RTU簡(jiǎn)易主站功能進(jìn)行串行通信；PLC與觸摸屏之間通過RS232通信口進(jìn)行通信。

圖3 電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)接線圖

4 程序的實(shí)現(xiàn)

首先要對(duì)變頻器本體的參數(shù)進(jìn)行設(shè)定：選擇RS485通信口進(jìn)行通信；波特率選9600bps等等。然后對(duì)PLC進(jìn)行設(shè)定：設(shè)定通信波特率9600bps、8位二進(jìn)制/偶數(shù)校驗(yàn)/停止位1（8.1.E.9600）、串行網(wǎng)關(guān)等等，如圖4所示。

圖4 PLC設(shè)定

實(shí)現(xiàn)該控制的部分梯形圖程序如圖5所示。

圖5 梯形圖程序

程序說明：通過安裝在CP1H上的串行端口1向地址為1的變頻器發(fā)送指令，以改變變頻調(diào)速器的參數(shù)，達(dá)到對(duì)電動(dòng)機(jī)狀態(tài)的控制。

當(dāng)按下和輸入端0.00相連接的啟動(dòng)按鈕SB1時(shí)，變頻器開始驅(qū)動(dòng)所帶的電動(dòng)機(jī)以5Hz頻率對(duì)應(yīng)的速度開始低速正向啟動(dòng)；電動(dòng)機(jī)每轉(zhuǎn)一圈，檢測(cè)元件接近開關(guān)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)脈沖，這時(shí)在PLC的0.03輸入端（與接近開關(guān)相連）就會(huì)有一個(gè)信號(hào)輸入，計(jì)數(shù)器CNT0000的當(dāng)前值會(huì)自動(dòng)減1，當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)過200圈時(shí)，通過程序的執(zhí)行，變頻調(diào)速器的頻率參數(shù)由5Hz改寫為30Hz，電動(dòng)機(jī)將以30Hz頻率對(duì)應(yīng)的速度加速運(yùn)轉(zhuǎn)；當(dāng)電動(dòng)機(jī)提速運(yùn)行轉(zhuǎn)過200圈時(shí)，執(zhí)行程序?qū)⒆冾l調(diào)速器的參數(shù)由正轉(zhuǎn)改寫為反轉(zhuǎn)（頻率參數(shù)仍然保持為30Hz），這時(shí)電動(dòng)機(jī)就會(huì)由正轉(zhuǎn)運(yùn)行變?yōu)榉崔D(zhuǎn)運(yùn)行；當(dāng)反轉(zhuǎn)運(yùn)行100圈時(shí)，電動(dòng)機(jī)會(huì)自動(dòng)停轉(zhuǎn)。

　　除此之外，還可以由觸摸屏對(duì)參數(shù)進(jìn)行修改和適時(shí)干預(yù)程序的執(zhí)行。

作者簡(jiǎn)介
　　屈虹（1956-） 女 副教授 /工學(xué)學(xué)士 研究方向：工控。