基于PLC的真空泵压力系统的监控设计

摘要

可编程逻辑控制器（Programmable logic Controller），简称PLC是一种专门在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。基于PLC监控系统的人机界面（Human Machine Interface），简称HMI，HMI也应运而生。

本文所涉及的压力监控系统是能够监控磨选生产线现场压力大小的情况，通过HMI生产线操作工可以直接从计算机查看，通过计算机看出的真空压力的大小可间接的反应出过滤机吃料的多少的情况，给一线操作工提供了一个比较方便的平台，这样可以提高厂里铁精粉的生产效率。

关键词：PLC HMI 编程语言 压力

1 绪论

可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，它是专门为在恶劣工业环境下应用而设计的。它采用可编程序的存储器，用来在内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术等操作的指令，并采用数字式、模拟式的输入和输出，控制各种的机械或生产过程。可编程控制器（PLC），使电气控制技术进入了一个崭新的阶段。因此可编程控制器广泛应用工业控制中，PLC系统能够监控反应的压力、温度、液位等，是PLC的典型应用。它能够为自动化控制应用提供安全可靠和比较完善的解决方案，适合于当前工业企业对自动化的需要。PLC之所以应用广泛，是因为PLC有很多的优点，而本设计所涉及的压力监控系统是以PLC为核心的监控系统。本系统的控制是采用PLC的编程语言——梯形语言；梯形语言是在可编程控制器中的应用最广的语言，因为它在继电器的基础上加进了许多功能、使用灵活的指令，是逻辑关系清晰直观，编程容易，可读性强，所实现的功能也大大超过传统的继电器控制电路。

2 监控系统设计目的及要求

2.1 设计目的

压力是工业生产中的重要工艺参数之一，如果压力不符合要求，不仅会影响生产效率，降低生产产量，更严重的还会造成安全事故，所以安装压力表是生产系统中必不可少的。我们本次安装的真空泵压力表主要有两个作用：1）保证真空泵及其以前设备的安全，降低设备损坏率。2）方便查看压力情况，节省大量的时间做无用功，进而提高本选厂的生产效率。

2.2 设计要求

1）PLC系统能够监控真空泵的真空压力。

2）正常工作时的压力值在-0.1至-0.03之间，当然压力值是越接近-0.1越好。

3）压力值如果高于-0.03将会出现警告状态。

4）通过通信方式传送给监控电脑，监控电脑能检测对象的参数、状态。

基于以上的要求，所设计的监控系统必须有以下结构模块：压力传感器、PLC模拟量转换单元、电脑检测单元。

3 监控系统的结构

压力监控系统是将压力通过压力传感器传送到AI模块，AI模块将压力转换为数字量，再传送到PLC。其传送主要是通过PLC的指令，指令控制部分是接收外部各种控制信号，并完成对各种信息的处理以及完成对外部设备的控制。PLC与外部设备的连接主要是通过I/O口，其功能是接收输入信号，传出输出信号。整个系统包括：PLC、AI模块、终端显示。

其系统原理框图如图1所示：

1 系统原理框图

3.1 AI模块及其压力控制编程

与压力仪器配接的模拟输入模块的型号为6ES7 331-7KFO2-OABO，在实际应用中往往需要通过模拟量采集数值，对执行的设备进行控制。通过压力传感器的数值传送到模拟输入模块，在经过数据转换输出。首先CPU只能以二进制形式处理模拟量。模拟量输入模块用于将模拟过程信号（传感器通过变送器提供的标准的直流电流或电压信号，如指令0-10V或 4-20mA）为数字形式。而模拟量输出模块用于将数字输出值（CPU内部处理后的数字值）转换为模拟信号控制或其他执行机构。

3.2 数据转换

数据转换的实质都是读取模拟量通道，至于转换，就是由PLC的AD模块来完成的。就比如说：我们直接调用西门子300中的FC105模块，它的信号类型是4～20ma的信号。本设计的其中一个模拟通道地址是350，设置其输入范围HI_LIM为现场信号的最大量程，LO_LIM为现场信号的最小量程，RET_VAL是FC105功能块的故障字，即可存放一个字。BIPOLAR是双极性。正常工作后

输出OUT就是模拟量转换为数字量的值。

4 压力监控系统程序的编写

程序编写的思路就是把现场反馈回来的压力模拟信号（4～20ma）用Wincc表示（-0.1～0），把调用的功能块FC105接入各个管脚，实际通道PIW350先定义成INT型，HI_LIM和LO_LIM为0，-0.1均定义好。输出OUT直接连接定义好的DB块中的变量。其中OUT就是从现场读取的数值经过转换成十进制的输出，IN是接入模块的通道的点，HI_LIM为压力表 的最大量程，LO_LIM为压力表的最小值。

5 Wincc画面电脑终端显示

程序编好后，接下来就是在计算机上的现示问题。首先我要将在PLC中新建的DB块数据连接到Wincc中，即在Wincc的变量管理中的内部变量新建一个新的变量，即在通讯驱动里建立要用到的变量名称和地址，然后在Wincc的编辑图形上编辑所需求的视觉图形，把各种限制要求（如到某一值就会出现警告状态）提前设置好，最后把变量连接到Wincc画面的图形上，这样就完成了现场的实际情况在计算机上准确无误的查看。

显示效果如图2：

通过以上图像可以清楚地看到真空泵的压力显示，就通过数字显示与图像来判断真空泵的压力符不符合现场生产的要求，我们先看2#真空泵，图像显示为绿色，绿色表示正常运行颜色，数字显示是-0.047，单位是MPA，显示范围值在-1.000～-0.030之间，也是在正常的工作值范围之内，如果真空压力值越小越接近于-1.000，说明真空泵的工作效率越高。而1#真空泵并没有开机工作，所以的压力值显示很大， 图像也显示出了警告状态，如果1#真空泵现在是处于工作状态，那么一线操作工及点检员看到这样的图像及数字显示就会协调更换其他真空泵来工作，停下1#真空泵进行检查及检修，这样不仅对设备的维护有了一定的维护帮助还提高了生产效率。

参考文献

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