基于PLC的电磁阀气密性与电气性能检测.doc

目 录中文摘要IABSTRACTII1 绪论11.1 高性能电磁阀性能测试设计特点11.2 高性能电磁阀性能要求11.3 PLC的特点11.4 本次课题的主要工作及论文结构安排12 总体方案论证及总体设计思路32.1 PLC与其他工业控制系统的比较32.1.1 PLC控制系统与继电器控制系统的比较32.1.2 PLC控制系统与计算机系统的比较52.1.3 PLC控制系统与集散型控制系统的比较62.2 总体设计方案及原理62.2.1 总体设计要求62.2.2 基本设计原理62.2.3 基本工作过程73 控制系统的硬件设计93.1 控制系统I/O点的统计93.2 CPU的选型及S7-200PLC的技术指标93.3 模拟量模块EM231的选择113.4 供电电源选择及接线133.5 外围元器件介绍143.6 控制系统的硬件实现164 控制系统程序设计174.1 PLC的软件控制功能174.2 PLC的编程语言174.3 本课题的程序框架分析174.4 关键环节设计204.5 模拟量值和A/D转换值的转换215 电磁阀测试平台组态软件的设计235.1 实现的功能235.2 力控组态软件的介绍235.2.1 多项技术指标235.2.2 易于集成的图形开发系统245.2.3全新的图形组件及图形库255.2.4 灵活、强大的“脚本”编译系统265.3 本课题工程创建实现过程275.3.1系统整体流程275.3.2 定义I/O设备285.3.3 创建实时数据库295.3.4 数据连接315.3.5 运行356 系统调试及结果分析376.1 硬件调试376.2 软件调试38结 论39致 谢40参考文献41附 录42基于PLC的电磁阀气密性与电气性能检测基于PLC的电磁阀气密性与电气性能检测摘 要本课题是针对高性能电磁阀性能要求设计的，本文主要讲述了高性能电磁阀的气密性与电气性能的检测方法和控制系统的设计过程。在以PLC为核心控制部件的基础上完成电磁阀气密性以及电气性能的检测。本文主要从硬件和软件两部分进行介绍。其中硬件部分主要包括电磁阀气密性、电气性能测试平台、监控平台及相应的配电系统等。软件系统包括实现电磁阀气密性、电气性能检测的程序、试验状态的实时监控等。在测试过程中，通入恒压气流，经过多个电磁阀控制调节，压力传感器的压力检测，分时段的读取压力值并分析其前后压差，判断高性能电磁阀的气密性；气密性能检测完毕后对高性能电磁阀进行电气性能检测。在不通气流的情况下让电磁阀开通两秒，闭合两秒，通断三十次进行动作寿命检测。通过硬件和软件两部分的巧妙结合，多次的程序改写调试和设计思路的更新，实现了高性能电磁阀气密性及动作寿命的检测，满足了工业控制领域对高性能电磁阀高可靠性的要求。关键词： 高性能电磁阀；气密性；动作寿命；力控画面PLC BASED LEAK SOLENOID VALVES ANDELECTRICAL PREFORMANCE TESTINGABSTRACTThis issue is performance requirements for high performance solenoid valve design, this paper describes the high-performance gas-tight valve and electrical properties of the detection method and control system design process. In a PLC based control unit for the core to complete the solenoid valve and electrical properties of leak detection. In this paper, two parts from the hardware and software are described. Hardware which includes solenoid valve leak, electrical performance test platform monitoring platform and the corresponding power distribution systems. Software systems including the realization of electromagnetic valve leak, electrical performance test procedures, test the state of real-time monitoring. During the test, pass into the constant air flow, through a number of control regulating valve, pressure sensor pressure testing, and Time to read the pressure value and pressure difference before and after analysis to determine high-performance gas-tight valve; gas After intensive performance testing on the electrical properties of high performance solenoid valves were detected. In the case of unreasonable air solenoid valve opened for two seconds, closed two seconds to move off thirtieth life test. Hardware and software through the clever combination of two parts, rewriting many of the procedures update debugging and design ideas to achieve high performance solenoid valve tightness and movement detection of life, meet high performance industrial control valve reliability requirements.Key words: high performance solenoid valve / leak / Endurance / force control screenII1 绪论本课题在以PLC为核心控制部件，在力控软件的基础上实现对高性能电磁阀气密性与电气性能的检测，满足了工业控制领域对高性能电磁阀高可靠性的要求。绪论部分简单介绍了高性能电磁阀的性能要求、PLC的特点以及本次课题的主要工作和论文结构安排。1.1 高性能电磁阀性能测试设计特点阀类测试是一个综合性的技术问题，它与系统的精密测试、人身安全、设备安全、仿真模拟、力控应用、通用测试以及PLC与组态的综合利用等技术问题有着密切的关系，也是人们利用力控软件为实际工程设计应用的一项重要应用技术，具有理论研究与实践经验密切结合的特点，是力控软件与PLC应用来实现安全与经济运行的基本技术应用设计。阀类性能测试设计也一直是电子工作者十分关注的课题之一， 它必须全面考虑其技术经济指标。随着PLC电子技术的迅速发展和工控质量要求的提高，选择一种有效的阀类测试设计方法已经变得十分必要。1.2 高性能电磁阀性能要求 在工业控制领域，尤其是在军工企业对电磁阀气密性与动作寿命有很高的要求，以满足工业生产的需求，理所当然，对于高性能电磁阀气密性与电气性能的检测思路的设计也成为了广泛讨论研究的课题。1.3 PLC的特点可靠性高，抗干扰能力强；通用性高，使用方便；程序设计简单，易学，易懂；采用先进的模块化结构，系统组合灵活方便；系统设计周期短；安装简便，调试方便，维护工作量小；对生产工艺改变适应性强，可进行柔性生产。1.4 本次课题的主要工作及论文结构安排整个课题设计包括前期的很多准备工作，查阅了大量的文献，参考学习了很多的科普知识；不断地更新设计思路，多次的程序编写调试，上位机画面的制作修改，还有老师的细心地指导，在多方面的努力下终于完成了本课题。论文结构安排大致如下:第二章主要进行对课题总体方案的论证，与其他控制系统比较后最终确定采用PLC作为核心控制部件，并对总体设计进行了概述；第三章主要叙述了硬件控制系统的设计，包括CPU的选型，I/O点的分析，元器件的选择等；第四章讲述了PLC控制功能的程序设计，从流程的分析、程序思路的产生来完成本次设计任务，并对关键环节作了具体的分析；第五章主要讲述力控软件的基础上的画面组态，数据处理，实时监控；最后通过对系统的调试和检测，再进行系统性梳理，将隐藏的不足之处加以修正和完善，确保系统能顺利运行。2 总体方案论证及总体设计思路在本章节中通过PLC与其他工业控制系统的比较，显示出了它独有的性能价位等方面的优势，最终确定以此作为核心控制部件；接下来对于课题的总体设计思路作了介绍。2.1 PLC与其他工业控制系统的比较2.1.1 PLC控制系统与继电器控制系统的比较继电器控制系统在传统的工业生产中曾起着不可替代的重要作用，随着生产规模的逐步扩大，市场经济竞争日趋激烈，继电器控制系统已越来越难以适应，因为继电器控制电路通常是针对着某一固定的动作顺序或生产工艺而设计的。它的控制功能也仅仅只局限于逻辑控制，定时，计数等这样一些简单的控制，一旦动作顺序或生产工艺发生变化，就必须进行重新设计，布线，装配，和调试。显然，这样的控制系统完全无法满足日新月异且竞争激烈的市场经济发展的需要。这就迫使人们要放弃原来已占统治地位的继电器控制系统，研制可以替代继电器控制系统的新型的工业控制系统。以PLC作为控制器的PLC控制系统是从根本上改变了传统的继电器控制系统的工业原理和方式。继电器控制系统是控制功能是通过采用硬件接线的方式来实现的，而PLC控制系统的控制功能是通过存储程序来实现的，不仅可以实现开关量控制，还可以进行模拟量控制，顺序控制。另外，它的定时和计数功能也远比继电器控制系统强很多，一般可以为用户提供几十个甚至上百个定时器，计数器。随着计算机和通信几刷的发展，现代PLC控制系统已远不是几十年前的哪个样子，PLC的控制从早期的单机控制发展到多机控制，实现了工厂自动化。尽管现在的PLC控制系统已发生了很大的变化，但是从自动控制的角度来看，PLC控制系统与传统的继电器系统在结构上仍有相似之处。现在以集中型的PLC控制系统为例说明集中型PLC控制系统与继电器控制系统在结构上有那些相同和不同之处，这对初学者理解PLC控制系统的工作原理是有帮助的。集中型PLC控制系统的结构。将两种系统相比，就会发现PCL控制系统与继电器控制系统输入，输出部分基本相同，输入电路也是由按钮，开关，传感器所构成：输出电路也好似由接触器，执行器，电磁阀多构成的。不同的是继电器控制系统在控制线路被PLC中的程序代替，这样一旦生产工艺发生变化，就只需要修改程序就可以了。正是上述原因，PLC控制系统除了可以完成传统继电器控制系统所具有的全部功能外，还可以实现模拟量控制，开环或闭环过程控制，甚至多级分布式控制。随着微电子技术的进一步发展，PLC的成本在降低，传统的继电器控制系统被PLC控制系统代替已是发展的必然趋势。表2-1 plc与继电器控制系统比较表比较项目继电器控制系统PLC控制系统控制功能的实现由许多继电器，采用接线的方式来完成控制功能各种控制功能是通过编制的程序来实现的对生产工艺过程变更的适应性适应性差。需要重新设计，改变继电器和接线适应性强，只需对程序进行修改控制速度低。靠机械动作实现极快。靠微处理器进行处理计数及其他特殊功能一般没有有安装，施工连线多，施工繁安装容易，施工方便可靠性差，触点多，故障多高，因元器件采用了筛选和老化等可靠性措施寿命短长可扩展性困难容易维护工作量大，故障不易查找有自诊能力，维护工作量小结论：由于PLC控制系统与继电器控制系统相比具有无法比拟的优点，因此，在今后的控制系统中，传统的继电器控制系统被PLC控制系统所代替是大势所趋。2.1.2 PLC控制系统与计算机系统的比较20世纪60年代，由于小型计算机的出现，有人曾试图用小型计算机来取代当时占统治地位的继电器控制系统，结果未获成功，代只的却是PLC的出现。通过计算机与PLC本身的工作目的，原理和方式上都存在着较大的差异，其结果比较见下表。表2-2 PLC与计算机系统比较表比较项目通用计算机系统PLC控制系统工作目的科学计算，数据管理等工业自动控制工作环境对工作环境要求比较高对环境要求低，可在恶劣的工业现场工作工作方式中断处理方式循环扫描方式系统软件需配备功能较强的系统的软件一般只需要简单的监控程序采用的特殊措施掉电保护等一般性措施采用多种抗干扰措施，自诊断，断电保护，可在线维修编程语言汇编语言，高级语言梯形图，助记符语言，SFC标准化语言对操纵人员的要求需专门培训，并具有一定的计算机基础一般技术人员，稍加培训即可操作使用对内存的要求容量大容量小价格价格高价格较低其他若用于控制，一般需自行设计机种多，模块种类多，易于集成系统结论：一般情况下，在工业自动化工程中采用PLC可靠，方便，易于维护。2.1.3 PLC控制系统与集散型控制系统的比较由前所述可知，PLC是由继电器逻辑控制系统发展而来的。而集散型控制系统DCS（Distribution Control System）是由回路仪表控制系统发展起来的分布式控制系统，它在模拟量处理，回路调节等方面有一定的优势。而PLC随微电技术，计算机技术和通信技术的发展，无论在功能上，速度上，智能化模块以及联网通信上，都用很大的提高。并开始与小型计算机联成网络，构成了以PLC为重要部件的分布式控制系统。随着PLC网络通信功能不断增强，PLC与PLC及计算机的互联，可以形成大规模的控制系统，在数据告诉公路上（Data Highway）挂接在线通用计算机，实现在线组态，编程和下装，进行在线监控整个生产过程，这样就已具备了集散控制系统的形态，加上PLC的价格和可靠性优势，使之可以与传统的集散控制系统相互竞争。2.2 总体设计方案及原理2.2.1 总体设计要求（1）电磁阀气密性检测 给电磁阀通入恒流气压监测是否漏气，保压一分钟没有明显漏气；保压15分钟记录压力值。相邻两次检查压力值之差不大于0.2MP。（2）电磁阀电气性能检测 在不通气的情况下，让待测阀通2秒，断2秒，设定通断次数30次检测其动作寿命。（3）进行初步的力控画面的学习与设计。2.2.2 基本设计原理根据气密性测试的实现原理及产品性能测试的要求，控制系统采用基于PLC控制系统。整个系统由硬件系统和软件两部分组成。其中硬件系统主要包括PLC控制部分。PLC选用SIEMENS公司的S7-200 PLC，并配备相应扩展模块。软件部分主要包括上位机的监控画面和PLC控制程序两部分。其中上位机开发环境选用三维力控组态软件，根据系统要求，开发系统检测画面，确定检测条件。PLC控制程序利用编译环境编写应用程序，实现自动测控任务。控制系统的原理示意图如图2.1所示。图2-1 控制系统原理示意图2.2.3 基本工作过程图2-2 电磁阀性能检测试验装置系统原理图该系统入口连接35MPa气源，在入口安装手动截止阀，控制整个气路系统的总气源，便于在断电、检修等情况下使用；在手动截止阀之后设置过滤器，以防止气源中多余物流入系统从而导致阀门及其它零、部件损坏的现象；在系统尾路 设置手动阀，保证了即使在停电的情况下也可将被测试件泄压，保证了设备和人身安全。通恒压气流，打开手动阀K1，过滤阀G1,电磁阀MB1,对气压进行检测，然后打开电磁阀MB2,通过自动减压器变为所需气压10MP，为确保其值，P2进行检测，接着打开电磁阀MB3,开始对被测阀测试，读P3记录其值，定时器定时1分钟后记录第二次的值，15分钟后记录第三次的值，每两次之间的差值小于0.2MP,气密性检测完毕，否则报警。气密性检测完毕后，关闭电磁阀MB1，打开阀MB4进行放气，放气时间设置一分钟，下面进行电气性能检测，给待测阀上电，采用两个定时器定时，使电磁阀通2秒，断2秒，通断次数设定30次来检测电磁阀的动作寿命。 30次动作完毕，待测阀取下，电气性能合格。3 控制系统的硬件设计控制系统的硬件设计包括CPU的选型，最终确定了使用CPU224;I/O点数的统计，以及元器件的选择，电气接线方式。3.1 控制系统I/O点的统计根据电磁阀性能检测装置原理图，采集试验系统的压力信号，控制相应的电磁阀，完成电磁阀的性能测试。表3-1所示为系统的I/O点统计情况。表3-1 系统I/O点统计序号名称数量信号类型I/O点小计1电磁阀4 DOQ0.0Q0.32警灯1DOQ0.43压力传感器3AIAIW0AIW44按钮4DII0.0 I0.35指示灯1DO Q0.76待测阀打开1DOQ0.57待测阀关闭1DOQ0.63.2 CPU的选型及S7-200PLC的技术指标从上面分析可知，系统共有数字量输入点4个；模拟量输入点3个、数字量输出点8个。参照S7-200的产品目以及市场实际价格，选用主机为CUP224（14输入/10输出）一台,再扩展一台模拟量模块EM231（4AI/1AO）。这样的配置是最经济的。整个PLC系统的配置如图3-1模拟量单元EM2314AI主机单元CUP22414DI/10DO图3-1 PLC 系统组成S7-200PLC是德国西门子公司生产德一种小型PLC，其许多功能达到大、中型PLC的水平，而价格却和小型PLC一样，因此，它一经退出，即受到了广泛的关注。特别是S7-200CUP22*系列PLC。由于它具有多种功能模块和人机界面（HMI）可供选择，所以系统的集成非常方便，并且可以很容易的组成PLC网络。图3-2 CPU接线图S7-200CPU将一个微处理器、一个集成电源和数字量I/O点集成在一个紧凑的封装中，从而形成了一个功能强大的微型PLC。在下载了程序之后，S7-200将保存多需的逻辑，用于监控应用程序中的输入输出设备。S7-200PLC的技术指标如表3-2所示。表3-2 S7-200的技术指标3.3 模拟量模块EM231的选择PLC处理模拟量数据的方法很简单，传感器采集到模拟量信号，经变送器将此信号转换成4-20mA电流或1-5V电压标准的电信号，然后经过A/D模拟量模块转换为数字信号，最后经过标度处理后，然后用数学运算，将结果在触摸屏或者文本显示器上显示即可。西门子S7-200模拟量扩展模块输入规范如图所示。表3-3 模拟量扩展模块输入规范本系统有3路模拟量信号，即3路力传感器信号，因此在满足需求的情况下，考虑到经济冗余的因素，我们选用模拟量输入模块EM231，此模块附带有四路模拟量输入，其接线方法如图3-3所示。图3-3 EM231接线方法3.4 供电电源选择及接线供电电源部分采用220V交流电，为电源指示灯和DC24v供电电源供电，DC24v供电电源为PLC224、EM231和继电器供电。电源电路原理图如图3-4所示。图3-4 电源接线图3.5 外围元器件介绍在整个系统的设计和调试过程中，都要不可或缺的用上除了PLC以外的其他元器件。如压力传感器，继电器，指示灯，警铃等。在此将对部分重要的元器件压力传感器进行简单的介绍。其他元件将不作赘述。以让大家有更为具体详细的了解和接受。整个系统是一个有机的结合体，缺一不可。就是在这些元器件的共同努力下才有了整个系统。如图3-5为压力传感器实物图。图3-5 压力传感器压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，而我们通常使用的压力传感器主要是利用压电效应制造而成的，这样的传感器也称为压电传感器。 我们知道，晶体是各向异性的，非晶体是各向同性的。某些晶体介质，当沿着一定方向受到机械力作用发生变形时，就产生了极化效应；当机械力撤掉之后，又会重新回到不带电的状态，也就是受到压力的时候，某些晶体可能产生出电的效应，这就是所谓的极化效应。科学家就是根据这个效应研制出了压力传感器。 压电传感器中主要使用的压电材料包括有石英、酒石酸钾钠和磷酸二氢胺。其中石英（二氧化硅）是一种天然晶体，压电效应就是在这种晶体中发现的，在一定的温度范围之内，压电性质一直存在，但温度超过这个范围之后，压电性质完全消失（这个高温就是所谓的“居里点”）。由于随着应力的变化电场变化微小（也就说压电系数比较低），所以石英逐渐被其他的压电晶体所替代。而酒石酸钾钠具有很大的压电灵敏度和压电系数，但是它只能在室温和湿度比较低的环境下才能够应用。磷酸二氢胺属于人造晶体，能够承受高温和相当高的湿度，所以 已经得到了广泛的应用。 在现在压电效应也应用在多晶体上，比如现在的压电陶瓷，包括钛酸钡压电陶瓷、PZT、铌酸盐系压电陶瓷、铌镁酸铅压电陶瓷等等。 压电效应是压电传感器的主要工作原理，压电传感器不能用于静态测量，因为经过外力作用后的电荷，只有在回路具有无限大的输入阻抗时才得到保存。实际的情况不是这样的，所以这决定了压电传感器只能够测量动态的应力。 压电传感器主要应用在加速度、压力和力等的测量中。压电式加速度传感器是一种常用的加速度计。它具有结构简单、体积小、重量轻、使用寿命长等优异的特点。压电式加速度传感器在飞机、汽车、船舶、桥梁和建筑的振动和冲击测量中已经得到了广泛的应用，特别是航空和宇航领域中更有它的特殊地位。压电式传感器也可以用来测量发动机内部燃烧压力的测量与真空度的测量。也可以用于军事工业，例如用它来测量枪炮子弹在膛中击发的一瞬间的膛压的变化和炮口的冲击波压力。它既可以用来测量大的压力，也可以用来测量微小的压力。 压电式传感器也广泛应用在生物医学测量中，比如说心室导管式微音器就是由压电传感器制成的，因为测量动态压力是如此普遍，所以压电传感器的应用就非常广。 除了压电传感器之外，还有利用压阻效应制造出来的压阻传感器，利用应变效应的应变式传感器等，这些不同的压力传感器利用不同的效应和不同的材料，在不同的场合能够发挥它们独特的用途。3.6 控制系统的硬件实现当我们拿到一个测试阀时，我们把要测试的阀安装固定到平台上。检查电路无误后，打开开始按钮，整个系统开始运行 然后在整个程序的运行下，检测开始，在操作规范正确的情况下我们便可以轻而易举的知道被测试阀是否合格或者符合要求。当然在整个过程中，还存在着一系列的问题等着我们去发现和解决。没有最好只有更好。在整个设计思路和设计中，我们尽自己最大的努力使整个系统更符合要求，更加适应时代的要求，更加符合厂家的要求，力求更美，更快，更完善。客户想到的，设计者想到了；客户没有想到的，设计者也都替他们想到了。在科学的探索中，设计者应该具备着这样的精神和毅力。4 控制系统程序设计硬件条件确定后，系统的控制功能主要通过软件来实现，结合前述系统的控制要求，对高性能电磁阀气密性及电气性能测试程序设计部分分析如下：4.1 PLC的软件控制功能程序的编写采用STEP7-Micro/WIN32编程软件来完成，程序编写好以后与PLC进行通信调试。调试成功后运行使用。程序控制部分，主要实现对电磁阀和压力传感器的控制，使系统能够按照预期正常的运行。在PLC中，由于采用的是循环扫描的工作方式，所用只有扫描到”线圈”的触点时，才会动作，没有扫描到时，触点就不会动。并且PLC扫描一次用户程序的时间即扫描周期与拥护程序的长短和扫描速度有关，一般为1ms至几十毫秒。在没有扫描之前，PLC首先应保证自身的完好性。接通电源之后，为消除各元件状态的随机性，进行清零或复位处理，检查I/O单元连接是否正确，再执行一段程序。使它涉及到各种指令和内存单元，如果执行的时间不超过规定的时间范围，则证明自身完好，否则系统关闭。上述操作完成后，将时间监视定时复位，才允许扫描用户程序。4.2 PLC的编程语言IEC1131-3为PLC制定了5种标准的编程语言，包括图形化编程语言和文本化编程语言。图形化编程语言包括：梯形图（LDLadder Diagram）、功能块图（FBD Function Block Diagram）、顺序功能图（SFC Sequential Function Chart）。文本化编程语言包括：指令表(IL-Instruction List)和结构化文本 (ST-Strutured Text)。IEC 1131-3的编程语言是IEC工作组对世界范围的PLC厂家的编程语言合理地吸收、借鉴的基础上形成的一套针对工业控制系统的国际编程语言标准，它不但适用于PLC系统，而且还适用于更广泛的工业控制领域，为PLC编程语言的全球规范化做出了重要的贡献。在本课题中采用梯形图进行程序的编写。4.3 本课题的程序框架分析如下图所示是高性能电磁阀气密性测试的程序框图。其工作方式为：通恒压气流，打开手动阀K1，过滤阀G1,电磁阀MB1上电打开,对气压进行检测是否大于8MP，若果大于12MP，打开电磁阀MB2,通过自动减压器变为所需气压10MP，为确保其值，P2进行检测，接着打开电磁阀MB3,开始对被测阀测试，读P3记录其值，定时器定时1分钟后记录第二次的值，15分钟后记录第三次的值，每两次之间的差值小于0.2MP,如果小于0.2MP，则气密性良好，否则报警。测试完毕后按停止按钮，MB4打开，MB1关闭进行放气，放气完毕后将阀取下。开始打开阀MB1P112Y打开阀MB2YP2=10打开阀MB3Y气密性试验开始读取P3值并开1分钟15分钟定时器合格?Y打开MB4关MB1放气N报警定时时间到读P3值并求前后两值差是否小于0.2YY图4-1 气密性测试程序框图4.4 关键环节设计在气密性程序的设计中用到了长定时电路的部分知识图4-2 气密性部分程序如图4-2 示T38是一个一分钟定时器，一分钟定时时间到C23计数一次，计数到设定值15次后，即完成15分钟定时，计数器复位。在对电磁阀电气性能测试程序的设计过程中，设计思路有了很大的更新。初步设计思路为采用图4-3对待测电磁阀上电，采用定时中断，每250ms采集一次电磁阀的线圈电流来判断其线圈是否良好，但是考虑到不能确保电磁阀是否能够正常通断，电磁机构是否能够正常动作，故采用在基本闪烁电路图4-4的基础上对待测电磁阀定时通断，设定通断次数30次来检测待测阀的动作寿命。图4-3 数据采集电路图4-4 实用闪烁电路PLC的程序设计一般是凭设计者的经验来完成的。从事PLC程序设计时间越长的技术人员，其设计程序的速度也就越快，而且设计出的程序质量也越高。所有这一切都是靠长时间的探索和经验累积换来的，所以在今后要进行大量的练习。4.5 模拟量值和A/D转换值的转换在本系统中，用到的模拟量，若想在PLC程序中应用就必须要经过电流信号转换成相应的数值。在此把转化的过程介绍如下：假设模拟量的标准电信号是A0Am（如：420mA），A/D转换后数值为D0Dm（如：640032000），设模拟量的标准电信号是A，A/D转换后的相应数值为D，由于是线性关系，函数关系Af（D）可以表示为数学方程：A（DD0）（AmA0）（DmD0）A0根据该方程式，可以方便地根据D值计算出A值。将该方程式逆变换，得出函数关系Df（A）可以表示为数学方程：D（AA0）（DmD0）（AmA0）D0具体举一个实例，以S7-200和420mA为例，经A/D转换后，得到的数值是640032000，即A04，Am20，D06400，Dm32000，代入公式，得出：A（D6400）（204）（320006400）4假设该模拟量与AIW0对应，则当AIW0的值为12800时，相应的模拟电信号是6400162560048mA又如，某压力传感器，1060MPA与420mA相对应，以T表示温度值，AIW0为PLC模拟量采样值，则根据上式直接代入得出：P=70（AIW06400）2560010可以用P直接显示温度值。模拟量值和A/D转换值的转换理解起来比较困难，该段多读几遍，结合所举例子，就会理解。为了让您方便地理解，我们再举一个例子：某压力变送器，当压力达到满量程5MPa时，压力变送器的输出电流是20mA，AIW0的数值是32000。可见，每毫安对应的A/D值为32000/20，测得当压力为0.1MPa时，压力变送器的电流应为4mA，A/D值为（32000/20）46400。由此得出，AIW0的数值转换为实际压力值（单位为MPA）的计算公式为：VW0的值(AIW0的值6400)(5000100)/(320006400)100（单位：MPA）下面将把模拟量转化在本程序中的具体应用讲解如下。AIW0 AIW2 AIW4 AIW6是模拟量采集后的存放地址， VW100，VW104，VW108，VW202,VW204,VW302,VW308是双字节的寄存器，在此程序段中分别把四个模拟量存入四个寄存器中。MOV_W就是双字传送指令，实现了模拟量采集的顺利采集和传送。5 电磁阀测试平台组态软件的设计为了满足高性能电磁阀测试工程中动态可视化控制，数据的采集和管理以及监控报警，组态画面的设计有了很大的必要性，接下来对于画面的制作以及关键环节做详细的介绍。5.1 实现的功能（1）实现高性能电磁阀性能测试过程中的动态可视化控制；（2）测试过程中实时数据的采集和管理；（3）测试过程监控报警；（4）报表功能；（5）基于网络数据的上传和相应控制。 5.2 力控组态软件的介绍力控6监控组态软件是北京三维力控科技根据当前的自动化技术的发展趋势，总结多年的开发、实践经验和大量的用户需求而设计开发的高端产品，是三维力控全体研发工程师集体智慧的结晶，该产品主要定位于国内高端自动化市场及应用，是企业信息化的有力数据处理平台。力控6在秉承力控5成熟技术的基础上，对历史数据库、人机界面、I/O驱动调度等主要核心部分进行了大幅提升与改进，重新设计了其中的核心构件，力控6面向. NET开发技术，开发过程采用了先进软件工程方法：“测试驱动开发”，产品品质将得到充分保证。与力控早期产品相比，力控6产品在数据处理性能、容错能力、界面容器、报表等方面产生了巨大飞跃。5.2.1 多项技术指标方便、灵活的开发环境，提供各种工程、画面模板、大大降低了组态开发的工作量；高性能实时、历史数据库，快速访问接口在数据库4万点数据负荷时，访问吞吐量可达到20000次/秒；强大的分布式报警、事件处理，支持报警、事件网络数据断线存储，恢复功能；支持操作图元对象的多个图层，通过脚本可灵活控制各图层的显示与隐藏；强大的ACTIVEX控件对象容器，定义了全新的容器接口集，增加了通过脚本对容器对象的直接操作功能，通过脚本可调用对象的方法、属性；全新的、灵活的报表设计工具：提供丰富的报表操作函数集、支持复杂脚本控制，包括：脚本调用和事件脚本，可以提供报表设计器，可以设计多套报表模板。5.2.2 易于集成的图形开发系统方便友好的开发环境、面向对象的设计，使组态工作量大大降低，用户可以打造自己的开发环境和操作风格；单独的进程管理器管理力控所有的的后台进程，具备自诊断和自恢复功能；预制图形模板、工程模板，提供上千种丰富的工业图形元素，支持多达几百种过度色和渐进色调色板，动画连接可以构成逼真强大的动画效果，可以提供多种工业标准的复合图形组件来完成过程的监控；支持HMI图元的对象图层，通过脚本可灵活控制图元对象图层的显示与隐藏；提供自定义图库开发工具，用户可以方便地生成自己的自定义图库；支持大画面漫游功能、支持单机多屏和系统自定义菜单功能；方便的变量管理，可以查找、批量替换定位、重命名变量等；可嵌入各种格式（BMP、GIF、JPG、JPEG、CAD等）的图片，方便画面制作。图5-1 动画连接5.2.3全新的图形组件及图形库强大的多媒体支持，播放各种格式的视频、音频文件，如Flash、幻灯片等，可以有效的集成视频监控；复合的趋势曲线、XY曲线、报警、报表、总貌、温控曲线等组件，所有复合组件相比以前版本增加了大量的方法和属性，通过脚本可以在后台进行灵活的控制。多功能图片显示组件可支持GIF透明动画、CAD图形等实用图形格式。所有的标准的WINDOWS控件如文本输入、下拉框、列表框、复选框、多选按钮、起始时间、时间范围、历史追忆等都增加了大量的方法和属性。大量的矢量子图如PID调节器、手操器等方便您构建控制工程。 图5-2 图库 5.2.4 灵活、强大的“脚本”编译系统变量支持间接寻址功能，系统内置间接变量、中间变量、数据库变量等多种变量； 图5-3 变量定义系统变量可自动提取IO通讯状态，报警信息、系统时钟等；强大的系统函数、友好的在线帮助，方便您快速构建SCADA系统；内置的组件具备大量的方法和属性，在脚本环境中可任意调用；支持自定义函数。编译开发环境面向对象设计的脚本编译环境，“所见即所得”，方便引用方法和变量；类“Basic”的语言环境，提供面向对象编程方式；脚本类型和触发方式多样，支持条件动作、数据变化动作、窗口动作、循环动作等；脚本支持多种结构，支持数组运算和FOR循环结构。除此之外，力控还有完善的用户安全管理，高效的数据处理，良好的开放性与国际化等优点。三维力控经过多年的开发和行业深入的应用，在石油、石化、楼宇IBMS、窑炉、真空炉等行业具备大量的行业图形控制组件，适合专用行业自动化软件工程的快速构建；目前移动网络的普及为替代传统的拨号、电台提供了可能，力控软件利用移动网络在石油、水利、热网、能源、水厂等多个行业得到了广泛的应用。5.3 本课题工程创建实现过程5.3.1系统整体流程该系统入口连接35MPa气源，在入口安装手动截止阀，控制整个气路系统的总气源，便于在断电、检修等情况下使用；在手动截止阀之后设置过滤器，以防止气源中多余物流入系统从而导致阀门及其它零、部件损坏的现象；在系统尾路 设置手动阀，保证了即使在停电的情况下也可将被测试件泄压，保证了设备和人身安全。通恒压气流，打开手动阀K1，过滤阀G1,电磁阀MB1,对气压进行检测，然后打开电磁阀MB2,通过自动减压器变为所需气压10MP，为确保其值，P2进行检测，接着打开电磁阀MB3,开始对被测阀测试，读P3记录其值，定时器定时1分钟后记录第二次的值，15分钟后记录第三次的值，每两次之间的差值小于0.2MP,气密性检测完毕，否则报警。气密性检测完毕后，关闭电磁阀MB1，打开阀MB4进行放气，放气时间设置一分钟，下面进行电气性能检测，给待测阀上电，采用两个定时器定时，使电磁阀通2秒，断2秒，通断次数设定30次来检测电磁阀的动作寿命。30次动作完毕，待测阀取下，电气性能合格。图5-4是本次设计的力控系统图，非常形象直观的显示了整个系统的工作过程。图5-4 设计力控系统图5.3.2 定义I/O设备 在立控中，把需要与力控组态软件之间交换数据的设备或者程序都作为I/O设备，I/O设备包括：DDE、OPC、PLC、UPS、变频器、智能仪表、智能模块、板卡等，这些设备一般通过串口和以太网等方式与上位机交换数据;只有在定义了I/O设备后，力控才能通过数据库变量和这些I/O设备进行数据交换。在此工程中，I/O设备使用力控仿真PLC与力控进行通讯。定义I/O设备的步骤如下：我们后面要在数据库中定义4个点，但面对的问题是这4个点的过程值（即它们的PV参数值）从何而来？从前文所描述的力控®结构功能示意图知道，数据库是从I/O Server（即I/O驱动程序）中获取过程数据的，而数据库同时可以与多个I/O Server进行通讯，一个I/O Server也可以连接一个或多个设备。所以我们必须要明确这4个点要从哪一个设备获取过程数据时，就需要定义I/O设备。 1. 在Draw导航器中双击“I/O设备驱动”项使其展开，在展开项目中选择“PLC”项并双击使其展开，然后继续选择厂商名“PLC”并双击使其展开后，选择项目“仪表PLC（Simulator(仪表PLC)）”。2. 双击 “Simulator(仿真PLC)”出现如下图所示的“I/O设备定义”对话框，在“设备名称”输入框内键入一个人为定义的名称，为了便于记忆，我们输入“PLC1”（大小写都可以）。接下来要设置PLC的采集参数，即“数据更新周期”和“超时时、间”。在“数据更新周期”输入框内键入1000毫秒。图5-5 设备配置提示：一个I/O驱动程序可以连接多个同类型的I/O设备。每个I/O设备中有很多数据项可以与监控系统建立连接，如果对同一个I/O设备中的数据要求不同采集周期，也可以为同一个地址的I/O设备定义多个不同的设备名称，使他们具有不同的采集周期。5.3.3 创建实时数据库数据库DB是整个应用系统的核心，构建分布式应用系统的基础。它负责整个力控®应用系统的实时数据处理、历史数据存储、统计数据处理、报警信息处理、数据服务请求处理。在数据库中，我们操纵的对象是点（TAG），实时数据库根据点名字典决定数据库的结构，分配数据库的存储空间。在点名字典中，每个点都包含若干参数。一个点可以包含一些系统预定义的标准点参数，还可包含若干个用户自定义参数。我们引用点与参数的形式为“点名.参数名”。如“TAG1.DESC”表示点TAG1的点描述，“TAG1.PV”表示点TAG1的过程值。点类型是实时数据库DB对具有相同特征的一类点的抽象。DB预定义了一些标准点类型，利用这些标准点类型创建的点能够满足各种常规的需要。对于较为特殊的应用，可以创建用户自定义点类型。DB提供的标准点类型有：模拟I/O点、数字I/O点、累计点、控制点、运算点等。不同的点类型完成的功能不同。比如，模拟I/O点的输入和输出量为模拟量，可完成输入信号量程变换、小信号切除、报警检查，输出限值等功能。数字I/O点输入值为离散量，可对输入信号进行状态检查。有些类型包含一些相同的基本参数。如模拟I/O点和数字I/O点均包含下面参数：NAME点名称DESC点说明信息PV以工程单位表示的现场测量值 力控实时数据库根据工业装置的工艺特点，划分为若干区域，每个区域又划分为若干的单元，可以对应实际的生车间和工段，极大地方便了数据的管理，在总貌画面中可以按区域和单元浏览数据。在报警画面中，可以按区域显示报警。下面就以这个工程选择一种点类型，并建立实时数据库，先分析一下本工程要做什么：通恒压气流，打开手动阀K1，过滤阀G1,电磁阀MB1,对气压进行检测，然后打开电磁阀MB2,通过自动减压器变为所需气压10MP，为确保其值，P2进行检测，接着打开电磁阀MB3,开始对被测阀测试，读P3记录其值，定时器定时1分钟后记录第二次的值，15分钟后记录第三次的值，每两次之间的差值小于0.2MP,气密性检测完毕，否则报警。气密性检测完毕后，关闭电磁阀MB1，打开阀MB4进行放气，放气时间设置一分钟，下面进行电气性能检测，给待测阀上电，采用两个定时器定时，使电磁阀通2秒，断2秒，通断次数设定30次来检测电磁阀的动作寿命。 30次动作完毕，待测阀取下，电气性能合格。过程如此反复进行。整个逻辑的控制过程都是用一台假想的PLC（可编程控制器）来实现的,前面我们已经给这台假想的PLC设备命名为PLC1。PLC1采集到P1,P2,P3各处数据，并判断什么时候应该打开或关闭哪一个阀门。而我们除了在计算机屏幕上看到整个系统的运行情况（如：存储罐的液位变化和出入口阀门的开关状态变化等），我们还可以控制PLC程序的启动与停止。通过以上分析，确定在数据库中所要建的数据库点：需要定义3个模拟I/O点，这个点的PV参数分别表示P1,P2,P3处的气压值，把这几点的名称分别定为“P1,P2,P3”。我们还需要一个数字I/O点来分别反映出进气控制阀门的开关状态，当这个点的PV参数值为0时，表示进气控制阀门处于关闭状态，PV参数值为1时，表示进气控制阀门处于开启状态，我们将这个点的点名定为“VALVE0”。同样，也要定义反映其他几个阀门开关状态的数字I/O点，分别命名为“VALVE1 ，VALVE2， VALVE3”。 图5-6 创建实时数据库另外，在假想的PLC中还有一个开关量来控制整个系统的启动与停止，这个开关量可以由我们在计算机上进行控制，所以我们需要再定义一个数字I/O点，将其命名为“RUN”。控制此系统的开关量命名为“SB2”。控制报警灯的开关量命名为“baojing”,控制合格指示灯的开关量命名为“hegezhishi”。5.3.4 数据连接我们在前面创建