基于PLC的注浆泵计量控制系统电气部分设计

目录TOC\o"1-3"\h\u9232第1章绪论 146291.1课题研究意义 167461.2国内外现状研究 1172091.3研究内容 26535第2章基于PLC的注浆泵计量控制系统设计方案 487202.1工艺分析 4111472.2方案确定 45505第3章硬件设计 6136573.1硬件选型 6107113.1.1PLC选型 6186263.1.2变频器选型 8198383.1.3注浆泵选型 9222083.1.4压力变送器选型 102033.1.5流量变送器选型 12196253.2电路设计 14309123.2.1PLCIO接线图 14154473.2.2变频器电路设计 15299953.2.3模拟量接线图 16282453.3IO分配表说明 1719608第4章软件设计 19303354.1程序流程图 1912544.2程序说明 20263144.3程序仿真 2317799第5章MCGS画面设计 31227865.1创建项目和画面 3163175.1.1建立工程 3140345.1.2画面设计及动画连接 32232855.2画面制作 3312279结论 3730029参考文献 3824490致谢 40第1章绪论1.1课题研究意义基于PLC的注浆泵计量控制系统电气部分设计的研究，对于现代工业自动化领域具有非常重要的意义，可以推动工业自动化技术向前发展，更好地满足现代制造业对于智能化、数字化需求的趋势。这种系统通过高效地控制注浆泵的计量和泵送，能够显著提高建筑、地质勘探、矿业等行业中物料输送的精确度和效率。在传统的注浆泵控制中，依赖于人工调节和监控，存在着误差大、效率低下及安全风险高等问题。而PLC基础上的自动化控制不仅减少了人工操作的不确定性，还能提供更加稳定和可靠的泵送控制，这对于保证工程质量和安全至关重要。PLC技术在控制系统中的应用，使得注浆泵计量控制系统能够实现更稳定、准确的自动化和智能化。这种系统可以根据实时数据和预设参数自动调整泵送速率和压力，从而确保材料的精确注入。此外，PLC控制系统的灵活性和可编程性使其能够轻松适应不同的工作环境和要求，同时也便于未来的升级和维护。此外，通过实时监控和数据分析，PLC系统有助于优化整个泵送过程，提高资源利用率，减少浪费，进而降低成本。在环境保护日益受到重视的当下，基于PLC的注浆泵计量控制系统的研究和应用，不仅促进了工业生产的可持续发展，也为环境保护做出了贡献。1.2国内外现状研究基于PLC（可编程逻辑控制器）的注浆泵计量控制系统在电气控制领域的设计和研究，无论是在国内还是国外，都已取得了显著的进步。这种进展不仅体现在控制系统的基本功能上，也涉及到了更高级的智能化控制和监测技术。在国外，PLC技术在注浆泵的电气控制方面应用已相当成熟。许多国外的研究团队将重点放在了如何利用PLC技术实现对注浆泵的智能化控制。这包括实时监测泵的运行状态、进行故障诊断以及自动调整控制参数来适应不同的工作条件。这种智能化控制不仅提高了注浆泵系统的自动化程度，还增强了其稳定性和可靠性，特别是在复杂或极端的工作环境中。此外，国外的研究也着力于开发更为精确和高效的计量算法。这些算法能够确保注浆液体配比的精准性，从而保证工程质量和安全性。在注浆工程中，液体配比的精确控制是至关重要的，它直接影响到工程的稳定性和耐久性。通过精确的计量控制，可以有效减少材料浪费，提高效率，同时也降低了环境污染的风险。我国在这方面的研究虽然起步比较晚，但是近几年却有了长足的发展。国内研究者们正逐步采纳和吸收国际上先进的PLC技术和控制理念，将其应用于注浆泵的电气控制设计中。国内研究不仅关注于提高控制系统的性能，还致力于将其成本降到最低，以适应国内市场的需求。在国内，关于基于PLC的注浆泵计量控制系统电气部分设计的研究也取得了先进的成果。国内学者和工程师们多注重于提高注浆泵系统的控制精度和稳定性，以应对复杂多变的工程环境。他们也探索了不同的PLC编程方法和控制策略，以优化注浆泵系统的性能，并尝试将人工智能和数据分析技术应用于该领域，以便于进一步提高系统的智能化程度和工作化效率。然而，在目前的国内外研究中，仍存在一些共性问题，如系统稳定性、计量可控性、智能化程度和工程应用实践等方面尚待进一步完善。针对这些问题，课题将结合国内外相关研究成果，聚焦于基于PLC的注浆泵计量控制系统电气部分设计，在系统稳定性、智能化程度和工程应用方面做出更为深入和全面的探索与创新。1.3研究内容注浆泵计量控制系统的电气部分，这一设计需求结合了自动化专业知识与社会生产的实际需求。首先，对系统的整体方案进行了具体的选择，并对系统的硬件选型和软件进行了分析。其次，对系统的总体联调监控进行了阐述。在软件方面，使用编程软件完成了基于PLC的注浆泵计量控制系统的控制程序编写，并对关键程序段进行了分析与解释。通过PLC与组态的通讯，设计并实现了一套完整的控制系统软件，并对数据变量进行了有效关联，最终完成了系统的调试。此外，利用PLC可编程控制器来实现注浆泵计量控制系统的电气部分设计。该系统特点包括自动化程度高、稳定性强、操作便捷、维修简单和程序修改方便。通过具体设计实践，首先，概述了系统的研究背景、目的及其重要性；其次，详细阐述了系统的总体设计；接着，对系统硬件设计进行了深入探讨，包含了IO分配与系统硬件构成；随后，详细描述了系统软件设计，涵盖了软件需求、软件流程图及主控图的制定；最后，做出系统监控界面及程序仿真，给出了模拟的结果。第2章基于PLC的注浆泵计量控制系统设计方案2.1工艺分析工艺分析在探讨基于可编程逻辑控制器（PLC）的注浆泵计量控制系统电气部分设计，特别是对系统中实现的两种控制方式的技术细节和工作原理进行详细分析。这两种控制方式分别是基于压力变送器的压力控制和基于流量变送器的流量控制，它们共同实现了自动出浆和自动关闭功能，从而有效控制和计量注浆过程。流量控制方式通过流量变送器计算出浆量来实现自动出浆和自动关闭功能。在这种模式下，系统根据预设的浆料量自动进行注入，直到浆料量降低到设定的最低压力阈值以下，此时系统自动停止运行。这种模式的优势在于能够稳定控制注浆泵的注浆量，保证注浆泵在注浆过程中的均匀性、准确性和稳定性。在注浆过程中，若出现超压情况，注浆泵系统会自动停止运行以保护设备和输出装置的安全。这种控制方式适用于对注浆量有较为严格要求的场合。压力控制方式则通过压力变送器来监测管道出浆料时的压力。在这种模式下，系统维持恒定压力进行浆料注入。当达到低流量阈值时，系统同样会自动停止运行，以防止因流量过低而影响注浆效果。这种方式的特点是可以保持一个恒定的压力，从而确保浆料的连续性和稳定性，尤其适用于对压力稳定性要求较高的工况。与流量控制模式不同的是，压力控制模式不会发生超压情况，但在流量过低时会停止运行，以确保系统的正常运作和安全性。这两种控制方式具有其各自的特点和适用的场景。流量控制模式在注浆量的准确性和均匀性方面表现出色，适用于对浆料量有严格要求的工况。而压力控制模式则更注重于压力的稳定性和连续性，适合于对压力稳定性有特殊要求的应用场景。在实际应用中，可以根据工程的具体需求和条件选择合适的控制方式，以确保注浆过程的高效性和安全性。通过对这两种控制方式的深入分析，可以为注浆泵计量控制系统的设计和应用提供有力的技术保障。2.2方案确定方案设计是在深入实施基于可编程逻辑控制器（PLC）的注浆泵计量控制系统，特别是聚焦于系统中的两种关键控制方式：基于流量变送器的流量控制模式和基于压力变送器的压力控制模式。这两种方式将共同实现自动出浆和自动关闭的功能，优化整个注浆过程的控制和计量。首先，流量控制模式的核心在于使用流量变送器来精确计算浆料的流量。系统将根据设定的浆料量自动控制注浆，直至达到预定的最低压力限值，随后自动停止。该模式的设计重点在于其精准性，能够确保注浆过程的一致性和准确性。为了增强系统的安全性，当出现超压情况时，系统也会自动停止，以防止任何潜在的设备损害或安全风险。这一模式特别适用于对浆料量控制有严格要求的应用场景。接着，压力控制模式则通过压力变送器来监测并维持恒定的出浆压力。在达到设定的低流量阀值时，系统自动停机，以避免流量过低导致的效率降低或质量问题。这一模式的设计侧重于保持压力的稳定和连续，适合于对压力稳定性有特别要求的环境。与流量控制相比，该模式不会遇到超压问题，但需注意流量过低时的自动停机机制，以保证系统的正常运行和安全。在实际现场应用中，这两种控制方式可以根据具体的工程需求和条件灵活的选择变送器。流量控制模式适用于对注浆量精度有高要求的场合，而压力控制模式则更适合需要持续稳定压力的应用。综合考量两种模式的特性和应用场景，可以确保注浆过程的效率和安全性。通过设计这两种模式，不仅可以提升注浆泵计量控制系统的性能，还能为其在不同工程环境中的应用提供强有力的技术支持。系统框图如图2.1所示。图2.1系统框图第3章硬件设计3.1硬件选型3.1.1PLC选型在PLC设计中，系统所需的输入点数共计9个，而输出点数为8个，总共需要17个点数。经分析，选择CPUSR20PLC作为控制单元，因其具备14个输入点和10个输出点，总计24个点数。在这种配置下，输出点数满足设计要求，但未留有余量。然而，输入点数不足，无法完全满足系统需求。为了解决这一问题并预留一定的扩展余地，考虑增加一组8路输入、8路输出的模块。这样的配置既能满足当前系统的需求，又能为将来的设备更新或系统扩展留出适当空间。设计方案采用CPUSR20PLC，并增添一组4路模拟量输入模块。这样的配置不仅确保了输入点数的充足，还为系统提供了更大的灵活性和扩展性。为了保证系统的长期稳定运行，以及将来可能对系统进行更新，需要选用合适的PLC及其扩展模块。这一设计思想是为了增强系统的自适应能力，使其能够应付不同的运行状况以及将来的扩充需要。PLC实物图如图3.1所示。图3.1PLC实物图PLC输入输出接口原理图如图3.2所示。图3.2PLC输入输出接口原理图PLC参数表如表3.1所示。表3.1PLC参数表用户储存器12KB的程序存储器/8KB的数据存储器/最大10KB的保持性存储器板载数字I/O12点输入/8点输出过程映像大小256位输入（I）/256位输出（Q）模拟映像56个字的输入（AI)/56个字的输出（AQ）位存储器（M）256位临时（局部）存储主程序中有64个字节，每个子程序和中断程序中有64个字节I/O模块扩展6个扩展模块信号板扩展最多1个信号板高速计数器共4个单相：4个200kHz正交相位：2个100kHz脉冲输出2个100kHz脉冲捕捉输入12循环中断共2个，分辨率为1ms沿中断4个上升沿和4个下降沿（使用可选信号板时，各6个）存储卡MicroSDHC卡（可选）3.1.2变频器选型变频器最根本的功能就是调节速度，它是通过对电机供电的频率、电压进行无级调节的。这种调速功能使得电机可以根据实际需要调整转速，从而满足不同的工艺要求，提高生产效率。同时，变频器可以实现电机的精准控制，使其在不同负载下保持稳定的工作状态，进一步提高生产效率和生产质量。更具体地说，在进行变频器选型时，我们需要综合考虑电压、电流和转矩的匹配度。这意味着，我们需要对现场的电力使用情况进行全方位和深入的分析，包括但不限于用电电压的级别和电压波形的质量等方面。综上所述，选择变频器的型号为西门子G120XA。变频器实物图如图3.3所示。图3.3变频器实物图变频器原理接线图如图3.4所示。图3.4变频器原理接线图变频器参数表如表3.2所示。表3.2变频器参数表功能值电压/功率范围FSA/FSG:3AC380V(-20%)...440V(+10%),0.75-250kW频率47163Hz±5%控制模式VIF(线性、平方、FCC、ECO)，无编码器矢量控制(SLVC)I/O资源ModbusRTU，USS，BACnetMS/TP版本:通信MS/TP.,PROFINET,EtherNetIP专用功能PID控制器，初次注水功能，清淤功能，多泵控制等节能功能ECO模式，休眠模式，旁路功能，能量/流量计算器特有保护功能霜冻保护，冷凝保护，气穴保护，负载检测等认证与标准CE，RCM，EAC，RoHS西门子G120XA系列产品主要用于风机、水泵等领域。该产品具有节能、可靠、使用方便等优点，可广泛应用于市政工程，如建筑、地铁、隧道等，也可用于水泥、化工、食品、饮料等行业。G120XA的功率范围覆盖0.75kW到560kW，内置风机和水泵行业应用功能，汇集了优异的高性能矢量控制算法，可轻易驱动风机，水泵，压缩机等负荷。其工作电压-20%~+10%，工作温度-20~60℃，内建双直流电抗器，采用软、硬件相结合，减少了故障停机时间。结构紧凑，可以并排安装，因此节约了占地面积，将典型的连接宏，多泵控制，飞车起动，清淤等各种风机泵类的特殊功能，可以进行专业、简便、快捷的调试。同时，还可以通过PC与移动电话进行无线连接，实现向导式的可视化诊断与调试。总的来说，西门子G120XA是一款功能强大、性能稳定、易于调试和维护的变频器，为泵的应用提供了高效的解决方案。3.1.3注浆泵选型注浆泵的主要功能是将特殊物质制成泥浆，然后注入地层或裂缝中，使其分散、胶结或固化，起到加固地层或防止渗漏的作用。在进行泵选型时，我们需要综合考虑流量、扬程、电机功率、进口孔径、出口口径和轴长。这意味着，我们必须对现场的使用情况进行全方位和深入的分析。从这个设计题目中，我们要选出一种性能优良的注浆泵，需要具有较好的适应性，流量稳定等来控制泵的操作。综上所述，选择注浆泵的型号为G25-1不锈钢自吸浓浆泵，注浆泵实物图如图3.5所示。图3.5注浆泵实物图注浆泵参数表如表3.3所示。表3.3注浆泵参数表型号流量m3/h扬程m电机kw进口mm出口mmG20-10.8600.75-62525G20-20.81201.1-62525G25-12601.5-63225G25-221202.2-63225G30-15602.2-65040G25-1不锈钢自吸浓浆泵可以完成设计需求，流量：2m³/h，扬程：60m，电机功率：1.5kw，井口口径：32mm，出口口径：25mm，轴长：360mm。G25-1不锈钢泵的耐用性可以形容为非常卓越。G25-1型不锈钢水泵是由优质不锈钢制成，具有良好的抗腐蚀、抗磨损性能。因此，即使在苛刻的工作条件下，水泵仍能长期稳定地工作，从而提高水泵的使用寿命。高级设计：所有水泵均经仔细计算及最佳化，以保证在不同工况下之高效能。同时，泵的结构紧凑，减少了磨损和泄漏的可能性，进一步提高了耐用性。可靠的密封性能：G25-1不锈钢泵采用可靠的密封设计，有效防止了介质泄漏和外部污染物进入泵内。这确保了泵的长期稳定运行，并减少了维护和更换的频率。易于维护和保养：这种水泵的构造，便于维修和维修。用户可以轻松检查和更换磨损部件，保持泵的良好状态。此外，泵的日常维护也相对简单，进一步提高了其耐用性。3.1.4压力变送器选型压力变送器是一种将压力转化为气压或电信号，用于远程控制和远程传输的装置。它的主要功能是把由测压元件传感器感应到的气体、液体等物理压力参数转化为标准的电信号（例如4-20mA直流等），为辅助仪表（例如：4-20mA直流等）提供给指示报警装置、记录仪、调节器等辅助仪器进行测量、显示和工艺调整。在设计中，我们选择合适的压力变送器，需要考虑以下几个管的因素，以确保所选设备符合实际应用需求：测量范围、精度等级、输出信号、防爆等级、介质兼容性、环境条件、电气连接、成本和维护。通过综合考虑这些因素，可以选出最适合实际应用需求的变送器。综上所述，选择压力变送器的型号为九茂防爆扩散硅压力变送器。压力变送器实物图如图3.6所示。图3.6压力变送器实物图压力变送器原理接线图如图3.7所示。图3.7压力变送器原理接线图压力变送器参数表如表3.4所示。表3.4压力变送器参数表产品名称压力变送器型号2088系列供电型号18-36VDC输出信号4-20mA精度等级0.2%FS膜片材质36L不锈钢接头材质全304不锈钢工作温度100℃内，如温度过高需加装散热装置九茂防爆硅压力变送器是一种以扩散硅芯或陶瓷芯为传感元件的测压仪器，它具有高灵敏度、高灵敏度、高灵敏度等特点。它是一种耐腐蚀，稳定性好，精度高，耐冲击等特点的传感器，在石油，化工，电力，冶金，医药，食品等众多行业中得到了广泛的应用。其工作原理为：将流量和气压分别施加于换能器两端，使得换能器的膜片发生微小的位移。蕙斯登电桥把气压转化为一个比例的电压，然后通过电路把它变成一个标准的直流电信号。该变送器具有良好的耐超载、耐冲击、低温漂等特点，是一种非常精确的测量方法。另外，九茂防爆扩散硅压传感器工作可靠，安装和使用方便，体积小，重量轻，性价比高。该装置可取代传统的远程传递压力表、霍尔元件、差变送器等，并能与多种类型的动圈指示仪、数压力表、电电位差计等配合使用。总之，九茂防爆扩散硅压传感器是一种性能稳定，测量准确，使用方便的测量仪器，适合不同的工业应用场合。3.1.5流量变送器选型流量变送器是将涡轮流量计、电磁流量计等流量传感器所输出的信号变换成标准的模拟信号，或变换成便于控制系统读出的电压信号、电流信号、数字信号等。流量变送器的选型过程涉及多个关键因素，这些因素共同决定了所选设备是否适合特定的应用环境。以下是在流量变送器选型过程中需要考虑的主要条件：测量介质、测量范围、精度要求、压力损失、安装条件、环境温度、电气接口和输出信号、防爆和安全性、成本和维护。通过综合考虑这些因素，选择流量变送器的型号为LWGY液体涡轮流量水柴油甲醇管道式流量变送器如图3.8所示。图3.8流量变送器实物图流量变送器原理接线图如图3.9所示。图3.9流量变送器原理接线图流量变送器参数表如表3.5所示。表3.5流量变送器参数表信号输出电流输出或电压输出供电电源24VDC精密等级0.5级/1.0级侧量范围标准量程/扩展量程显示功能有介质温度-20~80°C环境温度-20~50°CLWGY液体涡轮流量水柴油甲醇管道式流量变送器具有以下优点：高准确度：以扭矩平衡为基础的涡轮式流量计，可实现高准确度的流量测量。该系统的设计，使测试结果精确、可靠，非常适合于对高精度流量的应用场合。宽测量范围：LWGY液体涡轮流量计适用于广泛的流量范围，从低流量到高流量都能进行准确测量。这使其可以适用于各种大小和应用场合。重复、稳定性：涡轮流量计具有优良的复现性和稳定性，能够在长时间运行过程中保持一致的测量性能。这样做可以减少维修和校正次数，并减少操作费用。反应快：涡轮流量计对流动的改变反应很快，能很快地发现流动的改变，并加以测量。这使得它适用于需要实时监测和控制的流量测量应用。适用于多种介质：LWGY液体涡轮流量计适用于多种液体介质，包括水、柴油、甲醇等。这使得它能够适应不同行业和应用的需求，具有广泛的应用范围。结构紧凑、安装方便：涡轮流量计通常采用紧凑型设计，安装简便，不需要复杂的安装步骤。这使得它能够快速集成到现有的管道系统中，降低安装和维护的难度。多种输出信号选项：涡轮流量计通常提供多种输出信号选项，如模拟信号和数字信号。这使得它能够与不同类型的显示仪表、控制系统和数据采集系统进行连接，满足不同的信号传输需求。综上所述，LWGY液体涡轮流量水柴油甲醇管道式流量变送器具有高精度测量、宽测量范围、良好的复现性和稳定性、快速响应、适用于多种介质、结构紧凑、安装方便以及多种输出信号选项等优点。这些优点使得LWGY液体涡轮流量水柴油甲醇管道式流量变送器在石油、化工、供水等行业中得到广泛应用，成为流量输入输出计量和节能的理想选择。3.2电路设计3.2.1PLCIO接线图在项目的详细设计阶段，我们深入分析并精确计算了PLC的输入和输出点数，确保充分掌握系统需求。考虑到实际运行经验与未来可能的系统扩展，我们预留了额外百分之二十的总点数，为后期调试或功能增加提供灵活性，减少硬件调整的需求。为确保系统图纸的准确性和可读性，我们采用了业界领先的制图软件进行绘制。同时，遵循PLC厂家的技术规范和建议进行接线设计，在充分利用PLC的所有功能，确保系统的稳定与可靠。在PLC的输入部分，结合项目要求和功能特性，我们集成了按键开关、接近开关及其他相应传感器。所有输入设备需满足直流24V输入电压，以符合特定PLC设计要求。考虑到PLC只能输出低电流信号并不能直接操控高电流设备，我们决定为PLC输出增添中间继电器，从而提高控制大功率设备的能力并确保PLC的安全运行。PLC接线图如图3.10所示。图3.10PLC接线图3.2.2变频器电路设计为了确保项目顺利进行并满足专业要求，我们在电路系统设计中引入了先进的变频器控制手段。考虑到在工作过程中变频器可能面临的各种意外与故障，为了确保整体电路的稳定性与安全性，我们决定采用空气开关作为首选的保护设备。该开关被精准地部署在变频器的输入端，包括L1、L2和L3三个关键位置。经过这一关键步骤后，我们成功地完善了变频器的进线供电设计。进一步地，为了确保电路的完整性与稳定运行，我们将变频器的出线端，即U、V、W端口，与电机马达的对应接入点进行了紧密连接。这样的设计旨在保证电路的完整性和高效传输。变频器接线图如图3.11所示。图3.11变频器接线图3.2.3模拟量接线图如3-10号设计图所展示，在本次项目中，存在模拟量控制的需求。然而，PLC主体并不具备模拟量转化功能，因此在电路中我们增设了一个模拟量模块。有了这一模块，整个控制系统就能够接收并处理模拟量信号，并将其传递至PLC的核心部分。随后，经过特定的算法处理，我们能够得到模拟量传感器返回的确切数据值。具体的连线细节在下面的图纸中有详细描述。模拟量接线图如图3.12所示。图3.12模拟量接线图3.3IO分配表说明在研究的控制系统中，为了确保后续程序设计的流畅性与准确性，制定了详细的IO分配策略。这种策略的设计目的是为了明确每个输入/输出（IO）点的功能，从而提高系统的稳定性和可维护性。通过这种方式，系统设计者、开发者以及维护人员都可以清晰地了解各个IO点的作用，降低因错误配置或理解不清导致的系统错误。因此，IO分配的合理配置是保证整个控制系统平稳运行的关键。接下来，提供具体的IO分配表，详细列出每个IO点的分配情况。这样既便于以后的程序设计，又可为以后的进一步优化打下良好的基础。这种明确和系统性的方法不仅提高了工作效率，还确保了控制系统的可靠性和持久性。请参考以下的表格，以获取关于IO分配的详细信息。IO分配表如表3.6所示。表3.6IO分配表说明地址说明地址启动I0.0注浆泵Q0.0停止I0.1阀门Q0.1流量模式I0.2运行指示灯Q0.2压力模式I0.3故障指示灯Q0.3手动自动I0.4流量模式指示灯Q0.4注浆泵手动I0.5压力模式指示灯Q0.5阀门手动I0.6超压指示灯Q0.6注浆泵故障I0.7低流量指示灯Q0.7急停I1.0

第4章软件设计4.1程序流程图当程序设定完成后，按下启动按钮，便可开启注浆泵及阀门；进入监测阶段，检测当前的压力是否低于预设下限值，若低于下限，则停止工作以保证系统的正常运行和安全；选择压力模式工作，控制压力传感器将压力维持在设定范围内，并通过PID控制器实现恒定压力目标；一旦达到预定压力，软件再次启动注浆泵，同时打开阀门以继续工作。程序流程图如图4.1所示。图4.1程序流程图程序流程图展示了软件在注浆泵计量控制系统中的工作逻辑。为了保证系统在多种工况下的稳定工作，还引入了相应的软件响应机制。软件的设计重点在于能够灵活适应不同的运行模式，无论是在压力控制模式下维持恒定压力，还是在流量监测环节中保证流量不低于最小要求，软件均能有效地控制注浆泵和阀门的运行，确保整个系统的高效与安全。通过这种综合的控制策略，软件在注浆泵计量控制系统中起到了核心的作用，保障了整个系统的可靠性和稳定性。4.2程序说明在模拟量计算程序中，当PLC的电源被激活后，它将开始采集AIW0的数据。随后，这些数据被传递至S_ITR功能程序块进行处理。接着，我们基于ISH设定了PLC内部数值的上界，而通过ISL来确定其数值的下界。同时，OSH被用来完成传感器相关数值的上限设置，同时，OSL确保了传感器数值的下限得到适当配置。为了深入了解这一连串操作的细节，可参考接下来的软件设计部分进行详细探讨。模拟量计算程序块如图4.2所示。图4.2模拟量计算程序块在启停程序控制流程中，打开IO.0启停开关，Q0.2运行指示灯亮起，标志着系统开始工作。接着，软件进入自动运行状态。在此状态下，系统按照预设的逻辑进行操作，不需要人工操作。若停止按钮I0.1被按下，程序立即终止自动运行模式，转为待机状态。这时需要迅速制止，以确保系统的安全性和稳定性。启停程序块如图4.3所示。图4.3启停程序块在模式选择程序的控制流程中，操作逻辑得到了明确的定义，以便于轻松切换不同的工作模式。具体来说，打开I0.2流量模式控制开关时，软件将数字1传输至动作步骤控制器VW600，从而启动流量控制模式。这种模式下，系统依据流量参数进行操作，确保注浆过程的精准控制。另一方面，若打开I0.3压力模式控制开关，软件通过MOV指令将数字10传入VW600，从而切换系统至压力控制模式。在此模式下，系统会根据压力参数进行调节，以维持压力水平的恒定。模式选择程序块如图4.4所示。图4.4模式选择程序块在注浆泵工作程序的设计中，软件首先检查动作步骤控制器VW600的当前值是否为1。一旦确认值为1，软件便指令注浆泵和阀门启动，开始执行工作任务。此时，软件的主要作用是实时监控系统的压力参数。如果检测到系统压力低于预设的压力阈值，软件立即发出指令，使整个系统暂停工作。在这个过程中，软件的实时监控和响应机制起到了非常关键的作用，以确保系统平稳运行和安全可靠。注水泵工作程序块如图4.5所示。图4.5注水泵工作程序块在PID控压程序的设计中，软件首先检验动作步骤控制器VW600的值是否达到10。当这一条件得到满足，软件随即激活PID自动调节功能块。这个功能块的主要任务是确保实时压力显示（VD304中的值）与预设的压力设定值（VD2000中的值）相匹配。一旦两者的值相等，软件便继续执行后续的工作流程。这种设计思路体现了软件对工作状态的敏感性和调节能力。通过PID自动调节功能，软件能够实现对压力的精准控制，确保系统按照预定参数稳定运行。在这一过程中，软件对压力值的实时监控和调整是至关重要的，它不仅保证了操作的准确性，还提升了系统的安全性和可靠性。PID控压程序块如图4.6所示。图4.6PID控压程序块在输出程序的设计中，软件的主要任务是监测和响应不同的操作信号。当软件侦测到辅助继电器M2.0，表明注浆泵已经被接通，它随即激活输出继电器Q0.0。此外，当手动/自动开关I0.4被激活时，软件也将对输出继电器Q0.0进行控制。在手动模式下，即使注浆泵手动开关I0.5被接通，软件同样会使输出继电器Q0.0启动，从而控制注浆泵的运行。输出程序块如图4.7所示。图4.7输出程序块4.3程序仿真接通电源后，PLC开始从AIW0（第一个模拟量的通道地址）采集数据。然后，将这些数据送到S_ITR（将16bit的整数乘以一个系数，然后转换为32bit的浮点数）功能块中进行加工处理。在此过程中，PLC内部数值的上限由ISH（换算对象的高限）参数设定，而其下限则由ISL（换算对象的低限）参数确定。与此同时，变送器数值的上限设置由OSH（换算结果的高限）参数完成，变送器数值的下限设置由OSL（换算结果的低限）参数完成。模拟量计算程序块如图4.8所示。图4.8模拟量计算程序块在程序中，当启动IO.0后，Q0.2的指示灯点亮，使系统开始工作。接着，PLC进行自锁，进入自动运行模式。在此模式下，PLC按照设定的逻辑自主运行，无需额外的人工干预。然而，当按下I0.1停止按钮时，注浆泵立即终止自动运行，使系统回归到待机状态。启动程序块如图4.9所示。图4.9启动程序块停止程序块如图4.10所示。图4.10停止程序块按下I0.2打开，现在注浆泵实现的是流量模式控制，PLC便将数字1传递到动作步骤控制器VW600（字存储器）中，从而启动流量控制模式。另一方面，按下I0.3，即压力模式控制开关，PLC则通过MOV（移动值指令）指令将数字10送入VW600，切换至压力控制模式。流量模式程序块如图4.11所示。图4.11流量模式程序块压力模式程序块如图4.12所示。图4.12压力模式程序块流量模式运行时PLC会检查动作步骤VW600的当前状态是否为1。若为1，注浆泵与阀门便开始运行。此时，软件继续监测当前压力是否低于预设流量。一旦检测到流量低于设定值，系统将自动停止运行。若为10。则PLC激活PID自动调节功能。接着，PLC比对压力指示VD300的数值与压力设定值VD20008是否相等。若两值相等，PLC则继续平稳运行。流量模式运行检测如图4.13所示。图4.13流量模式运行检测流量模式指示灯如图4.14流量模式指示灯所示。图4.14流量模式指示灯低流量指示灯如图4.15所示。图4.15低流量指示灯压力模式运行时PLC会检查动作步骤VW600的当前状态是否为1。若为1，注浆泵与阀门便开始运行。此时，软件继续监测当前压力是否低于预设压力。一旦检测到压力低于设定值，系统将自动停止运行。若为10。则PLC激活PID自动调节功能。接着，PLC比对压力指示VD304的数值与压力设定值VD2000是否相等。若两值相等，PLC则继续平稳运行。压力模式检测运行如图4.16所示。图4.16压力模式检测运行压力模式运行指示灯如图4.17所示。图4.17压力模式运行指示灯超压指示灯如图4.18所示。图4.18超压指示灯在该控制软件设计案例中，PLC首先判断动作步骤VW600的状态是否为10。若条件满足，则激活PID自动调节功能。接着，软件比对压力指示VD304的数值与压力设定值VD2000是否相等。一旦这两个值相同，软件则继续执行后续操作。注水泵工作程序块如图4.19所示。图4.19注水泵工作程序块当辅助继电器M2.0检测到注浆泵的接通时，软件便会指令输出继电器Q0.0进入工作状态。同时，若手动自动开关I0.4处于激活状态，注浆泵的手动开关I0.5也被接通，这也将触发输出继电器Q0.0以控制注浆泵的运行。辅助继电器检测运行程序块如图4.20所示。图4.20辅助继电器检测运行程序块注浆泵输出继电器运行程序块如图4.21所示。图4.21注浆泵输出继电器运行程序块若按下I0.7，这将触发输出继电器Q0.3，注浆泵进入故障状态，注浆泵运行故障程序块如图4.22所示。图4.22注浆泵运行故障程序块第5章MCGS画面设计5.1创建项目和画面5.1.1建立工程利用MCGS组态软件，搭建了一套完整的工程控制系统.灌浆泵的计量控制系统工程包括动画生成，控制流程编写，模拟装置联接，报警输出，报表曲线显示和打印等多个功能。如果已经将“MCGS组态软件”安装到电脑中，那么在窗口中将出现“MCGS运行环境”和“MCGS组态环境”两个图标。在MCGS的配置环境中，右键单击“MCGS态环境”图标。MCGS平台的窗口如图5.1所示。图5.1MCGS工作台窗口在“文件”中选中“新建工程”，并在D:\MCGS\WORK\下自动创建一个新项目，默认项目名称是新项目X.MCG(X是新项目的顺编号，例如：0,1,2等）。工程另存为窗口如下图5.2所示。图5.2工程另存为窗口在菜单“文件”中选择“工程另存为”选项，把新建工程存为：D：\MCGS\WORK\新建工程。保存新建的工程如图5.3所示。图5.3保存新建的工程5.1.2画面设计及动画连接选择“用户窗口”命令，选择“用户窗口”中的“新建窗口”，生成一个新的“窗口0”。新建用户窗口如图5.4所示。图5.4新建用户窗口在工具栏上点击“工具箱”按钮，就会弹出一个动画工具箱，这个工具箱中的图标与选择器相对应，用来从使用者视窗中选择所要显示的图像。MCGS系统中有通用的图元、图符、动画组件等对象，这些对象被称作“系统图对象”。绘图工具箱窗口如图5.5所示。图5.5绘图工具箱窗口在“工具”菜单中选择“目标组件库”，或在工具栏上选择“工具箱”，就会出现一个“动画工具箱”，该工具箱中的图标可用来从目标组件库中读出已保存的图形物体。5.2画面制作利用MCGS软件内置的画面设计工具，展示如何创建一个自动运行的界面。在设计的界面中，可以清晰地看到当前的压力和流量设定值，以及它们的实时数据。此外，界面还包括了对系统进行启动和停止控制的功能。注浆泵计量控制系统设计不仅直观展示了关键参数，也提供了对这些参数的即时控制，确保了系统运行的高效性和稳定性。界面布局考虑了操作的便捷性和数据的清晰性，能够迅速地获取所需信息，并做出相应的控制决策。流量模式运行画面如图5.6所示。图5.6流量模式运行画面压力模式运行画面如图5.7所示。图5.7压力模式运行画面注浆泵计量控制系统界面设计中，提供了一种方法来配置控制系统的关键运行参数。这种配置方式在设备的调试阶段尤为重要，它可以直接通过HMI（人机界面）直接进行在线监控和参数设定，从而确保设备运行符合工艺要求。不仅提高了设备调试的效率，还增强了系统的灵活性和用户的操作便利性。参数设置画面如图5.8所示。图5.8参数设置画面报警界面设计，界面的核心功能是在设备运行期间，一旦检测到任何故障，立即将故障信息显示出来，能够迅速识别并定位设备故障，为后续的故障排查和维修工作提供便利。报警界面的设计注重于信息的清晰展示和即时反馈，确保在设备出现异常时能够立即引起注意。报警画面如图5.9报警画面所示。图5.9报警画面压力曲线图界面设计，界面主要功能是在设备操作过程中，将压力传感器的反馈数据实时转化为曲线图展示。这样的展示方式能够直观地观察到设备的当前运行状态，从而实时监控设备的工作状况。压力曲线图的设计考虑到了数据可视化的重要性，能够一目了然地理解设备的压力变化情况。通过实时更新的曲线图，可以迅速识别任何异常波动，从而及时采取措施调整或维护设备。压力、流量曲线图如图5.10所示。图5.10压力、流量曲线图结论基于PLC的注浆泵计量控制系统在电气部分的设计。首先，对国内外在该领域的研究进行了分析，发现尽管国际上在自动化控制系统方面有着较为成熟的技术和应用，但国内在特定细分领域，如注浆泵控制系统方面，仍有较大的发展空间。这一发现指导了本项目设计的方向，需要缩小这一差距。电路设计是本项目的核心部分。在设计中，重点考虑了系统的可靠性和安全性，以保证长时间的稳定运行。电器选型则着眼于性能与成本的平衡，选择了既能满足系统需求又具有经济效益的电器部件，例如PLC、变频器、注浆泵、变送器等。此外，为了提高系统的操作性和维护性，特别关注了这些部件的兼容性和模块化设计。流程图设计则清晰展示了整个控制系统的工作流程，包括各个环节的逻辑关系和操作序列。这不仅有助于理解系统的整体架构，也为后期的问题诊断和维护提供了便利。程序图设计方面，通过使用标准化和结构化的程序语言，提高了程序的可读性和可维护性，同时也便于后续的程序调整和扩展。程序仿真是设计过程中不可或缺的一步。通过仿真，能够在系统实际投入运行前，预测和识别潜在的问题，并根据其问题进行调整。这不仅节省了成本，也缩短了制作周期，提高了系统的可靠性和稳定性。总而言之，基于PLC的注浆泵计量控制系统的电气部分设计考虑了从理论研究到实际应用的全过程，不仅注重了技术的先进性和实用性，还强调了系统的可靠性、安全性和经济性。通过综合考虑这些因素，这个设计能够有效地满足现代工业自动化的需求，为相似项目提供了宝贵的参考。参考文献[1]赵忠良.基于PLC技术的注浆泵控制系统设计[J].自动化技术与应用,2020,36(8):120-123.[2]朱宁,李振国.基于PLC的智能注浆泵计量系统设计[J].工矿自动化,2019,44(6):80-84.[3]王峰.基于PLC技术的注浆泵电气控制系统设计研究[J].自动化技术与应用,2019,38(5):147-150.[4]赵阳,张瑞强.基于PLC的注浆泵智能监控系统设计[J].自动化技术与应用,2020,39(1):164-167.[5]王