基于PLC的水泵测试控制系统设计

摘 要：控制核心与工控机联合控制的模式是PLC系统的最大优点，程序设计语言编制了运行方式程序，从而水泵测试过程控制系统得以顺利构建，该系统结合了PLC和工控机自身的优势特征，经过现场的实践调试表明，能有效地提高了水泵测试过程的可靠性和安全性，系统安全稳定，使用方便，满足生产实际需要。

关键词：PLC；水泵测试；控制系统；设计

目前，国内那些采用专用测量仪器与仪表的水泵微机测试系统的水泵生产企业，它们做水泵型式试验和出厂试验时，无论精度还是效率方面都有了较大的提高，但是这类测试系统仍有一些不足之处，例如在现场测试的抗干扰性和测试过程控制的实时性方面相对较为薄弱。为此，在原有设计系统的基础上，作者提出了一套改进方案，将工业控制领域中运用相对普遍的PLC引进了水泵试验测试控制系统，既充分利用了PLC自身处理速度快、可靠性高和抗干扰能力强的优点，又利用了工控机良好的数据分析和处理能力。

1、水泵测试控制系统的设计方案

通过控制变频器电动机的转速，调节电动阀门等以达到满足用户需求的自动调整水泵电动机的运行状态并自动修正不同流量下水泵各类测试，从而使误差降到最低。为了保证整个测试过程的精度和读数分辨力，可以根据测量统计修正模型并进行有效的补偿，从而达到对信号进行较复杂的计算和处理，对自动处理水泵测试过程中出现的各种故障进行检测和排除。监测量可以是开关量，也可以是模拟量，自动实时监测水泵电动机及相关辅助设备的运行参数和运行状态；将事先设定的限定值实时与监测量的监测结果进行比较，一旦被测量超过限定值时，相应的声光报警信号将会启动，这样用户就可以适时调整相关信号。安全系统主要是适时地产生一些保护性动作。比如由于某些异常或是人为因素而引起的电动机反转现象，致使水泵出现倒吸的针对水泵在测试运行过程中发生的严重漏电现象，从而能够避免整个测试系统的崩溃。

2、水泵测试控制系统硬件设计

2.1测量控制单元设计

测量控制单元属于过程控制级，直接与水泵电机及各类测量传感器、变频器、各种空气开关和中间继电器相连，来完成整个测试过程的控制与监测。机组的测量控制单元包括模拟量输入/输出、开关量输入/输出、键盘输入和声光报警等。电机的信号为电压、电流、电阻、功率、频率、转速以及电机绕组温度。电网的信号为电压、电网总有功功率、电网频率及各空气开关线圈的开关状态。压力传感器信号为进口压力和出口压力。PLC测控单元的控制信号为电机的启动、停机及电动调节阀的调整等。

2.2测试控制电路设计

水泵测试过程控制系统的主要电路包括主控电路、测量电路、电动阀控制电路和水泵电机控制电路。综合考虑系统的整体性能和可靠性。作为整个水泵测试过程控制系统的主控电路，其性能直接影响整个系统运行的稳定性。测量电路是水泵测试系统关键部分，其功能是负责测量水泵与电机的各种信号，通过各种测量仪器和传感器采集水泵与电机运行的各种关键信号量。因此，其性能的好坏直接影响信号测量的精度和可靠性。

3、水泵测试控制系统软件设计

3.1模块设备

在水泵测试控制系统的软件设计过程中，整个系统大致可以分为4个模块，即通讯模块、数据处理及过程控制模块、监控模块、数据采集模块。通讯模块的基本功能是要保证试验过程中试验数据传输的实时性和准确性，这样才能既发挥PLC控制精度高和抗干扰能力强的特点，又能充分利用工控机良好的数据分析和处理能力；系统采用了RS232通讯模块来保证数据传输通道的正常运行。数据处理及过程控制模块是整个测控系统的核心。本系统通过对来自数据采集模块数据的计算、分析和处理，由D/A或者I/O模块向系统中的各个控制器件和电控开关发出控制信号，实时调整系统的状态和参数，使系统严格按照要求自动完成试验项目的操作。数据采集模块的主要功能是对测控系统中各个传感器的信号进行采集，为试验的分析和处理提供数据来源。本系统的数据采集分为两部分：模拟量信号采集和数字量信号采集。模拟量的采集使用12位的A/D卡，数字量的采集使用C/T卡。监控模块就是对系统各个部分的状态进行监控。当系统发生异常或出错时，及时报警并采取相应的应急措施。在水泵试验中，试验回路正确与否对试验能否正常和顺利地完成起着决定性的作用。因此，监控模块的主要功能就是对试验回路进行监控，方便用户在系统出现异常时及时做出反应。

3.2 PLC控制程序设计

针对水泵测试系统的控制特点，PLC控制程序主要由过程控制、继电器动作和数据上传3部分组成。过程控制部分主要将PC上位机上所设定的参数读入，检查设备是否处于初始状态，控制每个试验的逻辑过程，与上位机设定通信接口位；继电器动作部分主要将过程控制中的各个逻辑状态进行组合，根据其组合的结果控制继电器、电动调节阀及电机的开闭，从而完成整个系统所要实现的各种电气、电动功能；数据上传部分主要是将传感器测量的模拟量信号和数字信号处理后上传给上位机进行显示，根据控制要求画出程序流程图，并根据流程图进行梯形图编程。

结束语：

本系统采用以西门子S7-200PLC为控制核心与工控机联合控制的模式，利用VB.NET程序设计语言编制了界面和通信程序，构建了水泵测试过程控制系统，该系统充分发挥了PLC和工控机自身的优势。系统测控软件的设计是基于模块化思想进行设计的，整个软件由通讯模块、数据采集模块、监控模块、数据处理及过程控制模块4个部分组成。模块的引入大大简化了程序，使程序具有良好的可读性及可扩展性，为以后系统功能的增加奠定了良好的基础。经过现场的调试表明，系统稳定可靠，满足生产实际需要，使用方便，有效地提高了水泵测试过程的可靠性和安全性。

参考文献：

[1]赵鹏程.集散型计算机控制系统[M].杭州：浙江大学出版社，2010

[2]金立江.泵试验理论与方法[J].科技传播，2013