基于PLC系统的流量标定装置升级改造
【摘要】随着科技的进步和时代的发展，许多新技术和新系统被广泛地运用于人们的日常生活中。本文主要是介绍关于选煤自动化系统的软件与硬件设施。该系统采用无线远程通信，使用PLC做现在下位机，具有自动化水平高、经济、安全等优点。
【关键词】PLC网络 流量标定装置 升级改造
【引言】PLC是一种专门为工业领域的生产和发展而设计的一整套数字运算的电子操作系统。该系统主要是以可编程的储存器为基础，其内部能够进行顺序控制、算术运算指令操作、定时计数和存储指令逻辑运算等操作指令，并且通过模拟量化或数字量化的输出和输入进而达到操控环节生产过程和各类机械设备的目的。随着工业化进程的加快和信息技术的不断进步，采用PLC控制系统取代继电器控制系统已经是大势所趋，现行的许多工程和实际操作也证明，PLC系统的设计是工业发展的必然要求。
1.PLC的原理、功能与基本构造
与一般计算机的构造相同，PLC的基本构造也包括中央处理器（CPU）、存储设备、编程器、输出设备、输入设备以及其他的外部设备。
作为PLC核心设备的中央处理器（CPU）就相当于人的大脑，控制着整个系统中其余部分的操作，由控制电路、运算器和存储器等部分组成。一般而言，这些电路都会集成到一个整块的电路芯片上，通过地址、数据与控制总线上的输入、输出、存储等电路相关联，进而达到控制这些电路工作的目的。
中央处理器(CPU)依据系统程序赋予其的功能进行接收由用户通过编程器输入的数据和程序，同时把这些数据与程序存放在随机存储器当中。当PLC开机之后，中央处理器(CPU)从随机存储器（RAM）中所存放的首条指令开始，一直执行到用户所编写程序的最后一条，如此不停地循环往复，每当指令被扫描一个周期，程序就会执行一次。
2.基于PLC的流量标定装置的升级改造
本系统是是一项远程无线监控工程，是指通过一台作为上位机的计算机，采取远程无线通信的方法，对下属站点中流量标定装置的工作状态进行监控。站点现在使用PLC技术进行数据处理、采集、实时情况监控、事故报警和故障保护。在正常情况下，能够实现站点中流量标定装置的无人值守，操作上位机的监控人员可以依照上传的数据实时使用上位机对该站点中的机泵的运转和停止进行控制。
按照功能划分，站点内的计算机监控系统可以分为本地PLC（下位机）和监控中心（上位机）。
1.1下位机的主要功能
(1)对工作现场的数据进行处理和采集，并发出执行动作的信号，达到和上位机信息交换的目的。
(2) 对工作现场的流动方向、流量大小、系统压力和现场系统电路温度进行检测。
(3)检测站点中流量标定装置现场的各个机泵的电流，当电流过低或电流超高是自动停止机泵的运转。
(4)对系统电路温度进行监测，温度过高或到达底限时发出报警。
1.2上位机的主要功能
(1)往返监控各处机房中每台机泵的电流、工作状态和过载状态的实时数据以及各处选煤系统中的设备的系统压力、流量大小、运转速度、电流大小、电路温度、电压稳定情况等实时参数。
(2)记录和接受例如盗警、电源掉点、火警等由下位机所传来的报警信号。
(3) 对不同地区的流量标定装置进行单独机泵的起、停操控以及对流量标定装置做出远
程开、关的操作。
(4)能够使用表格、曲线图等方式记录历史数据与实时数据，同时提供打印服务。
2.基于PLC的流量标定装置在升级改造中的构成
基于PLC的改造升级主要由上位机的无线数据传输模块、计算机、各类传感器、天线等设备和下位机的PLC构成，也可称为上位机连接系统。由于上位机提供了优异的人机交互界面，下位机能够直接参加现场控制，并且通过各类传感设施实时采集数据和发出控制指令，实现下位机与上位机之间能够及时通过无线数据的传输设备进行数据传输，从而达到了工作人员可以对全网内的设备进行管理和监控的目的。
系统可选用的PLC型号为EC20_CPU42，该上位机内置的链接单元，安装的是数字量的输入信号ID212，数字量的输出单元信号OC224，温度传感器的单元信号TB195和模拟量的
[1]输入单元信号ZF215。
2.1 特殊I/O单元
特殊I/O单元ZF215和TB195首先要根据情况对其单元号进行不同的设定，以从而确保其各自的输入模拟量所使用的AR和TM区域。在该系统当中，输入模拟量信号的线路有10条，因而要安装ZF-215模块两块，之后，将此模块的单元号相应的设置为2与3，换言之就是给这两块模块分别配给IM100～IM109和DC1000～DC1099，IM110～IM119和DC1100～DC1189。另外，由于温度的输入线路占据了两条传输线，所以根据实际情况要安装TB195模块，其所对应的号是4，同时将IM100～IM109和DC1000～DC1099分配到其工作的区域内
[2]。
2.2传输无线数据的模块
以传输无线数据的模块ZL7230作为可编程控制器和计算机之间的传输数据媒介，通过TC-255非同步串口来进行PLC或计算机与模块之间的数据通信。此模块和计算机及PLC之间的连接只需三线的简易连接即可，在该系统中只用作于数据的传输。用于此系统中的传输无线数据的模块通过广播方式发送数据，之后由链接帧格式中的节点号来判定与PLC上位机有关的发送方和接收方，而那些与节点号不符合的信息，将有PLC拒绝接受。
3.上位机链接通信
上位机链接通信主要是用于上位机和PLC之间的数据传输，从而使上位机可以通过上位机链接系统监视PLC的数据区的内容和其运行状态。此外，还可以通过TQC（一）等指令将PLC数据区中的信息传输回上位机。
上位机链接通信是一种以上位机为工业局域网通信主站的，主从总线的通信方式，其余的链接进入该网的所有的PLC均是从站。在本系统内，由上位机负责监察和控制各个下属选煤厂工作，每个选煤厂独立运行，彼此之间没有数据交流，所以在信息的传送方式上属于主从通信。
当某一从站和主站建立起联系之后，可使用有应答的方式进行交流，主站使用命令帧的形式发出指令，从站则用响应帧进行回答。由于响应帧和命令帧中都包含了所需要交互的信息，所以采取这种应答方式就能够使想要交流的信息与数据顺利的被对方接收。
另外，由于结束码可以表示指令是否完结，所有可以将FPS校验码用于检查数据传送时是否存在错误。如果PLC正确地执行了由上位机所下达的指令，那么结束码应显示为00；如果没有正确执行或发生了错误，则结束码应该为非0。
4.基于PLC的流量标定装置升级改造的软件设计
采用的是既可以确保定期刷新监控主机内各地PLC分机的实时数据，又可以避免通信总线发生冲突的上位机轮换询问方式。对于遇到各地PLC主动发出的报警信息的情况，上位机可以采取中断的方式进行通信。
在这种方式中，首先由上位机向各地PLC系统发出数据接收指令，PLC在获取了与其相
关的上位机所传输的指令之后应进行判定，检查信息传送的正确与否，若正确，PLC应该及时将涵盖校验字节在内的数据向上位机传送;否则，PLC应对上位机的传送数据请求选择拒绝。当其所属系统获取到了PLC回传指令的数据之后对其是否正确也要进行判定，如若正确，
[3]则接收，否则选择拒绝接收。
5.结论
随着现代化进程的加速，例如要求了解各类生产信息、解决生产过程中的自动化与安全因素等等一系列的安全生产监控要求被不断提出。在基于PLC对流量标定装置的升级改造过程中，不仅解决了各地站PLC与主站上位计算机的信息交互问题，而且解决了主站对各地PLC的信息的实施检查和控制。整套系统不光经济可靠，结构简洁，而且在资源的投入方面，节省大量的财力、物力和人力，不仅降低了企业经营的营运成本，同时也大幅提高企业的安全水平，有着广阔、良好的发展前景和应用空间。
【参考文献】
[1]郭宗仁.可编程控制器及其通信网络技术.北京：人民邮电出版社，2008
[2]邱公伟.可编程控制器网络通信及应用.北京：清华大学出版社，2008
[3]范逸之，陈立元.Visual Basic 与RS-232串行通信控制.北京：清华大学出版社，2009
[4]张纯静,申龙涉,晏永飞,张国军,官学源,杜义朋.锥形流量计的标定及其误差分析[J].辽宁石油化工大学学报. 2012.
基于PLC系统的流量标定装置升级改造
【摘要】随着科技的进步和时代的发展，许多新技术和新系统被广泛地运用于人们的日常生活中。本文主要是介绍关于选煤自动化系统的软件与硬件设施。该系统采用无线远程通信，使用PLC做现在下位机，具有自动化水平高、经济、安全等优点。
【关键词】PLC网络 流量标定装置 升级改造
【引言】PLC是一种专门为工业领域的生产和发展而设计的一整套数字运算的电子操作系统。该系统主要是以可编程的储存器为基础，其内部能够进行顺序控制、算术运算指令操作、定时计数和存储指令逻辑运算等操作指令，并且通过模拟量化或数字量化的输出和输入进而达到操控环节生产过程和各类机械设备的目的。随着工业化进程的加快和信息技术的不断进步，采用PLC控制系统取代继电器控制系统已经是大势所趋，现行的许多工程和实际操作也证明，PLC系统的设计是工业发展的必然要求。
1.PLC的原理、功能与基本构造
与一般计算机的构造相同，PLC的基本构造也包括中央处理器（CPU）、存储设备、编程器、输出设备、输入设备以及其他的外部设备。
作为PLC核心设备的中央处理器（CPU）就相当于人的大脑，控制着整个系统中其余部分的操作，由控制电路、运算器和存储器等部分组成。一般而言，这些电路都会集成到一个整块的电路芯片上，通过地址、数据与控制总线上的输入、输出、存储等电路相关联，进而达到控制这些电路工作的目的。
中央处理器(CPU)依据系统程序赋予其的功能进行接收由用户通过编程器输入的数据和程序，同时把这些数据与程序存放在随机存储器当中。当PLC开机之后，中央处理器(CPU)从随机存储器（RAM）中所存放的首条指令开始，一直执行到用户所编写程序的最后一条，如此不停地循环往复，每当指令被扫描一个周期，程序就会执行一次。
2.基于PLC的流量标定装置的升级改造
本系统是是一项远程无线监控工程，是指通过一台作为上位机的计算机，采取远程无线通信的方法，对下属站点中流量标定装置的工作状态进行监控。站点现在使用PLC技术进行数据处理、采集、实时情况监控、事故报警和故障保护。在正常情况下，能够实现站点中流量标定装置的无人值守，操作上位机的监控人员可以依照上传的数据实时使用上位机对该站点中的机泵的运转和停止进行控制。
按照功能划分，站点内的计算机监控系统可以分为本地PLC（下位机）和监控中心（上位机）。
1.1下位机的主要功能
(1)对工作现场的数据进行处理和采集，并发出执行动作的信号，达到和上位机信息交换的目的。
(2) 对工作现场的流动方向、流量大小、系统压力和现场系统电路温度进行检测。
(3)检测站点中流量标定装置现场的各个机泵的电流，当电流过低或电流超高是自动停止机泵的运转。
(4)对系统电路温度进行监测，温度过高或到达底限时发出报警。
1.2上位机的主要功能
(1)往返监控各处机房中每台机泵的电流、工作状态和过载状态的实时数据以及各处选煤系统中的设备的系统压力、流量大小、运转速度、电流大小、电路温度、电压稳定情况等实时参数。
(2)记录和接受例如盗警、电源掉点、火警等由下位机所传来的报警信号。
(3) 对不同地区的流量标定装置进行单独机泵的起、停操控以及对流量标定装置做出远
程开、关的操作。
(4)能够使用表格、曲线图等方式记录历史数据与实时数据，同时提供打印服务。
2.基于PLC的流量标定装置在升级改造中的构成
基于PLC的改造升级主要由上位机的无线数据传输模块、计算机、各类传感器、天线等设备和下位机的PLC构成，也可称为上位机连接系统。由于上位机提供了优异的人机交互界面，下位机能够直接参加现场控制，并且通过各类传感设施实时采集数据和发出控制指令，实现下位机与上位机之间能够及时通过无线数据的传输设备进行数据传输，从而达到了工作人员可以对全网内的设备进行管理和监控的目的。
系统可选用的PLC型号为EC20_CPU42，该上位机内置的链接单元，安装的是数字量的输入信号ID212，数字量的输出单元信号OC224，温度传感器的单元信号TB195和模拟量的
[1]输入单元信号ZF215。
2.1 特殊I/O单元
特殊I/O单元ZF215和TB195首先要根据情况对其单元号进行不同的设定，以从而确保其各自的输入模拟量所使用的AR和TM区域。在该系统当中，输入模拟量信号的线路有10条，因而要安装ZF-215模块两块，之后，将此模块的单元号相应的设置为2与3，换言之就是给这两块模块分别配给IM100～IM109和DC1000～DC1099，IM110～IM119和DC1100～DC1189。另外，由于温度的输入线路占据了两条传输线，所以根据实际情况要安装TB195模块，其所对应的号是4，同时将IM100～IM109和DC1000～DC1099分配到其工作的区域内
[2]。
2.2传输无线数据的模块
以传输无线数据的模块ZL7230作为可编程控制器和计算机之间的传输数据媒介，通过TC-255非同步串口来进行PLC或计算机与模块之间的数据通信。此模块和计算机及PLC之间的连接只需三线的简易连接即可，在该系统中只用作于数据的传输。用于此系统中的传输无线数据的模块通过广播方式发送数据，之后由链接帧格式中的节点号来判定与PLC上位机有关的发送方和接收方，而那些与节点号不符合的信息，将有PLC拒绝接受。
3.上位机链接通信
上位机链接通信主要是用于上位机和PLC之间的数据传输，从而使上位机可以通过上位机链接系统监视PLC的数据区的内容和其运行状态。此外，还可以通过TQC（一）等指令将PLC数据区中的信息传输回上位机。
上位机链接通信是一种以上位机为工业局域网通信主站的，主从总线的通信方式，其余的链接进入该网的所有的PLC均是从站。在本系统内，由上位机负责监察和控制各个下属选煤厂工作，每个选煤厂独立运行，彼此之间没有数据交流，所以在信息的传送方式上属于主从通信。
当某一从站和主站建立起联系之后，可使用有应答的方式进行交流，主站使用命令帧的形式发出指令，从站则用响应帧进行回答。由于响应帧和命令帧中都包含了所需要交互的信息，所以采取这种应答方式就能够使想要交流的信息与数据顺利的被对方接收。
另外，由于结束码可以表示指令是否完结，所有可以将FPS校验码用于检查数据传送时是否存在错误。如果PLC正确地执行了由上位机所下达的指令，那么结束码应显示为00；如果没有正确执行或发生了错误，则结束码应该为非0。
4.基于PLC的流量标定装置升级改造的软件设计
采用的是既可以确保定期刷新监控主机内各地PLC分机的实时数据，又可以避免通信总线发生冲突的上位机轮换询问方式。对于遇到各地PLC主动发出的报警信息的情况，上位机可以采取中断的方式进行通信。
在这种方式中，首先由上位机向各地PLC系统发出数据接收指令，PLC在获取了与其相
关的上位机所传输的指令之后应进行判定，检查信息传送的正确与否，若正确，PLC应该及时将涵盖校验字节在内的数据向上位机传送;否则，PLC应对上位机的传送数据请求选择拒绝。当其所属系统获取到了PLC回传指令的数据之后对其是否正确也要进行判定，如若正确，
[3]则接收，否则选择拒绝接收。
5.结论
随着现代化进程的加速，例如要求了解各类生产信息、解决生产过程中的自动化与安全因素等等一系列的安全生产监控要求被不断提出。在基于PLC对流量标定装置的升级改造过程中，不仅解决了各地站PLC与主站上位计算机的信息交互问题，而且解决了主站对各地PLC的信息的实施检查和控制。整套系统不光经济可靠，结构简洁，而且在资源的投入方面，节省大量的财力、物力和人力，不仅降低了企业经营的营运成本，同时也大幅提高企业的安全水平，有着广阔、良好的发展前景和应用空间。
【参考文献】
[1]郭宗仁.可编程控制器及其通信网络技术.北京：人民邮电出版社，2008
[2]邱公伟.可编程控制器网络通信及应用.北京：清华大学出版社，2008
[3]范逸之，陈立元.Visual Basic 与RS-232串行通信控制.北京：清华大学出版社，2009
[4]张纯静,申龙涉,晏永飞,张国军,官学源,杜义朋.锥形流量计的标定及其误差分析[J].辽宁石油化工大学学报. 2012.