基于VC的PLC数据采集管理系统

基于VC的PLC数据采集管理系统（共8篇）

1.基于VC的PLC数据采集管理系统 篇一

郎锐 频谱分析是电子工程上一个非常重要的分析手段，许多计算机辅助电路分析（CAA）类软件都具备这种分析能力，以便电子工程师能清楚地看到某波形的频谱分布情况，要对一个输入信号源作频谱分析，将其由时域信号转变为频域信号，就必然要用到傅立叶变换。 这

郎锐

频谱分析是电子工程上一个非常重要的分析手段，许多计算机辅助电路分析（CAA）类软件都具备这种分析能力，以便电子工程师能清楚地看到某波形的频谱分布情况。要对一个输入信号源作频谱分析，将其由时域信号转变为频域信号，就必然要用到傅立叶变换。这样，无论是在时域还是在频域，都要对连续函数进行积分运算。很显然，要通过计算机实现这种变换就需要预先通过抽样将原始的连续数据转变为离散数据，并将计算范围收缩到一个有限区间。因此，在允许一定程度近似的条件下，可以使用“离散傅立叶变换（DFT）”对波形数据进行频谱分析。

算法构成原理

要计算一个N点的离散傅立叶变换需要同一个N×N点的W矩阵（关于W矩阵请参阅信号与系统方面或数学方面的书籍）相运算，随着N值的增大，运算次数显著上升，当点数达到1024时，需要进行复数乘法运算1048576次。显然这种算法在实际运用中无法保证当点数较大时的运算速度，无法满足对信号的实时处理要求。

根据W矩阵中W元素的周期性和对称性我们可以将一个N点的DFT运算分解为两组N/2点的DFT运算，然后取和即可。为进一步提高效率，将上述两个矩阵按奇偶顺序逐级分解下去。当采样点数为2的指数次方M时，可分解为M级子矩阵运算，全部工作量如下：

复数乘法：M×N/2次

复数加法：N×M次

直接采用DFT算法需要的运算量为：

复数乘法：N×N次

复数加法：N×(N－1)次

当点数N为几十个点时快速傅立叶交换(FFT)的优势还不明显，而一旦N达到几千时优势是十分明显的：

N=1024时：DFT需1048576次运算，FFT仅需5120次运算，改善比为204.8。

N=2048时：DFT需4194304次运算，FFT仅需11264次运算，改善比达到372.4。

当采样点数较多时，如变换前和变换后的序列都按自然顺序排列，则中间运算过程会占用大量的中间存储单元，造成效率的低下和存储单元的浪费。根据FFT的实现原理我们可以对采样序列进行逐次奇偶抽选，打乱以前的次序重新排序，然后按此顺序参加运算，以“即位运算”提高存储单元的利用率。

复数的描述方法

进行傅立叶变换时不可避免地要用到复数，而在VC中并没有现成的可用于表示复数的数据类型，因此需要自己定义一个含有两个成员变量的数据结构来表示复数，这两个成员变量可分别用于表示复数的实部与虚部：

typedef struct tagComplex{

//复数的实部

float Re;

//复数的虚部

float Im;

}Complex;

倒序的实现

在进行快速傅立叶变换时，可以将输入的时域序列和输出的频域序列都按照自然顺序排列；也可以按照“蝴蝶图”所描述的计算方法对输入的时域序列按奇偶分解后的序列排序，而输出的频域序列仍是按自然顺序排列；还有一种方式是输入的时域序列是自然序列，而输出的频域序列则是按奇偶分解后的顺序排列。这三种方式各有优缺点：第一种对输入、输出不需要进一步排序，但由于自然排序不符合“蝴蝶图”运算规律，会占用大量中间存储单元；而后两种则无需中间存储单元，但需要倒序。权衡利弊，当采样点较多时还是采用后两种方式好，多一次倒序运算对现在的高性能计算机而言并不是什么负担。下面代码用于对原始采样序列的时间抽选奇偶分解工作，其中A、N分别表示指向采样序列复数数组的指针和序列的长度。

int NV2=N/2;

int NM1=N－1;

int I,J,K=0;

//用于中介的复数变量T

Complex T;

I=J=1;

while(I<=NM1)

{

if(I< J)

{

//借助于中间变量T，将A[J－1]的内容和A[I－1]的内容互换

T=A[J－1];

A[J－1]=A[I－1];

A[I－1]=T;

}

K=NV2;

while(K< J)

{

J－=K;

K/=2;

}

J＋=K;

I＋＋;

}

时域信号的频谱分析

首先要将从外设输入或采集的时域波形数据经抽样量化后，通过CFile类的Open（……）、Read(……)等成员函数将其读取到缓存中，并将其转化为复变量存放于复变量数组A中。同时需要验证数据量的长度是否为2的整数次幂，如不是则用0来补齐，否则无法用“蝴蝶图”进行分解运算。下面代码用于完成对原始采样时域序列的快速傅立叶变换，A、M分别表示指向原始采样数据数组的指针和序列长度的2的整数次幂：

……

Complex U,W,T;

int LE,LE1,I,J,IP;

int N=(int)pow(2,M);

//由于采用时间抽选奇偶分解方式，所以在参加运算前首先要对时间序列进行倒序

ReverseOrder(A,N);

int L=1;

while(L<=M)

{

LE=(int)pow(2,L);

LE1=LE/2;

U.Re=1.0f;

U.Im=0.0f;

//计算W算子的值

W.Re=(float)cos(PI/(1.0＊LE1));

W.Im=(float)－1.0＊sin(PI/(1.0＊LE1));

if(abs(W.Re)<1.0e－12)

W.Re=0.0f;

if(abs(W.Im)< 1.0e－12)

W.Im=0.0f;

J=1;

while(J<=LE1)

{

I=J;

while(I<=N)

{

IP=I＋LE1;

//复数运算A×U

T.Re=(float)A[IP－1].Re＊U.Re－A

[IP－1].Im＊U.Im;

T.Im=(float)A[IP－1].Re＊U.Im＋A

[IP－1].Im＊U.Re;

//复数运算A－T

A[IP－1].Re=(float)A[I－1].Re－

T.Re;

A[IP－1].Im=(float)A[I－1].Im－

T.Im;

//复数运算A＋T

A[I－1].Re＋=T.Re;

A[I－1].Im＋=T.Im;

I＋=LE;

}

float temp=U.Re;

//复数运算U×W

U.Re=(float)U.Re＊W.Re－U.Im＊

W.Im;

U.Im=(float)temp＊W.Im＋U.Im＊

W.Re;

J＋＋;

}

L＋＋;

}

……

上述代码执行完毕时，原先存放着时域数值的复变量数组内存放的就是经过分析后的频域值，利用此数据可以通过绘图将频域波形直观地显示出来，也可以将其存成数据文件，以备进一步使用，

测试及运算结果分析

编译运行程序，分析一个三角脉冲的数据文件，并保存分析结果。该三角脉冲幅度为1，持续时间2毫秒，抽样时间间隔是20微秒，延拓周期（数据记录长度）为10毫秒，采样点数为500，取2的整数次幂512个采样点。下附该三角脉冲频谱的计算结果及误差分析：

频率（Hz） FFT求得 X(f) 误差

0.00 1.00006E－03 1.00000E－03 6.10352E－08

100.00 9.67593E－04 9.67531E－04 6.14332E－08

200.00 8.75203E－04 8.75150E－04 6.25092E－08

300.00 7.36904E－04 7.36849E－04 6.39413E－08

400.00 5.72852E－04 5.72787E－04 6.52926E－08

500.00 4.05351E－04 4.05285E－04 6.61362E－08

600.00 2.54638E－04 2.54572E－04 6.61847E－08

……

2700.00 9.16539E－06 9.09679E－06 6.86075E－08

2800.00 4.53216E－06 4.46500E－06 6.71550E－08

2900.00 1.21487E－06 1.15945E－06 6.44190E－08

注：此处FFT运算结果都乘以了系数10毫秒（0.01秒）。

从上述数据中可以看出，在分析结果中产生了误差。这是由于待分析的连续时间信号不具备离散性或周期性，也可能有无限长度。为了适应FFT方法的需要，先对波形进行了抽样和截断，这样再用程序分析采样数据必然会引起误差。从分析结果还可以看出，频率越高，误差波动也越大，此分析结果产生的误差在允许范围之内，是一个可以允许的近似。

本程序在Windows98、Microsoft Visual C＋＋ 6.0下编译通过。

原文转自：www.ltesting.net

2.基于VC的PLC数据采集管理系统 篇二

针对以上3种不同的通信接口类型,开发了一套上位机软件系统,该软件系统采用基于TCP/IP协议的Socket通信、RS232串口通信和USB通信技术,多线程并行工作模式、消息映射机制和SQL Server 2008数据库,集数据采集、数据分析、数据处理及数据存储等功能于一体,能及时、准确地监测各类传感器数据的变化。

1 系统设计①

1.1 总体方案

数据采集系统结构框图如图1所示,由图可以看出,数据采集系统由3部分构成,即传感器、数据采集终端和上位机软件。数据采集终端通过不同种类的传感器(传感器A、B、C)完成对被测对象各种参量的获取,然后通过数据传输通道(TCP/IP协议的Socket通信、RS232串口通信和USB通信接口)将采集的数据传输给上位机,从而完成对数据的分析、处理、显示及存储等一系列功能。

1.2 软件设计

数据采集系统软件平台工作流程可简化为数据通信、数据分析、数据处理、实时显示、数据存储和历史查询。图2为整个系统的软件流程。

整个工作流程中,数据通信、实时显示和数据存储之间需要并行工作,所以将它们放在不同的辅助线程中,而不同线程间的数据传递依赖于MFC的消息映射机制,该机制的具体实现方法是:定义一个消息与对应的消息处理函数,当有消息需要处理时,能依照静态表快速找出并调用对应的消息处理函数[3]。

1.2.1 数据通信的实现

数据通信是该软件系统的核心部分,其余各模块功能的实现都要以此为基础。该部分的数据传输通道包括TCP/IP协议的Socket通信、RS232串口通信技术和USB通用串行总线技术,为了使不同的数据传输手段之间协调工作,采用多线程技术。

针对基于TCP/IP协议的Socket通信的数据传输通道,设计了Server端和Client端程序,通信流程如图3所示。将套接字设计为监听模式(Listen),根据绑定的地址和端口,准备接受Client端的连接请求,当请求到来后进入主程序,Server端根据不同的频率设置向Client端发送数据,Client端实现接收、处理、显示和存储的功能,最后Client端发出关闭请求,实现了一次完整的网络通信[4]。

针对基于RS232接口的数据传输通道,开启多线程,每个线程中都需要实现串口通信,基于面向对象的设计思想,设计了CSerial Ctrl类,该类主要完成串口资源的申请和释放,指定输入、输出缓冲区的大小,填写设备控制块DBC,对已打开的串口进行参数配置(端口设置、波特率设置、校验位设置、数据位设置),Read Comm()、Write Comm()对串口进行读写操作,完成数据的接收和发送。图4为该过程的流程。

针对基于USB通用串行总线的数据传输通道,该通信接口与其他两种通信接口不同,需要专门的设备驱动程序。在应用程序与人机接口设备(HID)开始通信之前,应该先识别该设备并读取其报表信息[5,6]。在此利用Windows系统下的API函数获取设备信息集、识别接口信息、获取设备路径名、获得设备句柄。在成功获取设备句柄后,就可以使用它与设备进行交换通信。当应用程序结束与设备的通信之后,必须释放之前保留的资源数据。

1.2.2 显示模块的实现

软件设计可分为编码设计和UI设计,显示模块是UI设计的一部分,它是人机交互的重要组成部分。该系统显示界面的设计以功能实现为基础,与硬件分布情况相对应,主要包括解调仪参数(频率、增益及噪声门限等)的配置、各类传感器的模拟量数值和变化曲线、数据库的连接、历史曲线的查询和报警查询。

该模块中,所有曲线的绘制,都采用Tee Chart控件来完成,该控件使用方便,绘图美观,只需事先注册,并设置好相应的参数,便可完成图形的绘制[7]。绘图数据的传递由消息映射机制,从数据采集线程传递给绘图线程,存放于动态数组中,而动态数组直接映射到内存中,这样使得对动态数组的访问和修改速度与计算机的处理速度一致,保证了数据的实时性。

1.2.3 数据存储的实现

在高频采样模式下,会产生大量的数据需要存储,为了保证系统的存储效率和查询速度,采用ADO数据库访问技术去访问SQL Server 2008数据库,该数据库是表的集合,基于触发器的设计,完成了不同传感器向它对应表格中的存储,实现了历史曲线的查询[8,9]。

在对数据库操作的过程中,首先需要引用支持ADO的组件类型库,并在程序初始化过程中初始化组件,然后通过实例化ADO的3个核心对象完成对数据库的连接、插入及查询等操作。

2 测试结果与分析

图5为基于TCP/IP协议的温度传感器的测试结果,图6为基于RS232通信的红外CO2传感器测试结果,图7为基于USB通用串行通信接口的压力传感器的测试结果。

从显示曲线可以看出,该系统可以在不同的通信传输方法下实时地采集各类传感器的数据,并监测不同参数的模拟量数值和变化趋势,满足了不同接口类型和传输速率的需求。

3 结束语

经过实验测试,基于VS2010平台开发的数据采集系统上位机软件实现了与不同接口间的数据通信,同时能够保证采集数据的完整、安全与正确,界面友好,操作简便,显示直观,具有良好的扩展性和兼容性,为功能的扩充和其他系统的集成奠定了良好的基础。

参考文献

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[6]夏益民,王光君.基于USB的高速数据采集系统[J].国外电子元器件,2003,(10):33~38.

[7]吴胜勇,张胜,孙小飞.Tee Chart图形控件在通信检测软件中的使用[J].网络与通信,2009,22(37):88~98.

[8]王武生,韩艳,倪宏革.基于ADO的SQL Server数据库访问技术的研究[J].微机发展,2003,13(11):95~98.

3.基于VC的PLC数据采集管理系统 篇三

关键词：

共焦成像； 扫描控制； VC++开发平台

中图分类号： O 433 文献标识码： A

引 言

共焦显微镜一种是以光学系统的共焦成像为基础，利用光扫描技术对样品进行动态测量的装置，具有很高的分辨力和层析能力^[1]。目前，它已成为半导体，微电子器件，陶瓷元件的生产检测和生物学，医学研究珍断的重要工具^[2]，为开拓新学科和促进各学科领域向更高层次发展起了重要作用。它利用单点成像，从而突破了限制传统光学显微镜的瑞利衍射极限，大幅度提高了成像分辨力，共焦显微镜有很好的层析能力，采用适当的图像处理技术，对样品纵向连续层析，再将二维图像进行重构，可以得到物体的三维图像，其特点是可以对样品进行断层扫描和成像，进行无损伤观察和分析细胞的三维空间结构^[3]。共焦显微镜的横向扫描方式起初以单点扫描为主，之后发展为以nipkow盘扫描和微透镜阵列扫描为主的多点并行扫描等阶段^[4]。2011年，官志超等人设计了基于DMD共焦显微并行检测系统，该系统光能利用率高，具有高分辨、非接触、速度快和可柔性测量等优点^[5]。

综上所述，实验开展了纳米分辨远场光学共焦成像系统研究，其中控制软件的合理设计可提高系统的自动化程度，既节省时间，又能降低人工操作的出错概率。根据系统的界面控制特点，鉴于VC++在Windows界面开发中的优势，采用VC++设计和开发了控制系统的控制程序和操作子系统。软件平台设计如下^[6]：

1 系统硬件介绍

1.1 实验原理

纳米分辨远场光学共焦成像系统采用激光作为光源。在传统光学显微镜的基础上采用了共轭聚焦原理和装置。并利用计算机对所观察的对象进行数字图像处理的一整套观测、分析和输出系统。

系统硬件主要包括激光光源、物镜、纳米移动平台、光电倍增管、计算机等。原理如图1所示。共焦系统利用物镜使光束聚焦形成的小光点对样品逐点成像。该系统采用共轭焦点技术，使光源、被测物点、探测器处于彼此对应的共轭位置，光源经物镜在样品表面锐聚焦成衍射限制的斑点，其反射光再次通过物镜或聚光镜在空间滤波器的共焦针孔平面成像，由靠近像面位置的探测器接收光信号。出于焦面以外的光线在成像针孔前和成像针孔后聚焦，使得焦面以外的光信号被大大抑制，极大地提高了共焦显微镜的纵向分辨力，故共焦显微镜具有很好的层析能力；采用适当的图像处理技术，对样品纵向连续层析，再将二维图像进行重构，可以得到物体的三维图像。共聚焦显微镜常见的扫描方式有三种：一是物体移动，而聚焦在被测物上的光点保持不动；二是利用反射镜构成的扫描系统；三是利用声光偏转器。现采用物体移动的扫描方式，将被扫描的物体放置于PI纳米平台中，通过VC++编程控制纳米平台运动，从而带动被扫描物体的运动，再通过计算机进行控制和操作。

1.2 纳米控制平台介绍

现采用的纳米移动控制平台型号为E-517.i3，由两部分组成：控制器和移动平台，如图2所示。控制器通过输出电压信号来控制三维运动平台在XYZ三个方向上的运动，运动的最大幅度为200 μm。其输出有三个通道a、b、c，其中通道a控制X轴的运动，b控制Y轴，c控制Z轴。

PI控制器通过输出电压信号的变化来控制三维运动平台的运动。实验通过RS232口将计算机和控制器相连。为了让三维运动平台按照要求的方式进行扫描运动，实验前需对控制器进行一些初始设置。设置过程的流程图如图3所示。要实现计算机与控制器间的通信，以及对控制器模式的选择主要用到三个函数：

（1）int PI_ConnectRS232 （int iPortNumber，int iBaudRate）

此函数用途是建立计算机与控制器的连接。如果连接成功将返回控制器的ID值；如果连接失败将返-1。参数iPortNumber是一个整形变量，其含义是连接到控制器上的串口的编号。参数iBaudRate是一个整形变量，其含义是所设置的控制器的波特率。

（2）BOOL PI_ONL （long ID，int iPiezoChannels，int pdValarray，int iArraySize）

此函数的用途是设置控制器的控制模式。参数ID就是控制器的ID值，此值是函数PI_ConnectRS232（）返回得来的。参数iPiezoChannels是一个整形变量，此变量的含义是选择要设置的控制器的通道，控制器总共有三个通道，其中数字‘1’代表通道1，‘2’代表通道2，‘3’代表通道3。参数pdValarray是一个整形变量，用来设置通道的工作模式，‘0’代表非联机模式，‘1’代表联机模式。参数iArraySize也是一个整形变量，此变量用来显示数组的大小，因为现要同时对三个通道进行控制模式的设置，即将参数iPiezoChannels设置为一个维数为三的整形数组，所以此时此整形变量应设置为常数3。

（3）BOOL PI_SVO （int ID，char szAxes，BOOL pbValueArray）

此函数用来设置控制器的伺服模式。通过此函数，可设置控制器工作在开环模式或闭环模式。参数ID就是控制器的ID值，此值是函数PI_ConnectRS232（）返回得来的。参数szAxes是一个字符类型的变量，其值由函数PI_qSAI（）返回得来，用来存放被选定的三维纳米平台的运动方向的标识符，其中‘a’代表X轴，‘b’代表Y轴，‘c’代表Z轴。如果返回abc，说明此纳米平台为三维运动平台，能在XYZ三个方向上进行运动。由于所选用纳米平台的类型为三维运动平台，因此当调用函数PI_qSAI（）时，将返回abc。参数pbValueArray是一个布尔类型的变量，通过对此变量的设置，可以选择控制器的伺服模式，其中true代表闭环模式，false代表开环模式。

现选择采用联机模式，在调用函数PI_ONL（）时只需将参数pdValarray设置为“1”即可。只需调用函数PI_SVO（），并且将参数pbValueArray设置为true即可。初始设置完成以后就可以通过计算机输入命令，控制纳米平台的运动。此时的纳米平台将会在默认的速率下运动，这个默认速率会比要求的速度快或者慢。

2.2 扫描速率设置

扫描速率是指纳米平台从初始位置运动到目标位置的运动速率，它是否合理直接影响实验的最终结果。现必须对纳米平台的扫描速率^[7]进行设置，才能在一个合理的范围内找个一到最佳的点，将纳米平台的速率设置在这个点上时，随即得到最理想的实验结果。软件设计的思路如图4所示。

由图4可知，要想对纳米平台的扫描速率进行设置，首先需要打开速率控制模块，只有在速率控制模块打开成功的前提下才能对纳米平台的运动速率进行设置，同时纳米平台为三维运动平台，现必须对三个方向的速率同时进行设置。在此过程中主要用到两个函数PI_VCO（）和PI_VEL（），下面分别介绍这两个函数。

（1）BOOL PI_VCO

此函数用来设置速率控制模块“打开”或“关闭”两种状态，当处于“打开”状态时，当前轴将会在所设置速率的状态下运动，参数ID为控制器的ID号，由上文可知，ID号是由函数PI_ConnectRS232（）返回得来的。参数szAxes是一个字符类型的变量，用来存放被选定的三维纳米平台的标识符，其中‘a’代表X轴，‘b’代表Y轴，‘c’代表Z轴。参数pbValueArray是一个布尔类型的变量，通过对此变量的设置可以选择速率控制模块的打开或者关闭状态。其中‘true’代表打开状态，‘false’代表关闭状态。

（2）BOOL PI_VEL

此函数用来设置纳米平台的扫描速率，它可以同时对纳米平台在X、Y、Z轴三个方向上的运动速率同时进行设置。参数ID代表控制器的ID号，由上文可知，此ID号是由函数PI_ConnectRS232（）返回得来的。参数szAxes是一个字符类型的变量，是用来存放被选定的三维纳米平台运动方向的标识符，其中‘a’代表X轴，‘b’代表Y轴，‘c’代表Z轴。参数PdValueArray是一个双精度类型的变量，此变量是用来接收由对话框所输入的要设置的扫描速率的大小。

通过上面对函数用途和参数的介绍，现只需调用函数PI_VCO（），并且将true送给布尔类型的变量pbValueArray，同时，将由函数PI_ConnectRS232（）返回得来的ID和由函数PI_qSAI（）返回得来szAxes送给相应的变量，此时速率控制模块便可以成功打开。现还需要调用函数PI_VEL（），并且将由函数GetDlgItemText（）和函数atof（）从编辑框控件中转化得来的浮点型的数值送给参数pdValueArray，这样纳米平台的扫描速率便可以成功设定。

2.3 运动控制与实时显示

初始设置和扫面速率设置成功完成以后，就可以通过指令控制纳米平台的运动了。首先，在对话框中加入三个编辑框控件，此编辑框控件分别用来接收纳米平台在三个轴方向上将要运动到的目标位置，然后再添加一个按钮控件，在此按钮控件的消息响应函数中加载纳米平台的扫描运动函数PI_MOV（），下面重点介绍这个函数。

BOOL PI_MOV （int ID，char szAxes，double pdValueArray）

此函数的作用是如果所设定的目标位置在纳米平台所能到达的最大幅度之内的话，将驱动纳米平台向着所设定的目标位置运动，此时函数返回‘真’，否则，将返回‘假’。参数ID为控制器的ID号，由上文可知，此ID号是由函数PI_ConnectRS232（）返回得来的。参数 szAxes是一个字符类型的变量，是用来存放被选定的三维纳米平台运动方向的标识符，其中‘a’代表X轴，‘b’代表Y轴，‘c’代表Z轴。参数PdValueArray是一个双精度类型的变量，此变量用来接收由对话框所输入的纳米平台所要运动到的目标位置。

BOOL PI_qPOS （int ID，char szAxes，double pdValueArray）

此函数是用来得到纳米平台当前时刻在XYZ三个方向上的位置坐标，并将此位置保存在参数pdValueArray中。参数ID为控制器的ID号，由上文可知，此ID号是由函数PI_ConnectRS232（）返回得来的。参数szAxes是一个字符类型的变量，是用来存放被选定的三维纳米平台运动方向的标识符，其中‘a’代表X轴，‘b’代表Y轴，‘c’代表Z轴。参数 pdValueArray是一个双精度类型的变量，此变量用来接收由函数PI_qPOS （）返回的来的纳米平台的当前坐标。

通过对函数PI_qPOS（）的介绍可知，此函数来可以得到纳米平台的当前坐标，则只要每隔一个时间段就执行一次这个函数，纳米平台的位置便可以实时动态的显示出来。可以利用CWnd类中SetTimer（）这个函数，通过这个函数设置时间间隔的大小，此时间间隔默认单位为ms，若这个函数的回调函数设置为空，将会使用系统默认的onTime（）这个回调函数，在ClassWizard里，选择CPi_movefirstDlg类，添加WM_TIME消息映射，就自动生成onTime函数，然后在这个函数中加载函数PI_qPOS（），这样只要设置合理的时间间隔，纳米平台的当前位置便能实时动态的显示到对话框窗口中。

2.4 扫描方式选择

当被观察的物体放置在纳米平台上进行扫描时，总是希望被扫描的物体能够进行有规律的扫描运动，只有这样物体上被扫描的点与光电倍增管上接受到的光信号才有可能吻合起来，从而提高实验的精确度，减少实验误差，进而提高被观测样本的分辨力。现根据纳米平台的运动控制，编写了几种波形，当被测样品固定于纳米平台上时，可根据实际情况选择一种或几种波形做扫描运动。

首先，添加了两个编辑框控件，通过此编辑框控件可以限定被测物体在一个二维（XY）平面上的扫描范围，然后分别设置在X、Y方向上的步距。现有扫描范围和步距，就得到了在此二维平面上被扫描的点数。设置好扫描范围和步距以后，被测的点数就应单直接返回对话框窗口中，接下来就可以选择波形从而使被测物体按照此波形做扫描运动。

操作控制界面整体效果如图5、图6所示，图5左侧主要包括初始设置、图扫描速率设置、目标位置。右侧主要包含实时显示、波形选择。图6为整个实验装置实物图。

3 结 论

文中设计了纳米分辨远场光学共焦成像系统的扫描控制子系统，纳米分辨远场光学共焦成像系统的主要组成器件为纳米移动平台。为了实现成像系统实验的方便快捷，降低出错概率，提高实验效率，鉴于VC++软件丰富的类库和API函数库、界面编制灵活等特点，现采用VC++开发平台设计了扫描控制子系统。该子系统经测试检验，运行正常，使用方便，界面友好，有助于实现纳米分辨远场光学共焦成像系统的自动控制。

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4.基于PLC的锅炉供热控制系统 篇四

1.1锅炉的作用及供热控制系统现状 1.1.1 锅炉的作用

⑴ 锅炉及锅炉房是供热系统中热源产生的主要设备。

⑵ 锅炉是化工、石化、冶金、轻纺、造纸等工矿企业主要动力机供热设备。⑶ 锅炉是能源工业发展的主要组成部分。1.1.2 供热系统现状

锅炉是化工、炼油、发电等工业生产过程中必不可少的重要的动力设备。它所产生的高压蒸汽，既可以作为风机、压缩机、大型泵类的驱动透平的动力源，又可作为蒸馏、化学反应、干燥和蒸发等过程的热源。随着工业生产规模的不断扩大，生产设备的不断创新，作为全场动力和热源的锅炉，也向着大容量、高参数、高效率发展。为了确保安全，稳定生产，锅炉设备的控制系统就显得愈加重要。

随着经济的迅猛发展，自动化控制水平越来越高，用户对锅炉控制系统的工作效率要求也越来越高，为了提高锅炉的工作效率，较少对环境的污染问题，所以理由计算机与组态软件技术队锅炉生产过程进行自动控制有着重要的意义。其优越主要在于：首先，通过对锅炉燃烧过程进行有效控制，使燃烧在合理的条件下进行，可以提高燃料效率。由于工业鼓了耗煤量大，燃煤热效率每提高百分之一都会生产巨大的经济效益。其次，锅炉控制过程的自动化处理以及监控软件良好的人际界面使运行参数在CRT上的集中监测，操作人员在监控计算机上能根据控制效果及时修改运行参数，这样能有效地减少工人的疲劳和失误，提高生产过程的实时性、安全性。随着计算机控制技术应有的普及、可靠性的提高及交个的小降，工业锅炉的危机控制必将得到更广泛的应用。锅炉作为重要的动力设备，其控制的基本要求是供给合格的蒸汽，使锅炉蒸发量适应符合的要求。为此，生产过程的各个主要参数必须严格控制。锅炉设备是一个多输入、多输出的复杂控制对象，这些输入变量与输出变量之间是相互关联的。如果蒸汽负荷发生变化，必将引起汽包水位、蒸汽压力和蒸汽温度等的变化；燃料量的变化不仅影响蒸汽压力，同时还会影响汽包水位、蒸汽温度、炉膛负压；给水量的变化不仪影响汽包水位，而且对蒸汽压力、蒸汽温度等亦有影响；所以锅炉设备是多输入，多输出且相互关联的控制对象。1．2燃煤锅炉自动控制的发展历史

燃煤锅炉是一个比较复杂的工业设备，有几十个测量参数、控制参数和扰动参数，它们之问相互作用，相互影响，存在明显的或不明显的复杂因果关系，而且测控参数也经常变化，存在一定的非线性特性，这一切都给锅炉的控制增加了 难度。1．纯手动阶段

在六十年代以前，由于自动化技术与电子技术发展不成熟，人们的自动化观念还比较淡薄，这段时期的锅炉一般采用纯手动的控制方式，即操作工人通过经验决定送风、给水、引风、给煤的多少，通过手动操作器等方式来达到控制锅炉的目的。这样就要求司炉人员必须有丰富的经验，增加了工人的劳动强度，事故率高，更谈不上保证锅炉的高效率运行。2．自动化单元组合仪表控制阶段

随着自动化技术与电子技术的发展，国外己经丌发并广泛应用了全自动工业锅炉控制技术。60年代自订期，我国工业锅炉的控制技术丌始发展，60年代后期我国引进了国外的全自动燃油工业锅炉的控制技术，70年代后期己经研制了一些工业锅炉的自动化仪表，正式将自动化技术应用于工业锅炉控制领域，因而热效率有所提高，事故率也有所下降。但是，由于采用单元组合仪表靠硬件来实现控制功能，可靠性低，精度不高，而且只能完成一些简单的控制算法，不能实现一些较先进的算法和控制技术，控制效果仍然不理想。3．采用微机测控阶段

随着电子技术的发展，高集成度、高可靠性、价格低廉的微型计算机、单板机、单片机、工业专用控制计算机的出现以及在我固的广泛应用，为锅炉控制领域开辟了一片广阔的天地。运用计算机技术，开发出高效率、高可靠性、全自动的微机工业测控系统同益得到重视。80年代后期至今，国内己经陆续出现了各种各样的锅炉微机测控系统，明显地改善了锅炉的运行状况，但还不够完善，并对环境和抗干扰要求较高。4．分散控制阶段

分散控制系统(DCS)也称集成控制系统，其本质是采用分散控制和集中管理的设计思想，分而自治和综合协调的设计，采用层次化的体系结构，从下到上依此分为直接控制层、操作监控层、生产管理层和决策管理层。DCS是以多台DDC计算机为基础，集分散型控制系统。目前分散控制系统大多采用可编程控制器(PLC)进行系统设计，工控机机PLC的组合，不但系统体积小、可靠性高，而且造价较低，得到了广大用户的青睐。1.3锅炉运行的基本理论

1.燃料化学能妆花为热能—燃烧学

燃料产物：高温烟气 2.高温烟气向水放热—传热学

辐射放热：水冷壁等；对流放热：对流管束等 3.水吸热：气液两相流（水循环）

炉内放热：煤粉+空气混合燃烧（气固两相流）

油雾+空气混合燃烧（气液两相流）

烟气丢受热面的流动冲刷

第二章 锅炉供热控制系统的总体介绍

2．1锅炉供热控制系统的组成

目前我国的供热系统主要以燃煤锅炉为主体。而锅炉按照供热性质来分，可以分为热水炉和蒸汽炉两种。下面是供热控制系统的组成。该系统现有两台20T/H的热水炉、一台10T/H的热水炉、一台6T／H的蒸汽炉以及5个换热站组成。

整个供热控制系统可以分为一次网部分和二次网两个部分组成。一次网主要是冷水经锅炉加热并传送到换热站以自订的一次侧部分；而二次网则是在换热站中经过热交换，热水给用户供热，并返回换热站的部分。2．2交流电机的变频调速系统介绍

传统的给水调节系统和燃烧系统都是采用定速泵和风机，以改变调节阀门开度来改变给水流量和风量。这种调节方式的缺点是给水泵消耗功率大，调节阀门承受的压力大，容易造成调节阀门的迅速磨损。为了节约能源，目前在大型锅炉中广泛采用变频调节，变频调整是一种高效的交流调整方法，它利用变频器实现了异步电动机的无级变速，锅炉控制采用变频调整是节能的有效途径．锅炉的应用面很广，应用量也很大。在化工、炼油、发电、造纸、制糖、化纤、纺织、印染等工业部门，锅炉是必不可少的重要的动力设备。锅炉风机一般按满足锅炉最大负荷设计选型，而一常工作却在额定负荷的70％左右，因此，风机驱动电机的裕量较大，节电潜力很大。锅炉风机的风量调节常用风门控制，即增加管路阻力，而驱动电机全速运转，其效率低、能耗大，大量电能被白白浪费掉，采用变频调整调节风量，不需要风门，管路阻力减少，系统所需风量减少，电机转速可以降低，由于电机的轴功率与转速的立方成正比，因此耗电量大幅度下降，节能效果是十分显著的。

2.3 燃煤锅炉的自动调节过程 2.3.1 燃煤锅炉的组成

锅炉安热疗种类分，大致有燃油锅炉、燃煤锅炉和燃气锅炉。所有这些锅炉，虽然燃料及其供给方式不同，但其结构大同小异，蒸汽发生系统和蒸汽处理系统是基本相同的。由以下几部分组成：

1．汽包：由上下锅筒和沸水管组成。水在管内受管外烟气加热，因而在管簇内发生自然循环流动，并逐渐汽化，产生的饱和蒸汽聚集在锅筒罩面。为了得到干度比较大的饱和蒸汽，在上锅筒中还装有汽水分离设备，下锅筒做为连接沸水管之用，同时储存水和水垢。

2．炉膛：是使燃料充分燃烧并放出热能的设备。煤由煤斗落在转动的链条炉蓖上，进入炉内燃烧。燃烧所需要的空气由炉排下面的风箱送入，燃尽的残渣被炉蓖带到除灰口，落入灰斗中。得到加热的高温烟气依次经过各个受热面，将热量传递给水后，经由烟囱排至大气。3．省煤器：燃煤锅炉炉膛排除的烟气具有较高的温度，利用其热量可以加热进入汽包的冷水，一般省煤器由蛇形管组成。

4．空气预热器：继续利用离丌省煤器后的烟气余热，加热燃料燃烧所需要的空气的换热器。热空气可以强化炉内燃烧过程，提高锅炉燃烧的经济性，提高锅炉热效率。

5．引风设备：包括引风机、烟囱、烟道几部分，将锅炉中的烟气连续排出，保持炉膛的负压燃烧正常。

6．鼓风设备：由鼓风送风机、风道、风箱组成，供应燃料燃烧所需要的空气。

7．给水设备：由给水泵和给水管组成。给水泵用来克服给水管路和省煤器的流动阻力和锅炉的压力，把水送入汽包中。

8．水处理设备：用来清除水中杂质和降低给水硬度，防止锅炉受热面上结水垢或腐蚀锅炉，从而提高锅炉的经济性和安全性。

9．燃料供给设备：由运煤设备、原煤仓和储煤斗等设备组成，保证锅炉所需燃料的供应。

10．除灰除尘设备：分别为收集锅炉灰渣并运往存狄场地及除去烟气中灰粒的设备，以减少对周围环境的污染。2．3．2燃煤锅炉的工作过程

锅炉最基本的组成是汽锅和炉子两大部分。燃料在炉子罩进行燃烧，将其化 学能转化为热能，高温的燃烧产物一烟气通过汽锅受热面将热能传递给汽锅内温 度较低的水，水被加热进而沸腾汽化，生成蒸汽。以某高校锅炉房的锅炉为例，其工作概括起来应包括三个同时进行的过程：

1．燃料的燃烧过程：燃料煤加到煤斗中，借助于自重下落在炉排面上，炉排靠电动机通过变速齿轮减速后由链条来带动，将燃料煤带入炉内。新煤入炉，经预热阶段后开始着火，挥发物燃烧，同时焦炭也逐渐燃烧。燃料一面燃烧，一面向后移动。燃烧所需要的空气是由送风机送入炉体的风仓，向上通过炉排到达燃烧燃料层。风量和燃料量要成比例，进行充分燃烧，形成高温烟气。燃料燃烧剩下的灰渣，在炉排末端翻过除渣板后排入灰斗。燃烧过程进行得完善与否，是锅炉正常工作的根本条件。要使燃料量、空气量和负荷蒸汽量有一一对应的关系，这就是根据所需要的负荷蒸汽量来控制燃料量和送风量，同时还要通过引风设备控制炉膛负压。该过程的特点是时间常数和滞后时问都比较大，而且随着媒质、煤种及风量的改变，这两个参数将有很大的变化。

2．烟气向水(汽)等的传热过程：燃料燃烧所放出的热量使得炉内温度很高，高温烟气与布置在炉膛四周墙面上的水管进行强烈的辐射传热。烟气将热量传递给管内的水后，由于引风机和烟囱的引力作用而向炉膛上方流动。沿途降低温度的烟气最后进入尾部烟道，经省煤器和空气预热器进行热交换，以较低的温度排出锅炉。

3．水的汽化过程：对于蒸汽炉来说，经过处理的水由泵加压，先流经省煤器而得到预热，然后进入汽锅。锅炉工作时，汽锅中的工作介质是处于饱和状态下的汽水混合物，它们位于烟气温度较低的对流管束中。由于受热较少，汽水混合物的容重较大；而处于烟气温度较高区的水冷壁和对流管束受热多，其相应工质的容重小：这样，容重大的工质向下流入下锅筒，而容重较小的工质则向上流入上锅筒，形成水的自然循环。由于上锅筒内的汽水分离设备和锅筒本身空间J内的重力分离作用，使汽水混合物得以分离。2．4燃煤锅炉的自动调节任务

燃煤锅炉的任务是根据负荷要求，生产具有一定参数(压力和温度)的蒸汽和热水。为了满足负荷设备的要求，保证锅炉本身运行的安全性和经济性，它主要要实现下列自动调节任务：

1．出水温度控制：出水温度控制同路即锅炉的炉排控制回路，它通过调节炉排转速即调节给煤量的多少来调节锅炉的出水温度。锅炉出水温度是热水锅炉的最重要的参数，采用微机控制可有效克服人工控制的缺陷．微机内预存有各种室外温度下的标准供水温度及标准供水、回水温度差曲线，微机首先根据当的室外温度及一段时问的室外温度变化情况推算出室外温度的变化趋势，再由标准供水曲线上查得当前订锅炉的出水温度标准值，作为出水温度控制回路的给定值。微机根据锅炉当前出水温度与给定值的偏差大小，通过内部的控制算法调节炉排转速大小，使锅炉出水温度逐渐达到标准值。

2．回水压力控制：回水压力主要是指在一次网循环过程中，被加热的水在换热站中完成热交换，将热量交换给二次网以后的低温水返回锅炉中，在网管中的压力。回水压力的自动控制的目标是为了保证系统管道的安全性，通过控制补水泵和变频阀对回水压力进行控制。加热引起的热膨胀作用，使管道内压力逐渐身高，到升高一定值时，开启安全阀对系统泄压，避免由于管道压力过高引起的管道破裂或者损坏；在循环过程中，由于在管道中的泄漏情况，使的管道内压力逐渐降低，使的系统压力不足，影响供暖效果，需要开启补水泵对系统进行补水，以提高系统的回水压力。

3．汽包水位控制：锅炉汽包水位自动控制的目标就是使给水量跟踪锅炉的蒸发量并维持汽包水位在工艺允许的范围内。汽包水位是锅炉运行的主要指标，是一个非常重要的被控变量，维持汽包水位在一定的范围内足保证锅炉安全运行的首要条件。

4．蒸汽压力控制：蒸汽压力是衡量蒸汽供求关系是否平衡的重要指标，是蒸汽的重要工艺参数。压力过高，会加速会属的蠕变；压力太低，不能提供负荷符合要求的蒸汽。在锅炉运行过程中，蒸汽压力降低，表明负荷的蒸汽消耗量大于锅炉的蒸发量；蒸汽压力升高，说明负荷的蒸汽消耗量小于锅炉的蒸发量。因此，控制蒸汽压力，是安全生产的需要，是维持负荷正常工作的需要，也是保证燃烧经济性的需型。

锅炉蒸汽压力的变化是由于热平衡失调引起的．而影响热平衡的因素主要是燃烧热和蒸汽热，燃烧热的波动引起的热平衡失调称为“内扰”，而蒸汽热波动引起的热平衡失调为“外扰”，为了克服内外扰对蒸汽压力的影响，在各个基本的单炉蒸汽压力控制系统中，输入到锅炉的燃烧热必须跟随蒸汽热的变化而变化．以尽量保持热量平衡同时根据蒸汽压力与给定值的偏差适当增减燃料量以增加或减少蒸汽压力。

5．炉膛压力控制：燃烧过程中，应使引风量和送风量相适应。锅炉正常运行中，炉膛压力应保持在微负压状态下。负压过大，漏风严重，总的风量增加，烟气热量损失增大，不利于安全生产和环境卫生。

6．炉排转速控制：锅炉燃烧过程，用户需要的蒸汽量和蒸汽压力都不是不变的，用汽量有一个高峰和低谷消耗时期，为了能满足用户不同时段的用汽需求，给煤量的多少也要随之改变，即要控制炉排转速，调整燃烧给煤量。

7．维持经济燃烧：要使锅炉燃烧过程工作在最佳工况，提高锅炉的效率和经济性，关键问题是空气和燃料维持适当比例。要使得燃烧过程中不出现燃料燃烧不充分而导致一氧化碳和冒黑烟的现象，这就需要快速而精确地对燃烧进行自动调节，使空气和燃料呈现最佳的配比。

第三章 控制系统的设计

3．1 PLC软件介绍

PLC软件既有制造厂家提供的系统程序，又有用户自行开发的应用程序。系统程序为用户程序的丌发提供运行平台，同时，还为PLC程序的可靠运行及信号与信息转换进行必要的处理。用户程序由用户按具体的控制系统要求进行设计。3．1．1模块式PIC的基本结构

可编程逻辑控制器实质是一种专用于工业控制的计算机，可编程逻辑控制器其硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成为：

一、电源 可编程逻辑控制器的电源在整个系统中起着十分重要的作用。如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此，可编程逻辑控制器的制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去

二、中央处理单元(CPU)中央处理单元(CPU)是可编程逻辑控制器的控制中枢。它按照可编程逻辑控制器系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当可编程逻辑控制器投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。

为了进一步提高可编程逻辑控制器的可靠性，近年来对大型可编程逻辑控制器还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。

三、存储器

存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。

四、输入输出接口电路

1．现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是可编程逻辑控制器与现场控制的接口界面的输入通道。

2．现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用可编程逻辑控制器通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。

五、功能模块

如计数、定位等功能模块。

六、通信模块 3．1．2 PLC的特点

1．编程方法简单易学：梯形图是使用得最多的PLC的编程语言，其电路符号和表达方式与继电器电路原理图相似，提醒图语言形象直观，易学易懂。

2．功能强，性能价格比高：一台小型PLC内有成百卜千个可供用户使用的编程元件，可以实现非常复杂的控制功能。与相同功能的继电器系统相比，具有很高的性价比。通过通信联网，PLC可以实现分散控制，集中管理。

3．硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强：PLC已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，使用能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。

4．可靠性高，抗干扰能力强：PLC使用了一系列硬件和软件抗干扰措施，具有很强的抗干扰能力，平均无故障时间达到数万小时以上，可以直接用于有强烈干扰的工业生产现场，PLC已被广大用户公认为最可靠的工业控制设备之一。

5．系统的设计、安装、调试工作量下：PLC使用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中问继电器、时问继电器、计数器等器件，使控制柜的设计、安装、接线工作量大大减少。完成了系统的安装和接线后，在现场调试过程中，一般通过修改程序就呵以解决发现的问题，系统的调试时问比继电器系统少得多。

6．维修工作量小，维修方便：PLC的故障率很低，并且有完善的故障诊断功能。PLC或外部的输入装置和执行机构发生故障时，可以根据PLC上的发光二极管或编程软件提供的信息，方便地查明故障的原因，用更换模块的方法可以迅速的排除故障。7．体积小，功耗低：对于复杂的控制系统，使用PLC后，可以减少大量的中间继电器和时间继电器，小型PLC的体积仅相当于几个继电器的大小，因此可以将开关柜的体积缩小到原来的1／2～1／10。3．2控制系统所用功能块

为支持结构化程序设计，STEP 7将用户程序分类归并为不同的块，根据程序要求，选用OB、FB、FC等逻辑块，而DB或DI则用来存储程序所需的数据。在某高校锅炉控制程序中使用了下列几种类型的块：

1．组织块(OB)：OB决定本系统程序的结构；

2．系统功能块(SFB)和系统功能(SFC)：SFB和SFC集成在S7CPU中可以用来访问一些重要的系统功能。

3．功能块(FB)：FB是带“存储区域”的块，可以自己编程这个存储区域；

4．功能(FC)：FC中是经常使用的功能的程序；背景数据块(背景DB)：当一个FB／SFB被调用时，背景DB与该块相关联，它们可以在编译过程中自动生成；

5．数据块(DB)：DB是用于存储用户数据的数据区域，除了指定一个功能块的数据，还可以定义可以被任何块使用的共享数据。

(1)．组织块及其优先级：组织块是操作系统和程序的接El。它有操作系统调用并控制循环和中断驱动的程序的执行以及可编程控制器如何启动。它们还处理对错误的响应，通过编程组织块可指定CPU的反应。组织块决定各个程序部分执行的顺序。一个OB的执行可以被另一个OB的调用而中断。那个OB可以中断另一个OB由它的优先级决定，高优先级的OB可以中断低优先级的OB，其中用于主程序循环的OB 1优先级最高，背景OB优先级最低。如果被操作系统调用的OB多于一个，最高优先级的OB最先执行，其他OB根据优先级依次进行。

(2)．功能(FC)：FC是“无存储区”的逻辑块。FC的临时变量存储在局域数据堆栈中，当FC执行结束后，这些数据丢失了。要将这些数据永久存储，FC也可以使用共享数据块。由于FC没有自己的存储区，所以必须为它指定实际参数，不能为一个FC的局域数据分配初始值。

(3)．功能块(FB)：功能块是具有“存储功能”的块，用数据块作为功能块的存储器。传递给功能块的参数和静念变量存储在背景块中。临时变量存在本地数据堆栈中。当功能块执行结束时，存在背景块中的数据不会丢失，但存在本地堆栈中的数据将丢失。功能块使得对于经常使用的功能、复杂功能的编程变得容易。由两部分组成，一部分是每个FB的变量声明表，生命此块的局部变量；另一部分是逻辑指令组成的程序，程序要用到变量声明表中给出的局部数据。当调用FB时，需要提供执行时用到的数据或变量，将外部数据传递给FB，使得FB具有通用性，可被其他的块调用，以完成多个类似的控制任务。它至少具有一个背景数据块。功能FC和FB的区别是没有背景数据块，其不能使用静态变量，当完成操作后数据不能保持。

(4)．共享数据块(DB)和背景数据块(DI)：如果某个逻辑块(FC，FB或OB)被调用，则它可以临时占用局域数据IX(L堆栈)。除了这个局域数据区，逻辑块还可以打开一个DB形式的存储区。与局域数据区中的数据不同，在DB中的数据当DB关闭时，也就是，当相应的逻辑块结束时，不会被删除。每个FB，FC或OB可从共享DB中读取数据，或将数据写入共享DB。当该DB退出时，这些数据保持在DB中。程序所需的大量数据或变量在数据块中，是实现各逻辑块之间交换，传递和共享数据的重要途径。数据块只有变量声明部分，没有程序。打开数据块时，用声明形式：View>Declaration View；也可用数据显示形式：View>Data View。可建立一个或多个数据块，每个数据块可大可小，但CPU对数据块及数据总量有限制。对数据块必须遵循先定义后使用的原则，否则，将造成系统混乱。数据结构形式有：基本数据类型，复式数据类型和用户数据类型。

(5)．系统功能块(SFB)和系统功能(SFC)：在S7中不需要每个功能都自己编程，S7CPU提供了一些已经编号的程序块，这些块可在用户程序中进行调用。1)．统功能块(SFB)：系统功能块时集成在S7CPU中的功能块。SFB作为操作系统的一部分，不占用户程序空问。与FB相同，SFB也是“具有存储能力”的块。用户必须为SFB生成背景数据块，并将其下载到CPU中作为程序的一部分。

2)．系统功能(SFC)-系统功能时集成在S7CPU中的预先编号程序并通过测试的功能。可在程序中直接调用SFC属于操作系统的一部分，而不算做用户程序的一部分。与FC相同，SFC是“不具有存储能力”的块。

3.3 锅炉系统程序设计

锅炉供热控制系统的控制策略包括：稳定控制策略和动态识别控制策略等。稳定控制策略是指整个系统按照时间进行控制，对于不同的用户和不同的时间段按照固定温度进供暖，比如居民区，从凌晨4点到上午10点，按照一个温度值T1进行供暖；在10点到下午4点左右，按照温度值T2进行供暖；在下午4点到夜问10点左右，按照温度T3进行供暖；而在此以后到凌晨，则按照T4进行供暖。根据实际需要，其中T1，T3的值比，r2，T4的值相对较高。而对于教学楼，办公楼等用户，控制起来相对简单，在夜问只要采用低温供暖即可，白天则可以采用某一个固定值进行供暖。动态识别控制策略是指根据外界温度的变化，从而对室内温度进行调节控制。相比较上面两种控制策略，稳定控制策略控制方法比较简单，但是对于室外温度的感知很少，无法对室外温度的变化做出相应的反应；动念控制策略控制起来比较麻烦，但是对室外温度的变化能够做出适时的反应。对于上面两种控制方法各有利弊，所以本文采用的控制策略即使将稳定控制策略和动念识别控制策略揉和在一起，两种控制策略可以互相切换，既可以在平时控制起来比较方便，也可以对外界天气的变化做出相应的反应，控制起来比较人性化。对于整个系统的控制程序，在启动系统之后，首先进行参数的初始化程序，分别对系统累加器、定时器等功能块进行初始化，之后进行模拟量采集，对要求被控制的参数按照一定的时问间隔进行采集，然后调用相应的标度化程序对采集的参数进行标度化处理，使从外界采集到的实际工程数据转换成PLC内部可以直接使用的数据。在完成以上工作之后，各个回路调用自己相应的控制算法对系统中的四个控制回路的各个参数进行监测控制。同时启动报警控制程序，监测系统参数的越限情况。按此情况循环，实现整个系统的循环控制过程。

第四章 系统的抗干扰设计

4.1 PLC系统的抗干扰性

可编程控制器(PLC)在工业控制中应用越来越广泛，而PLC在工业控制的过程中，所在的工作环境十分复杂，各种干扰产生的影响不利于PLC系统的稳定运行，因此整个系统的抗干扰能力直接关系到PLC能否稳定、安全地运行。

4．1．1电磁干扰源及对系统的影响

影响PLC控制系统的干扰源与一般影响工业控制设备的干扰源一样，大都产生在电流或电压剧烈变化的部位，这些电荷剧烈移动的部位就是噪声源，即干扰源。控制系统中电磁干扰的主要来源空间的辐射电磁场干扰(EMI)主要是由电力网络、电气设备的暂态过程、雷电、无线电广播、电视、雷达、高频感应加热设备等产生的，通常称为辐射干扰，其分布极为复杂。若PLC系统置于射频场内，就会收到辐射干扰，其影响主要通过两条途径：一是直接对PLC内部的辐射，由电路感应产生干扰；二是对PLC通信内网络的辐射，由通信线路的感应引入干扰。辐射干扰与现场设备布置及设备所产生的电磁场大小，特别是频率有关，一般通过设置屏蔽电缆和PLC局部屏蔽进行保护。

4．1．2系统外引线的干扰

1．来自电源的干扰

实践证明，因电源引入的干扰造成PLC控制系统故障的情况很多，可更换隔离性能更高的PLC电源来解决。PLC系统的币常供电电源均由电网供电。由于电网覆盖范围广，它将受到所有空间电磁干扰在线路上的感应电压和电流。尤其是电网内部的变化，开关操作的浪涌、大型电力设备的起停、交直流传动引起的谐波、电网短路暂态冲击等，都通过输电线路传到电源原边。PLC电源通常采用隔离电源，但其机构及制造工艺因素使其隔离性能并不理想。实际上，由于分布参数特别是分布电容的存在，绝对隔离是不可能的。

2．来自信号线引入的干扰

与PLC系统连接的各类信号传输线，除了传输有效的各类信息外，总会有外部干扰信号侵入。此干扰主要有两种途径：一是通过变送器供电电源或共用信号仪表的供电电源窜入的电网干扰，这往往被忽视；二是信号线受空间电磁辐射的干扰，即信号线上的外部感应干扰，这是很严重的。由信号引入的干扰会引起I／O信号工作异常和测量精度大大降低，严重时将引起元器件的损伤。对于隔离性能差的系统，还将导致信号问相互干扰，引起共地系统总线回流，造成逻辑数据变化、误动作和死机。PLC控制系统因信号引入干扰造成I／O模块损坏的情况相当严重。3．来自接地系统混乱时的干扰

接地是提高电子设备电磁兼容性(EMC)的有效手段之一。正确的接地，即能抑制电磁干扰的影响，又能抑制设备向外发出干扰：而错误的接地，反而会引入严重的干扰信号，会使PLC系统无法正常工作。PLC控制系统的地线包括系统地、屏蔽地、交流地和保护地等。接地系统混乱对PLC系统的干扰主要是各个接地点电位分布不均，不同接地点问存在地电位差，引起地环路电流，影响系统正常工作。例如电缆屏蔽层必须一点接地，如果电缆屏蔽层两端都接地，就存在地电位差，有电流流过屏蔽层，当发生异常状态如雷击时，地线电流将更大。此外，屏蔽层、接地线和大地有可能构成闭合环路，在变化磁场作用下，屏蔽层内有时会出现感应电流，通过屏蔽层与芯线之问地耦合，形成干扰信号回路。若系统地与其它接地处理混乱，所产生的地环流就可能在地线上产生不等电位分布，影响PLC内逻辑电路和模拟电路的正常工作。PLC工作的逻辑电压干扰容限较低，逻辑电位的分布干扰容易影响PLC的逻辑运算和数据存储，造成数据混乱、程序跑飞或死机。模拟地电位的分布将导致测量精度下降，引起对信号测控的严重失真和误动作。

4．1．3 PLC系统内部的干扰

来自系统内部的干扰主要由内部元器件及电路问的相互电磁辐射产生，如：逻辑电路相互辐射及其对模拟电路的影响，模拟地与逻辑地的相互影响及元器件问的相互不匹配使用等。这些属于PLC制造厂对系统内部进行电磁兼容设计的内容，比较复杂，作为应用部门是无法改变的，可不必过多考虑，但应用时要选择内部抗干扰能力强的PLC控制器。4．1．4 PLC控制系统工程应用的抗干扰设计

为了保证大连某高校PLC控制系统在工业电磁环境中免受或减少内外电磁干扰，必须从控制系统设计阶段丌始采取三个方面的抑制措施：抑制干扰源、切断或衰减电磁干扰的传播途经、提高控制装置和系统的抗干扰能力。在选择设备时，首先要选择有较高抗干扰能力的产品，其包括了电磁兼容性(EMC)，尤其是抗外部干扰能力，如采用浮地技术、隔离性能好的PLC系统。其次还应该了解生产厂家给出的抗干扰指标，如共模抑制比、差模抑制比、耐压能力、允许在多大的电场强度和多高频率的磁场强度环境中工作。主要考虑来自系统外部的几种干扰抑制措施。主要内容包括：对PLC系统及外部引线进行屏蔽以防空问电磁辐射干扰；对外部引线进行隔离、滤波，特别是动力电缆，应分层御置，以防通过外部引线引入传导电磁干扰；正确设计接地点和接地装置，完善接地系统。另外还可以利用数字滤波手段，进一步提高系统运行的可靠性。4．2控制系统主要抗干扰措施

1．采用性能优良的电源，抑制电网引入的干扰在PLC控制系统中，电源占有及其重要的地位。电网干扰窜入PLC控制系

5.基于PLC控制系统总结 篇五

● 由于控制器产品设计和开发是基于控制为前提，信号处理时间短，速度快。

● 基于信号处理和程序运行的速度，PLC经常用于处理工业控制装置的安全联锁保护。● 更能满足各个领域大、中、小型工业控制项目。2.高可靠性

● 所有的I/O输入输出信号均采用光电隔离，使工业现场的外电路与控制器内部电路之间电气上隔离。

● 各输入端均采用R-C滤波器，其滤波时间常数一般为10~20ms。● 各模块均采用屏蔽措施，以防止噪声干扰。● 采用性能优良的开关电源。

● 对采用的元器件进行严格的筛选。

● 良好的自诊断功能，一旦电源或其他软，硬件发生异常情况，CPU立即采取有效措施，以防止故障扩大。

● 大型控制器还可以采用由双CPU构成冗余系统或有三CPU构成表决系统,以及实现电源模块冗余、IO模块冗余，使可靠性更进一步提高。3.系统配置简单灵活

● 控制器 产品种类繁多，规模可分大、中、小等。

● I/O卡件种类丰富，可根据自控工程实现功能要求不同，而进行不同的配置。● 满足控制工程需要前提下，I/O卡件可灵活组合。4.丰富的I/O卡件

控制器针对不同的工业自控工程的现场信号，如：交流或直流；开关量或模拟量；电压或电流；脉冲或电位； 强电或弱电等,有相应的I/O模块与工业现场的器件或设备，如：按钮、行程开关、接近开关、传感器及变送器、电磁线圈、控制阀等直接连接。

另外为了提高操作性能，它还有多种人-机对话的接口模块;为了组成工业局部网络，它还有多种通讯联网的接口模块，等等。5.控制系统采用模块化结构 为了适应各种工业控制需要，除了单元式的小型控制器以外，绝大多数控制器均采用模块化结构。控制器的各个部件，包括CPU，电源，I/O等均采用模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。6.价格优势

质优价廉，性价比高。7.安装简单，维修方便

可以在各种工业环境下直接运行。使用时只需将现场的各种设备与PLC相应的I/O端相连接，即可投入运行。各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。

由于采用模块化结构，因此一旦某模块发生故障，用户可以通过更换模块的方法，使系统迅速恢复运行。

8.控制器实现的功能 逻辑控制 定时控制 计数控制 顺序控制 PID控制 数据计算 通讯和联网

其它：还有许多特殊功能模块，适用于各种特殊控制的要求，如：定位控制模块，CRT模块。

9.常用的工控软件

●

B&R AutomationSoftware自动化软件

围绕更少的目标完成更多的工作，B&R AutomationSoftware(TM)为您提供了适合于我们所有自动化平台的一个开发系统。多种编程语言，透明通讯以及完整的诊断功能都集成于一个自动化工具中。一个工具，多个目标！● Intellution iFIX iFIX,是Intellution Dynamics 自动化软件产品家族中的HMI/SCADA最重要的组件，它是基于WindowsNT/2000平台上的功能强大的自动化监视与控制的软件解决方案。● SIMATIC WinCC 6.0版本---过程可视化的新视界

对于过程可视化而言，全新版本的 WinCC 6.0 由于采用了新的标准，可为您当前应用和今后进一步的扩展提供更优越的性能，更大的灵活性和更高的效率。●

Wonderware InTouch 8.0过程可视化

用于工业自动化、过程控制和管理监视的一个强大的图形人机界面(HMI)软件。● 亚控组态王6.5 两万余例工程（钢铁，化工，电力，国家粮库，邮电通讯，环保，水处理，冶金等各行业）的现场运行（包括“中华世纪坛”国家标志性工程），现已成为国内组态软件的客户首选，并且作为首家国内组态软件应用于国防，航空航天等重大领。● RSVIEW32/SE等

控制组态软件种类很多，每一种各有特点。我们能够根据用户不同的需求，提供不同工业控制监控软件，完成自控项目监控的任务。

plc控制电路相对于继电器控制电路的优点

1、控制方式上看：电器控制硬接线，逻辑一旦确定，要改变逻辑或增加功能很是困难；而plc软接线，只需改变控制程序就可轻易改变逻辑或增加功能。

2、工作方式上看：电器控制并行工作，而plc串行工作，不受制约。

3、控制速度上看：电器控制速度慢，触点易抖动；而plc通过半导体来控制，速度很快，无触点，顾而无抖动一说。

4、定时、记数看：电器控制定时精度不高，容易受环境温度变化影响，且无记数功能；plc时钟脉冲由晶振产生，精度高，定时范围宽；有记数功能。

6.基于VC的PLC数据采集管理系统 篇六

基于PLC控制的十字路口交通灯信号系统

根据十字路口交通灯的控制要求,采用PLC设计实现正常交通的时序控制.通过传感器完成对交通异常状况的.智能判别及处理.在系统的设计中,主要使用了PLC可编程序控制器和传感器相结合的一种智能控制方法,使用压轴式传感器采集车辆脉冲.用PLC高速计数嚣对脉冲进行计数.根据取得的数据运用一定的智能控制原则自动调节红绿灯的时间长度.最大限度地减少车辆滞留现象,较好地解决了车流量不均衡、不稳定问题.理论结果表明.该系统设计方案可以达到预期目标.

作 者：金秀慧 JIN Xiu-hui  作者单位：德州学院机电工程系,山东,德州,253023 刊 名：农业装备与车辆工程 英文刊名：AGRICULTURAL EQUIPMENT & VEHICLE ENGINEERING 年，卷(期)： “”(5) 分类号：U491.5+1 关键词：可缟程控制器   交通灯   智能控制系统  

7.基于单片机的PLC数据储存系统 篇七

随着PLC的应用范围的不断扩展, 其控制系统越来越复杂, 需要处理储存的数据量不断增加。例如, 有些PLC工业控制仪器需要保存一个月甚至一年的生产数据, 需要几兆字节甚至几百兆字节的数据存储能力。由于一般的PLC数据存储容量较小, 不得不借助外部的数据存储设备。因此, 本文设计了一种基于单片机的PLC数据存储系统, 可将PLC的数据以txt文件类型的形式存入到U盘、移动硬盘等大容量的数据储存器里, 扩大PLC数据容量, 亦可方便桌面计算机对数据进行进一步处理分析。

1 系统总体设计

系统由数据输出终端为PLC、数据转换模块、数据接收终端 (U盘、移动硬盘等) 三部分组成。其中数据转换模块的中央控制器为Atmega16L单片机。此外, 还包括由RS232和RS485组成的串口通信模块、CH376文件管理控制芯片、USB接口输出模块以及DS1302授时模块。PLC通过RS232或RS485接口将数据上传给单片机, 单片机发送识别信号给接USB口模块, 根据反馈信号判断USB接口连接是否正常, 若正常则根据DS1302授时模块、利用CH376文件管理控制芯片在存储设备中新建以时间信息为文件名主体的txt文件类型或其他类型的文件, 再将数据存入其中。系统整体结构如图1所示。

2 硬件设计

2.1 Atmega16L与CH376的电路设计

Atmega16L是基于增强的AVR RISC结构设计的低功耗8位CMOS微控制器。其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间可以减小整个系统的功耗, 且不会影响系统的处理速度[2]。

CH376是文件管理控制芯片, 可用于单片机系统读写U盘、SD卡中的文件, 亦可用于与USB接口设备的数据传输与通信。CH376支持3种通信接口:8位并行、SPI接口和异步串口方式, 单片机通过上述任何一种通信接口控制CH376芯片, 将数据储存在U盘、移动硬盘等存储设备, 甚至可以与计算机相连进行通信[3]。

面对工业控制中恶劣的工作环境, 为了保证数据传输的稳定性和精确性, 单片机Atmega16L与CH376之间的通信接口选择8位并行接口, 连接电路如图2所示。

2.2 串口通信模块的电路设计

通常PLC可以提供RS232和RS485两种通信接口类型, 但是Atmega16L单片机只提供一个串口接口。为了方便用户接口选择, 设计了一种RS232和RS485两个接口公用一个串口的接口电路, 如图3所示。

当RS232或RS485悬空未使用时, 两二极管的负极均为高电平, 所以当采用一组通信方式时不会影响到另一组。而RS485通信采用非门实现了RS485的自动接收与发送之间的切换[4]。Atmega16L的UART初始状态为逻辑高电平, 则:

(1) 接收状态:TXD为高, MAX485使能端 (DE/RE) 为低, MAX485处于接收状态, 如无数据输入, 由于偏置电阻R2、R3的作用, RXD为逻辑高电平;如果有数据输入, 则RXD电平与输入电平一致, 实现了接收功能。

(2) 发送状态:TXD为高, MAX485使能端为低, MAX485处于接收状态, 由于偏置电阻R2、R3的作用, 输出逻辑为高;TXD为低, MAX485使能端为高, MAX485处于发送状态, 输出逻辑为低[5]。这样就实现了发送功能。RS485收发信号状态如表1所示。

3 通信设计

3.1 PLC与单片机的通信

为了满足不同的PLC使用, 本系统选用工业中使用广泛的Mod Bus通信协议。Mod Bus协议系统中有两种传输模式:ASCII模式和RTU模式。本系统的数据格式为RTU模式, 在同样的波特率下, 它可比ASCII方式传送更多的数据[6]。Mod Bus信息以帧的方式传输, 在RTU模式中, 每帧开始和结束都至少需要传输4 B数据的静止时间, 所传输的报文数据域依次为从机地址、功能代码、数据和校验, 传输的数据都是十六进制的[7]。RTU数据帧格式如图4所示。

Mod Bus通信协议采用的是主从方式, 本系统中以PLC为主机, 转换模块为从机。当从机接收到地址信息时立即对它进行解析判断, 如果地址相符合, 则按指令要求修改其参数, 并发送应答信息给主机;否则对接收的报文信息不予理睬。一个帧的信息必须以连续的数据流进行传输, 如果在发送帧信息期间出现超过传输1.5 B数据的静止时间时, 接收到的数据将被清除[8]。主机与从机通信示意图如图5所示。

为了实现单片机与PLC的精确通信, ATmega16L单片机的串口设置为以中断响应的通信方式进行发送和接收数据, 通信波特率设定为9 600 b/s, 输出/输入的数据格式为1 bit开始位、8 bit数据位、1 bit停止位、1 bit校验位, 奇偶校验方式设定为为偶校验[9]。主机PLC则以欧姆龙PLC为例, 将串口1设置为RS-232C模式, 数据格式与单片机相同, 串口设置如图6所示。

3.2 单片机与CH376芯片的通信

上电延时50 ms, 单片机发送CMD_CHECK_EXIST (06H) 命令, 发送55H数据, 正常工作返回0AAH;再发送CMD_SET_USB_MODE (15H) 命令, 后续数据为06H, 设置为USB模式, 返回状态为CMD_RET_SUCESS (51H) , 设置成功;发送CMD_DISK_CONNECT (30H) 命令, 检测U盘或移动硬盘是否连接, 返回中断状为USB_INT_CONNECT (15H) , 设备连接;发送CMD_DISK_MOUNT (31H) 命令, 初始化U盘或移动硬盘, 产生中断返回USB_INT_SUCESS (14H) , 初始化完成。初始化完成即可对连接的U盘或移动硬盘进行创建新的文件、打开已有文件、写入数据等操作。操作完成后, 发送CMD_DISK_CONNECT (30H) 命令, 检测设备是否依然连接, 产生中断。如果返回中断状态为USB_INT_DISCONNECT (16H) , 则设备移除;如果返回中断状态为USB_INT_CONNECT (15H) , 则继续等待[3]。其流程如图7所示。

单片机与CH376之间使用8位并口, 它的写指令和数据的程序如下:

本文介绍了一种基于单片机的PLC数据存储系统的设计方案, 重点描述了系统的总体方案、硬件电路的设计及各模块的相互通信。该系统与PLC通信采用了工业中广泛应用的Mod Bus通信协议标准, 实现了通信标准化, 以适应不同的应用场合。单片机与CH376的通信中采用了8位并行通信接口, 增强系统整体的抗干扰能力, 保证数据的传输稳定性和准确性。系统提供了RS485和RS323两种串口接口, 满足不同的接口需求;使用CH376文件管理芯片, 在U盘等储存设备里建立txt类型文件储存数据, 方便桌面计算机的查看。此外, 还添加了DS1302实时授时系统, 使得系统可以依据时间创建以时间信息为命名主体的文件并存入数据, 方便后期对数据识别、查找与分析。实践证明, 该数据存储系统功能稳定, 实用可靠, 在PLC需要大数据存储的工控领域有极大的应用价值。

参考文献

[1]霍罡.欧姆龙CP1H PLC应用基础与编程实践[M].北京:机械工业出版社, 2008.

[2]汪炼, 韩震宇.基于AVR单片机的串口通讯设计[J].中国测试技术, 2003 (2) :52-53.

[3]Nanjing Qinheng Electronics Co..The data sheet of CH372[Z].2008.

[4]刘启中, 李荣正.PIC单片机原理及应用[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2010.

[5]甘海峰, 余奇志, 吴兴中.单片机与西门子变频器的通信设计[J].四川兵工学报, 2012, 33 (3) :65-68.

[6]MODICON Inc..Modicon ModBus protocol reference guide[Z].2008.

[7]邓元生.基于单片机的ModBus总线协议实现技术研究[D].长沙:中南大学, 2009.

[8]张荣华, 王富东.单片机与U盘的接口技术[J].电工技术, 2007 (5) :45-51.

8.基于PLC控制的污水处理系统 篇八

【关键词】PLC 自动控制 污水处理 工艺流程

中图分类号:TB495 文献标识码:A 文章编号:1003-8809(2010)-08-0207-01

随着我国经济的快速发展,环境污染问题我们不得不面对,在国家提出“两型社会”的背景下,保护环境,特别是污水处理问题,是我们的首要任务。水资源短缺和污染严重,越来越多的提升了国家对水环境的保护意识,对污水处理过程的自动化,不断提高控制技术和先进设备,监测以及污水处理工艺,以满足环保要求。如何有效地再生水资源成为了一个重要问题,因此,污水处理系统尤为重要。

一、污水处理工艺

不同的污水处理对象,不同的污水处理环境,将需要有不同的污水处理工艺来处理。因此, 在选择污水处理工艺的时候,必须要认真考虑当地污水的情况,以及实际的污水处理的环境。

1、常用的污水处理工艺。目前, 污水处理的方法一般以生物处理法为主,辅以物理处理法和化学处理法。常用的污水处理工艺有以下几种:传统活性污泥法。传统活性污泥处理法是一种最古老的污水处理工艺,其污水处理的关键组成部分为曝气池与沉淀池。

2 、污泥处理工艺。污水生物处理过程中将产生大量的生物污泥,有机物含量较高且不稳定,易腐化,并含有寄生虫卵,若不妥善处理和处置,将造成二次污染。工程污泥处理工艺采用机械浓缩、机械脱水方案,处理后的污泥含水率均能达到80% 以下。 而污泥稳定的常用工艺包括:厌氧消化、好氧消化、热处理、加热干化和加碱稳定。

二、自动控制系统设计

污水处理复杂的工艺环节决定了控制对象既有开关量又有模拟量,既有顺序控制又有实时控制,既有开环控制又有闭环控制。在系统运行期间有大量的参数需要加以检测和控制,而且各种设备的地理位置相隔都比较远,地理上分散分布提高了对控制系统的要求。

1、系统方案设计。本控制系统的结构设计为是以集散控制系统形式为基础的网络结构,系统的设计综合考虑了水处理过程控制的可靠性,人机交互的友好性和处理过程中的信息传输管理三个方面的因素。现场控制层有4个控制站组成,相互之间独立工作。1# 控制站负责加压泵站的控制,控制泵池的各电气设备的启停和数据采集功能;2# 控制站负责综合调节池和厌氧池的控制;3# 控制站负责气浮设备间的控制,包括接触氧化池、 加药一体机的控制和排水指标的检测, 这部分是系统的核心部分及其考核指标;4# 控制站负责污泥处理间的控制。每个现场控制站通过工业以太网交换机与操作站通讯,并可以独立于操作站完成控制任务,具有本地和远程操作的功能,使控制站具有较高的可靠性和稳定性。

远程信息监视层的主要功能是监视排水指标是否达到要求指标。远程信息监视层与操作站之间通过GPRS 通讯,污水处理排放关键数据由工程师站存储到数据库中,并发送到远程监视层,供环保部门监视分析。整个控制系统采用模块化设计,可以单独优化各自的任务,无需对整个系统进行升级。

2、远程操作。操作站和工程师站组成该系统的显示操作层,操作站通过以太网与现场控制站连接,应用OPC协议进行通讯,实现数据的通讯。操作站软件由监控部分和系统管理部分组成。监控部分对于所有用户都是开放的。该控制系统有四个现场PLC控制器、一个GPRS无线传输通讯站和2台上位机,现场控制器通过局域网与操作站连接,由TCP/IP协议作为承载协议。

对计算机监控系统来说,用户需要对现场设备的数据和运行状态进行实时的监视和控制,从而能够快速地查找到现场的设备故障,提高劳动生产率。

3、现场控制。控制站采用的西门子公司的S7-300系列PLC,控制层由4台控制站组成,每个控制站对运行工况进行实时监控,包括现场传感器、水泵、阀门、变频控制柜中各信号。控制功能包括对变频器转速的智能控制水泵、阀门的开关主、备用鼓风机、水泵的切换系统信号检测和故障报警等。

4、总体流程。根据系统的控制要求,控制过程可分为手动控制功能和自动运行功能。在手动控制模式下,每个设备可单独运行,以测试设备的性能。处于自动方式时,系统上电后,按下自动启动确认后系统运行,系统开始工作,其工作过程包括以下几个方面:①系统上电后, 按下自动启动确认按钮, 启动潜水搅拌器和刮泥机。②启动污泥回流系统。③启动潜水泵。④启动细格栅系统。⑤启动污泥脱水系统。 ⑥启动曝气沉砂系统。 ⑦启动粗格栅系统。 以上工程过程并不是顺序控制方式, 而按照检测到传感器状态进行启动。

三、实例

某县城2008年年底开工建设污水厂一座,主要用于处理该县生活污水和部分工业废水,处理污水规模1万立方米/日,总投资近四千万。该污水厂采用一体氧化沟技术,其处理工艺及主要处理构筑。

控制系统包括现场手动系统和自动控制系统两部分自动控制系统要求由两台西门子S7- 300PLC完成对整个污水处理系统的控制,中央控制室上位机通过以太网收集现场相关信息并显示 操作人员通过上位机监控界面和安装在电器柜上的触摸屏查看整个污水处理系统的运行情况及设备状态,设定系统自动运行的相关参数,并可以对系统中的设备进行远程手动启停控制控制系统软硬件设计手动控制系统完全基于常规电气控制设计完成,自动控制系统的软硬件设计。

控制系统硬件设计。根据系统设计要求和现场开关量分布情况,用一台 S7- 300PLC 设置在控制柜 I内,在控制柜II内设置远程IO 这样既减少了硬件投入成本,又免去了两个PLC之间通信的问题。

参考文献:

[1 ]吴锡棋等.多级分布式控制与集散系统[M].北京:中国计量出版社,2000

[2 ]周德俭.智能控制[M].重庆:重庆大学出版社,2005

[3 ]周晓民.污水处理中自动化控制系统的应用[J].2005,27(1)