PLC可编程控制器在过程控制系统实验装置中的应用

　　1 引言

　　随着现代科学技术的飞速发展，不仅对生产过程自动化，也对生产管理提出了更高的要求。通过计算机网络技术把自动控制与计算机管理系统结合起来，集管理和过程控制为一体是当今工业自动化发展的趋势。复杂的过程控制系统，常采用两级网络拓扑结构，底层用现场总线以便控制装置尽可能靠近被控生产过程现场，上层采用工业以太网，监控级相对集中于主控室内，从而实现对生产过程的集中管理和分散控制。这样构成的控制系统具有实时性好、可靠性高、抗干扰能力强等优点，比传统dcs系统更经济，更可靠。为了适应这一形式的发展要求，提高实验教学质量，使工科学生在校期间就能受到良好的工程实践锻炼，因此开发了基于工业以太网及现场总线的过程控制系统实验装置。

　　2 系统配置及网络结构

　　实验装置控制系统由上位机监控系统和下位机plc控制系统两部分构成。整个网络采用两层网络拓扑结构，上层为工业以太网，用于上位机pc之间以及上位机和下位机plc之间的通讯，底层为profibus-dp现场总线，用于下位机plc主站(dpm1)和四个从站(dps1-dps4)之间的通讯，其中，plc主站和从站控制液位、压力和温度流量等过程控制实验装置。系统用simatic step 7软件进行网络组态、硬件组态以及plc控制程序的编写，并用组态软件simatic wincc实现了上位机与plc的动态连结。整个系统组成如图1所示：

　　2.1 现场部分

　　现场部分是所需控制的液位、温度流量和压力实验装置，变送器将采样数据转换成4～20ma的电流信号，直接接入sm334模块(模拟量输入/输出模块)，经模/数转换变成0～27648的数字量。开关量的输入输出接入sm323模块(数字量输入/输出模块)。

　　2.2 控制单元

　　控制单元采用西门子plc，s7-300系列plc功能强大，采用模块化设计，有中央处理单元(cpu)、各种信号模块(sm)、通信模块(cp)、功能模块(fm)、电源模块(ps)、接口模块(im)等，有多种规格的cpu可供选择。通过cpu上集成有profibus-dp接口、mpi接口或通信模块可以连接 as-i接口、profibus总线和工业以太网系统。

　　本系统主站采用西门子s7-300系列plc，其cpu为315-2dp。它执行指令时间短，扫描1000条指令不需10ms，足以满足控制的时间要求。主站还带2个信号处理模块(di16/do 16、ai 4/ao2)和一个通讯模块cp343-1(用于上位机和plc之间通过工业以太网进行通讯)。从站选用profibus-dp分布式i/o et 200m，带2个信号处理模块(di 16/do 16和ai 4/ao2)，从站没有中央处理器单元，各从站之间经im153接口模块通过dp总线进行连接。组态之后，添加的分布式i/o与plc站中的本地i/o具有统一的编址。