摘 要：液位的測量與控制是制藥廠儲(chǔ)液塔罐控制的重要組成環(huán)節(jié)。本文介紹了開發(fā)PLC液位測控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，闡述了運(yùn)用VB應(yīng)用程序開發(fā)本系統(tǒng)與其它控制環(huán)節(jié)交互的軟件接口的方法。關(guān)鍵詞：液位測控，PLC，VB
Abstract: Measurement and Control of Liquid Level is an important link on controlling of pharmaceutical tank. This paper introduces an implement method of developing a PLC‘s Liquid Level measuring and controlling system, expatiates a method of developing a software interface between this system and the other control links.
Key words: Measurement Control Liquid Level，PLC，VB
1. 概述
為了滿足藥品制藥生產(chǎn)工藝過程的要求，工廠需要大容量的密封拱頂塔罐混合并存儲(chǔ)藥物原液。根據(jù)整個(gè)生產(chǎn)工藝的要求，需要能夠?qū)崟r(shí)測量密封拱頂塔罐內(nèi)的藥液的高度，從而準(zhǔn)確了解罐內(nèi)藥液的體積，并可以通過現(xiàn)場或遠(yuǎn)程操作控制液位的高度。同時(shí)，遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)的監(jiān)控管理軟件聯(lián)系現(xiàn)場控制過程，并與工廠中其他過程控制系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)整個(gè)藥品生產(chǎn)過程的統(tǒng)一控制。
由于原先是人員職守的方式，該方式不僅費(fèi)人力，而且不能與整個(gè)生產(chǎn)過程形成有機(jī)整體，安全性和可靠性低。所以，為了達(dá)到系統(tǒng)控制任務(wù)書的要求，本文電氣控制系統(tǒng)的方案為：采用遠(yuǎn)程PC機(jī)作為系統(tǒng)主機(jī)，與現(xiàn)場的PLC（從機(jī)）通訊，PLC實(shí)現(xiàn)通訊、現(xiàn)場顯示界面的顯示、液位模擬量數(shù)據(jù)的采集、邏輯控制以及聲光報(bào)警。
本文介紹的電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要包括以下幾個(gè)方面：
（1）PLC、顯示面板、連續(xù)液位采集傳感器的選型。
（2）系統(tǒng)控制功能的實(shí)現(xiàn)。
（3）上位機(jī)與下位機(jī)的軟件編制。
2.控制的內(nèi)容和要求
如圖1所示，本控制設(shè)計(jì)任務(wù)需要實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)：
（1）可以實(shí)時(shí)監(jiān)測記錄液位的變化，可以人工設(shè)定并自動(dòng)控制液位的高度值。
（2）可以通過自動(dòng)方式和手動(dòng)方式控制該系統(tǒng)。
（3）現(xiàn)場顯示界面顯示的內(nèi)容主要包括：當(dāng)前液位值、當(dāng)前罐內(nèi)容量值、設(shè)定液位高度、進(jìn)液口與出液口電磁閥狀態(tài)、實(shí)時(shí)故障報(bào)警和歷史故障報(bào)警等。
（4）通訊采用RS-485總線通訊方式，使PLC與遠(yuǎn)程PC機(jī)聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)通過PC機(jī)控制液位高度，監(jiān)測液位變化的目的。PC機(jī)同時(shí)與其他系統(tǒng)發(fā)生聯(lián)系，進(jìn)而使工廠整個(gè)藥品生產(chǎn)過程構(gòu)成了一個(gè)有機(jī)的整體。
圖1 液位自動(dòng)控制系統(tǒng)
3. 硬件配置及實(shí)現(xiàn)方法
為了提高控制系統(tǒng)的可靠性與靈活性，系統(tǒng)采用PLC可編程邏輯控制器。PLC選型為SIEMENS公司的S7-200系列PLC，中央處理單元為西門子公司新推出的CPU 224XP AC/DC/Relay ，該CPU在本機(jī)體中集成了2個(gè)RS-485通訊口，2個(gè)模擬量輸入口，1個(gè)模擬量輸出口，14個(gè)數(shù)字輸入和10個(gè)繼電器輸出，其性價(jià)比高，滿足本系統(tǒng)的所有要求。
為了連續(xù)測量塔罐內(nèi)的液位，液位傳感器選用衛(wèi)生型雷達(dá)液位計(jì)，其測量量程范圍為20米，其輸出為標(biāo)準(zhǔn)的二線制4-20mA電流輸出。傳感器輸出電流信號(hào)通過電流/電壓變送器將4-20mA電流信號(hào)變換成0-10V電壓信號(hào)接到CPU本體的模擬量輸入口。
現(xiàn)場顯示界面選擇西門子的文本顯示界面：TD200，它可以方便地顯示和設(shè)定參數(shù)，并可以顯示當(dāng)前報(bào)警信息或者查詢歷史報(bào)警信息。TD200與 PLC 連接只需要通過TD/CPU電纜連接至PLC的通訊口PORT0。使用485總線的一端連接PLC的通訊口PORT1，另一端通過RS-485 /232電平轉(zhuǎn)換器連接至PC機(jī)的RS-232串口，實(shí)現(xiàn)PC機(jī)向PLC發(fā)送命令幀、并接收PLC響應(yīng)幀。
4. 系統(tǒng)的軟件編程及實(shí)現(xiàn)方法
由于現(xiàn)場PLC需要與遠(yuǎn)程PC機(jī)監(jiān)控管理軟件傳遞控制參數(shù)和實(shí)時(shí)信息。所以，本系統(tǒng)軟件包括了PLC程序和PC機(jī)的監(jiān)控管理軟件。
4.1 PLC的程序編寫
編寫224XP CPU的程序，支持的編程環(huán)境為STEP 7-Micro/WIN V4.0版。
傳感器采集的液位模擬量信號(hào)送入PLC模擬量輸入口，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換送入CPU，從AIW0 中取輸入值，為了增加穩(wěn)定性，而取一定范圍內(nèi)采樣值，并求多次采樣值的平均值，再依據(jù)計(jì)算出的某時(shí)間段液位平均值，求當(dāng)前實(shí)際容量，用于生產(chǎn)過程控制，現(xiàn)場顯示和上位機(jī)記錄分析。
PLC根據(jù)現(xiàn)場或遠(yuǎn)程PC機(jī)命令，通過一系列邏輯操作，控制塔罐輸入/輸出電磁閥、出料泵等，完成系統(tǒng)預(yù)定的命令，實(shí)現(xiàn)控制要求。
TD200文本顯示器組態(tài)也在STEP 7-Micro/WIN V4.0軟件環(huán)境中進(jìn)行，編程環(huán)境提供了易于使用的組態(tài)向?qū)В刮谋撅@示界面組態(tài)和使用非常方便。
4.2 PC機(jī)的監(jiān)控管理軟件的編制
微軟的 Visual Basic 6.0 提供了高效的可視化編程環(huán)境，具有良好的圖形用戶接口，少量的界面控制代碼即可設(shè)計(jì)出本系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn) Windows風(fēng)格的圖形窗口用戶界面，支持面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)，可以方便快速地編制出系統(tǒng)的分析和控制程序。為了使用戶能方便快捷地創(chuàng)建串口通信程序和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)管理，Visual Basic 6.0 為用戶提供了MSComm 通信控件和數(shù)據(jù)庫訪問對(duì)象庫ADO技術(shù)。
4.2.1 PC機(jī)串口與PLC 自由口的通訊實(shí)現(xiàn)
本系統(tǒng)的監(jiān)控管理軟件（上位機(jī)）和S7-200 PLC （下位機(jī)）的連接采用RS-485總線半雙工通訊方式，在MSComm事件的中斷程序中接收數(shù)據(jù)，在時(shí)間定時(shí)器控件（Timer）中斷程序中發(fā)送控制命令。本文介紹的系統(tǒng)上位機(jī)和下位機(jī)之間的的通信是互發(fā)報(bào)文的形式來實(shí)現(xiàn)的，下位機(jī)PLC只有在接收到上位機(jī)查詢命令時(shí)才上送數(shù)據(jù)，下位機(jī)PLC在接收到上位機(jī)修改控制參數(shù)命令時(shí)，必須上送確認(rèn)報(bào)文后方才執(zhí)行命令。
（1） OnComm 事件中斷服務(wù)程序
……
Private Sub MSComm1_OnComm（）
Dim GetByte（） As Byte
Select Case MSComm1.CommEvent
Case comEvReceive ‘收到1個(gè)字符數(shù)據(jù)
GetByte = MSComm1.Input
Receive_Data = Receive_Data & GetByte（0）
……
End Select
End Sub
……
（2） Timer 事件中斷服務(wù)程序
……
Private Sub Timer1_Timer（）
Dim SendByte（） As Byte
Send_Data = SendByte（）
MSComm1.Output = Send_Data
……
End Sub
……
4.2.2 數(shù)據(jù)庫管理程序的編制
本系統(tǒng)的PC機(jī)監(jiān)控管理軟件的數(shù)據(jù)庫格式采用本地的Microsoft Access數(shù)據(jù)庫,它記錄當(dāng)前液位值和保存歷史液位值，同時(shí)它還記錄所有的控制參數(shù)，該數(shù)據(jù)庫也可以讓其它程序共享，以改變控制參數(shù)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)藥品生產(chǎn)過程控制與本子控制系統(tǒng)的接口。所以，本文介紹的系統(tǒng)不僅可以作為一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)，也可以作為工廠自動(dòng)化有機(jī)整體的一個(gè)環(huán)節(jié)。
ADO（ActiveX Data Object）技術(shù)是如今應(yīng)用最廣泛的數(shù)據(jù)訪問技術(shù)之一。系統(tǒng)的監(jiān)測管理軟件運(yùn)用VB中的ADO對(duì)象，引用ADO 組件開發(fā)出操作數(shù)據(jù)庫記錄的應(yīng)用程序，只需在窗體上添加部件“Microsoft ADO Data Control 6.0”，并編寫連接和操作數(shù)據(jù)庫的VB程序代碼。
下面為連接本地?cái)?shù)據(jù)庫的程序代碼：
On Error GoTo LoginError
Dim strConnection As String
Set ConnData = New ADODB.Connection
With ConnData
.CommandTimeout = 15
.CommandTimeout = 30
End With
strConnection = "UID=Admin;PWD=;" & _
"Driver=｛Microsoft Access Driver （＊.mdb）｝;" & _
"DBQ=" & App.Path & "db1.Mdb;"
ConnData.Open strConnection
ConnData.CursorLocation = adUseClient
Adodc1.ConnectionString = ConnData.ConnectionString
Adodc1.RecordSource = "select ＊ from tbl1"
Adodc1.Refresh
Set AdoRs = New ADODB.Recordset
AdoRs.Open "select ＊ from tbl1", _
ConnData, adOpenForwardOnly, adLockReadOnly
Exit Sub
LoginError:
MsgBox "無法與數(shù)據(jù)庫建立連接!"
4.2.3 數(shù)據(jù)庫瀏覽器的開發(fā)
不僅僅是友好美觀的圖形窗口用戶界面和可靠的數(shù)據(jù)庫記錄存取過程代碼。還需要方便的數(shù)據(jù)庫記錄瀏覽、分析的方法和接口界面。為此，需要使用一些數(shù)據(jù)庫綁定的控件等來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫瀏覽器的功能，利用畫圖命令line實(shí)現(xiàn)簡單的當(dāng)前、歷史原液容量變化趨勢圖。使操作變得更簡單、更方便，日常維護(hù)更加人性化。
5. 結(jié)束語
本文介紹的液位監(jiān)控系統(tǒng)電氣設(shè)計(jì)方案和PC機(jī)監(jiān)控管理軟件，經(jīng)過實(shí)踐證明是可行的，不僅解決了改造之前的缺陷，而且性能穩(wěn)定可靠。
實(shí)現(xiàn)了：
（1）即使在沒有PC（上位機(jī)）的情況下，PLC系統(tǒng)仍可以獨(dú)立可靠地運(yùn)行。
（2）PC機(jī)監(jiān)控管理軟件通過共享數(shù)據(jù)庫與藥品整個(gè)生產(chǎn)過程其它環(huán)節(jié)協(xié)調(diào)。
該控制方案采用PLC作為現(xiàn)場控制核心，保證了控制的高可靠性;采用PC機(jī)管理該系統(tǒng)或融合其它子系統(tǒng)，減少了成本，方便了集中管理，提高了自動(dòng)化程度。作者認(rèn)為本方案不僅適用于工業(yè)生產(chǎn)老設(shè)備改造升級(jí)，對(duì)于中小型過程控制集中管理也具有參考價(jià)值。
參考文獻(xiàn)：
[1] SIMATIC.S7-200 Programmable Controller System Manual.6ES7298-8FA22-8BH0
[2] 郝成.基于PC的DCS研究與應(yīng)用.微計(jì)算機(jī)信息.2005.5
[3] 郭琦.Visual Basic 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)開發(fā)技術(shù).人民郵電出版社，2003
[4] 范逸之,陳立元.Visual Basic與RS-232串行通信控制.清華大學(xué)出版社，2002
