韩惠东

摘 要：本文主要是设计了1 套小型高精度油气水三相流实验装置，然后对小型高精度油气水三相流实验装置的测控系统设计进行了重点讨论。本文对可编程控制器（ programmable logic controller，PLC） 和单片机测控系统的特性进行了比较，比较之后，最终选择的构件测控系统硬件是以 PLC 为基础的，然后对输入输出设备的数量和性质进行了分析。

关键词：三相流装置；测控系统；PLC

中图分类号：TM93 文献标识码：A

随着经济的发展，社会的进步，国内外许多先进的大型石油化工企业都相继建立了基于PLC的小型高精度多相流实验装置测控系统，比如说法国在1974 年的成果，其建立了布桑实验环道；在1980年，美国也在 ESS公司的提倡之下，好几家大型的石油化工公司联合建立SINTEF 两相流实验环道，国内的各个石油大学也相继组建多相流实验装置，以上的各种实验装置对之后的多相流的研究意义重大。

1.PLC 控制系统的硬件设计

1.1 PLC 控制系统的控制对象

随着经济的发展，国内外许多先进的大型石油化工企业都相继建立了基于PLC的小型高精度多相流实验装置测控系统，本篇文章对可编程控制器（ programmable logic controller，PLC） 和单片机测控系统的特性进行了比较，比较之后，最终选择的构件测控系统硬件是以 PLC 为基础的，然后对输入输出设备的数量和性质进行了分析，根据系统的两大要求，一个是系统的 I/O 点数和估算要求，另一个是系统的内存字数要求，最终将西门子 S7-224XP CPU作为我们的选择对象，西门子 S7-224XP CPU的存储器比较大，其程序存储器比较大，数据存储器也比较大，而且里面还有两个 RS485 通信端口，2AI/1AO，同时也设计了一些其他的功能，比如说PID 闭环流量控制功能和进行数据采集的功能，从而完成油气水三相流实验室装置的自动控制，用户在使用的时候，需要在 VB 编写的上位机中输进去自己想要的流量数值，然后通过 PLC 程序进行运算，将运算结果通过模拟量模块输送出来，进而对电动调节阀进行控制，直到电动调节阀调整到自己想要的流量为止。这个系统的控制对象就是三相流实验装置，先是PLC 调节电动开关阀和电动调节阀进行控制，直到电动调节阀调整到自己想要的流量为止。在通讯设计中，可以用的是VB6.0 来对PLC进行编写的，其中Visual Basic6.0 的优势是非常独特的，Visual Basic6.0 提供的 MSComm6.0 控件可以在串行接口进行数据的收发工作，应用起来十分方便，只需要对Visual Basic6.0 中的 MSComm6.0 控件的属性和事件进行监视就可以了，这都是可以进行设置的，这样可以十分方便地对串行口进行初始化以及串行口数据进行输入和输出。在进行初始化设置的时候，为了使得双方通信参数一致进行，应该对串行端口进行初始化设置。除此之外，在这次实验中，应该将用户程序通过PC/PPI 线缆来下载到PLC 中。将PLCCPU 设置成RUN 模式，它就可以一直进行循环扫描，并还可以一直将用户编写的程序执行下去，从而满足用户的需求，完成用户想要完成的内容。

1.2 PLC 控制系统的控制任务要求

PLC 控制系统所需要的控制器件是：电动开关阀需要6个，电动调节阀需要两个，气体涡轮流量计、气体罗茨流量计、电磁流量计若干个，其中的压力变送器和温度变送器差不多都是用数字量进行控制的，调节阀的电压调节范围是 0～6V ，流量压力信号需要进行实时输入，随后控制系统根据压力信号通过调节阀调节，一直到理想的流量值为止。

1.3 实现PLC 与上位计算机实时通

可以与S7 -200相匹配的通信协议有：MPI方式（多点接口协议）； PPI方式（点对点接口协议）、自由口方式（用户定义协议）以及Profibus方式。其中的自由端口方式是通过用户自身对通信协议定义的，所以，这种方式可以让控制系统和其他的一些外围设备更加便捷地进行通信，用起来也更加灵活一些，除此之外，可以更加容易地进行一些计算机控制软件的开发，所以试验用的就是自由口通信方式，开发控制界面用的是Visual Basic 6.0 ，计算机本身作为一种上位机，PLC 是下位机，一般情况下计算机都是通过MSComm6.0 控件来和PLC进行数据的交换，以及存储模拟量、数字量的工作。

2.PLC 控制系统的软件设计

2.1 PLC 通信设计

本次程序设计用的是VB6.0 来对PLC进行编写的，其中Visual Basic6.0 的优势是非常独特的，Visual Basic6.0 提供的 MSComm6.0 控件可以在串行接口进行数据的收发工作，应用起来十分方便，只需要对Visual Basic6.0 中的 MSComm6.0 控件的属性和事件进行监视就可以了，这都是可以进行设置的，这样可以十分方便地对串行口进行初始化以及串行口数据进行输入和输出。一般情况下，下位机要想完成成数据的发送与接收就必须得通过 PLC 的指令，而上位机要想完成数据的发送与接收就必须通过 VB6.0 中的 MSComm6.0 完成。

2.2 通信初始化设置

在本次程序中， PLC 与 PC 的自由口通信设置的是串行通信，所以在进行通信之前应该对串行端口进行初始化设置，从而使得双方通信参數是一致进行的。

3. 程序流程PLC 的控制程序由主程序和子程序构成

程序流程PLC 的控制程序是由两个部分组成的，其中既有主程序，也有子程序，在这次实验中，应该将用户程序通过PC/PPI 线缆来下载到PLC 中。将PLCCPU 设置成RUN 模式，它就可以一直进行循环扫描，还可以一直将用户编写的程序执行下去，从而满足用户的需求，完成用户想要完成的内容。在本次控制程序里，无论是PID 调节还是模拟量输入输出单元，这两个部分都是要有初始化子程序和中断程序的，由于程序扫描浪费的时间比较大，所以为了节约扫描的时间，可以将初始化的程序设置在子程序里运行，而PID 要想接收数据和输出数据都得需要通过中断程序来完成。

结论

综上所述，伴随着经济的发展，经济的进步，国内外许多先进的大型石油化工企业都相继建立了基于PLC的小型高精度多相流实验装置测控系统，本文主要是设计了1 套小型高精度油气水三相流实验装置，然后对小型高精度油气水三相流实验装置的测控系统设计进行了重点讨论。本次程序设计用的是VB6.0 来对PLC进行编写的，其中Visual Basic6.0 的优势是非常独特的，Visual Basic6.0 提供的 MSComm6.0 控件可以在串行接口进行数据的收发工作，应用起来十分方便。

参考文献

[1]丁金明，曲兴华，宋丽梅.串口技术在工业现场多点数据测量中的应用[J].电子测量与仪器学报，2015，19（3） ：83-87.

[2]吴贤国.基于IPC-PLC 的大庆模拟井多相流装置SCADA 系统； SCADA； 硬件； 软件[J].化工自动化及仪表，2011，28（5）：41-43.

[3]郭亮，金刚，邸立军.国外油气水多相流测试标定装置及技术现状[J].油气田地面工程，2013，7（4）：51-53.