郭鳳雨 , 張磊

(1.中國礦業(yè)大學(xué) 信電學(xué)院,江蘇 徐州 221008；2.淮海工學(xué)院 電子工程學(xué)院,江蘇 連云港 222005)

溫度與液位的控制在化工行業(yè)中隨處可見。然而，對于中小型化工廠，由于考慮到資金及成本問題，多數(shù)都是通過現(xiàn)場人工設(shè)置的方法對液罐的溫度和液位進(jìn)行控制，且液罐較多時，操作也相對麻煩。由于化工廠的環(huán)境比較惡劣以及存在一定的危險性，所以需要一套廉價的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)對多液罐的溫度和液位進(jìn)行相關(guān)控制。

該系統(tǒng)通過多個鎧裝PT100傳感器及側(cè)裝式浮球液位傳感器對多個液罐的溫度及液位進(jìn)行測量，將相應(yīng)液罐的參量通過數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行采集，然后通過RS485與PC機(jī)進(jìn)行通信，數(shù)據(jù)上傳至PC機(jī)進(jìn)行處理，繼而實(shí)現(xiàn)對各液罐的分別控制。同時，可將各液罐相應(yīng)參量數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示和存儲，需要時對數(shù)據(jù)進(jìn)行回放以評估生產(chǎn)和控制效果。

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

該系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，分為兩部分：一部分是現(xiàn)場采集與控制部分，主要通過溫度與液位傳感器獲取各液罐的溫度及液位數(shù)據(jù)，然后通過MPS-010602采集卡對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并通過RS485與PC機(jī)進(jìn)行通信，通過處理，控制現(xiàn)場電阻型加熱器的電流大小及閥門的開閉；另一部分是控制室的控制部分，通過Lab-VIEW編制功能清晰、界面友好的上位機(jī)軟件，對采集來的各液罐的溫度及液位數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時顯示并處理，然后執(zhí)行相關(guān)的控制[1]。

2 系統(tǒng)的硬件組成

系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)圖如圖2所示，主要包括：PC機(jī)、MPS-010602數(shù)據(jù)采集卡、鎧裝PT100傳感器、側(cè)裝式浮球液位傳感器、232/485轉(zhuǎn)換器、繼電器、電阻型加熱器及控制閥組成。其中MPS-010602數(shù)據(jù)采集卡共有16路模擬信號采集、4路模擬信號輸出及8路數(shù)字信號輸出。由于本系統(tǒng)要對加熱器及閥門進(jìn)行控制，所以在采用該類型采集卡情況下，最多可對4個液罐進(jìn)行相關(guān)的溫度與液位的控制[2]。

3 系統(tǒng)的軟件部分

該系統(tǒng)通過LabVIEW軟件進(jìn)行模塊化編程，方便功能的調(diào)用及擴(kuò)展。功能包括：用戶登錄管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)實(shí)時顯示與存儲及歷史數(shù)據(jù)回放。用戶登錄系統(tǒng)之后，可選擇是處理歷史數(shù)據(jù)還是正常運(yùn)行程序，同時，通過相關(guān)的歷史數(shù)據(jù)查詢刪除模塊，可很容易地對已存儲數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，提高操作效率[3]。其基本流程如圖3所示。

3.1 數(shù)據(jù)采集

由于系統(tǒng)中要對4個液罐的溫度和液位進(jìn)行采集，所以需要用8個模擬輸入通道，前4個通道和后4個通道分別采集各液罐的溫度和液位。MPS-010602采集卡采用USB2.0高速總線傳輸,最高采樣率為80 kS/s，且通道數(shù)都滿足系統(tǒng)采樣要求。采集的數(shù)據(jù)通過RS485與PC機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，在數(shù)據(jù)發(fā)送同時將該串?dāng)?shù)據(jù)的CRC校驗(yàn)一并發(fā)送，待接收方接收數(shù)據(jù)后，進(jìn)行CRC驗(yàn)證，判斷數(shù)據(jù)是否傳送正確，若錯誤則重新發(fā)送。如圖4所示，為LabVIEW的多通道采集程序。

為了與采集卡保證一致的檢驗(yàn)算法,該處采用16位CRC校驗(yàn)。將相應(yīng)的CRC16校驗(yàn)的C程序通過Microsoft Visual C++6.0軟件的WIN32 Dynamic-Link Library生成動態(tài)鏈接庫（DLL）。

LabVIEW提供強(qiáng)大的外部程序接口功能，包括：DLL、ActiveX、.NET、MATLAB等。 通過 “調(diào)用庫函數(shù)節(jié)點(diǎn)”函數(shù)，能夠方便地調(diào)用C、VC、VB等編程語言生成的DLL。通過運(yùn)用CRC16校驗(yàn)，可保證通信穩(wěn)定、可靠地進(jìn)行。如圖5所示，為LabVIEW軟件通過調(diào)用庫函數(shù)節(jié)點(diǎn)，調(diào)用 CRC16校驗(yàn)的 DLL[4]。

3.2 數(shù)據(jù)處理與控制

通過抽取一維數(shù)組VI從采集來的數(shù)據(jù)中獲得各通道的相應(yīng)數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，與理想溫度和液位進(jìn)行比較，從而執(zhí)行相應(yīng)的控制，其控制部分都采用

PID進(jìn)行相關(guān)的控制。溫控部分通過PID控制模擬輸出端口電流值，繼而通過變壓器控制流過電阻型加熱器的電流的大小。液位控制是將液罐液位控制在一定的范圍內(nèi)，通過采集卡的8個數(shù)字輸出口控制各液罐控制閥，決定液體的流入與流出。圖6所示為單個液罐的控制與報警程序，當(dāng)溫度或液位超過其報警上下限時，進(jìn)行聲音與警示燈報警，提醒工作人員進(jìn)行相關(guān)報警處理。

3.3 歷史數(shù)據(jù)處理

對歷史數(shù)據(jù)的處理是該系統(tǒng)的主要功能之一，通過數(shù)據(jù)的回讀操作將已保存的系統(tǒng)采集和處理的數(shù)據(jù)進(jìn)行回放，以此來評估系統(tǒng)的控制效果，以便對系統(tǒng)及生產(chǎn)流水線進(jìn)行相關(guān)改進(jìn)，提高生產(chǎn)效率，如圖7所示為數(shù)據(jù)的回讀程序。 通過“GET MDB PATH”功能 VI，獲得對應(yīng)數(shù)據(jù)庫的連接地址，從而回讀相應(yīng)數(shù)據(jù)庫表格中的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)回讀過后，還可以通過查詢數(shù)據(jù)或刪除數(shù)據(jù)兩個功能VI對數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的處理[6]。

基于LabVIEW的4通道溫度與液位監(jiān)控系統(tǒng)，操作靈活，功能完備，且通信迅速可靠，經(jīng)現(xiàn)場驗(yàn)證，其加熱溫度范圍為50～450℃，其液位測量利用側(cè)裝式浮球傳感器，一般無太大限制。工作人員可在控制室直觀地看到現(xiàn)場各液罐的溫度及液位的仿真界面，操作更加直觀方便。與此同時，可利用LabVIEW強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行處理及保存、回放等。圖8所示為各液罐測控系統(tǒng)前面板的效果圖。

另外，系統(tǒng)通過采集卡型號的更換或并用可實(shí)現(xiàn)更多液罐的測控，同時該系統(tǒng)程序功能采用模塊化編程，利于系統(tǒng)功能擴(kuò)建及更改，具有良好的應(yīng)用前景。

[1]王文成.分布式糧倉溫度實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計[J].儀表技術(shù)與傳感器，2010(11):50-52.

[2]韓英，李景濤.基于LabVIEW的溫度監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[J].機(jī)械工程與自動化，2010(2)：175-177.

[3]吳俊勇，閆振靖，魏躍平.基于LabVIEW的多通道低溫實(shí)驗(yàn)測試系統(tǒng)[J].自動化技術(shù)與應(yīng)用，2001，30(2)：73-77.

[4]韓慧.基于 RS－485總線的溫室環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)[J].儀表技術(shù)與傳感器，2012(3):60-61.

[5]MOLL J,GOLUB M V,GLUSHKOV E,et al.Non-axis-ymmetric Lamb wave excitation by piezoelectric wafer active sensors Sensors and Actuators,2012,174:173-180.

[6]陳樹學(xué).LabVIEW寶典[M].北京：電子工業(yè)出版社，2011.