汪　珺

（合肥學(xué)院　機(jī)械系，安徽　合肥　230062）

?

基于MCGS的雙儲液罐雙水位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

汪珺

（合肥學(xué)院機(jī)械系，安徽合肥230062）

摘要：組態(tài)軟件MCGS具有功能完善、操作簡便、可視性好、可維護(hù)性強(qiáng)的突出特點(diǎn).通過與其他相關(guān)的硬件設(shè)備結(jié)合，可以快速、方便的開發(fā)各種用于現(xiàn)場采集、數(shù)據(jù)處理和控制的設(shè)備.利用組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)雙儲液罐雙水位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，可監(jiān)控水位，設(shè)定水位使系統(tǒng)自動運(yùn)行，充分體現(xiàn)了現(xiàn)代工業(yè)高效集中的特點(diǎn).

關(guān)鍵詞：組態(tài)軟件MCGS；雙儲液罐；控制系統(tǒng)

1　引言

傳統(tǒng)的雙儲液罐水位控制系統(tǒng)普遍采用繼電器控制技術(shù)，由于采用固定接線的硬件實(shí)現(xiàn)邏輯控制，使控制系統(tǒng)的體積增大，耗電多，效率不高且易出故障.隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)繼電器控制技術(shù)必然被基于計(jì)算機(jī)技術(shù)而產(chǎn)生的組態(tài)控制技術(shù)所取代.組態(tài)技術(shù)充分利用了Windows圖形功能完備、界面一致性好的的特點(diǎn)，比以往的工業(yè)控制系統(tǒng)更具有通用性，在自動化領(lǐng)域有更廣泛的應(yīng)用［1］.而且組態(tài)技術(shù)本身優(yōu)異的性能使基于組態(tài)控制的水位控制技術(shù)系統(tǒng)變得經(jīng)濟(jì)、高效、穩(wěn)定且維護(hù)方便.這種水位控制系統(tǒng)對改造傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)具有相當(dāng)?shù)囊饬x.建立快速穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸通道，保證水位數(shù)據(jù)信息的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性保證系統(tǒng)能夠高度可靠地實(shí)施和運(yùn)行.在保障水位測量功能的基礎(chǔ)上，優(yōu)化系統(tǒng)，降低系統(tǒng)費(fèi)用.用戶只需要通過簡單的模塊化組態(tài)就可構(gòu)造自己的應(yīng)用系統(tǒng)，如可以靈活組態(tài)各種智能儀表、數(shù)據(jù)采集模塊，無紙記錄儀、無人值守的現(xiàn)場采集站、人機(jī)界面等專用設(shè)備.

2　系統(tǒng)的工作原理及控制要求

2.1雙儲液罐雙水位控制系統(tǒng)的工作原理

壓力變送器將儲液罐的水位經(jīng)采集模塊后，轉(zhuǎn)換為1～5V的電壓信號或是4～20mA的電流信號送入工控機(jī)，計(jì)算機(jī)利用工業(yè)組態(tài)軟件（MCGS）對控制系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)，編寫控制算法完成相應(yīng)的控制策略，同時(shí)對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算、處理、顯示，然后經(jīng)模擬量輸出通道輸出控制量，去控制集成移相調(diào)控晶閘管交流模塊來實(shí)現(xiàn)水位的調(diào)節(jié)與控制，從而實(shí)現(xiàn)水位連續(xù)控制使其穩(wěn)定在設(shè)定值.從控制系統(tǒng)的角度來看，它構(gòu)成了一個閉環(huán)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，以水位偏差及偏差的變化率為輸入變量來實(shí)現(xiàn)水位的自動控制.

2.2系統(tǒng)的工藝過程及控制要求

2.2.1系統(tǒng)組成

被控對象由上下兩個儲液罐組成，上、下儲液罐的水位和溫度分別經(jīng)過2個擴(kuò)散硅壓力變送器和溫度變送器檢測后變成4～20mA信號輸出給計(jì)算機(jī).水位控制通過4個閥門，1個水泵進(jìn)行.系統(tǒng)組成如圖1所示:

圖1　雙儲液罐雙水位控制系統(tǒng)組成圖

2.2.2系統(tǒng)信號流向

溫度、液位3路模擬信號經(jīng)變送器轉(zhuǎn)換成4～20mA信號后，經(jīng)250Ω電阻轉(zhuǎn)換成1～5V，分別送顯示儀表和計(jì)算機(jī).進(jìn)計(jì)算機(jī)前，信號先經(jīng)PCLD-9138端子板送入PCL-818L，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后，被計(jì)算機(jī)采集到.根據(jù)采集到的信號情況，計(jì)算機(jī)輸出控制信號給PCL-818L，在經(jīng)過PCLD-780端子板送給74LS07驅(qū)動中間繼電器，使其得電后控制各電磁閥和泵的通斷.信號檢測電路如下圖2所示：

圖2　信號檢測電路圖

2.2.3系統(tǒng)控制要求

（1）對上下兩儲液罐水位的檢測；

（2）將上下儲液罐的水位控制在給定值，給定值運(yùn)行中在畫面上人工輸入；

（3）對上下儲液罐的溫度進(jìn)行檢測，并輸出到顯示儀表；

（4）當(dāng)水溫太低時(shí)發(fā)出報(bào)警信號，并生成報(bào)表顯示.

2.2.4系統(tǒng)水位檢測與控制

由于靜壓力P=pgh，因此可以將水位檢測量轉(zhuǎn)換壓力測量.可以選擇兩個擴(kuò)散硅壓力變送器，將它們直接安裝在水罐底部，進(jìn)行水位測量，它們可將水位信號轉(zhuǎn)換成國際標(biāo)準(zhǔn)信號4～20mA或0～5V輸出.擴(kuò)散硅壓力變送器輸出0-5V，電氣連接線路如圖3所示:

圖3　擴(kuò)散硅壓力變送器的電氣連接線路圖

水位調(diào)節(jié)通過對循環(huán)泵、上下罐進(jìn)水閥、是上下罐排水閥的通斷控制實(shí)現(xiàn).控制方法如下：

（1）上下水罐液位和低于給定總值時(shí)，停止一切排水，由外路進(jìn)水.

（2）上下水罐液位和高于給定總值時(shí)，停止一切進(jìn)水，向外路排水.

（3）上下水罐液位和等于給定總值時(shí)，不與外路交換：下罐液位值小于下液位給定值則由上罐排水給下罐；下罐液位值大于下液位給定值則上罐進(jìn)水；下罐液位值等于下液位給定值則所有閥關(guān)閉.

以上控制特點(diǎn)是水交換盡量在兩罐之間進(jìn)行，這樣有利于節(jié)水.

3　系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1系統(tǒng)數(shù)據(jù)對象定義

打開MCGS實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，根據(jù)表1添加實(shí)時(shí)變量.

表1　雙儲液罐雙水位監(jiān)控系統(tǒng)變量分配表

3.2MCGS界面制作

雙擊雙儲液罐雙水位監(jiān)控系統(tǒng)窗口，打開工具箱，從對象元件庫插入元件：循環(huán)泵、上罐進(jìn)水閥、上罐排水閥、下罐進(jìn)水閥、下罐排水閥、擴(kuò)散硅壓力變送器、溫度變送器、電加熱器，并使用標(biāo)簽標(biāo)出各元件.通過流動塊工具在循環(huán)泵、下水罐、上水罐、上罐進(jìn)水閥、上罐排水發(fā)、下罐進(jìn)水閥、下罐排水閥之間畫流動塊.通過滑動輸入器實(shí)現(xiàn)水罐水量控制；通過標(biāo)簽構(gòu)件實(shí)現(xiàn)水量、溫度的顯示；通過報(bào)警顯示構(gòu)件實(shí)現(xiàn)報(bào)警實(shí)時(shí)顯示；通過輸入框構(gòu)件實(shí)現(xiàn)上下罐液位給定值及溫度給定值.完成后的MCGS界面如圖4所示.

圖4　雙儲液罐雙水位監(jiān)控系統(tǒng)主界面圖

3.3動畫連接

（1）滑塊動畫設(shè)置：確定滑動塊指向、主劃線數(shù)目、對應(yīng)數(shù)據(jù)對象名稱和對應(yīng)值，實(shí)現(xiàn)水罐水量控制；

（2）液位實(shí)時(shí)顯示動畫設(shè)置、液位升降動畫設(shè)置：實(shí)現(xiàn)儲液罐水位隨液位值變化；

（3）設(shè)置循環(huán)泵、閥門的啟停效果：在可見度頁，將表達(dá)式設(shè)置為：循環(huán)泵，當(dāng)表達(dá)式非零時(shí)，對應(yīng)圖符可見；

（4）電加熱器指示燈的動畫設(shè)置：實(shí)現(xiàn)儲液罐內(nèi)溫度控制；

（5）管道流動變化動畫設(shè)置：當(dāng)加入和排出液體時(shí)，管道里液體和氣體會隨之流動；

（6）報(bào)警顯示構(gòu)件動畫設(shè)置：實(shí)現(xiàn)報(bào)警實(shí)時(shí)顯示.

3.4報(bào)表輸出

報(bào)表輸出主要包括：1個標(biāo)題（雙儲液罐雙水位控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)顯示）、2個注釋標(biāo)簽（實(shí)時(shí)報(bào)表、歷史報(bào)表）、2個報(bào)表（實(shí)時(shí)報(bào)表、歷史報(bào)表）.實(shí)時(shí)報(bào)表用于將當(dāng)前時(shí)間的數(shù)據(jù)變量按一定報(bào)告格式顯示和打印出來；歷史報(bào)表通常用于從歷史數(shù)據(jù)庫中提取數(shù)據(jù)記錄，并以一定的格式顯示歷史數(shù)據(jù).

4　結(jié)束語

本系統(tǒng)基于組態(tài)軟件設(shè)計(jì)控制，能夠?qū)崿F(xiàn)對兩水罐的水位、溫度進(jìn)行檢測并將下水罐和上水罐液位都控制在給定值，運(yùn)行中應(yīng)能人工輸入給定值，并具有水位手動控制和自動控制功能.實(shí)現(xiàn)具有生產(chǎn)流程顯示、溫度、上下液位指示、計(jì)算機(jī)手動控制等功能和報(bào)警畫面，報(bào)表、實(shí)時(shí)趨勢曲線、歷史趨勢曲線畫面.這種水位控制系統(tǒng)對改造傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)具有相當(dāng)?shù)囊饬x，它能夠建立快速穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸通道，保證水位數(shù)據(jù)信息的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性保證系統(tǒng)能夠高度可靠地實(shí)施和運(yùn)行.

參考文獻(xiàn)：

〔1〕袁秀英.組態(tài)控制技術(shù)［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2003．

〔2〕馬國華.監(jiān)控組態(tài)軟件及其應(yīng)用［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2003．

〔3〕許志軍.工業(yè)控制組態(tài)軟件及應(yīng)用［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005．

〔4〕廖常初.可編程控制器應(yīng)用技術(shù)第三版［M］.重慶：重慶大學(xué)出版社，1998．

〔5〕張文明，劉志軍.組態(tài)軟件控制技術(shù)［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2006.

中圖分類號：TH122

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1673-260X（2016）05-0165-02

收稿日期：2016-01-24

基金項(xiàng)目：2015年安徽省高等學(xué)校自然科學(xué)研究一般項(xiàng)目：《基于虛擬儀器的擊球機(jī)器人研究》（KJ2015B1105914）；2016年度合肥學(xué)院優(yōu)秀青年人才支持項(xiàng)目：《基于振動與噪聲分析的頂煤放落程度檢測關(guān)鍵技術(shù)研究》（16YQ10RC）；高校優(yōu)秀青年人才支持計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目:《基于PXIExpress技術(shù)的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)虛擬仿真測試實(shí)驗(yàn)平臺及教學(xué)研究》（gxyqZD2016277）