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        基于組態(tài)王的水箱液位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)

        2017-02-06 02:35:02戴鵬
        數(shù)碼世界 2017年1期
        關(guān)鍵詞:組態(tài)王水箱液位

        戴鵬

        遼寧錦州渤海大學(xué)工學(xué)院

        基于組態(tài)王的水箱液位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)

        戴鵬

        遼寧錦州渤海大學(xué)工學(xué)院

        本文設(shè)計(jì)了基于組態(tài)王的水箱液位控制系統(tǒng),PID控制器參數(shù)的整定運(yùn)用了經(jīng)驗(yàn)試湊法。實(shí)現(xiàn)了水箱液位控制系統(tǒng)監(jiān)控。

        組態(tài)王 液位控制 PID

        1 組態(tài)王軟件簡(jiǎn)介

        作為自動(dòng)化軟件,組態(tài)王軟件是由北京有限公司生產(chǎn)的。本文選擇的軟件版本是6.5,組態(tài)王軟件的組成部分主要有工程管理器、工程瀏覽器以及運(yùn)行畫面系統(tǒng)等。這幾個(gè)部分的查看都可以通過工程瀏覽器實(shí)現(xiàn)。同時(shí),數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)造也是通過這個(gè)過程實(shí)現(xiàn)的以及外部設(shè)備的定義工作。畫面管理系統(tǒng)是包含在工程管理器中的,在工程管理器里面能夠進(jìn)行工程的創(chuàng)建和工程的管理。畫面制作系統(tǒng)主要是用來進(jìn)行開發(fā)畫面以及實(shí)現(xiàn)畫面的運(yùn)行。

        2 系統(tǒng)制作過程和系統(tǒng)界面概述

        當(dāng)應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)編制的過程中是通過組態(tài)王畫面實(shí)現(xiàn)的,系統(tǒng)的制作的整個(gè)過程中需要考慮的因素主要涉及到了幾個(gè)層次。首先是圖形。要考慮用戶所期望的界面圖形是什么樣的、這就意味著如果通過抽象的圖形畫面對(duì)現(xiàn)實(shí)中的設(shè)備以及現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行模擬實(shí)現(xiàn)。其次是數(shù)據(jù)。工控對(duì)象中的所以屬性如果通過數(shù)據(jù)的方式進(jìn)行性闡述。這表明需要進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)。而且工控對(duì)象中的所有屬性都是通過該數(shù)據(jù)庫(kù)中的變量進(jìn)行描述的。最后就是所謂的連接。如何將數(shù)據(jù)以及圖形界面里面的相關(guān)圖素進(jìn)行連接,指的是通過采取特定的一種動(dòng)畫對(duì)現(xiàn)場(chǎng)中的設(shè)備進(jìn)行模擬。而且還需要涉及到控制設(shè)備的輸入指令如何進(jìn)行控制。

        控制的核心是PLC,也就是所謂的可編程序控制器,PLC在基于組態(tài)王的水箱液位控制系統(tǒng)中充當(dāng)著重要的核心作用,其中系統(tǒng)中的組成主要是包括了儲(chǔ)水箱、以及水箱和電動(dòng)調(diào)節(jié)閥等器件。液位控制系統(tǒng)工藝流程圖如圖1所示。

        圖1 液位控制系統(tǒng)工藝流程圖

        水介質(zhì)的壓頭是通過泵P101向儲(chǔ)水箱中獲取。水介質(zhì)會(huì)通過電動(dòng)調(diào)節(jié)閥FV101從而排入到水箱V101里面,接著在形成水循環(huán)的過程中會(huì)重新回到儲(chǔ)水箱中,而且這個(gè)過程需要借用手閥QV101的作用。

        3 建立液位監(jiān)控系統(tǒng)主畫面

        啟動(dòng)水泵以及停止的實(shí)現(xiàn)是通過液位監(jiān)控系統(tǒng)中的界面實(shí)現(xiàn)的,在這個(gè)過程中需要對(duì)水箱中的V101液位進(jìn)行設(shè)置,同時(shí)還能夠?qū)⑺髦械幕芈非闆r動(dòng)態(tài)顯示出來,從而可以更加直觀地查看到所有參數(shù)如何發(fā)生改變的,根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)并且對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,最終可以達(dá)到人機(jī)對(duì)話的目的,監(jiān)控水箱液位的情況。建立這個(gè)液位監(jiān)控的過程如下。先是將系統(tǒng)中的組態(tài)王環(huán)境打開,并且名字命名為水箱液位監(jiān)控系統(tǒng),同時(shí)將存盤的相應(yīng)路徑給出。主界面的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)是通過畫圖工具以及組態(tài)王中的圖庫(kù)輔助工具實(shí)現(xiàn)的,在軟件的界面中選擇畫面,點(diǎn)擊新建圖標(biāo),此時(shí)會(huì)出現(xiàn)對(duì)話框,輸入名字為“液位控制系統(tǒng)”。接著,根據(jù)畫面中的編輯命令,從而,采用工具欄中的很多工具將儲(chǔ)水箱以及水箱V101制作出來,在主畫面中放置從圖庫(kù)里面選出的傳感器、閥門、調(diào)色板以及水泵等。最終,通過折線連接的形式將主界面中的器件上連接起來,點(diǎn)擊保存,最終形成回路,其中所設(shè)計(jì)出來的主畫面如圖2所示。

        4 定義數(shù)據(jù)

        調(diào)節(jié)水箱液位控制系統(tǒng)中的外部設(shè)備選擇的是XL類儀表,通信的連接選擇的是RS-485,定義外部設(shè)備以后,就能夠看到外部設(shè)備baite()。同時(shí)建立起上位機(jī)組態(tài)王以及該外部設(shè)備之間的通信,從而有助于對(duì)控制系統(tǒng)中的I/O變量進(jìn)行調(diào)節(jié)。組態(tài)王中的最重要的部分是數(shù)據(jù)庫(kù),當(dāng)運(yùn)行系統(tǒng)的過程中,屏幕中就會(huì)顯示出現(xiàn)場(chǎng)的真實(shí)情況,以及運(yùn)行的動(dòng)畫情況等,現(xiàn)場(chǎng)會(huì)收到操作者的指令,這整個(gè)實(shí)現(xiàn)的過程是以數(shù)據(jù)庫(kù)為基準(zhǔn)的。連接外部設(shè)備與上位機(jī)組態(tài)王的關(guān)鍵是數(shù)據(jù)庫(kù)?!皵?shù)據(jù)詞典”中定義的是數(shù)據(jù)庫(kù)中所有的變量集合。而且某些可能全部的用戶都會(huì)用到的數(shù)據(jù)變量也是定義在數(shù)據(jù)詞典中。系統(tǒng)中定義的變量如表1所示。

        表1 系統(tǒng)中定義的變量

        4.1 數(shù)據(jù)變量定義

        數(shù)據(jù)庫(kù)在組態(tài)王的領(lǐng)域中起到了核心的作用,通過數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)交換數(shù)據(jù)以及處理數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)庫(kù)可以連接上位機(jī)以及下位機(jī)。數(shù)據(jù)庫(kù)的基本單元是數(shù)據(jù)變量。而數(shù)據(jù)詞典中保存的是所有的數(shù)據(jù)變量的集合。

        4.2 動(dòng)畫連接

        該部分實(shí)現(xiàn)的是連接動(dòng)畫,液位監(jiān)控系統(tǒng)中的圖形畫面是保持靜止的,通過動(dòng)畫連接可以更加具體地將工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中的真實(shí)情況顯示出來。動(dòng)態(tài)連接的實(shí)現(xiàn),主要是需要建立起畫面圖素以及數(shù)據(jù)庫(kù)變量之間的聯(lián)系,而且還需要將動(dòng)畫的屬性設(shè)置出來。當(dāng)運(yùn)行該監(jiān)控系統(tǒng)的時(shí)候,采集數(shù)據(jù)變量的值從而將圖形的對(duì)象的變化情況以及外觀情況都顯示出來。最終達(dá)到監(jiān)控動(dòng)畫的目的。動(dòng)畫連接圖如圖2所示。

        圖2 動(dòng)畫連接

        4.3 曲線顯示

        為了顯示水箱液位中的數(shù)據(jù)以及對(duì)數(shù)據(jù)管理,就需要進(jìn)行趨勢(shì)曲線建立。其中關(guān)于趨勢(shì)曲線具體的可以分為2種:歷史趨勢(shì)曲線以及實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線。其中的實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線應(yīng)用場(chǎng)合主要是將采集數(shù)據(jù)的變化進(jìn)行實(shí)時(shí)地顯示,然而時(shí)間軸是無法實(shí)現(xiàn)回卷的,而且歷史的數(shù)據(jù)信息也是不可以查閱到。變量的歷史數(shù)據(jù)趨勢(shì)圖的主要目的是將變量顯示出來,同時(shí)數(shù)據(jù)變量的相關(guān)歷史變化規(guī)律也會(huì)呈現(xiàn)在曲線中。通過水箱液位監(jiān)控系統(tǒng)的趨勢(shì)曲線能夠看出,藍(lán)色的線表示的是設(shè)定的值SP,而紅色的線表示是測(cè)量值PV,而且還可以定義曲線以及標(biāo)識(shí)。定義以及關(guān)聯(lián)變量的曲線顯示如圖3所示。

        圖3 實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線圖

        5 系統(tǒng)測(cè)試及結(jié)果分析

        將水箱液位監(jiān)控系統(tǒng)中的模式進(jìn)行切換,當(dāng)模式是自動(dòng)的時(shí)候,SP值的設(shè)置能夠按照現(xiàn)場(chǎng)的局面實(shí)現(xiàn),PID控制器中參數(shù)的設(shè)置需要通過經(jīng)驗(yàn)試湊法設(shè)置,而且確保系統(tǒng)所測(cè)量的結(jié)果值PV和系統(tǒng)中設(shè)定的值SP是相等或者是約等于的。通過多次地對(duì)PID控制參數(shù)進(jìn)行調(diào)試的時(shí)候,從而得出系統(tǒng)中所需要的PID參數(shù)有PID_P等于1,PID_I等于20s,PID_D等于10s。在水箱液位監(jiān)控系統(tǒng)的性能測(cè)試過程中,剛開始的時(shí)候液位所設(shè)置的值是等于50cm,接著對(duì)水箱V101液位變化進(jìn)行觀察,具體的實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線如圖4所示,圖中的設(shè)置值SP是用藍(lán)色線為表示的,而其中的測(cè)量值PV是用紅色線表示的。在圖中還能夠得出,當(dāng)系統(tǒng)的超調(diào)量比較小、而且控制精度不是很高的時(shí)候,就能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定地控制液位。

        圖4 實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線

        結(jié)語(yǔ):應(yīng)用程序的建立用的軟件是組態(tài)王軟件,具體的實(shí)現(xiàn)過程總結(jié)為:先是對(duì)圖形的界面設(shè)計(jì)。設(shè)備的定義。數(shù)據(jù)庫(kù)的建立與設(shè)計(jì)。動(dòng)畫連接的設(shè)計(jì)。最后就是進(jìn)行運(yùn)行調(diào)試。本文針對(duì)這些情況進(jìn)行了分析。

        [1]吳興純, 楊秀蓮, 趙金燕,等. 基于FX_(2N)系列PLC的雙容水箱液位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J]. 電子設(shè)計(jì)工程, 2011, 19(14):60-63

        [2]陳懷忠, ChenHuaizhong. 基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID算法的水箱液位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理, 2012, 29(12):81-84

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