周建炯

(浙江省水利河口研究院,浙江 杭州 310020)

現(xiàn)代計(jì)算機(jī)測控系統(tǒng)的功能已越來越強(qiáng)大,除了完成基本的數(shù)據(jù)采集和控制功能外,還具有與管理層交換數(shù)據(jù)和為操作人員提供靈活方便的人機(jī)界面等功能,同時(shí)要求計(jì)算機(jī)測控系統(tǒng)規(guī)模能隨著科研生產(chǎn)規(guī)模的變化而變化,計(jì)算機(jī)測控系統(tǒng)的應(yīng)用軟件有很強(qiáng)的開放性和靈活性,于是組態(tài)軟件便應(yīng)運(yùn)而生。組態(tài)是指通過應(yīng)用軟件中提供的工具、方法,完成工程中某一具體任務(wù)的過程。通用組態(tài)軟件目前發(fā)展很快,國外開發(fā)的組態(tài)軟件有如In-Touch、FIX/iFIX、WinCC、Lookout等。國產(chǎn)工控組態(tài)軟件則以三維力控Forceconterl、北京亞控組態(tài)王(Kingview)、北京昆侖MCGS等[1]。

1 “組態(tài)王軟件”介紹[2]

“組態(tài)王軟件”是一種通用的工業(yè)監(jiān)控軟件,它融過程控制設(shè)計(jì)、現(xiàn)場操作以及資源管理于一體,將一個(gè)單位內(nèi)部的各種系統(tǒng)、應(yīng)用以及信息匯集在一起,實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化管理。它基于Microsoft Windows 2000/NT/XP操作系統(tǒng)。采用組態(tài)王軟件開發(fā)系統(tǒng)測控工程,可以極大地增強(qiáng)用戶的科研生產(chǎn)測控能力及提高效率。它不但可以用于單一設(shè)備的測控管理和故障診斷,還可運(yùn)用于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分布式測控系統(tǒng)的開發(fā)。組態(tài)王軟件結(jié)構(gòu)由工程管理器、工程瀏覽器及運(yùn)行系統(tǒng)3部分組成。工程管理器用于新工程的創(chuàng)建和已有工程的管理,對(duì)已有工程進(jìn)行搜索、添加、備份、恢復(fù)等;工程瀏覽器是一個(gè)工程開發(fā)設(shè)計(jì)工具,用來定義相關(guān)設(shè)備及變量、創(chuàng)建畫面、動(dòng)畫鏈接、編寫命令語言等;運(yùn)行系統(tǒng)是一個(gè)工程運(yùn)行界面,從控制和采集設(shè)備中交換數(shù)據(jù),并可以顯示動(dòng)態(tài)畫面,實(shí)現(xiàn)人機(jī)互動(dòng)。

2 潮浪水槽控制系統(tǒng)概述[3]

研發(fā)的潮浪水槽控制系統(tǒng),用于長60 m,寬4 m,高1.2 m的潮浪水槽中,該水槽兩頭共有54臺(tái)多級(jí)抽水泵,分別為1,2,4,8,18,56 L(每級(jí)都應(yīng)有足夠多的水泵),按照上述6級(jí)水泵不同組合,系統(tǒng)可以產(chǎn)生設(shè)計(jì)所需要的流量,模擬天然涌潮的漲潮過程,控制并采集模型的涌潮高度和涌潮流速等物理量。系統(tǒng)的水位由波高儀控制。

3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[4]

首先按“組態(tài)王軟件” 的規(guī)則創(chuàng)建 《潮浪水槽控制系統(tǒng)》,在該系統(tǒng)中,把進(jìn)水泵控制、出水泵控制、各組流量和初始水位控制等4個(gè)控制采集模塊,放在主畫面中進(jìn)行設(shè)計(jì),在主畫面中可以靈活控制各模塊的運(yùn)行情況 (見圖1)。

圖1 控制系統(tǒng)主畫面圖

3.1 定義設(shè)備和變量

在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,首先要對(duì)外部設(shè)備進(jìn)行定義,即通過組態(tài)王中的 “設(shè)備配置向?qū)А眮矶x外部設(shè)備。本系統(tǒng)主要定義了2塊研華板卡,一塊是PCL722開關(guān)量輸入輸出板卡,一塊是PCL818L數(shù)據(jù)采集板卡。其次為了實(shí)現(xiàn)外部設(shè)備與組態(tài)王數(shù)據(jù)交換,還需要定義變量,本系統(tǒng)共定義了44個(gè)變量,其中35個(gè)開關(guān)量輸出變量,8個(gè)內(nèi)存變量,1個(gè)數(shù)據(jù)采集變量,還包括系統(tǒng)本身內(nèi)存變量。

3.2 設(shè)計(jì)組態(tài)畫面

《潮浪水槽控制系統(tǒng)》除了設(shè)計(jì)主畫面外,還根據(jù)系統(tǒng)需要設(shè)計(jì)了4個(gè)分畫面:進(jìn)水泵開關(guān)控制畫面和出水泵開關(guān)控制畫面,主要用來控制潮浪水槽中的進(jìn)水和出水;各組流量運(yùn)行畫面可以根據(jù)模型試驗(yàn)的要求,選擇某一組流量來模擬模型中涌潮高度和涌潮流速等物理量;初始水位控制畫面來自動(dòng)控制模型試驗(yàn)前所需的初始水位(見圖2)。

圖2 初始水位控制畫面圖

3.3 建立動(dòng)畫連接

系統(tǒng)建立了水泵開與關(guān)狀態(tài)的動(dòng)畫連接。首先把35個(gè)水泵對(duì)象與變量“開關(guān)量輸出”連接起來;其次建立各組流量運(yùn)行的動(dòng)畫連接;最后建立初始水位控制的動(dòng)畫連接,該畫面主要是建立“實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線”控件動(dòng)畫連接,在曲線定義中,將曲線1與變量波高本站點(diǎn)連接起來就可以了。這樣模型現(xiàn)場的數(shù)據(jù),比如水泵的開與關(guān)、水位的高和低、流量的大小等,都可以通過板卡的I/O接口,形象地反映到各個(gè)畫面中來。

3.4 編寫命令語言

對(duì)于流量的選擇及計(jì)時(shí)控制需要采用數(shù)據(jù)改變命令語言來實(shí)現(xiàn),在組態(tài)王軟件中選擇數(shù)據(jù)改變命令語言,在“變量 [.域]” 文本框中輸入 “\本站點(diǎn)＄秒”,依據(jù)不同流量下涌潮的行進(jìn)速度設(shè)定若干個(gè)時(shí)間段,再用若干個(gè)水泵在設(shè)定時(shí)間段內(nèi)開與關(guān)的排列組合,達(dá)到在比尺模型中模擬錢塘江涌潮高度和涌潮流速的目的。初始水位的控制需要用事件命令語言來實(shí)現(xiàn),在組態(tài)王軟件中選擇事件命令語言,當(dāng)水槽中的水位大于設(shè)定的初始水位再加上1 mm時(shí) ,水槽下游的水泵開啟,將水從水槽中抽出,以降低水槽中的水位;當(dāng)水槽中的水位小于設(shè)定的初始水位再減去1 mm時(shí),水槽上游的水泵開啟,將水抽進(jìn)水槽中,以抬升水槽中水位。

4 結(jié) 語

在潮浪水槽控制系統(tǒng)研發(fā)過程中,以組態(tài)王6.53軟件作為開發(fā)平臺(tái),由于充分利用軟件資源,不僅縮短了系統(tǒng)的研發(fā)周期,而且降低了成本。該系統(tǒng)已經(jīng)成功應(yīng)用于錢塘江強(qiáng)涌潮區(qū)排樁式丁壩設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)研究及示范工程等研究課題的物理模型試驗(yàn)中。經(jīng)過2 a來的運(yùn)行證明,系統(tǒng)穩(wěn)定可靠,能夠?qū)Τ崩怂酃ぷ髁鞒踢M(jìn)行自動(dòng)控制和交互處理,基本上達(dá)到了預(yù)期的效果。

[1]北京亞控科技發(fā)展有限公司.組態(tài)王6.5使用手冊(cè) [R].北京:北京亞控科技發(fā)展有限公司,2004.

[2]林潔.基于組態(tài)王的FM S監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].機(jī)械制造與自動(dòng)化,2010(02):124-125.

[3]邵盛偉,李志永,王瑞鋒,等.基于GENIE組態(tài)軟件的水沙控制和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)研究 [J].浙江水利科技,2006(02):11-12.

[4]劉思博,田敏,李江全,等.組態(tài)軟件數(shù)據(jù)采集與串口通信測控應(yīng)用實(shí)戰(zhàn)[M].北京:人民郵電出版社,2010.