杜英敏　劉希賢

【摘 要】微型計(jì)算機(jī)以其功能強(qiáng)大、運(yùn)算精度高、運(yùn)算速度快、存儲(chǔ)容量大、性能價(jià)格比高等優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)時(shí)控制、自動(dòng)測試、工業(yè)控制等許多方面得到了廣泛的應(yīng)用。計(jì)算機(jī)技術(shù)的突飛猛進(jìn)，計(jì)算機(jī)在監(jiān)測、控制和管理中也發(fā)揮著越來越重要的作用。

自動(dòng)化技術(shù)的研究、應(yīng)用和推廣，對人類的生產(chǎn)、生活等方式將產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。自動(dòng)化軟件的趨勢已發(fā)展成為整合IT與工廠自動(dòng)化的關(guān)鍵?；诮M態(tài)軟件，采用微型計(jì)算機(jī)作為控制核心，對工業(yè)現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集。通過集成溫度傳感器將溫度值轉(zhuǎn)換為電量輸出。將模擬信號(hào)的數(shù)字化后，輸入微型計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)在接收數(shù)據(jù)后，利用組態(tài)軟件對接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、計(jì)算、并顯示。

【關(guān)鍵詞】工業(yè)控制；組態(tài)；數(shù)據(jù)采集；

0前言

企業(yè)的生產(chǎn)及管理部門每天都需要掌握罐內(nèi)存儲(chǔ)介質(zhì)的液位、溫度、體積和質(zhì)量等重要數(shù)據(jù)，既要保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確和及時(shí)，又要確保儲(chǔ)罐的安全，防止意外事故的發(fā)生。罐區(qū)儲(chǔ)罐參數(shù)的精確檢測、工藝流程的有效管理，對于相關(guān)生產(chǎn)裝置的安全和平穩(wěn)運(yùn)行具有十分重要的意義。

計(jì)算機(jī)在60年代開始應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域，采用的是集中控制方式，即一臺(tái)計(jì)算機(jī)直接控制一個(gè)機(jī)組或一個(gè)車間的控制系統(tǒng)。在這種控制系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)不但完成操作處理，還可直接根據(jù)給定值、過程變量和過程中其它的測量值，通過PID運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)對執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制，以使被控量達(dá)到理想的工作狀態(tài)。70年代以后，隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)，為集散控制系統(tǒng)的出現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。1975年美國Honeywell公司首先推出了以微處理器為基礎(chǔ)集散控制（DCS）系統(tǒng)。該系統(tǒng)從綜合自動(dòng)化的角度，按功能分散、協(xié)調(diào)集中的原則設(shè)計(jì)，具有高可靠性、高實(shí)時(shí)性，是用于生產(chǎn)管理、數(shù)據(jù)采集和各種過程控制的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。

隨著科技的不斷發(fā)展和計(jì)算機(jī)應(yīng)用的日益廣泛，計(jì)算機(jī)工業(yè)控制也會(huì)日益進(jìn)步。計(jì)算機(jī)對能源存儲(chǔ)和一些參數(shù)的控制技術(shù)會(huì)越來越先進(jìn)。

2.1存儲(chǔ)罐監(jiān)控系統(tǒng)組成

存儲(chǔ)罐監(jiān)控系統(tǒng)由現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集單元、自動(dòng)優(yōu)化及控制單元、數(shù)據(jù)處理單元三個(gè)主要部分組成。系統(tǒng)中控室預(yù)留網(wǎng)絡(luò)接口，通過局域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)上層管理網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)共享。

存儲(chǔ)罐監(jiān)控系統(tǒng)組成如圖2-1所示。

圖2-1成品庫計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

Fig. 2-1 Computer Supervisory System Configuration Design for The Finished Product

每個(gè)存儲(chǔ)罐配有控制閥和電磁流量計(jì)，溫度計(jì)、壓力計(jì)和光纖液位計(jì)。根據(jù)光纖液位計(jì)采集的液位信號(hào)來調(diào)節(jié)進(jìn)出管道的閥門開度，從而控制流量的大小。根據(jù)罐內(nèi)壓力對排空閥進(jìn)行控制。排空閥的作用是調(diào)節(jié)罐內(nèi)壓力，壓力達(dá)到一定值得時(shí)候排空閥自動(dòng)打開，這樣就防止了壓力過高。溫度計(jì)可以對罐內(nèi)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，如果溫度超過了預(yù)設(shè)的限值就會(huì)產(chǎn)生自控報(bào)警。監(jiān)控計(jì)量管理系統(tǒng)主要由監(jiān)測系統(tǒng)、報(bào)警系統(tǒng)、數(shù)據(jù)管理報(bào)表等部分組成，可輕松完成對整個(gè)罐區(qū)的監(jiān)測、控制、報(bào)警和統(tǒng)計(jì)等工作。對罐區(qū)內(nèi)液位、溫度、流量、體積、壓力等參量信號(hào)進(jìn)行采集、監(jiān)控。實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)曲線，歷史數(shù)據(jù)，歷史曲線，報(bào)警系統(tǒng)和打印報(bào)表等功能。還可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)、流程顯示及報(bào)警報(bào)表、安全維護(hù)等功能。這樣不僅可以得到存儲(chǔ)罐各個(gè)參數(shù)的準(zhǔn)確值而且具有較高的安全性。

2.2罐區(qū)平衡的原理

罐區(qū)平衡是工業(yè)物料平衡的重要組成部分，它從物流的角度反映生產(chǎn)裝置行狀態(tài)，為調(diào)度安排生產(chǎn)提供儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)支持，同時(shí)能夠充分利用有限儲(chǔ)罐、滿足因提高加工量對庫存空間的需求。包括：單罐、罐區(qū)、全廠罐區(qū)平衡。罐區(qū)平衡目標(biāo)是：確認(rèn)移動(dòng)罐量與裝置的原料、產(chǎn)品收付量一致；確認(rèn)半成品罐調(diào)合、倒料記錄一致；確認(rèn)產(chǎn)品出廠量和庫存量對應(yīng)；確認(rèn)產(chǎn)品的交庫量和庫存量；確認(rèn)各產(chǎn)品的盈虧量。

2.3現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集

罐區(qū)現(xiàn)場的各種實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集及傳送主要由傳感器來完成。選擇的傳感器主要有：光纖液位計(jì)、壓力傳感器、溫度傳感器、檢測流量的電磁流量計(jì)等。

（1）測量存儲(chǔ)罐液位一般用光纖液位計(jì)。光纖液位計(jì)是靠測量浮子隨液位變化上下移動(dòng)，帶動(dòng)罐上光碼盤轉(zhuǎn)動(dòng)來工作的。碼盤兩側(cè)設(shè)置兩組光路耦合器，當(dāng)碼盤中的齒對著光路耦合器的兩只光纖端頭時(shí)，光路被切斷，信號(hào)等于零；當(dāng)碼盤中的缺口對著光纖端頭時(shí)，光路接通，信號(hào)幅值達(dá)到最大。當(dāng)碼盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，同時(shí)把光電轉(zhuǎn)換器送來的光信號(hào)調(diào)制成兩路光脈沖信號(hào)，經(jīng)光纜傳輸給光電轉(zhuǎn)換器，再將帶有液位變化信息的光脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娒}沖信號(hào)，經(jīng)二次儀表處理后顯示罐內(nèi)液位值，同時(shí)輸出標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)給計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)對罐區(qū)液位的自動(dòng)監(jiān)測。

（2）溫度傳感器我們用紅外溫度傳感器。紅外測溫儀由光學(xué)系統(tǒng)，光電探測器，信號(hào)大器及信號(hào)處理.顯示輸出等部分組成。光學(xué)系統(tǒng)匯聚其視場內(nèi)的目標(biāo)紅外輻射能量，紅外能量聚焦在光電探測器上并轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的電信號(hào)，該信號(hào)再經(jīng)換算轉(zhuǎn)變?yōu)楸粶y目標(biāo)的溫度值。

（3）流量的測量可以采用電磁流量計(jì)。電磁流量計(jì)（簡稱EMF）是利用法拉第電磁感應(yīng)定律制成的一種測量導(dǎo)電液體體積流量的儀表。EMF不產(chǎn)生因檢測流量所形成的壓力損失，儀表的阻力僅是同一長度管道的沿程阻力，節(jié)能效果顯著，適合于要求低阻力損失的大管徑供水管道。流量的精確測量對于準(zhǔn)確計(jì)算罐內(nèi)和整個(gè)罐區(qū)的存儲(chǔ)量有重要意義。

3組態(tài)工程的建立

對于系統(tǒng)用戶來說，一個(gè)系統(tǒng)開發(fā)人員可能保存有很多個(gè)組態(tài)王工程，對于這些工程的集中管理以及新開發(fā)工程中的工程備份等都是比較繁瑣的事情。工程管理器實(shí)現(xiàn)了對組態(tài)王各種版本工程的集中管理，更使用戶在進(jìn)行工程開發(fā)和工程的備份、數(shù)據(jù)詞典的管理上方便了許多。主要作用就是為用戶集中管理本機(jī)上的所有組態(tài)王工程。工程管理器的主要功能包括：新建工程、刪除工程，搜索指定路徑下的所有組態(tài)王工程，修改工程屬性，工程的備份、恢復(fù)，數(shù)據(jù)詞典的導(dǎo)入導(dǎo)出，切換到組態(tài)王開發(fā)或運(yùn)行環(huán)境等。工程管理器實(shí)現(xiàn)了對組態(tài)王各種版本工程的集中管理，更使用戶在進(jìn)行工程開發(fā)和工程的備份、數(shù)據(jù)詞典的管理上方便了許多。

利用組態(tài)王的工程管理器建立熱量損失測定裝置的組態(tài)工程，組態(tài)王提供新建工程向?qū)?。利用向?qū)陆üこ蹋褂脩舨僮鞲啽?、簡單?/p>

其中應(yīng)用程序命令語言、熱鍵命令語言、事件命令語言、數(shù)據(jù)改變命令語言可以稱為“后臺(tái)命令語言”，它們的執(zhí)行不受畫面打開與否的限制，只要符合條件就可以執(zhí)行。另外可以使用運(yùn)行系統(tǒng)中的菜單“特殊/開始執(zhí)行后臺(tái)任務(wù)”和“特殊/停止執(zhí)行后臺(tái)任務(wù)”來控制所有這些命令語言是否執(zhí)行。那么它們?nèi)绾尾拍芊从彻I(yè)現(xiàn)場的狀況呢？這就需要通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，因?yàn)橹挥袛?shù)據(jù)庫中的變量才是與現(xiàn)場狀況同步變化的。數(shù)據(jù)庫變量的變化又如何導(dǎo)致畫面的動(dòng)畫效果呢？通過“動(dòng)畫連接”——所謂“動(dòng)畫連接”就是建立畫面的圖素與數(shù)據(jù)庫變量的對應(yīng)關(guān)系。動(dòng)畫連接的引入是設(shè)計(jì)人機(jī)接口的一次突破，它把工程人員從重復(fù)的圖形編程中解放出來，為工程人員提供了標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)控制圖形界面，并且由可編程的命令語言連接來增強(qiáng)圖形界面的功能。圖形對象與變量之間有豐富的連接類型，給工程人員設(shè)計(jì)圖形界面提供了極大的方便。

4結(jié)語

基于微型計(jì)算機(jī)控制的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有高性能、高可靠性、高精度、多功能、操作簡單、顯示美觀的特點(diǎn)。它廣泛應(yīng)用于冶金、鋼鐵、發(fā)電機(jī)組、石化、電力、煤炭、化工等領(lǐng)域。過程數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)功能對于任何一個(gè)工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)來說都是至關(guān)重要的。數(shù)據(jù)采集就是計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)的基礎(chǔ)，是生產(chǎn)加工過程實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的來源，是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)集成的前沿工程，具有很強(qiáng)的繼承性和可擴(kuò)展性，清晰直觀的人機(jī)界面，操作方便。通過監(jiān)控系統(tǒng)，生產(chǎn)人員、調(diào)度人員、管理人員能隨時(shí)監(jiān)視各實(shí)時(shí)信息、查詢歷史數(shù)據(jù)、歷史趨勢等。

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