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(kāi)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(huà)面系統(tǒng)等。這幾個(gè)部分的查看都可以通過(guò)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(guò)這個(gè)過(guò)程實(shí)現(xiàn)的以及外部設(shè)備的定義工作。畫(huà)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(huà)面制作系統(tǒng)主要是用來(lái)進(jìn)行開(kāi)發(fā)畫(huà)面以及實(shí)現(xiàn)畫(huà)面的運(yùn)行。

2 系統(tǒng)制作過(guò)程和系統(tǒng)界面概述

當(dāng)應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)編制的過(guò)程中是通過(guò)組態(tài)王畫(huà)面實(shí)現(xiàn)的，系統(tǒng)的制作的整個(gè)過(guò)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(hù)所期望的界面圖形是什么樣的、這就意味著如果通過(guò)抽象的圖形畫(huà)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(guò)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(guò)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(guò)采取特定的一種動(dòng)畫(huà)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(guò)泵P101向儲(chǔ)水箱中獲取。水介質(zhì)會(huì)通過(guò)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(guò)程中會(huì)重新回到儲(chǔ)水箱中，而且這個(gè)過(guò)程需要借用手閥QV101的作用。

3 建立液位監(jiān)控系統(tǒng)主畫(huà)面

啟動(dòng)水泵以及停止的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)液位監(jiān)控系統(tǒng)中的界面實(shí)現(xiàn)的，在這個(gè)過(guò)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(lái)，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(guò)程如下。先是將系統(tǒng)中的組態(tài)王環(huán)境打開(kāi)，并且名字命名為水箱液位監(jiān)控系統(tǒng)，同時(shí)將存盤(pán)的相應(yīng)路徑給出。主界面的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)是通過(guò)畫(huà)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(huà)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(huà)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(lái)，在主畫(huà)面中放置從圖庫(kù)里面選出的傳感器、閥門(mén)、調(diào)色板以及水泵等。最終，通過(guò)折線連接的形式將主界面中的器件上連接起來(lái)，點(diǎn)擊保存，最終形成回路，其中所設(shè)計(jì)出來(lái)的主畫(huà)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(lèi)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(guò)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(huà)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(guò)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(hù)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(guò)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(huà)連接

該部分實(shí)現(xiàn)的是連接動(dòng)畫(huà)，液位監(jiān)控系統(tǒng)中的圖形畫(huà)面是保持靜止的，通過(guò)動(dòng)畫(huà)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(lái)。動(dòng)態(tài)連接的實(shí)現(xiàn)，主要是需要建立起畫(huà)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(huà)的屬性設(shè)置出來(lái)。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(lái)。最終達(dá)到監(jiān)控動(dòng)畫(huà)的目的。動(dòng)畫(huà)連接圖如圖2所示。

圖2 動(dòng)畫(huà)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(wú)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(lái)，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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)程中，剛開(kāi)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(guò)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(huà)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。

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