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引言
在工業(yè)控制領(lǐng)域，如何有效的實(shí)現(xiàn)控制算法一直是人們普遍關(guān)心的問題。目前，工控組態(tài)軟件能夠提供友好的人機(jī)交互界面，強(qiáng)大的通訊功能，但是計(jì)算能力不強(qiáng)，很難實(shí)現(xiàn)一些復(fù)雜的控制策略[1]。Visual Basic是Microsoft公司開發(fā)的Windows平臺(tái)的主力編程語言之一，它避開了C++編程繁瑣和抽象的缺點(diǎn)，綜合運(yùn)用了BAIC語言和新的可視化設(shè)計(jì)工具，不僅簡(jiǎn)單易學(xué)，而且功能強(qiáng)大。同時(shí)，VB還具有事件驅(qū)動(dòng)的編程機(jī)制，在開發(fā)時(shí)可以充分?jǐn)U充其功能，如在函數(shù)層調(diào)用功能態(tài)鏈接庫(kù)（DLL）、在控件層使用VBX、在應(yīng)用層使用shell函數(shù)調(diào)用其他應(yīng)用程序等[2]。因此，可以利用組態(tài)軟件作為系統(tǒng)主控，定時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣、動(dòng)態(tài)工藝圖顯示、數(shù)據(jù)記錄等；利用VB來實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制算法，而二者之間的無縫連接可以通過ActiveX技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，如圖1所示。這樣就可以充分發(fā)揮工控組態(tài)軟件和VB各自的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜系統(tǒng)的控制。
FESTO 過程控制系統(tǒng)(如圖2所示)由液位站、流量站、壓力站、溫度站和PLC站組成。其中前四站模擬工業(yè)生產(chǎn)過程中對(duì)典型的液位、流量、壓力、溫度系統(tǒng)進(jìn)行控制的方法；進(jìn)行單閉環(huán)控制。而PLC站可將各站連接起來形成多輸入多輸出的的耦合系統(tǒng)；另外設(shè)備上還留有PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線接口，可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)控制。
圖2、FESTO 過程控制系統(tǒng)
通過實(shí)驗(yàn)?zāi)芰私夤I(yè)過程中對(duì)液位、流量、壓力、溫度系統(tǒng)的控制方法；能掌握超聲波傳感器、流量傳感器、壓力傳感器、熱點(diǎn)阻等常用傳感器的測(cè)量原理及使用方法；能通過液位、流量、壓力、溫度各站上的Burket控制器進(jìn)行PID參數(shù)的簡(jiǎn)單整定；給出開環(huán)、閉環(huán)、前饋控制的控制效果結(jié)論。但是由于利用設(shè)備上帶有的Burket控制器對(duì)控制、給定量等各參數(shù)的設(shè)定需要較長(zhǎng)的時(shí)間，考慮到對(duì)Burket控制器的保養(yǎng)和擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)控制功能，故我們對(duì)FESTO 過程控制系統(tǒng)進(jìn)行了創(chuàng)新性試驗(yàn)，在實(shí)踐中獲得了滿意的控制效果。
2．創(chuàng)新性試驗(yàn)
下面以液位站(圖3)為例對(duì)創(chuàng)新性試驗(yàn)進(jìn)行介紹。（其他站方法與液位站相同）
2.1液位系統(tǒng)介紹
圖3.液位站
液位控制系統(tǒng)是FESTO四個(gè)獨(dú)立站中的一站，包括一高一低兩個(gè)容器（通過中間連接管道上手動(dòng)閥的開閉控制其通斷）、超聲波液傳感器、直流電機(jī)、直流電機(jī)調(diào)速器；以及四個(gè)系統(tǒng)都包含的向中間調(diào)度站PLC傳送開關(guān)量的電容接近傳感器和PLC控制的電磁開度閥。
系統(tǒng)的被控變量為高容器中液體的液位，執(zhí)行機(jī)構(gòu)為可調(diào)速的直流電機(jī)。根據(jù)實(shí)際測(cè)量值與預(yù)設(shè)給定值的偏差，控制器控制直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速，以使高容器中的液位達(dá)到設(shè)定值。控制器具有自動(dòng)和手動(dòng)兩種控制方式。
自動(dòng)控制原理如圖4所示：
圖4.液位控制系統(tǒng)原理圖
只要超聲波液位傳感器測(cè)得的液位不等于給定值，就會(huì)有偏差e存在，Burket控制器內(nèi)的PID算法就會(huì)根據(jù)e的值算出控制輸出量，進(jìn)而調(diào)節(jié)直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使容器中液體的液位發(fā)生變化，直到等于給定值，電機(jī)轉(zhuǎn)速才保持不變。
2.2利用組態(tài)王設(shè)計(jì)FESTO 過程控制系統(tǒng)
2.2.1 現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的檢測(cè)及采集
數(shù)據(jù)采集是系統(tǒng)的基礎(chǔ)。對(duì)于液位控制而言需要將液位信號(hào)及時(shí)準(zhǔn)確地采集到控制計(jì)算機(jī)中。從現(xiàn)場(chǎng)傳感器輸出的模擬值，經(jīng)PCI數(shù)據(jù)采集板卡AD通道就可以變化成數(shù)字量傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中。
由超聲波液位傳感器的輸出為4—20mA直流電流信號(hào)經(jīng)過科日新KPCI—811板卡12位ADC轉(zhuǎn)換為0—4095的數(shù)字量，存放在板卡的寄存器中。組態(tài)王下設(shè)置的I/O變量通過PCI總線讀取數(shù)據(jù)，將其進(jìn)行標(biāo)度變換，還原為物理量，就可以與用戶輸入的設(shè)定值比較運(yùn)算。
例如在組態(tài)王數(shù)據(jù)詞典里建立“液位測(cè)量值”I/O變量，板卡將傳感器的輸出轉(zhuǎn)換為12位數(shù)字量，通過該變量就可以將數(shù)字量取出并得到對(duì)應(yīng)的物理量，其基本屬性為：
變量名：液位測(cè)量值 變量類型：I/O實(shí)型
最小值：0 最大值：20（對(duì)應(yīng)物理量的最大值）
最小原始值：0 最大原始值：4095（對(duì)應(yīng)板卡數(shù)字量）
連接設(shè)備：KPCI811 寄存器：AD0
數(shù)據(jù)類型：USHORT 采集頻率：1000ms
讀寫屬性：只讀
2.2.2 上位機(jī)控制算法的實(shí)現(xiàn)
ActiveX技術(shù)是Microsoft對(duì)OLE技術(shù)的更新和發(fā)展，它通常以動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)的形式存在，其設(shè)計(jì)思想是將一個(gè)程序嵌入到另一個(gè)程序中。ActiveX的優(yōu)勢(shì)在于它的動(dòng)態(tài)可交互性，用戶可以在使用過程中，通過改變它的屬性和參數(shù)，在應(yīng)用程序中實(shí)現(xiàn)自己的特殊要求[3]。
用VB將簡(jiǎn)單自適應(yīng)控制算法打包成ActiveX控件，將測(cè)量值、設(shè)定值和控制輸出量留做控件的接口，在組態(tài)王下，通過設(shè)置I/O變量，與控件接口變量一一對(duì)應(yīng)連接，就可以將板卡轉(zhuǎn)換得到的現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)送入控制算法控件，算法運(yùn)算得到的控制量，經(jīng)過板卡也可以送到現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
組態(tài)王I/O變量輸出的控制量可根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的情況，設(shè)為電壓或電流形式。811板卡有2路模擬量輸出通道，本系統(tǒng)選擇0—10V的電壓輸出，通過電機(jī)調(diào)節(jié)器對(duì)直流電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制，從而保持系統(tǒng)對(duì)液位的控制。
現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)、組態(tài)王與控制算法之間的連接關(guān)系如圖5所示。
2.2.3 監(jiān)控界面的設(shè)計(jì)
整個(gè)監(jiān)控界面如圖6所示，VB下制作控件如圖7所示，組態(tài)王中調(diào)用控件液位站監(jiān)控界面效果如圖8所示。
圖6. FESTO 過程控制系統(tǒng)監(jiān)控界面
圖7. VB下制作的控件
圖8. 液位站監(jiān)控界面
以組態(tài)王6.51為開發(fā)平臺(tái)，利用其豐富的圖形庫(kù)和靈活的動(dòng)畫功能，創(chuàng)建了逼真的動(dòng)態(tài)畫面來實(shí)時(shí)顯示現(xiàn)場(chǎng)的控制過程。系統(tǒng)的各參數(shù)不僅可以直觀顯示，還能夠做實(shí)時(shí)和歷史記錄，并根據(jù)需要將其打印成報(bào)表；完善的報(bào)警管理可以及時(shí)提示報(bào)警事件，并記錄報(bào)警信息，以備故障診斷時(shí)查詢。
3結(jié)論
在FESTO 過程控制系統(tǒng)上多次實(shí)驗(yàn)后，這種基于工控組態(tài)軟件和ActiveX控件形式的控制系統(tǒng)，很好的滿足了試驗(yàn)的要求。上位機(jī)借助組態(tài)軟件和PCI數(shù)據(jù)采集板卡可以進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示和控制參數(shù)的實(shí)時(shí)修改，二者通過ActiveX控件無縫連接，交互數(shù)據(jù)，達(dá)到控制的目的。組態(tài)軟件與ActiveX控件相結(jié)合實(shí)現(xiàn)控制的實(shí)驗(yàn)方案，彌補(bǔ)了組態(tài)軟件命令語言功能單一的缺點(diǎn), 也為在工業(yè)控制領(lǐng)域中使用組態(tài)軟件來完成復(fù)雜的控制算法開辟了新的途徑。
本文作者創(chuàng)新點(diǎn)：組態(tài)軟件的圖形動(dòng)畫顯示功能已經(jīng)非常成熟，但是控制能力卻相對(duì)較弱。因此，本文介紹了一種利用ActiveX特性擴(kuò)充組態(tài)軟件控制功能的新方法。利用高級(jí)語言將控制算法打包成控件，將輸入輸出量留作接口，組態(tài)軟件開發(fā)環(huán)境下調(diào)用算法控件，并設(shè)置變量與控件接口相連，就可以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的控制功能。該方法簡(jiǎn)單實(shí)用，為組態(tài)軟件在過程控制系統(tǒng)中的應(yīng)用拓展了新天地。
參考文獻(xiàn)：
[1] 余斌,陳維克.基于組態(tài)軟件RSView32與matlab的通信.微計(jì)算機(jī)信息,2005年第四期42頁
[2] 陳娟,周納.關(guān)于VB功能擴(kuò)展及應(yīng)用.湖南商學(xué)院學(xué)報(bào),2001年第一期107頁
[3] 王海瑞,鐘家玉.ActiveX技術(shù)在組態(tài)軟件中的應(yīng)用研究.計(jì)控系統(tǒng)，2002年第四期22頁
北京市公安局海淀分局備案號(hào)：11010802023656號(hào)